方聰聰14071900462發(fā)動機(jī)曲軸數(shù)控加工仿真研究畢業(yè)論文(定稿).pdf

學(xué)號：畢 業(yè) 設(shè) 計 題目： 發(fā)動機(jī)曲軸數(shù)控加工仿真研究 作 者： 方聰聰 屆別： 2011 屆 系 別： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 譚 華 職稱： 講 師 完成時間： 2011 年 5 月 11 日 2011 年 5 月 11 日 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） I 摘 要 發(fā)動機(jī)曲軸是發(fā)動機(jī)中最重要的部件之一，它承受復(fù)雜、交變的沖擊載荷， 是發(fā)動機(jī)設(shè)計的重點和難點。 正因為曲軸在發(fā)動機(jī)動力輸出中的重要性及受力的復(fù)雜性，曲軸的加工質(zhì)量的好壞直接影響整個發(fā)動機(jī)的壽命及性能的好壞 。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控加工技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用。 數(shù)控車床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車?yán)驳认冗M(jìn)設(shè)備對主軸頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車 有效減少曲軸加工的變形量 。 曲軸精加工將廣泛采用 制的曲軸磨床對其軸頸進(jìn)行精磨加工。此種磨床將配備砂輪自動動平衡裝置、中心架自動跟蹤裝置、自動測量、自動補(bǔ)償裝置、砂輪自動修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。 本文 以 E 中的 塊與 件為基礎(chǔ)，結(jié)合其各自特點，通過對 某 發(fā)動機(jī)曲軸 的數(shù)控模擬加工的研究，提出一種零件建模、仿真加工的快捷方法，可大大加快建模編程速度、仿真驗證加工工藝，提高生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞： 發(fā)動機(jī)曲軸 ； ； 數(shù)控加工 ； 仿真 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） is of of it of is of in in of of is or of NC is to NC in to of be NC of be to of In E C a C a to up 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 錄 摘 要 . I . . 1 題的提出依據(jù)和意義 . 1 題選題的目的 . 1 軸的加工工藝發(fā)展 . 2 . 4 C 模塊簡介 . 4 介 . 5 的發(fā)動機(jī)曲軸的建模 . 6 動機(jī)曲軸的選擇 . 6 動機(jī)曲軸 三維建模 . 6 . 9 軸的毛坯及其熱處理 . 9 軸毛坯的制造方法 . 9 軸毛坯的熱處理 . 10 軸的技術(shù)要求 . 10 4 4 1尺寸精度和形狀精度的要求 . 10 4 4 2位置精度要求 . 11 4 4 3表面粗糙度要求 . 12 4 4 4其他方面的要求 . 12 . 5 1加工工藝規(guī)程 . 12 4 5 2機(jī)車曲軸加工工藝規(guī)程的制定 . 13 C 及 曲軸數(shù)控加工仿真 . 15 算機(jī)輔助數(shù)控編程的步驟 . 15 C 模塊的加工流程 . 16 軸的數(shù)控加工仿真過程 . 18 刀位軌跡仿真 . 24 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） . 26 論 . 26 望 . 26 參考文獻(xiàn) . 27 致 謝 . 29 附錄 英文原文及翻譯 . 30 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 1 題的提出依據(jù)和意義 在科技日新月異的今天，機(jī)械化與自動化進(jìn)入了人們生產(chǎn)生活的各方各面，而各種機(jī)械設(shè)備都是以發(fā)動機(jī)提供源動力。特別是在近幾年，汽車行業(yè)的發(fā)展給人們的出行帶來了極大的便利，而這其中，發(fā)動機(jī)起著舉足輕重的作用。 曲軸是發(fā)動機(jī)的核心部件之一。作為發(fā)動機(jī)的源動力輸出部件，它承受著復(fù)雜的交變載荷，如 工作過程中受到周期性不斷變化的氣體力、往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量慣性力、旋轉(zhuǎn)與動離心慣性力 。