曲轴内铣机床的总体设计与技术研究
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发布者：lunwenchina
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时间：2020年3月24日 15:41
潘 洋 1 高 宇 2
（沈阳机床成套设备有限责任公司 辽宁 沈阳 110142 ）摘 要：数控曲轴内铣机床因其加工精度和加工效率高，被很多国家关注，重点应用于汽车发动机领域，同时也代表着国家机床制造业的先进水平。曲轴内铣是指用内铣刀盘对曲轴的主轴颈或者连杆颈从毛坯就半精加工完成的曲轴加工工艺。目前我国的曲轴加工还是以进口专用设备为主，但是由于进口机床的应用及相关技术受到限制，因此设计和开发曲轴加工专用机床是提升我国机床行业竞争力的重要手段。
关键词：数控曲轴内铣机床；曲轴加工
1.总体设计
（ 1 ）机床的功能要求
a 、机床加工的可实现性。主要包含机床加工是零件的形状、加工精度、加工部位及材料的适应性。
b 、机床的工艺能力。是指零件所能满足的工艺能力需求。机床各部件的尺寸精度、运动系统装配工艺质量、传动系统的可靠性精度和刚性都影响着机床的工艺能力。
c 、机床的加工效率。是指规定时间内按照工艺精度要求所完成的被加工零件的个数。
d 、机床实现自动化的水平和可实现自动化的能力。
e 、经济生产和可维修性。
f 、机床应具有便于操作、保证安全使用和长期运转的可靠性。
（ 2 ）曲轴轴颈、连杆颈、开档的加工方法
图 1.1 曲轴内铣加工尺寸
从上图曲轴零件图中可以看出，曲轴的长度 1108mm ，主轴颈直径 101mm ，连杆颈直径 83.5mm ，开档宽度 45.4mm 。按照加工方式分为以下几类：
a 、车削法：从粗车到精车以逐步去除材料的加工方法。
b 、车拉法：采用先车进行粗加工再旋转刀具实现拉的方法。
c 、外铣法：采用蝶形刀盘外圈安装刀片来加工。
d 、内铣法：采用环形刀盘内圈安装刀片来加工的方法。
按照运动形式可以分为工件旋转与工件固定不动来分类。曲轴的加工一般采用车削的方式进行加工。
（ 3 ）数控内铣机床结构
机床主要包括床身底座、左支架、右支架、左卡盘、右卡盘、中心架、左滑台、右滑台、左框架、右框架、左铣头箱、右铣头箱、 XYZ轴进给，液压控制装置、电气控制装置、自动润滑装置等。
2.曲轴定位与夹紧机构
（ 1 ）定位的基本原理
如图 2.1 所示，刚体有六个自由度，想要使工件有确定的位置，必须约束六个自由度，通常夹具上设计六个支撑分别限制工件的六个自由度就可以给工件定位。
图 2.1 刚体六个自由度
（ 2 ）定位夹紧形式的确定
工件的定位形式主要有平面定位、外圆柱面定位、基准定位、孔定位、人工基准定位。夹紧过程就是指力的三要素，即力的方向，力的大小和作用点。夹紧的主要任务就是确保工件在收到自重、切削力、离心力和惯性力的作用时仍然保持在原来位置。
（ 3 ）装夹具夹紧力矩确定
内铣刀具直径是 340mm ，切削速度为 120m/min ，每齿最大进给量 0.5mm ，最大曲轴开档 70mm 来确定切深，按照每刃最大切削长度确定切削宽度为 30mm ，最终计算内铣加工最大曲轴的主切削力为 1375N 。
曲轴连杆颈受刀盘切削扭矩：
主电机工作功率： K=75Kw
电机转速： n=1450r/min
主电机扭矩： T 电机 =9550 × K/n=9550 × 75/1450=494N · m刀盘扭矩： T 刀盘 =T 电机 × 315/205 × 71/40 × 267/71=5066.8N · mF 曲轴 =F 切削 =T 刀盘 /r 刀盘 =5066.8/0.17=29804NT 曲轴 =F 曲轴 × r 最大 =29804 × （ 62.5+40 ） /1000=3054N · m3.运动部件配精度
（ 1 ）保证导轨精度的方法
a 、靠加工保证，零件加工完成就可以达到精度要求，这种方法适合于小型加工且要求装配精度不是很高。
b 、靠加刮研保证，当零件加工完成而且不能满足要求的精度时需要采用该方法，适用于运动精度好接触刚性较高的场合，但是这种方法工人的劳动强度很大而且对装配技术水平要求也很高。
c 、采用灌注导轨减磨涂层的方式，简称“注胶”，是一种新型的装配工艺。主要应用于大型部件的装配，大大的提高了装配精度并且减少了人工疲劳。涂层材料主要的机械性能如表 3.1 所示：
表 3.1 涂层性能要求
（ 2 ）涂层工件的导轨要求
涂层导轨不需要精加工，要保证足够的粗糙度，使涂层能够稳固的贴附在导轨上。最好采用刨削加工的导轨，能够形成 0.5mm 的沟纹，或者粗铣铣出刀花。
涂塑施胶复印成型过程：涂塑 → 调胶 → 涂胶 → 装配及成形 →固化后分离和检查 → 合研 → 交验
结论
本论文是围绕数控内铣机床的曲轴，连杆颈、开档等主要部件的设计，以及夹紧定位设计展开讨论的。数控内铣机床因其高效的加工率，较高的稳定性以及较高的加工精度，受到了国内外很多汽车曲轴加工厂家的关注。虽然我国的数控机床在生产研发上有了很大的进步，但是我们仍然要向高端，高效，高柔性，高精度的方向发展，争取为我国的机床行业做出更多贡献，赶超其他发达国家。 ■参考文献
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[2] 张杰 . 发动机曲轴高效加工技术的设计与研究 [J]． 制造业自动化， 2011.
[3] 王三武，刘薇，王晓军 . 曲轴连杆颈符合跟随车削原理分析 .[J]. 现代， 2010.
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