单拐曲轴的车削方法及工艺分析

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1、主要技术要求：　　（1）外圆共三处，共4处，共2处。
　　（2）长度25mm共2处,4mm共4处,8mm、5mm、300+0.1、46mm、160±0.1mm各1处。
　　（3）45o角两处。
) G1 E* {) r% A% }8 C2 u; F+ O　　（4）形位公差 的偏心外圆与轴线的平行度误差为0.05mm。
　　2、工艺分析：
　　在机器中由回转运动转变为往复运动，往往是由偏心机构或曲轴来完成的；偏心工件和曲轴一般都在车床上加工。
  O/ b0 h3 Z' o* H$ S　　偏心工件、曲轴与外圆车削有很多共同点，但是偏心工件和曲轴又有它的特殊点，这就是工件的外圆和外圆之间的轴线平行而不相重合。工件的外圆轴线平行，这一现象即称为“偏心”，这两处轴线之间的距离称为“偏心距”。
　　车偏心和车其它工件一样，加工方法不是一成不变的，而是按照工件的不同数量，形状和精度要求相应地采用不同的方法。
* d; P3 c4 n1 }  [6 K8 _　　首先要考虑零件的形状、尺寸精度和公差要求，选择合适的加工工艺。因此，事前的工艺分析一定要准确，当然可靠的加工方法和步骤也是至关重要的。
$ Z, _, ^$ @- i; s" t( z8 A5 T; c; W; \　　（1）偏心工件的形状全靠车削加工出来，因此，应慎重考虑，必须选择好加工工艺与加工步骤。
( c5 i* H  ^! n4 ^　　（2）偏心工件可采用两顶尖装夹车削的方法。为了保证偏心外圆与轴心线的平行度和其它相关精度要求，车削偏心部分时，车刀必须要有足够的强度。要注意：硬质合金车刀在车削时易被碰坏，车偏心工件时顶尖受力不均匀，前顶尖容易损坏或移位的现象。因此，必须要经常检查。
　　（3）在用两顶尖顶车偏心工件前，首先用三爪自动定心卡盘夹住工件一端外圆，车削工件另一端的平面后钻中心孔，一夹一顶装夹车削外圆至尺寸要求，长度尽可能车得长些。调头再用三爪自动定心卡盘夹住已加工外圆，定好工件的总长，平端面、钻中心孔，工件两端面的表面粗糙度应达到要求。
　　二、加工难点及解决方法：
　　1、偏心工件中心孔的加工质量对工件的加工精度影响很大，偏心工件两端各对中心孔的位置要求一一对应，如果两端中心孔不在同一直线上，造成轴线歪斜，或中心孔表面加工不圆整、不光滑；都会严重引起曲轴工件加工后的形状误差和位置误差。所以，精度要求较高的偏心工件，中心孔一般都应在精度较高的坐标镗床上加工。
& [/ c/ W$ z. K% @# V　　2、在两顶尖上装夹偏心工件，由于工件外圆上的受力点分布不均匀，会使装夹不牢固，开车后或切削加工中将产生较大的离心力和冲击振动，会使工件出现不圆度和工件外圆切削振动等，甚至会发生严重事故。
　　3、加工较长的曲轴工件时，最突出的矛盾是工件刚性差，回转不平衡，容易变形，加工较困难；曲轴加工后用支撑螺钉支撑的方法可增加工件刚性，减少变形和振动；但一定要注意顶尖和支撑螺钉不能顶得过紧，过紧会使工件弯曲变形；若支撑螺钉顶得太松则起不到支承作用，加工中螺钉容易飞出来发生事故。
  u' S7 y7 q* \- |5 L/ i　　4、偏心工件装夹后，原中心线已偏移一定距离，为了防止打坏车刀产生事故，进刀切削时应先从工件最高点开始。
0 {0 e3 r: r' o$ V　　5、检查偏心距e时，工件应在顶在两顶尖间打百分表测量。（百分表上的最大读数-最小读数=2e），如果百分表量程不够，可加块规或在高度游标尺上安装百分表和测量。
- g  H7 z! i0 g! g　　6、车削偏心工件，切削速度不宜选得过高，车刀前角与后角不宜磨得过大。
1 z: I; d5 a8 B% r. @5 P, F　　7、车偏心工件时顶尖受力不均匀，前顶尖容易损坏或移位。因此必须经常检查并保证两顶尖处在有摩擦力又有间隙的状况。
　　8、注意调整车床主轴的间隙，特别是当车床精度较差时，更显得重要。
/ D# b& a$ D/ u　　三、本例题加工方法与步骤
% m8 j' x$ O  P0 q" H$ I8 y　　1、零件备料为，45#钢棒料。用三爪自动定心卡盘夹住毛坯外圆，伸出长校正，将端面车平，钻中心孔。再次夹持外圆长处，用活动顶尖采用一夹一顶的方法。粗车、精车Φ60 0 -0.1 mm至尺寸要求，再调头车端面，注意包好薄铜皮，防夹伤工件表面，将总长控制在160±0.1 mm的尺寸要求。钻Φ3mm中心孔。（图二）
图2
　　2、在轴的两端面上涂色，把工件放在V形架上进行划线，用划针盘(或游标高度尺)先在端面和外圆上划一条与工件中心线等高水平线。（图3）
7 i, L% A5 q. Q6 \( B图3
4 M0 F0 M5 x+ u( O4 D4 X" l　　把工件转动90°，用90°角尺对齐已划好的中心线，在端面上和外圆Φ60mm上划出垂直中心线，在两端划出一条偏心距为13±0.1mm的中心线，再在两端划出另一条偏心距13±0.1mm的中心线，见(图4)、（图5）。在4个偏心中心精确钻出4个3mm的中心孔。
图4                          图53