不斷承受著 扭轉(zhuǎn)和橫向、縱向振動，承受拉、壓、彎曲 應(yīng)力。 因此曲軸必須具有足夠的強(qiáng)度、剛性、韌性和耐磨性和高 的加工精度。其加工精度 將直接影響曲軸乃至發(fā)動機(jī)的壽命。 目前國內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用 曲軸磨床粗磨 精磨 ?？渴止げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。 數(shù)控加工設(shè)備的引入使得曲軸加工精度及效率大幅度提升， 而 傳統(tǒng)的制造加工過程， 一般都是通過在數(shù)控機(jī)床上對 碼進(jìn)行空運(yùn)行或是采用較軟、 較便宜的材料進(jìn)行樣件試切操作，以檢 驗數(shù)控代碼的正確性與合理性。這將會占用大量的機(jī)床實際加工時間，降低機(jī)床的效率。采用先進(jìn)的仿真技術(shù)可以利用計算機(jī)圖像模擬加工過程，并觀察刀具運(yùn)動及刀具對加工部位工件材料的切除過程。這樣可以從本質(zhì)上提高檢驗的效率， 節(jié)省勞動力， 節(jié)約生產(chǎn)資源。 題選題的目的 本文預(yù)計達(dá)到以下目的： 1 對發(fā)動機(jī)曲軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)及加工工藝分析，并建立 三維模型。 2 使用 塊 和 件完成整個加工過程及加工過程的仿真 ， 生成數(shù)控程序代碼， 分析 仿真結(jié)果 。 3 認(rèn)識使用軟件建模及仿真加工，對產(chǎn)品制造產(chǎn) 生的優(yōu)勢 。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 2 軸的加工工藝發(fā)展 20世紀(jì) 70年代以前，發(fā)動機(jī) 曲軸 粗加工采用的加工方式是多刀車床車削曲軸主軸頸和連桿軸頸。采用這種方式加工精度較低、柔性很差、工序質(zhì)量穩(wěn)定性低，且容易產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。在粗加工后一般需要進(jìn)行去應(yīng)力回火處理，釋放應(yīng)力。因此粗加工需要給后續(xù)精加工工序留較大的加工余量，以去除彎 曲變形量。曲軸精加工采用的是普通磨削工藝，一般采用 半精磨 拋光。通?？渴止げ僮鳎庸べ|(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率較高。 20世紀(jì) 70年代到 80年代左右，曲軸粗加工采用 工狀況有所改善。精加工仍以普通磨床磨削工藝為主。 20世紀(jì) 80年中期又出現(xiàn)了 其是對于鍛鋼曲軸，內(nèi)銑更有利于斷屑。精加工工藝多采用半自動曲軸磨床，頭架和尾座同步傳動，加工精度有一定的提高。 1985 年到 1990年左右開發(fā)出了曲軸車?yán)?、車車?yán)に?，該工藝具有精度高、效率高等?yōu)點，特別適合于平衡塊側(cè)面不需要加工且軸頸有沉割槽 (包括軸向沉割槽 )的曲軸，加工后曲軸可直接進(jìn)行精磨，省去粗磨工序。曲軸精加工已少量采用數(shù)控磨床磨削工藝，尺寸的一致性得到改善。 20世紀(jì) 90年代中期又開發(fā)出 對平衡塊側(cè)面需要加工的曲軸，比 車?yán)纳a(chǎn)效率還要高。另外， 拉工藝加工連桿軸頸要二道工序， 有以下優(yōu)點：切削速度高 (可高達(dá)350m/切削時間較短、工序循環(huán)時間較短 、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少、加工精度更高、柔性更好。所以 加工使用數(shù)控磨床，采用靜壓主軸、靜壓導(dǎo)軌、靜壓進(jìn)給絲杠 (砂輪頭架 )和線性光柵閉環(huán)控制等控制裝置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證，精加工還廣泛使用數(shù)控砂帶拋光機(jī)進(jìn)行超精加工，經(jīng)超精加工后的曲軸軸頸表面粗糙度至少提高一級精度。 20世紀(jì) 90年代開發(fā)的 國 削速度高達(dá) 120m/s，用扒皮法一次裝夾從毛坯到精磨完畢，耗時僅幾分 鐘的時間。這將會出現(xiàn)以磨代替其它粗加工工藝的新局面。 進(jìn)入 21世紀(jì)以后，復(fù)合加工工藝已進(jìn)入曲軸制造業(yè)中。復(fù)合機(jī)床應(yīng)具有工序集成功湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 3 能，多種加工集成功能。