汽车发动机曲轴数控切削用量优化研究

朱炳坚 张志波 覃新贵

摘 要：汽车发动机曲轴在加工的过程中，数控加工工艺是最基本的工艺，而切削工作又是数控加工工艺中最基础的工作，所以要想提高汽车发动机曲轴的质量，就要优化汽车发动机曲轴的数控切削技术，而想要优化汽车发动机曲轴的数控切削技术，就要优化汽车发动机曲轴的数控切削用量。所以本篇论文就主要对汽车发动机曲轴数控切削用量优化进行了研究，首先详细介绍了汽车发动机曲轴的数控加工工艺，然后介绍了汽车发动机曲轴的主要技术要求，其次介绍了汽车发动机曲轴在加工的工程中需要用到的材料以及毛坯，然后对汽车发动机曲轴的机械加工工艺进行了分析，并且给出了优化汽车发动机曲轴数控加工工艺参数的意见，最后进行了总结。

关键词：汽车发动机曲轴 数控加工工艺 切削用量优化

1 引言

随着时代的进步，汽车已经成为人们日常生活中的必需品，并且随着人们生活质量水平的提升，人们对于汽车的质量也有了更高的要求。而发动机是决定汽车质量的一个关键因素，所以随着时间的推移，人们越来越重视汽车发动机的质量，而汽车发动机的质量又直接取决于汽车发动机曲轴的质量，所以要想提高汽车的质量，就要在根本上提高汽车发动机曲轴的质量。汽车发动机曲轴在加工的过程中最常用到技术就是数控加工技术，所以合理优化汽车发动机曲轴数控工艺的切削用量，就可以提高汽车发动机曲轴加工的质量，同时还可以减少汽车发动机曲轴在加工过程中原材料的浪费，并且减少汽车发动机曲轴的加工时间，提高工作效率，进而就可以节省汽车发动机曲轴加工的成本。因此，优化汽车发动机曲轴在进行数控加工时的切削用量，不仅可以加强汽车的质量，可以提高汽车发动机曲轴制造公司的市场竞争力，所以如何优化汽车发动机曲轴在进行数控加工时的切削用量，已经成为各个汽车发动机曲轴制造公司首要关注的问题。

2 曲轴数控加工工艺分析

汽车发动机是由各种型号、大小、性能等等属性不同的零件构成的，其中曲轴就是其中的一种，也是最主要的一种。曲轴作为汽车发动机中最主要的零件，其最大的作用就是改变汽车发动机的运动形态。曲轴是一种偏心回转类的零件，所以它可以实现直线运动与旋转运动的互换，也就说它可以将原本的直线运动转换为旋转运动，也可以将原本的旋转运动转换成直线运动。汽车发动机的曲轴主要有两种不同的型面，其中一个型面是主轴颈，另一个型面则是连杆轴颈。一般汽车发动机的曲轴在加工的时候，运用的也都是比较传统的加工技术，比如车铣复合自动编程加工技术。汽车发动机曲轴在加工的过程中会涉及到车、铣、钻、刨、磨等等加工技术，所以这种加工技术主要是通过编程控制车、铣、钻、刨、磨等等的切削用量来实现汽车发动机曲轴的加工的。

3 曲轴的主要技术要求

汽车发动机曲轴在制造的过程中，主要有两个重要的参数，分别是主轴颈的宽度与曲轴的轴向尺寸。汽车发动机是有不同的型号的，而不同型号的发动机的曲轴也是不一样的，所以在给不同型号的汽车发动机安装曲轴的时候，也要根据发动机的型号选择合适型号的曲轴，而曲轴的型号就取决于主轴颈的宽度以及曲轴的轴向尺寸。对于不同的型号的汽车发动机曲轴，曲轴的主轴颈宽度以及曲轴的轴向尺寸都是有明确规定的，同时制造的误差，也就是极限偏差也是有规定范围的。所以曲轴在制造的过程中，不仅要严格按照相关的规定进行制造，曲轴主轴颈的宽度以及曲轴的轴向尺寸的极限偏差也要在规定的范围内。曲轴主轴颈的宽度以及曲轴的轴向尺寸的极限偏差见下表1。

4 曲轴的材料与毛坯

汽车发动机曲轴在运行的过程中很容易受到转矩以及交变的弯曲应力的影响，所以汽车发动机的曲轴在运行的过程中就很容易产生磨损、断裂或者扭曲等等现象。因此汽车发动机曲轴在制造的过程中，要选择硬度比较大、耐磨性较好以及不容易产生形变的材料。所以汽车发动机曲轴的制造材料一般会选择35/40/45钢或者是球墨铸铁等等的合成材料。

影响汽车发动机曲轴毛坯的因素有很多，比如大小、结构或者尺寸等等。但是相对于数量较少的小型汽車发动机曲轴，一般会采用模锻，而中型或者是大型的汽车发动机曲轴，则会采用自由锻造等等。

5 曲轴的机械加工工艺分析

汽车发动机的曲轴有很多的特点，其中一个特点就是刚性较差，而这个特点也直接决定了汽车发动机曲轴零件的加工顺序。汽车发动机曲轴在加工的时候，应该按照先粗后精的加工顺序。首先要加工汽车发动机曲轴的主轴颈，其次再加工汽车发动机曲轴的连杆轴颈，最后再加工其他的小型零件。因为这样的加工顺序可以减少汽车发动机曲轴的主轴颈与连杆轴颈的受力力度，进而就可以在根本上降低汽车发动机曲轴的主轴颈与连杆轴颈因为受力而发生形变的概率，然后就可以达到提高汽车发动机曲轴的加工精度的目的。

6 优化曲轴数控加工工艺参数的建议

汽车发动机曲轴在加工的过程中，曲轴的平整度、加工精度或者是表面粗糙程度等等性质都是有严格规定的，而切削用量是影响这些性质的主要因素。同时影响切削用量的因素又有很多，比如切削深度、切削宽度、切削力度、切削功率或者刀具的耐磨程度等等，所以在选择切削用量的时候，也要考虑到这些因素。因此，所谓合适的切削用量，就是指在达到汽车发动机曲轴性质加工的要求的基础上，结合影响切削用量的因素，选择的最大的切削用量。

优化汽车发动机曲轴数控切削用量最主要的目的就是提高生产率，降低生产成本。其中最大生产率目标函数和最低生产成本目标函数以及各个函数中具体参数的实际意义见下表2。

通过上述表格可以看出，当t1与tr均是数学常量的时候，最大生产率目标函数与最低生产成本目标函数的数学变现形式是一样的，所以当t1与tr均是数学常量的时候，最大生产率与最低生产成本是不冲突的，可以运用同样的优化方式选择切削用量。但是当t1与tr不是数学常量的时候，就需要工作人员根据实际的工作提供优化方案，选择合理的切削用量。

7 总结

目前汽车发动机的曲轴在进行数控加工时的切削用量都是通过编程控制的，主要通过将切削用量转变成数值，并且编写在程序中，进而达到控制切削用量的目的。但是汽车发动机曲轴在进行实际加工的过程中，要进行不同次数的走刀，并且每次走刀的宽度与深度都是不一样的，所以如果每次走刀都设置同样的切削用量值，就会影响走刀的时间。比如，设定一个适合切宽与切深都较大的切削用量，那么在进行切宽与切深都较小的走刀的时候，就会增加走刀的时间，进而就会增加工作时间，减少工作效率。所以在进行汽车发动机曲轴制造的时候，如何设定合适的切削用量，就是目前汽车发动机曲轴制造企业最重视的问题。希望本篇论文对优化汽车发动机曲轴的数控切削用量有所帮助。

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