曲柄零件加工工艺

摘 要：文章合理设计某新机一曲柄零件加工工艺方案、安排工艺路线，利用UGCAD/CAM软件编程及VERICUT仿真软件对编制的程序进行模拟仿真，减少零件加工过程中的程序调整时间，提高加工效率和加工质量。

关键词：曲柄；效率；加工工艺

引言

在新机研制期间，零件结构及各种参数都需要经过试验才能最终确定，使用最少的工艺装备，利用各种办法将零件在最短的时间内加工出来，节省研制费用是目的所在。

1 某机一级曲柄结构特点及技术要求

某研制机一级曲柄材料为1Cr11Ni2W2MoV，其结构是由基准圆柱上连接三个不在同一水平面上的外臂，基准圆柱底面及大孔中心为零件基准，零件上的孔及装配关节轴承处的槽是零件的关键部分。零件上孔的精度等级为7级精度，各孔相对大孔及基准圆柱下表面位置度为Ф0.03；槽的上下面对基准面的尺寸公差为±0.05mm，槽处臂厚3.5mm，槽宽5mm，槽底的转接圆角为R0.5和R1。

2 一级曲柄加工工艺分析

零件上与轴承配合的孔尺寸精度及位置度要求较高，零件基准面小，装夹定位困难，零件孔位置度及连接槽尺寸测量困难。

合理安排工艺方案，在零件上留工艺压紧部位，磨出基准，始终以磨出的基准定位找正，进行上、下表面及三处连接槽的加工，使零件的加工及测量更加方便。在加工上、下表面时采用铣加工，精密孔在数控镗床上加工，连接槽采用慢走丝线切割加工。

3 一级曲柄加工工艺

通过以上工艺分析制定主要工艺路线如下。

毛料铣六方磨基准面镗基准孔铣上表面铣下基准面镗孔线切割三处槽（分三个工序）线切割外型去除重熔

层。

零件毛料为锻件，为提高新机研制进度，毛料采用自由锻，锻成方料。

在普通立式铣床上将毛料六面铣平。上、下大面按尺寸要求留出磨削量，其余侧面铣去的量尽可能少，为后续工序留的压紧面尽量大。

磨基准面工序磨削零件上下表面及两相邻侧面，上下面相互平行度不大于0.01mm，磨削的相邻表面相互垂直度不大于0.02mm，磨削后表面作为后续工序的定位、找正基准。

铣上表面工序，在数控铣床上，以磨削后基准表面作为定位面，用压板压紧上表面，拉直找正磨削侧面，以下表面上镗削后的基准孔中心作为加工坐标系原点进行铣加工。粗加工则可选择不带底R的立铣刀去除大部分余量，给精加工留0.2mm～0.3mm加工余量。由于三处外臂上下表面不在同一平面内，与基准圆柱相连处有转接R，需用带R的圆柱立铣刀或球头立铣刀进行加工，用球头立铣刀加工时平面处需另一把平头立铣刀，两把刀加工易使加工面产生接刀痕，为使加工表面不产生接刀痕，使用一把带R的圆柱立铣刀既可加工出R又可加工平面。加工时尽量选择大直径的刀具，零件凸台边外臂较宽，与侧壁较近，为保证转接R处加工相对完整，又不碰到凸台外臂（如图1所示），最后选择直径8mm带底R的立铣刀进行精加工。零件加工后如图2所示。

铣下基准面工序，零件翻面，用压板压紧上表面，拉直找正磨削侧面（与上工序相同），以上表面上镗削后的基准孔中心作为加工坐标系原点进行数控铣加工。零件加工时有一处深槽，为避免打刀，采用小切深（ap=0.15mm）、大进给（f=300-500mm/min）的方式进行铣加工，加工中充分浇注冷却液，提高刀具寿命，降低加工成本。零件上转接R与上工序相同，为减少刀具种类，粗精加工使用刀具与上工序相同。加工后零件如图3所示。

以上两道铣工序均利用UGCAM软件编制数控程序，对数控程序进行优化，选择合理步距，缩短区域内、区域间抬刀距离，控制进退刀距离，减少刀具空行程时间，提高零件加工效率。将UG毛坯和零件模型转化为STL文件导入VERICUT仿真软件，并将UGCAM生成的数控程序添加进去，进行数控程序仿真，在分析菜单下选择自动――比较选项，查看零件加工过程中是否产生过切、残留，当存在过切、残留等现象时，通过分析VERICUT日志信息，对数控程序进行调整。对调整后的数控程序重新进行仿真，直至在自动――比较图框下出现没有区别时，在VERICUT界面下方信息提示栏会提示模型是一致的时，可将该程序用于现场生产。

镗孔工序，在数控镗床上进行，以零件基准面为下表面，用垫块垫起，将零件找平，拉直找正零件磨削侧面用4个压板将零件压紧。零件上孔的位置度和尺寸精度较高，工艺上采用了打点-钻孔-扩孔-镗孔-铰孔工艺方案，通过镗孔保证零件的位置度要求，铰孔保证零件的尺寸要求，降低了对操作者的技能要求。

该零件凸台处有Ф4和Ф9两种孔，在零件未进行切槽前形成台阶孔，需要注意Ф9孔的加工深度，由于铰刀前端存在倒角，铰削深度要大于孔深，将倒角长度让出，铰孔前的镗孔深度要保证足够的铰孔深度，扩孔深度要保证足够的镗孔深度且不破坏下端Ф4孔。经计算，用Ф8.5钻头扩孔深度为8mm，镗孔深度6.5mm，铰孔深度6mm。

镗孔加工后在此工序将线切割外型用穿丝孔一并加工完成。

线切割三处槽工序，分别以两磨削侧面为底面，拉直找正零件基准大面跳动不大于0.02，压紧零件上表面。分三个工序加工三处槽。

为保证零件加工质量，切槽工序在慢走丝机床上进行多次切割，多次切割时应注意在第一次切割完成后，应暂停检查料芯是否掉落，如料芯未掉落，应将料芯拨落或吸出，以免料芯与铜丝之间产生放电，影响零件加工质量。零件切割时应将Z轴降到尽可能低，避免零件产生鼓肚现象。

零件切槽后，第二天用百分表对槽进行检查，槽表面平面度较好在0.01mm以内，说明用慢走丝进行线切割槽可以有效控制零件加工变形。

线切割外型工序，将零件基准面向下放平，拉直找正磨削侧面，用压板压紧上表面。利用穿丝孔穿丝切割零件外型。切割零件外型时应注意，零件外型切割完成时零件向下落会产生倾斜，如铜丝继续放电，可能造成对零件已加工表面的破坏。需要采取相应的保护措施：如在零件外型切割完成时的程序中加M00进行暂停将零件取出；在零件进退丝处加小凸台对零件进行保护；用吸铁石将零件和余料吸在一起避免零件倾斜掉落（零件需有磁性）等。

全部线切割工序完成后，由钳工对零件线切割表面重熔层进行去除，去除该零件达到零件最终尺寸要求。至此，零件主要加工工序全部完成。

4 结束语

采用该工艺加工曲柄零件，基准统一，装夹方便，不用专用夹具，只用压板即可。利用UGCAD/CAM软件绘制出工序三维模型，编制数控程序。利用VERICUT仿真软件对编制的程序进行模拟仿真。文章总结了加工过程中的注意事项，可为其他件加工提供参考。