奧地利 一次裝夾，全部加工 ” ，加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn)入精加工工序；曲軸精加工方面，也出現(xiàn)了工序集成的 一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸 (擺動跟蹤磨削 )。 由以上演變可以看出， 曲軸 的加工工藝正向著高速、高效、復(fù)合化方向發(fā)展。目前較為流行的粗加工工藝是主軸頸采用車車?yán)に嚭透咚偻忏?，連桿頸采用高速隨動外銑，全部采用干式切削；精加工采用數(shù)控磨床加工，具有自動進(jìn)給、自動修正砂輪、尺寸和圓度自動補(bǔ)償、自動分度和兩端電子同步驅(qū)動等功能。主軸頸和連桿頸可一次裝夾全部磨削完畢；超精加工采用數(shù)控砂帶拋光機(jī)，帶尺寸控制裝置。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 4 C 模塊 簡介 作軟件是美國參數(shù)技術(shù) 公司（ 下的 體化的三維軟件。 件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， 為當(dāng)今世界機(jī)械 域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的 件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 其主要特點如下： 相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。 是基于特征的實體模型 化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 相關(guān)） 建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不 像 一些傳統(tǒng)的 統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例 如，一旦工程詳圖有改變， 控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 5 價格也更便宜。 一個全方位的三維產(chǎn)品開發(fā)綜合軟件，作為集成化的 產(chǎn)品加工制造的環(huán)節(jié)上，同樣提供了強(qiáng)大的加工制造模塊 C 模塊。 C 模塊能生成驅(qū)動數(shù)控機(jī)床加工 件所必需 的數(shù)據(jù)和信息，能夠生成數(shù)控加工的全過程。 統(tǒng)的全相關(guān)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫能將設(shè)計模型的變化體現(xiàn)到加工信息中，利用它所提供的工具能夠使用戶按照合理的工序?qū)⒃O(shè)計模型處理成刀位數(shù)據(jù)文件，這些文件經(jīng)過后處理變成數(shù)控加工數(shù)據(jù)。 C 模塊生成的數(shù)控加工文件包括：刀位數(shù)據(jù)文件、刀具清單、操作報告、中間模型、機(jī)床控制文件等。 用戶可以對所生成的刀具軌跡進(jìn)行檢查，如不符合要求，可以對 控工序進(jìn)行修改；如果刀具軌跡符合要求，則可以進(jìn)行后置處理，以便生成數(shù)控加工代碼，為數(shù)控機(jī)床提供加工數(shù)據(jù)。 C 模塊的應(yīng)用范圍很廣，包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割、加工中心等自動編程方法。 介 行于 夠真實地模擬在加工過程中刀具的切削、加工零件、夾具、工作臺及機(jī)床各軸的運(yùn)動情況， 證、分析及優(yōu)化，而且能夠?qū)C(jī)床進(jìn)行仿真。 通過 真實反映加工過程中遇到的各種問題，包括加工編程的刀具運(yùn)動軌跡、工件過 切情況和刀、夾具運(yùn)動干涉等的錯誤，甚至可以直接代替實際加工過程中試切的工作，并且提供了對刀位軌跡和加工工藝優(yōu)化處理的功能，可以大大提高零件的加工效率和機(jī)床 的利用率。 數(shù)控加工過程的模擬達(dá)到了極其逼真的程度，并且機(jī)床的運(yùn)行過程和虛擬的工廠環(huán)境也能被模擬出來，以檢測加工過程中可能存在的問題，為用戶挽回不必要的損失。 