毕业设计正文修改稿

1、第1章曲轴的概述1.1曲轴的简介曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，曲轴在装上连杆后，可将活塞的上下往复运动转变成循环运动。曲轴主要有两个重要的加工部位：主轴颈和连杆轴颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆轴颈与连杆大头孔相连接，连杆小头孔与汽缸活塞相连接，构成一个典型的曲柄滑块机构。发动机的工作过程是：混合压缩气体的燃爆所产生的能量推动活塞做往复的直线运动，并通过连杆将力传递给曲轴，经曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴加工质量的好坏将直接影响发动机的整体性能的好坏。1.2零件（曲轴）的加工工艺 曲轴在发动机内是一个高速旋转的长轴，它将活塞的直线往复运动变为旋转运动，进而通过飞轮把扭矩输送给底盘的传动

2、系，同时还驱动配气机构及其它辅助装置，所以其受力条件相当复杂，除了旋转质量的离心力外，还承受周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为保证工作可靠，曲轴必须要有足够的强度和刚度，各工作表面要耐磨，而且润滑良好。机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序所组成，而工序是工艺过程的最基本单元。一个工人或一组工人在一个工作地点对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。即使同一种零件，随着生产条件和生产批量的不同，工序的划分以及每个工序所包含的内容也不同。有时在生产中完成一个工序需要进行许多工作：首先要对工件进行装夹，必要时使工件转位使其占有几个工

3、位，然后通过各工步加工完成工序的内容。在加工过程中，使工件在机床上占据正确的位置并使工件夹紧的过程称为工件装夹。在一个工序中有时需要几次装夹，为了减少装夹时间和装夹误差，工件在加工过程中应尽量减少装夹次数。为了完成一定的工序部分，一次安装后工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一位置称为工位。在某一工序中，有时为了减少由于多次装夹而带来的误差及时间损失，常常采用转位（或移位）工作台或夹具，无需重新装夹工件而改变工件位置，以加工不同的表面。在加工表面和切削工具不变的情况下所完成的那部分工作称为工步。构成工步的任一要素（加工表面和刀具）改变后，一般即变成另一工步。有时为了

4、提高生产效率，用几把刀具同时加工几个表面的工步称为复合工步。有些工步，由于余量较大或其它原因，需要用同一刀具对同一表面进行多次切削，刀具对工件该表面每切削一次就称为一次走刀。本次加工的为F178单拐曲轴毛坯图，结构如图见1-1 图 1-1关于曲轴加工工艺的分析： 1定位基准的选择。曲轴径向尺寸设计基准为主轴颈和连杆轴颈的轴线；轴向尺寸基准为止推面。作为精基准(也为设计基准)的中心孔应先加工，粗基准为主轴颈外圆表面，并以主轴颈两侧曲柄台阶面作为轴向定位粗基准。2关键工序。例如：铣端面、钻中心孔。曲轴中心孔是否偏移，对加工表面的余量分布和动平衡有直接影响，所以应使中心孔尽可能接近曲轴的质量中心。加

5、工时，先铣两端面，后钻中心孔。粗加工主轴颈时，如以中间轴颈作为辅助支承面和轴向定位面时，则中间轴颈加工应安排在其它轴颈加工之前进行粗加工或半精加工；曲柄定位面(也称平台)应在连杆轴颈加工之前进行加工；油道孔、定位销孔的加工应在轴颈粗磨之后，淬火之前进行；表面淬火应在半精磨加工之前进行；平衡在精加工之后进行；校直是在容易引起曲轴弯由变形的工序之后进行，如在粗车、粗磨、热处理工序之后进行；最终检查在清铣之后进行。1.3高速磨头的意义及未来的发展趋势曲轴的高速磨削是相当的重要，因为对曲轴作为发动机里的重要零件影响很大，所以国内，外对其研究发展都很重视。欧美等汽车工业发达国家，经过多年的积累，通过计算

6、机的三维设计，利用有限元的分析方法对曲轴的各项强度指标进行分析，使曲轴在初期就到达完美的设计，在加工工艺方面，由于国外大多采用先进的数控设备，而国内大多以手动设备为主，精度差。这就是要求我们在实际加工工艺设计的过程中充分考虑各方面的因素，在借鉴外国先进的工艺方案的同时充分考虑现有的设备资源的利用和改造达到少投入，增大收益。此外，曲轴在工作中受到气体力，往复惯性力以及它们生产的转矩和弯矩作用，受力情况十分复杂.其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都要很大影响。对此，高速磨削这项技术的的研究是相当的迫切，高速磨削相较于一般的普通磨削能达到更高的精度，相较于普通而繁琐的工艺