　　用平行夹夹住Φ60 0 -0.1 mm的外圆，在两曲轴中心顶尖间装夹，粗、精车曲轴部外圆尺寸Φ28-0.010 -0.035 mm×40mm，及Φ20 -0.010 -0.018mm×30 +0.1 0mm。
$ Z  \4 r: B* j* g+ a　　注意末注圆角R1的加工。（图6）
图6
9 M4 z& e' N4 i4 {　　4、用平行夹夹住Φ60 0 -0.1 mm的外圆，在两支承轴颈中心顶尖孔间装夹工件，并在已加工曲轴中间凹槽装上支撑螺钉来增加曲轴刚性；使用支撑螺钉时，要保证螺钉有足够的支撑力，防止螺钉甩出。更要注意：防止支撑力过大，使曲轴变形。粗车Φ30mm×74mm，控制中间壁厚8 mm和倒角45°及长度。(图7)
( w9 m. ^7 k9 {3 s2 j! D图7
# V- l% b7 S  ^! M% ^9 h　　5、调头：用平行夹夹住Φ30mm的外圆，在两支承轴颈中心顶尖间装夹工件，粗、精车Φ25 0 -0.05 mm×29mm和Φ20mm-0.010 -0.018×25mm至尺寸要求并倒角1×45°,控制中间壁厚尺寸8mm和倒角45°及长度。(图8)
, P4 M" {! V; \# j图8
　　6、调头：用平行夹夹住Φ20 mm的外圆，在两支承轴颈中心顶尖间装夹工件，粗、精车Φ28 0 -0.05 mm×75mm和Φ20mm-0.010 -0.018×71mm及锥度1:5至尺寸要求，控制中间壁厚尺寸8mm及倒角1×45°。 (图9)
: f" ^) e: v5 c3 H2 A' e3 ?3 b' D$ Y图9
; E& |4 }' B% ^- h9 B　　至此，加工工序已基本结束，倒棱去毛刺后送检。
　　四、检查方法
　　1、采用两顶尖的方法(见图10)，把百分表安装在刀架上，百分表的触头指在已精车Φ60±0.1的外圆上，将曲轴作上下少量的转动，在最高点处百分表置零，再将百分表触头指在Φ60±0.1的外圆最低处，将曲轴作少量的转动，在最低处读数，最高数-最低数=实际偏心距。用同样方法分别在两处取实际偏心值，两数值的平均值即为工件的偏心距。但这个方法只适应偏心距小于百分表可测范围的情况下，对偏心距较大的(如本例偏心距为26)应采用下述方法。
图10
2 N0 [1 w7 c& V3 g) T　　2、仍采用两顶尖的方法(见图11)，把百分表安装在高度游标尺上，高度游标尺放在已卸去刀架的小滑板上，百分表的触头指在已精车Φ60±0.1的外圆上，利用高度游标尺作整读数，百分表作微读数，在最高处和最低处的读数相减，求出其偏心距。也可用块规求出偏心距，其余按上述方法即可。
5 P; F( m0 t* P& E图11
6 m& T7 ?4 k& ?  s　　3、平行度的测量(如图12)，把工件两端轴颈妥放在专用检验工具上，再在垂直和水平4个不同位置检查曲轴轴线对两端轴颈轴线的平行度，其平均误差应小于图纸规定的公差0.05mm。
  _6 Y/ |+ y% u图12
) w' ^- Q' _/ l　　车削时，先把工件车到需要的直径和长度，并把两个端面车平。然后在三爪卡盘的一个或两个卡爪上垫上适当形状和厚度的垫片，就可以车削偏心部分了。垫片的形状和厚度，可以根据偏心距的大小不同来选择。由于垫片的形状不同，所以垫片厚度尺寸的计算方法也有所不同。 1、方形垫片厚度的计算：车削偏心距较小（e ≤5～6mm）的偏心工件，可以用方形垫片如图13。
图13
　　其垫片厚度可用下面近似公式计算：
　　X = 1.5e(1－e/2d)
　　式中：X—垫片厚度（mm）
* i7 r/ ^9 D4 _　　e—偏心工件的偏心距（mm）
　　d—偏心工件卡爪夹住部分的直径（mm）。
　　图中所示偏心工件卡爪夹住部分的直径为60mm，偏心距为4mm，其垫片厚度为：
7 ~& |( `) g/ @9 {# B7 r　　X = 1.5×4( 1－1/2*60) = 6×0.9917 = 5.95(mm)
　　2、扇形垫片厚度的计算
　　在车削偏心距较大（e>6mm）的工件时，可以应用扇形垫片如图14。
图14
- t- R0 R/ ?7 z% [: S　　扇形垫片的厚度可用下面的近似的公式计算：
3 v0 M! d: O" ~2 [4 K# R+ D　　X = 1.5e( 1 +  e/2d+6e)
　　如一偏心工件直径为36mm，偏心距为10mm，其扇形垫片厚度为：
0 I8 ~: `2 U) l  q7 @5 F: x2 L　　X = 1.5 × 10 × (1 + 10/2*36+6*10 ) = 16.14(mm)
% @: M$ M$ V1 S- K0 E　　3、垫片厚度的修正
9 {6 S- I4 F2 ]　　由于通过计算得出的垫片厚度只是个近似值，而三爪卡盘卡爪精度、垫片材料的硬度和强度等因素也影响着偏心距；而且在实际操作中，使用按计算厚度的垫片加工偏心零件，往往大于所需要的偏心距，这就需要用试验的方法修正垫片厚度。一般是根据计算的垫片厚度先车削一个偏心工件，接着检验这个工件的偏心距，测出偏心误差值并适当修正垫片厚度，直到加工出偏心距合格的零件为止。
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