多國家的著名學(xué)校、研究機(jī)械和制造企業(yè)使用，并且眾多的 集成或外掛了 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 6 的 發(fā)動機(jī)曲軸的 建模 動機(jī)曲軸 的選擇 下面以某發(fā)動機(jī)曲軸 為研究對象，該 曲軸為四缸發(fā)動機(jī)曲軸 ， 根據(jù)發(fā)動機(jī)氣缸的數(shù)目，曲軸一般分為單缸，雙缸，四缸和六缸曲軸 ， 四缸發(fā)動機(jī)曲軸有五個主頸和四個連頸，四個連頸互成 180 度分布，該曲軸總長 560中主頸長 30頸長 30曲軸圖如 圖 1： 圖 1 發(fā)動機(jī)曲軸圖 動機(jī)曲軸 三維 建模 曲軸三維實體造型的關(guān)鍵問題及解決方法： 在實體造型的時候從曲軸的動力輸出端開始：首先輸出帶有 倒角及鍵槽 的以 拉伸 特征為基本特征的動力輸出端軸，并進(jìn)行倒角、退刀槽等操作 ,動力輸出端見圖 2。 圖 2 動力輸出端圖形 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 7 拉伸出第一拐的連桿頸，在連桿頸上再拉伸出另一側(cè)的曲拐臂，然后拉伸出第一曲拐的主軸頸，這樣第一個曲拐就完成了基本特征的造型。 見圖 3。 圖 3 曲軸第一曲拐圖 然后復(fù)制、平移、旋轉(zhuǎn)操作，完成第二曲拐 ,如圖 4。 圖 4 完成第二曲拐后的 建模圖 在第三個主軸頸中心建立一個參考平面，然后鏡像前兩個曲拐得到最終的曲軸 建模圖 （圖 5） 。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 8 圖 5 曲軸的 建模圖 拐臂上去除部分材料的原因： 曲軸的曲拐為了更好的利用材料，可將曲柄上離軸線最遠(yuǎn)的不受力的部分切掉，從而減少了旋轉(zhuǎn)部分不平橫質(zhì)量，同也降低了曲軸的質(zhì)量。曲拐臂要切掉一部分離軸線遠(yuǎn)的材料，在 利用旋轉(zhuǎn)命令切除材料的。根據(jù)曲軸尺寸的要求，在旋轉(zhuǎn)命令的草繪環(huán)境下，草繪一個倒三角形，定義離主軸軸線的距離和旋轉(zhuǎn)直徑及旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)去除材料 就可以得到更合理的曲軸結(jié)構(gòu)。 油孔的作用：為連桿和曲軸頸提供潤滑 。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 9 軸的毛坯及其熱處理 曲軸材料的選者原則是在保證曲軸安全、可靠、穩(wěn)定的基礎(chǔ)下，在保證具有足夠的強(qiáng)度的前提下，盡可能采用一般材料。除考慮機(jī)械性能、疲勞強(qiáng)度外，還要考慮耐磨性、抗沖擊韌性，以及制造加工的工藝性、設(shè)備能力和熱處理性能等等。曲軸主要采用材料有優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼、球墨鑄鐵等。 現(xiàn)代大量生產(chǎn)的小型柴油機(jī)，其曲軸材料一般采用球墨鑄鐵和優(yōu)質(zhì)碳素鋼，例如2球墨鑄鐵和 35， 40， 45 鋼等 。 大型低速柴油機(jī)曲軸，多采用半組合式制造，這時主軸頸常用 35， 40 鋼；連桿及曲柄臂則采用 鋼。 中、高速柴油機(jī)整體式曲軸，采用 35， 40， 45， 4035為多，也可以采用球墨鑄鐵 于高速強(qiáng)載大功率柴油機(jī)曲軸則多采用合金鋼，如 358。 軸毛坯的制造方法 曲軸毛坯的制造方法有鍛造和鑄造兩種，常取決于所選用的材料、生產(chǎn)批量和工廠的具體情況。當(dāng)選用鋼材時，常用鍛造方法制造毛坯：小型曲軸、生產(chǎn)批量大時采用模鍛；中型大型 整體曲軸采用自由鍛或者鐓鍛；大型半組合曲軸，其來連桿用鑄鋼件。當(dāng)選用球墨鑄鐵時，則用鑄造方法獲得曲軸毛坯。 曲軸毛坯的兩種制造方法各有其優(yōu)點和缺點：利用鍛造方法制造出的曲軸毛坯可以獲得較合理的結(jié)構(gòu)形狀，如橢圓形曲柄臂、桶形空心軸頸和卸荷槽等從而使應(yīng)力均勻分布。鍛鋼曲軸雖然可以得到有利的纖維組織，并且能按要求獲得較佳的截面模量和緊密細(xì)晶金粒組織，質(zhì)量穩(wěn)定，但是它的成本較高；利用鑄造方法制造出的曲軸毛坯的切削加工性能好，并有較好的減震性和耐磨性，且生產(chǎn)成本低。球鐵的鑄造性能好，適用與采用精密鑄造，使機(jī)械加工余量 減少，可簡化機(jī)械加工工藝過程，提高生產(chǎn)力并降低成本，鑄造曲軸平均比鍛鋼曲軸節(jié)省 50的成本。 近十年來廣泛采用特殊制造法制造曲軸毛坯，較成功的是鐓鍛彎曲法，既 造法和 造法。此法最大優(yōu)點是能使鍛件纖維沿曲軸的形狀連續(xù)分布，扭曲少，材料利用率高，機(jī)械加工工時省，成本低。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 10 軸毛坯的熱處理 鍛鋼曲軸毛坯一般在鍛成后預(yù)先作正火或者退火處理，以消除鍛造應(yīng)力，改善坯件材料組織的均勻性，并有利于機(jī)械加工及為最終熱處理做好準(zhǔn)備。 對于性能要求不高的碳素鋼曲軸既可通過鍛件的正火或者退火作為最終熱處理，在機(jī)械加 工中不再進(jìn)行熱處理。