7、安排，高速磨削可以更简便的实现工艺的安排，然而，高速磨削也不是如此的完美，在高速磨削实际应用中，高速磨头还存在着一系列的问题，完善高速磨头的研究并解决这些问题，从而把高速磨削大规模的应用到实际生产中去将会是整个磨削行业的一个未来的发展趋势。因此，各要素的尺寸精度、位置精度和表面质量要求相当高。曲轴中几个主要加工表面、连杆表面、轴承轴颈及锥面键槽的精度要求都较高，连杆轴颈需经过抛光。所以研究曲轴生产具有一定的实际意义。由曲轴的精度，所以磨头的高速磨削是相当的重要及刻不容缓。第2章 曲轴的加工工艺分析2.1曲轴的结构如图1-2所示，一般是由主轴颈、连杆轴颈、平衡块等组成。 图1-2轴的结构 主轴颈

8、是曲轴的支承部分，连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过度，以减少应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，设有平衡块，用于平衡运动过程不平衡的离心力矩。有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。 图1-22.2曲轴的生产纲领、确定生产类型按照任务书要求，F178曲轴的年产量Q=200000（台/年），n=1（件/台），设其备品率为10%，机械加工废品率为1%，现制定该曲轴零件的工艺规程：年生产纲领：N=Qxnx(1+) =200000x1x(1+10%+1%) =2220002.3 曲轴的主要技术要求分析曲轴的年产量为222000台，机械加

9、工工艺手册表2.1-3确定生产类型与生产纲领之间的关系，可知该曲轴为大批量生产。 2.4曲轴的材料、毛坯的确定毛坯选择的原则，应在满足使用要求的前提下，尽可能地降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。 材料的成形过程是机械制造的重要工艺过程。机器制造中，大部分零件是先通过铸造、锻压、焊接成形制得毛坯，再经过切削加工制成的。毛坯的选择，对机械制造质量、成本、使用性能和产品形象有重要的影响，是机械设计和制造中的关键环节之一。 曲轴工作时要承受很大的转矩和交变的弯曲应力，容易产生扭振、折断和轴颈磨损。因此要求曲轴材料应具有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用于制造曲轴的材料有：用于制造一般

10、曲轴的35、40、45钢和球墨铸铁QT600-2；用于速度高、承载大的曲轴一般采用40Cr，40Mn2V等材料。本设计加工的曲轴采用40Cr。曲轴的毛坯根据生产批量、尺寸大小、结构以及材料来确定。根据本次设计的生产批量，采用模锻毛坯。实现少切削，无切削加工，是现代机械制造技术的发展趋势。但是，由于毛坯制造技术的限制，加之现代机械加工对精度和表面质量的要求越来越高，为了保证机械加工能达到质量要求，毛坯的某些表面仍需留有加工余量。加工毛坯时，由于一些零件形状特殊，安装和加工不大方便，必须采取一定的工艺措施才能进行机械加工。 2.5曲轴的机械加工工艺过程对于本次的单拐曲轴（F178），由于是大批量生

11、产，故选采用的是两中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便并能保证两处轴颈的位置精度。在工艺台阶端面上钻中心孔，先以两主轴颈为粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔，然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工5的中心孔和斜孔。曲轴零件的刚性较差，应按先粗加工、后精加工的原则安排加工顺序，逐步提高曲轴的加工精度。对于主轴颈和连杆轴颈的加工顺序是：先加工两端的连杆轴颈，然后加工主轴颈和各处外圆。这样可以避免以开始就降低零件的刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴的加工精度。确定工序尺寸的一般方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换

12、时，同一表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。当基准不重合时，工序尺寸应用工艺尺寸链进行计算。确定主要圆柱面的工序尺寸：圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关，根据确定的各圆柱表面的总加工余量，应将总加工余量分为各工序的加工余量，然后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济加工精度确定。确定主要轴向工序尺寸：由零件图上的轴向尺寸及所设计的毛坯尺寸可本零件的工序的轴向尺寸。 F178曲轴除了具有轴的一般加工规律之外，还具有自身的工艺特点，包括形式复杂、刚性差和技术要求高，针对这些特点，必须采取以下相应措施：曲轴的主轴颈与连杆轴颈不在同一轴线上，偏心距有一定的尺寸要求，并且两轴有