大型或者中型碳素鋼曲軸，在加工過程中進(jìn)行的中間熱處理 (650C 回火 )，知識作為大量金屬切削后消除應(yīng)力之用，不改變金相組織，正火后曲軸的硬度一般為 170 241 對于性能要求高的碳鋼或者合金鋼曲軸，除了毛坯作預(yù)先正火處理或者退火處理外，在機(jī)械加工過程中，常常還要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理作為最終的熱處理。調(diào)質(zhì)可以提高曲軸的疲勞強(qiáng)度、韌性和耐磨性，但往往引起淬火不均勻而造成曲軸的變形。熱處理變形可以通過校直的方法來消除。調(diào)質(zhì)后的硬度，碳鋼為 207 269金鋼的硬度為 240 352 對 球墨鑄鐵曲軸一般采用正火處理，正火后硬度為 240 320加工前應(yīng)進(jìn)行退火處理，硬度為 220 290鑄鋼曲柄應(yīng)進(jìn)行兩次正火和回火處理，或者高溫擴(kuò)散退火、正火及回火處理，粗加工后應(yīng)進(jìn)行退火處理。 對工件表面要求硬化處理的合金鋼曲軸，軸頸表面可采用表面淬火或者氮化處理，硬度達(dá) 50上，淬硬深度 2 3化層深度 0 3須注意，各軸頸圓角處不應(yīng)淬硬。 對工件表面要求淬硬的軸頸，推薦用高頻表面淬火，淬硬深度為 4軸的技術(shù)要求 4 4 1尺寸精度和形狀精度的要求 由于曲軸是旋轉(zhuǎn)體零件，各主軸頸和連桿頸與軸瓦要在高單位面積壓力和高速滑動摩擦條件下工作，為了減少磨損，對各軸頸的尺寸和形狀精度均有較高的要求。通常： 主軸頸和連桿頸的直徑尺寸：低速度柴油機(jī)按 公差加工；中速柴油機(jī)按 公差加工；高速柴油機(jī)按 者更高一級的公差加工。 各軸徑長度尺寸和曲柄臂厚度：均按 公差加工。 曲柄半徑的偏差：每 不超過士 O 15 凸緣外圓直徑： (與飛輪或聯(lián)軸節(jié)連接 )按 公差加工。 其余自由尺寸均按 公差加工。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 11 軸徑的形狀公差 (圓度和圓柱度 )要求，根據(jù)不同情況而定。通常，低速柴油機(jī)的形狀公差約為尺寸精度 公差的四分之一；中、高速柴油機(jī)則為 公差的四分之一。其具體數(shù)值不得超過表 1 的規(guī)定。曲軸的軸徑過渡圓弧須用樣板檢驗，樣板與過渡圓弧之間的間隙不得超過 0 2 表 1 曲軸各軸頸圓度和圓柱度公差 (單位： 75 75 100 100 150 150 250 250 350 350 500 500 600 主軸頸 柄銷 4 2位置精度要求 為使活塞連桿運(yùn)動部件運(yùn)行正常，減少曲軸的附加應(yīng)力。避免軸頸與軸瓦產(chǎn)生不均 勻磨損，柴油機(jī)正時準(zhǔn)確、運(yùn)動平衡和工作可靠，對曲軸位置公差提出下列幾方面的要求。 主軸頸對曲軸軸線的徑向圓跳動量，一般高速柴油機(jī)為 O 01 0 04、大型 柴油機(jī)為 0 04 0 08軸頸對曲軸線的徑向圓跳動公差，在每個主軸頸兩端 (即首、尾兩端 )，每轉(zhuǎn)動 45度用千分表測量一次。其值不得超過表 2的決定。 表 2 主軸徑向圓跳動公 差值 (單位： 曲柄 數(shù)目 軸頸支承數(shù)目 主軸徑向圓跳動公差值 75 75 100 100 150 150 250 250 350 350 500 500 600 3 l 0 015 0 02 0 025 0 03 O 03 0 04 4 2 3 0 02 0 025 0 030 0 04 0 05 0 07 5 8 3 4 0 025 0 03 0 035 0 05 0 06 0 08 9 12 5 6 0 04 0 055 0 065 0 075 0 085 連桿頸軸線與 主軸頸線的平行度誤差，在每 01于手工修刮的曲柄銷，每 015柄各曲柄間的夾角誤差應(yīng)不大于 15。 曲軸凸緣端面應(yīng)與曲軸軸線垂直，其端面圓跳動公差，對凸緣直徑在 300 03凸緣直徑在 300 05軸凸緣外圓對曲軸軸線的徑向圓跳動誤差，不得超過表 3的規(guī)定要求。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 12 表 3 凸緣外圓對曲軸軸線的徑向圓跳動公差值 (單位： 曲軸凸圓直徑 100 100 250 250 500 500 徑向圓 跳動公差 軸的臂距差，在表 1軸頸支承情況下，及測量點在 (R+d) 2(位置上所測得的數(shù)值。每米活塞行程不大于 活塞行程小于 400放松為每米活塞行程不大于 總數(shù)值不得超過 4 4 3表面粗糙度要求 主軸頸和連桿頸：其表面粗糙度為：低速柴油機(jī)應(yīng)小于 .8 速柴油機(jī)應(yīng)小于 速柴油機(jī)應(yīng)為 油孔孔口和軸頸過度圓弧表面粗糙度 軸凸緣外圓和端面的粗糙度 柄臂側(cè)面的粗糙度應(yīng)為 鋼曲軸 )的粗糙度應(yīng)為須指出，如果曲軸材料是合金鋼，因它對應(yīng)力集中非常敏感，故粗糙度度值要求須相應(yīng)減少一級。即使是非配合表面，其粗糙度也應(yīng) 4 4 4其他方面的要求 曲軸所有的加工表面不允許有裂紋、麻點、凹陷、毛刺和碰傷，等缺陷；非加工表面不允許有氧化皮、分層、裂紋、折疊及過燒等缺陷。對高速柴油機(jī)的曲軸，其動平衡精度應(yīng)不超過 0 005N m。 4 5 曲軸數(shù)控加工工 藝制定 4 5 1加工工藝規(guī)程 工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或者零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。工藝規(guī) 程中包括各個工序的排列順序，加工尺寸、公差及技術(shù)要求，工藝裝備及工藝措施，切削用量及工時定額、工人等級等。工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理工作的依據(jù)，也是新建、擴(kuò)建或者改建機(jī)械制造工廠的主要技術(shù)資料。正確的工藝規(guī)程基于實踐和具體生產(chǎn)條件制定。零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程是每個機(jī)械制造廠或者加工車間必不可少的技術(shù)文件。按照工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)，就能確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本和安全生產(chǎn)。 工藝規(guī)程的設(shè)計步驟有以下幾方面： 1研究和分析零件的工作圖。首先明確零件在產(chǎn)品中的作用、地位和工作條件，并找出其主要的技術(shù)要求和規(guī)定它的依據(jù)，然后對零件圖進(jìn)行工藝審查。審查的內(nèi)容有：零湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 13 件圖上的視圖是否完整和正確；零件圖上所標(biāo)注的技術(shù)要求、尺寸、粗糙度和公差是否齊全、合理；零件的結(jié)構(gòu)是否便于加工、便于裝配和便于提高生產(chǎn)率；零件材料是否立足于國內(nèi)、資源豐富且容易加工。對于以上內(nèi)容，如果在審查過程中認(rèn)為不合理或者是錯誤及遺漏，可以提出修改意見。 2確定毛坯的種類。若毛坯的種類不同，即使是同一個零件，其加工工 藝過程也不相同，因此在制定工藝規(guī)程時必須正確地選擇毛坯的種類和了解毛坯的制造情況。毛坯種類的確定是與零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、材料的機(jī)械性能和零件的生產(chǎn)類型直接相關(guān)的，另外還與毛坯車間的具體生產(chǎn)條件有關(guān)。 3擬訂零件加工的工藝路線。內(nèi)容包括：定位基準(zhǔn)面的選擇；各表面的加工方法；加工階段的劃分；各表面的加工順序；工序集中或者分散的程度；熱處理及檢驗工序的安排；其他輔助工序 (如清洗、去毛刺、去磁、倒角等 )的安排。 4擬訂各工序的機(jī)床設(shè)備、工藝裝備 (刀、夾具、量具等 )和輔助工具。 5確定各工序的加工余量、工 序尺寸和公差。 6確定各工序的切削用量及工時定額。 7技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 8填寫工藝文件。 4 5 2機(jī)車曲軸加工工藝規(guī)程的制定 在曲軸外表面數(shù)控加工中一般遵循以下四個方面的原則： 1先粗后精。即按照粗一半精一精的原則進(jìn)行，直到加工到符合零件的精度要求為止。 2先近后遠(yuǎn)。即按照加工部位相對于換刀點由近到遠(yuǎn)逐步進(jìn)行加工，以減少刀具的空行程時間。 3刀具集中。即用同一把刀具加工完成所有相應(yīng)的部位，然后再換另一把刀具加工其他相應(yīng)的部位，以減少空行程和換刀時間。 4基面先行。即應(yīng)先加工定位的部位，以保證加 工精度。 本次設(shè)計的對象為機(jī)車曲軸的機(jī)械加工采用的是 控外銑車床進(jìn)行加工。統(tǒng) 一用主軸頸進(jìn)行定位，在連桿頸加工的時候夾具采用連桿頸加工專用的偏心夾具。 根據(jù)機(jī)車曲軸的各部位公差以及表面粗糙度，最后確定機(jī)車曲軸主要加工部位的工藝路線如下： 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 14 1主軸頸、連桿頸：粗車一半精車一再半精車一精車一粗磨一精磨； 2自由端：粗車一精半精車一精車錐面； 3法蘭端：粗車一精車； 4 車一精車； 5錐面：粗車一半精車一精車一粗磨； 6平衡塊結(jié)合面：粗銑一半精銑一精銑； 7主軸頸、連桿頸、斜油 孔、中心孔：鉆削加工； 8平衡塊結(jié)合面孔：鉆一擴(kuò)一攻。 