13、较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈之间有较大的平衡块，因此在设计加工工艺时要解决以下问题：设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机床主轴重合，并使夹具能回转180O,加工另一连杆轴颈；消除加工时产生的不平衡力，设计夹具时应精确设计平衡重。因曲轴长径比较大并含有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力和自身重力的作用下会产生严重的扭曲及弯曲变形，特别是在单边传动的机床上更为严重，因此在设计加工工艺时应解决以下问题：曲轴技术要求较高，并且加工面多，需要保证的尺寸、形状和位置精度较多，因而总的工艺路线较长，精加工在整个曲轴的加工过程中占有相当比重。因此在设计加工工艺时应解决以下问题：正确分配粗加工、半

14、精加工和精加工的加工余量；加工时用曲轴两端的中心孔作为粗基准，中心孔的加工以主轴颈的外圆为基准，以保证曲轴在加工过程中径向和轴向的加工余量均匀；精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新精磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损而引起加工误差，也可采用一端主轴颈定位、另一段用中心孔定位以提高曲轴刚度；曲轴的轴向定位以主轴颈的轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽量与设计基准一致。 曲轴的尺寸精度、加工表面的形状精度和位置精度的要求都比较高，但是刚性比较差，容易产生变形，这给曲轴的机械加工带来了很多的困难，必须予以充分的重视。基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量

15、得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则：(1) 选择重要表面为粗基准 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面。 (2) 选择不加工表面为粗基准 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准，以便保证精度要求，

16、使外形对称等。(3) 选择加工余量最小的表面为粗基准 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。(4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 以便工件定位可靠、夹紧方便。(5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。实际上，无论精基准还是粗基准的选择，上述原则都不可能同时满足，有时还是互相矛盾的。因此，在选择时应根据具体情况进行分析，权衡利弊，保证其主要的要求。 曲轴需要

17、加工的表面有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、35.2的外圆。根据曲轴的结构特点和机械加工的要求，曲轴的加工顺序大致可归纳为：铣两端面、钻中心孔、粗、精车轴颈、粗、精车各轴颈外圆、精磨连杆轴颈、主轴颈和35.2的外圆、车螺纹、铣键槽等。用什么作为基面？ 车主轴颈：采用一夹一顶的装夹方式，夹住一段的主轴颈，车削另一端的主轴颈，以另外一个主轴颈为基面来定位车削。车连杆轴颈 ：采用双顶尖的装夹方式，以中心孔来定位。花键 ：采用一夹一顶的方式装夹方式，以另一端的主轴颈为基面螺纹： 采用一夹一顶的方式装夹方式，以另一端的主轴颈为基面 曲轴的主要加工表面为主轴颈、连杆轴颈和各外圆，次要加工表面为两端面和花键槽。此

18、外，还有检验、清洗和去毛刺等工序。曲轴各主要表面的工序安排如下：（1）.主轴颈：粗车-精车-磨削（粗磨、精磨）（2）.连杆轴颈：粗车-精车-磨削（粗磨、精磨）（3）.35外圆：粗车-精车-磨削（粗磨、精磨）（4）.28外圆：粗车-精车-磨削 2.6曲轴的机械加工工艺路线的拟订拟订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑尽量采用专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。在对曲轴机械加工进行前期的工艺分析之后，并结合生产批量，制定出符合实际年产量的曲轴的

19、机械加工工艺路线：方案一：（1） 锻造（2） 正火（3） 铣两端面（4） 粗车基准端面（5） 粗车长头外圆和台阶（6） 粗车短头外圆（7） 粗车曲拐内侧面（8） 粗车曲拐外圆（9） 粗车连杆轴颈外圆（10） 调质HB270-320（11） 喷丸或者喷砂（12） 修中心孔，修锥度（13） 钻螺纹孔（14） 精车基准外圆（15） 精车长头外圆（16） 精车短头外圆（17） 精车连杆轴颈外圆（18） 车螺纹及倒角（19） 钻长头轴挡油孔（20） 钻连杆轴颈油孔（21） 连杆轴颈孔，长头油孔倒角（22） 粗磨短头外圆（23）粗磨长头外圆（24）钻30°斜油孔（25）铣花键（26）铣键槽（27

20、）渗氮（28）精磨长头外圆（29）精磨短头外圆（30）精磨油挡孔（31）精磨锥度（32）磁粉探伤（33）检验（34）入库方案：二（1） 锻造（2） 正火（3） 铣两端面（4） 粗车基准端面（5） 粗车连杆轴颈外圆（6） 粗车长头外圆和台阶（7） 粗车短头外圆（8） 粗车曲拐内侧面（9） 粗车曲拐外圆（10） 调质HB270-320（11） 喷丸或者喷砂（12） 修中心孔，修锥度（13） 钻螺纹孔（14） 精车基准外圆（15） 精车长头外圆（16） 精车短头外圆（17） 精车连杆轴颈外圆（18） 车螺纹及倒角（19） 钻30°斜油孔（20） 钻长头轴挡油孔（21） 钻连杆轴颈油孔（22

21、） 连杆轴颈孔，长头油孔倒角（23） 粗磨短头外圆（24）粗磨长头外圆（25）铣花键（26）铣键槽（27）渗氮（28）精磨长头外圆（29）精磨短头外圆（30）精磨油挡孔（31）精磨锥度（32）磁粉探伤（33）检验（34）入库 综上，根据上述两种方案的对比，方案二，曲轴的工序（5）粗车连杆轴颈外圆放在工序（6）、（7）之前，对连杆轴颈外圆的精度有一定的误差，对于工艺的安排也存在着一定的加工干涉，加工不方便。方案二中曲轴的工序（19）钻30°斜孔必须放在工序（21）之后，否则会影响曲轴与连杆的配合误差.对于，方案一的安排，注意到了这两个方面的问题，故选择方案一。综上，根据上述两种方案的比

22、较，由于方案二中（5）连杆轴颈外圆最好放在（6）、（7）后面，此外，方案二中（19）因为是要以（20）的后面，所以方案二的工序有所欠妥，故选择方案一。精度保证、工艺简化、成本铣曲轴两端面、钻中心孔：本次工序在钻铣组合车床上完成，主要保证曲轴的总长度和中心孔的质量，若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴的质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿曲轴加工的整个过程，因而直接影响曲轴的加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因为考虑到设备因素，采用曲轴的几何中心来代替曲轴的质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作基准，因而毛坯外表面的质量好坏直径影

23、响到孔的位置误差。车削曲轴的主轴颈：由于曲轴的年常量大，主轴颈的加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行，曲轴安装在前、后顶尖上，曲轴的一端用大盘卡住，另一端用顶尖顶住，采用硬质合金车刀车几道工序上完成主轴颈的车削，由于加工余量大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具都必须具有足够的刚性。主轴颈的车削顺序是先粗车一端主轴颈和轴肩，然后以车好的主轴颈定位，另一端用中心孔定位车另一端的轴颈和各个轴肩。半精车和精车都按照这个顺序进行，逐渐提高主轴颈和其它轴颈的加工精度。车削曲轴的连杆轴颈：曲轴颈和其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用夹具来车削连杆

24、轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈时需要解决的是角度定位以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都必须采用专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的V型块组成，装在接盘上。V型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。在车削时用顶尖顶紧中心孔，这样就能够保证连杆轴颈轴线与车床主轴线的一致。安装夹具体的接盘上有平衡块，以消除曲轴旋转时产生的不平衡力矩。车削连杆轴颈时为了时切削力不至于太大，每次车削的车削余量控制在1-1.5mm以内，同时车床旋转的转速不能过高，切削用的刀具采用高速钢。加工花键槽：这个花键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后，这样就能保证定位精度及控制键槽的深度和对称度。加工

25、花键槽时以两主轴颈来定位，同样时采用专用夹具在普通铣床上进行。磨削轴颈：µm，并且具有较高的形状精度和位置精度。因此主轴颈和连杆轴颈精车后要进行磨削，以降低曲轴的表面粗糙度。在工艺设计过程中，应先磨主轴颈然后再磨连杆轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨削连杆轴颈时则以经过磨削的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离和平行度要求。磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的由于轴颈宽度不大，故采用横向进给磨削法，生产率较高。由于磨轮直接影响轴颈和圆角的形状，故磨轮的外形需要仔细的修整，磨削的余量根据车削后的精度而定，粗磨余量值为每边0.