由于該曲軸毛坯是采用鑄造方法制造出來的，并且在粗加工的時候，加工余量較大， 所以在粗加工以后要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，以釋放殘余應(yīng)力，提高曲軸的綜合力學(xué)性能，并 有利于以下的加工工序；在粗加工、半精加工以及再半精加工之后分別進(jìn)行三次次噴丸 處理，進(jìn)行表面強(qiáng)化，提高零件機(jī)械強(qiáng)度以及耐磨性、抗疲勞和耐腐蝕性；在第一次半 精加工之后對零件進(jìn)行時效處理；在對零件進(jìn)行磨削加工之前對零件進(jìn)行氮化處理，使 曲軸具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫性；在零件所有的機(jī)械 加工工序都 完成之后對零件進(jìn)行兩次動平衡檢查。 在各個工序之間不單單要進(jìn)行熱處理，還有的工序在加工之前需要在劃線平臺上進(jìn) 行劃線處理，例如在粗加工之前，和在孔加工之前。粗加工的時候，由于加工余量比較 大，定位誤差比較大，且毛坯的鑄造精度有限，為保證加工精度，要進(jìn)行劃線處理。在 某些孔進(jìn)行加工之前 (例如：法蘭盤上孔 )，由于這些孔在零件上互相之間有角度和距 離的限制，為了保證加工時的精度以及達(dá)到零件圖上個孔的位置要求，需要進(jìn)行劃線處 理。 具體加工工序以及所采用設(shè)備詳情請見加工工序卡片以及工序過程卡片。本章只是 提取了有代表性的連桿頸的粗車至精車工序進(jìn)行了切削用量等方面的數(shù)據(jù)計算，主軸頸 和曲拐臂加工情況類似。所以加工工序卡片中只包含了這四道工序的內(nèi)容。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 15 C 及 曲軸數(shù)控加工 仿真 算機(jī)輔助數(shù)控編程的步驟 目前 ，國內(nèi)外計算機(jī)輔助制造（ 軟件的種類很多，其軟件功能、面向用戶的接口方式有所不同，所以編程的具體過程及編程中所使用的指令也不盡相同，但從總體上講，編程的基本原理及基本步驟大致上是一致的，歸納起來可分為以下五大步驟。 1. 幾何造型 幾何造型就是利用計算機(jī)輔助 設(shè)計（ 軟件的圖形繪制、編輯修改、曲線曲面造型等功能等功能將零件的幾何圖形準(zhǔn)確地繪制在計算機(jī)屏幕上，與此同時，在計算機(jī)內(nèi)自動形成零件的圖形數(shù)據(jù)文件。 幾何造型的過程相當(dāng)于在 言編程中，用幾何定義語句定義零件的幾何圖形的過程，其不同點在于它不是用語言而是用計算機(jī)繪圖的方法將零件的圖形數(shù)據(jù)輸送到計算機(jī)中。 圖形數(shù)據(jù)文件是下一步刀位軌跡計算的依據(jù)。自動編程過程中，軟件將根據(jù)加工要求自動提取這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析判斷和必要的數(shù)學(xué)處理，以形成加工的刀位軌跡數(shù)據(jù)。 2. 加工工藝分析 零件 圖和加工工藝分析是數(shù)控編程的 基礎(chǔ)。計算機(jī)輔助數(shù)控編程和手工編程、言編程一樣也首先要進(jìn)行這項工作。 目前，由于計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（ 術(shù)水平的限制，零件加工工藝分析仍需人工進(jìn)行。夾位置、工件坐標(biāo)系、刀具類型和尺寸、加工路線及加工工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)之后才能進(jìn)行編程。因此，編程前期的主要任務(wù)有：核準(zhǔn)零件的幾何尺寸、公差、及精度要求；確定零件相對機(jī)床坐標(biāo)系的裝夾位置以及被加工部位所處的坐標(biāo)平面；選擇刀具并確定零件刀具的相關(guān)參數(shù)；確定工件坐標(biāo)系、編程零點、找正基準(zhǔn)面及對刀點；確定加工路線；選擇合理的工藝參數(shù)。 3. 刀位軌跡的生成 計算機(jī) 輔助數(shù)控編程中刀位軌跡的生成是面向屏幕上的圖形交互進(jìn)行的。其基本過程是：首先在刀位軌跡生成菜單中選擇所需的菜單項，然后根據(jù)屏幕的提示，用鼠標(biāo)指針選取相應(yīng)的圖形目標(biāo)，指定相應(yīng)的坐標(biāo)點，輸入所需的各種參數(shù)；軟件將圖形文件中提取編程所需要的信息，進(jìn)行分析判斷，計算出節(jié)點數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 16 換為刀位數(shù)據(jù)，指定的刀位文件中或直接進(jìn)行后置處理生成數(shù)控加工程序；同時在屏幕上顯示出刀位軌跡圖形。 刀位軌跡的生成大致可分為點位加工刀位軌跡的生成、平面輪廓加工刀位軌跡的生成、槽腔加工刀位軌跡、槽腔加工刀位軌跡的生成和曲面加工刀位軌跡 的生成 4種。 4. 后置處理 由于各種數(shù)控機(jī)床使用的控制系統(tǒng)不同，所用數(shù)控指令的代碼及格式也有所不同，為了生成符合特定數(shù)控機(jī)床要求的數(shù)控加工程序，就需要進(jìn)行后置處理。計算機(jī)輔助制造（ 件通常設(shè)置一個后置處理配置文件。在進(jìn)行后置處理前，編程人員需對該文件進(jìn)行手工編輯或在通用后置處理程序的支持下，按文件規(guī)定的格式定義數(shù)控加工程序所使用的代碼、程序格式、圓整化方式等內(nèi)容。 件在執(zhí)行后置處理命令時將自動按后置處理配置文件定義的內(nèi)容，輸出所需要的數(shù)控加工程序。 5. 程序輸出 在 成軟件系統(tǒng)或?qū)Ｓ煤笾?處理程序中完成數(shù)控加工程序的生成后，需將數(shù)控加工程序傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床。早期的數(shù)控系統(tǒng)多采用穿孔紙帶進(jìn)行轉(zhuǎn)換和輸入，目前已廣泛采用 行通信方式或 絡(luò)通信方式進(jìn)行程序輸入。 使用 C 模塊設(shè)計加工程序的流程與實際加工的邏輯相似 ，其加工流程圖如圖 6 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 17 圖 6 C 模塊加工流程圖 制造模型一般由一個參照模型和一個工件裝配組成。 制造模型中可以包含工件，也可以不包含，包含工件的目的與優(yōu)點是可以計算加工的范圍、模擬材料的加工切削情況和查詢 加工材料切削量等。 制造數(shù)據(jù)庫包括機(jī)床設(shè)置、刀具設(shè)置、夾具設(shè)置等項目。 其中有些項目可以在加工過程中需要定義時再進(jìn)行設(shè)置。 操作實際上是一系列 列的集合。 操作設(shè)置一般包括操作名稱、定義機(jī)床、定義 出坐標(biāo)系、操作注釋、設(shè)置操作參數(shù)、定義起始點和返回點等。 通過定義 列的類型、切削參數(shù)和制造參數(shù)等由系統(tǒng)自動生成刀具軌跡。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 18 C 代碼文件 通過 仿真操作可以對生成的刀具軌跡進(jìn)行檢查，如果不符合要求，則應(yīng)對 列及時進(jìn)行修改；如果刀具軌跡 符合要求，則可以通過后置處理，生成 碼文件，驅(qū)動數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。 軸的數(shù)控加工仿真過程 曲軸的數(shù)控加工 仿真需要建立在曲軸加工工藝分析的基礎(chǔ)之上，同時根據(jù)具體的工作環(huán)境和加工要求決定。合理的安排工序也可以提高加工效率，減少刀具的損耗及資源的浪費(fèi)。下面對曲軸加工簡化，以一個曲拐的加工為例，對其進(jìn)行加工仿真研究。 如圖所示，建立參照模型 （見圖 7） ： 圖 7 參照模型 由于上章討論曲軸加工工藝，一般以鑄造毛坯和煅造毛坯為主，故 毛坯模型如 圖 8所示 ： 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 19 圖 8 工件 模型 在 中選擇新建制造文件，及 件命令 ,選擇毫米模版復(fù)選框 ，依次選擇插入 -參照模型 -裝配，調(diào)入?yún)⒄漳Ｐ臀募?，采用組件坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系約束 （圖 9） ,選擇同一模型復(fù)選框。 圖 9 坐標(biāo)系約束后 然后 選擇插入 -工件 -裝配，調(diào)入工件文件，然后進(jìn)行約束處理， 得到如下圖所示的制造模型文件 ，見圖 10。 湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 20 圖 10 制造模型 工件坐標(biāo)及組件坐標(biāo)如 圖所示，根據(jù)軸類零件的特點，工件坐標(biāo)設(shè)置為軸線中心，同時以曲軸軸線方向為 向為 X 軸，同時可判斷出 于加工曲軸連軸頸時，刀具方向為徑向，而 C 默認(rèn) Z 軸方向為刀具方向，則需建立一個以徑向方向為 Z 軸的坐標(biāo)系。 下面以銑削連桿軸頸及鉆油孔為例，進(jìn)行加工仿真。 依次點擊步驟 -操作 - ，進(jìn)行機(jī)