26、2-0.3mm，精磨时每边的余量值控制在0.1-0.15mm内。在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为避免曲轴弯曲，采用可以调节的中心架，否则就不能去掉上道工序遗留下来的弯曲度，最好等这个轴颈的摆差减小后再开始使用中心架。在磨削主轴颈时应当把两顶尖孔倒角处抹干净，去掉沙粒和残油，以确保中心孔的精度，中心孔作为基准在磨削时必须进行研磨。 第3章 曲轴机械加工余量及工序安排的确定3.1机械加工余量、工序尺寸和公差的确定工序3：铣端面打中心孔(1) 加工条件工件材料：40Gr，锻造加工要求：铣两端面刀具：盘铣刀 d=80 齿数z=6机床:平端面打中心孔机(2) 计算切削用量及加工工时(a) 粗铣

27、铣削深度= 1.5mm 每齿进给量fz：根据机械加工工艺手册(机械工业出版社、王先逵、2006版。)表2.4-73，取：fz = 0.4 mm/z铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-81，取机床主轴转速：,实际铣削速度：进给量=0.5 ：根据机械加工工艺手册表2.4-81, 被切削层长度：由毛坯尺寸可知l=124mm刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：工序名19：钻长头油档孔 (1) 加工条件工件材料：40Gr，锻造 加工要求：钻长头油档孔 5刀具：直钻5麻花钻机床：台钻24025 (2) 计算切削用量及加工工时切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-39，取切削速

28、度：参照机械加工工艺手册表2.4-41，取机床主轴转速： 实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：工序名：粗车长头与短头外圆 (1) 加工条件工件材料：40Gr，锻造 加工要求：长头外圆35.2 、 35 、 30 、 25短头外圆 35.2 35 30 18刀具：YT14硬质合金 机床：简易数控(2) 计算切削用量及加工工时切削深度=3 mm进给量：根据机械加工工艺手册表3-13，取切削速度：参照机械加工工艺手册表3-13，取机床主轴转速： 实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：工序名：磨削长头与短头外圆

29、(1) 加工条件工件材料：40Gr，锻造 加工要求：长头外圆35.2 、 35 、 30 、 25短头外圆 35.2 35 30 18刀具：砂轮GB46ZR1 机床：外圆磨M13321500 (2) 计算切削用量及加工工时切削深度=3 mm进给量：根据机械加工工艺手册表3-13，取切削速度：参照机械加工工艺手册表3-13，取机床主轴转速： 实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：粗磨主轴颈切削用量及时间的确定 1. 粗磨主轴颈（1）确定磨削深度： 由于双边余量仅为0.2mm，参照金属机械加工人员手册表14-128，工作台一次往复行程横向进给量mm,取为m

30、m,故可在两次行程内完成 ap = 0.1 mm （2）确定进给量 ：参照金属机械加工人员手册表14-128，可算得纵向进给量=（0.50.8）=（0.50.8）16mm=812.8mm/r,取=10mm/r。（3）确定切削速度v ：切削速度v可以根据公式计算，也可以直接由表中查出。参照金属机械加工人员手册表14-128，工件磨削表面的直径d=75mm, 查得=13-16min,本工序去=13r/min;由机械加工工艺手册表13.4-5取砂轮轮速为=25m/s。（4）确定主轴转速n： 按外圆磨床的转速，n=3200r/min。（5）确定粗磨第一主轴颈的基本时间：参照金属机械加工人员手册表15-

31、27可查得外圆磨床的机动时间为： Tj2 = （ ） =0.32min 其中 K外圆磨系数，据表15-27取1.1；工件每分钟转数（r/min）, Nw = 1000 = 55r/min 粗磨齿轮轴颈确定切削深度： 由于双边余量为0.3mm,参照金属机械加工人员手册表14-128，工作台一次往复行程横向进给量,取为，故可在2.5次行程内完成。ap = 0.15mm（2）确定进给量：参照金属机械加工人员手册表14-128，可算得纵向进给量，取。（3）确定切削速度v： 切削速度v可以根据公式计算，也可直接由表中查出。参照金属机械加工人员手册表14-128，工件磨削表面的直径d=52mm,查得，本工

32、序v=12m/min;据机械加工工艺手册表13.4-5取砂轮速度为。（4）确定主轴转速nNw = 1000 = 3184 r/min 据外圆磨床的转速，取n=3200r/min.（5）确定粗磨齿轮轴项的基本时间 同上可知Tj2 = （ ） =0.32min 工序的基本时间为 （精车主轴颈）切削用量即基本时间的确定本工序为精加工工序，选用Ck6132数控车床和YT15硬质合金车刀，选用可转位车刀（GB2078-87,GB2080-87）,刀具副偏角，刀尖圆弧半径精车轴项部分：ap = 0.75mm （精磨主轴颈）切削用量及基本时间的确定本工序为精加工工序，选用M13321500外圆磨床，是用双顶

33、尖定位夹紧，所选砂轮的宽度为。 主轴颈工序尺寸和公差的确定：表4-1 曲轴主轴颈的工序及公差工序工序余量经济精度工序尺寸及公差锻造6.541.7±1粗车3IT1138.7±0.5精车1.5IT837+0.2+0.1磨削0.4IT735.2+0.059+0.043连杆轴颈工序尺寸和公差的确定：表4-2 曲轴连杆轴颈的工序及公差工序工序余量经济精度工序尺寸及公差锻造44±1粗车3IT1141±0.5精车1.5IT838+0.2+0.1磨削0.5IT740外圆工序尺寸和公差的确定：表4-3 曲轴40外圆的工序及公差工序工序余量经济精度工序尺寸及公差锻造40&#

34、177;1粗车3IT1137±0.5精车1.5IT835.5+0.2+0.1磨削0.5IT735+0.018+0.00235外圆工序尺寸和公差的确定：表4-4 曲轴35外圆的工序及公差工序工序余量经济精度工序尺寸及公差锻造40±1粗车3IT1134.5±0.5精车1.5IT831.5+0.2+0.1磨削0.5IT7第4章 高速磨头的设计4.1磨削的原理及特点磨削时，磨床上相应的机构控制砂轮，使它与工件接触，逐渐切除工件与砂轮相互干涉的部分，形成被磨表面。影响磨削加工过程的因素很多，使得磨削机理的研究比切削机理的研究变得更加困难和复杂。为了实现磨削过程的最优控制，就

35、必须研究磨削加工中输入参数和输出参数之间的相互关系，也就是必须研究磨削加工过程的物理规律磨削原理。磨削原理的研究始于1886年，美国的C.H.诺顿和C.艾伦合作研究砂轮和磨削过程，20年之后制订出正确选择砂轮类别和砂轮速度的原则；同时发现为了提高磨削效率和精度，必须对砂轮进行平衡，并在磨削过程中正确地修整砂轮(见砂轮修整)和使用切削液。19141915年，英国的J.格斯特和美国的G.奥尔登对磨削用量、磨屑大小和选择砂轮等问题又作了进一步的研究。此后，磨削原理的研究不断深入。在磨屑形成方面，德国的K.克鲁格对砂轮上磨粒与工件的接触弧长和影响单颗磨粒的切深的因素进行了几何计算和研究在1925年提出

36、了研究报告。德国的M.库莱恩和G.施勒辛格尔以及日本的关口八重吉等人对磨削力作了研究，在20年代末至30年代先后提出了磨削过程中影响磨削力的诸因素，并使磨削力的测量技术不断发展。从30年代起，随着测量磨削表面温度实验技术的发展推动了有关磨削热的理论研究。对于砂轮磨削性能的理论研究导致一系列新型高速砂轮的出现发展了砂带磨削。由于金刚石和立方氮化硼磨料的应用，磨削原理又得到新的发展。70年代以来，应用扫描电子显微镜对磨削的微观过程和超精密磨削的机理作了深入的分析。磨屑形成过程 磨粒在磨具上排列的间距和高低都是随机分布的，磨粒是一个多面体，其每个棱角都可看作是一个切削刃，顶尖角大致为90°

37、120°，尖端是半径为几微米至几十微米的圆弧。经精细修整的磨具其磨粒表面会形成一些微小的切削刃，称为微刃。磨粒在磨削时有较大的负前角(见刀具)，其平均值为-60°左右。磨粒的切削过程可分3个阶段。滑擦阶段：磨粒开始挤入工件，滑擦而过，工件表面产生弹性变形而无切屑。耕犁阶段：磨粒挤入深度加大，工件产生塑性变形，耕犁成沟槽，磨粒两侧和前端堆高隆起；切削阶段：切入深度继续增大，温度达到或超过工件材料的临界温度，部分工件材料明显地沿剪切面滑移而形成磨削。磨削的特点：（1） 砂轮表面上同时参加切削的有效磨粒数不确定（2） 磨刃的前角多是负前角（3） 一颗磨粒切下的磨屑体力很小（4）

38、磨削的速度很高（5） 磨削加工的力比值很大（6） 砂轮有自锐作用曲轴磨削中的磨损及原因：曲轴轴颈表面的磨损是不均匀的，主轴颈与连杆轴颈的径向磨损主要呈椭圆形，且其最大磨损部位相互对应，即各主轴颈的最大磨损处靠近连杆轴颈一侧；而连杆轴颈的最大磨损处也是靠近主轴颈一侧。曲轴轴颈沿轴向还有锥形磨损。 轴颈的椭圆形磨损是由于作用于轴颈上的力沿圆周方向分布不均匀侧，方向沿曲轴半径向外，造成连杆轴颈内侧磨损最大，形成椭圆形。连杆轴颈产生锥形磨损的原因是由于通向连杆轴颈的油道是倾斜的，当曲轴回转时，在离心力的作用下，润滑油中的机械杂质偏积在连杆轴颈的一侧，加速了该侧轴颈的磨损，使连杆轴颈的磨损呈锥形。此外，

39、连杆弯曲、气缸中心线与曲轴中心线不垂直等原因，都会使轴颈沿轴向受力不均，而使磨损偏斜。 主轴颈的磨损呈椭圆形，主要是由于受到连杆、连杆轴颈及曲柄臂离心力的影响，使靠近连杆轴颈的一侧与轴承产生的相对磨损较大。 此外，轴颈表面还可能出现擦伤与烧伤。擦伤主要是由于机油不清洁，其中较大的坚硬机械杂质在轴颈表面刻划引起的。轴颈表面的烧伤是由于烧瓦引起的，烧瓦主要是由于润滑不足、机油过稀、油路阻塞等原因造成的。4.2高速磨头的电机选择由于所设计的高速磨头它的速度Vm/s，要求的砂轮直径为d=400mm跟根据公式 V=3.14×n×D60×1000求得 Vmin=2866 r/

40、min 根据机械设计手册所查的，Fp=9.81×Cf×Q1.07×K0 =450.67NFC=Fp × ap0.86× 80 -1.06 ×0. 2.44 =50 N所以磨削的功率 Pm= Fc × Vs =3000 4000 W所以 Pm 选取在3.5 KW根据预设计的传动原理，所以效率总=1×2 =0.99 × 0.96=0.98所以 电机功率 Pa = Pm /= 3.6 KW所以根据课程设计手册中表12-1 选用为 Y112M-2 PN = 4 KWN电 =2890 r/min 额定功率为4 KW

41、4.3 传动形式的选择及计算对于高速砂轮的磨削，常规的选法一般才用带传动与机械传动相配合，因为本次用的电动机的基本转速与所要达到的最低转速是完全可以达到，所以采用传动比为1:1。所以对于此次的传动配合，分别用带传动与齿轮传动。带传动的选用：对于高速磨头的首要问题是带的速度能否达到，以及所需要传动的动力，所以不考虑使用平带传动，故考虑采用V带传动。Pd =Ka × P = 1.3 × 4 = 5.2 KW根据机械设计手册表12-1-1 选用 Z型 因为所需要的转速在采用i=1:1 就可以了 根据 Pd 和N1的的速度 由表12-1-1 来选取V带的基准直径dd1所以dd1 =

42、 95 mm 因为 i= 1 所以 大带轮和小带轮的 基准直径是一样的！V=3.14×n×dd1（60×000 ）= 14.4 m/s V 的速度在 5 m/s 和30 m/s 之间，所以带速合适。初定中心距 有公式0.7（dd1 + dd1 ） a0 2（dd1 + dd1 ） 取得a0 =210 由此可以算出 基准长度Ld0 = 2 a0 + dd1 = 718 mm由表12-1-11 取 基准 带长Ld = 710 mm 所以 修正中心距 a= a0 + （Ld- Ld0 ）/ 2= 206 mm因为是采用的 i= 1 的传动比，所以 带轮的包角去到最大为1

43、80°，所以不需要验算就可以合格了。 根据带的型号、基准直径及 电动机转速 由表 12-1-18 计算V带功率及根数 由dd1 =95 和 n= 2890 r/min 根据表12-1-18 所以P1 = 0.62 KW 由表 12-1-21 K=100 由表 12-1-22 KL = 0.99 Pr =（P0 + P0 ）×K×KL =0.644 KW 因为 Pm,= 3.5 KW P电动机 = 3.6 KW Z = P电动机 / Pr = 5.73 所以Z= 6 根 计算单根V带的初拉力的最小值F0 F0 = 500 （ 2.5/ K-1）P电动机 / ( Z&

44、#215; v) + mv2 = 50 N 作用在轴的压力 Fp = 2 × sin / 2 = 600 N 4.4高速磨头的选择及高速磨削的的优点高速磨削时，砂轮线速度大于100m/s。在高速磨削加工过程中，保持其它参数不变，随着砂轮速度的大幅提高，单位时间内磨削区域的磨粒数增加，每颗磨粒切下的磨屑厚度变小，则高速磨削时每颗磨粒切削厚度变薄。实验表明其截面积仅为普通磨削条件下的几十分之一，这导致每颗磨粒承受的磨削力大大变小，总磨削力也大大下降。高速磨削时磨粒在磨削区上的移动速度和工件的进给速度均大大加快，加上应变率响应的温度滞后的影响，会使工件表面磨削温度有所降低，因而能越过容易发

45、生磨削烧伤的区域，而极大扩展了磨削工艺参数的应用范围。高速磨削可以大幅度提高磨削效率，延长砂轮寿命和改善表面粗糙度。高速磨削可以对硬脆性材料实现磨削，对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。同时由于高速磨削缩短了加工时间，因而减少了能量的消耗，降低了噪声的污染.。高速高效磨削用主轴，在很大程度上决定了高速磨床所能达到的最高磨削速度极限。因此，为实现高速高效磨削，对砂轮驱动和轴承转速往往要求很高。主轴的高速化要求主轴有足够的刚度、回转精度高、热稳定性好、可靠、功能消耗低、使用寿命长等。要满足这些要求，主轴的制造及动平衡、主轴的支撑、主轴系统的润滑和冷却以及系统的刚性等是非常重要的。为减小由于磨削速

46、度的提高而增加的动态力，要求砂轮主轴及主轴电动机系统运行极其精确，且振动极小。 高速磨削的优点：磨粒的未变形切削厚度减小，磨削力下降砂轮磨损减少，提高砂轮寿命在磨粒最大未变形切削厚度不变条件下，可加大磨削深度或工件速度，提高磨削效率。切削变形程度小，磨粒残留切痕深度减小，磨削厚度变薄，可以改善表面质量级减小尺寸和形状误差。对于CBN砂轮的要求，充分发挥CBN砂轮的磨削性能，提高磨削速度，延长砂轮修整时间间隔，达到高效率化。吕基体CBN砂轮线速度以达到300m/s，树脂和金属结合剂CBN砂轮线速度可达229279m/s。对于上述所说的好处，以及高速带给我们的方便，所以比较倾向于采用立方氮化硼（C

47、BN）高速磨头。随着现代驱动和控制技术，测量控制，CBN（立方氮化硼）砂轮和先进的机械零件，曲轴磨床，高精度的应用，高效率的研磨。它体现了新技术综合应用的具体成果。该磨削工艺可显着提高磨曲轴，准确性和灵活性。 4.5轴承的选择 对于滚头轴承的选择， 有以下条件（一） 轴承的载荷 ，根据载荷的方向选择轴承，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承，当轴在承受劲向载荷是不大时，采用深沟球轴承或者接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承。 （二）、 轴承的转速在一般的转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速比较高时，才会有比较显著的影响。 对于球轴承与滚子轴承相比较，有较高的极限转速，故在高速

48、时应优先选用球轴承。（三）、轴承的调心性能 当轴的中心线雨轴承座中心线不重合二有角度误差时， 或因轴力而弯曲或者倾斜时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜，这时，应采用有一定调心性能的调心轴承或者带座外球面球轴承。 （四） 、轴承的安装和拆卸 便于装拆，也是在选择轴承类型时考虑的一个因素。综合上述的因素，由于，本次所设计的是一个高速的载荷均分布在轴向和径向都用的一个传动装置，故采用统一类型的轴承：角接触球轴承。通过上述的一系列的条件与因素，本人最后设计的如下的图： 图 2-1 图 2-1 4.6 主轴的强度校核 要对轴进行强度校核，必须先知道所选轴的直径 ： 轴直径的计算：1由 N电 = NI =2890