发动机曲轴毕业论文

成都工业学院论文 成都工业学院 毕 业 设 计 （论 文） 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 （论文）题目： 发动机曲轴工艺设计及钻中心孔夹具和钻斜油孔夹具设计 系 部 名 称： 机电工程系 专 业： 数控技术专业 班 级： 09423 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 二O一二年 五 月 摘 要 曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。曲轴的材料一般为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2，曲轴有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。本次采用45钢，设计的主要就是这两方面的在数控机床的加工。集合多种的曲轴加工后，深入分析了曲轴的加工工艺。 关键词：曲轴 主轴劲 夹具 连杆劲 数控加工 Abstract The crankshaft is an important engine rotating parts, fitted with linking, you can undertake up and down the piston (reciprocating) motion into circular motion. The crankshaft main two important processing areas: the main journal and rod neck. Spindle neck to be installed on the cylinder block, connecting rod journal and connecting rod hole connection, connect the connecting rod small end hole and the cylinder piston, is a typical slider-crank mechanism. Engine working process: the piston after the blasting of the mixed compressed gas pushes the piston linear motion and force to the crankshaft through the connecting rod, the linear motion into rotary motion by the crankshaft. The crankshaft processing will directly affect the overall performance of the engine performance. The material of the crankshaft is made ​​of carbon structural steel or ductile iron, there are two important areas: the main journal rod neck. This paper introduces the fixture design of the engine crankshaft process design of the two processes. Ensure product quality, increase productivity, reduce costs, make full use of the existing production conditions to ensure workers have designed under the premise of a good and safe working conditions. In process design, the author combines practical theory of design, traditional crankshaft production process improvements, optimizing processes and process equipment, production and processing more economical and reasonable so that the crankshaft. Fixture design part of the collection of processing machine tools, cutting tools and auxiliary tools and other relevant information used based on the workpiece material, structural features, technical requirements and process analysis, in accordance with the fixture design steps to design a line with the crankshaft production process and fixture manufacturing requirements of the fixture. 目录 I 摘 要 II Abstract 目录 1 第1章 绪论 1 1.1 课题研究的意义及现状 2 1.2 论文主要研究内容 3 第2章 发动机曲轴零件图分析 3 2.1曲轴的作用分析 3 2.2曲轴的结构及其特点 4 2.3曲轴的主要技术要求分析 4 2.4曲轴的材料和毛坯的确定 4 第3章 工艺规程设计 4 3.1 计算生产纲领，确定生产类型 5 3.2 选择毛坯 5 3.3 工艺过程设计 5 3.3.1定位基准的选择 6 3.3.2加工阶段的划分与工序顺序的安排 7 3.3.3制定工艺路线 11 3.4 确定加工余量 11 3.4．1确定机械加工余量 13 3.4.2设计毛坯图（一）确定毛坯尺寸公差 16 3.5重要工序设计 16 3.5.1选择加工设备和工艺装备 18 3.6 确定切削用量及基本工时 18 3.6.1曲轴主要加工表面的工序安排 18 3.6.2确定工时定额 19 3.6.3粗磨第一主轴颈和齿轮轴颈 20 3.6.4精车二、三、五、主轴颈、油封轴颈、法兰 21 3.6.5切槽 21 3.6.6精车第三主轴颈及过渡圆角 24 第4章 夹具设计 24 4.1 机床夹具的分类、基本组成和功用 24 4.2发动机曲轴夹具的设计思路 24 4.2.1形状复杂 24 4.2.2刚性差 25 4.2.3技术要求高 25 4.3铣曲轴两端面打中心孔夹具 25 4.3.1零件的工艺性分析： 25 4.3.2零件机械加工工艺路线制定： 27 4.3.3夹具结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 确定 29 4.3.4其它装置和夹具体确定 31 4.3.5定位误差分析计算 31 4.3.6夹具结构及操作介绍 32 4.3.7本设计的主要优缺点 33 总结 34 致谢 35 参考文献 第1章 绪论 1.1 课题研究的意义及现状 机械工业是国民经济的部门的装备部，国民经济各部门的技术水平和经济效益，在很大规模上取决于机械工业所能提供装备的技术性能、质量和可靠性。因此，机械工业的技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。改革开放以来，机械工业充分利用国内外两方面的技术资源，有 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 地进行企业改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术、产品质量、水平以及经济效益都有很大的提高。 制造技术已经是生产、国际竞争，产品革新的一种重要手段，所有的国家都在利用和发展它。制造技术已经不是单纯的制造工艺 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和产品设计，它是一个从产品概念到最总产品的集成活动和系统，是一个功能系统和信息处理系统。机械制造是一个离散的生产过程，它主要表现在制造过程中的各个环节之间是彼此关联或者不关联的。因此实现制造过程自动化的难度比较大。另外，机械制造过程的实施以来个人的经验和技术较多，难以用数学方法、规律、逻辑进行描述。这样就使得机械制造科学长期以来发展的比较缓慢。 20世纪70年代以前，发动机曲轴粗加工采用的加工方式是多刀车床车削曲轴主轴颈和连杆轴颈，20世纪80年中期又出现了CNC内铣工艺，20世纪90年代中期又开发出CNC高速外铣，20世纪90年代开发的CBN高速磨削。由以上演变可以看出，曲轴的加工工艺正向着高速、高效、复合化方向发展。目前较为流行的粗加工工艺是主轴颈采用车－车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速随动外铣，全部采用干式切削；精加工采用数控磨床加工，具有自动进给、自动修正砂轮、尺寸和圆度自动补偿、自动分度和两端电子同步驱动等功能。主轴颈和连杆颈可一次装夹全部磨削完毕；超精加工采用数控砂带抛光机，带尺寸控制装置。 有系统论、信息论和控制技术、传感技术、与机电一体化技术的迅速发展，对机械制造科学的发展产生了深远的影响。由系统化、信息化和控制化所形成的系统科学与方法论，从系统中各组成部分之间的相互联系、相互作用、相互制约的关系来分析对象，这种方法论与机械制造科学的结合丰富了机械制造科学的内涵，出现了质量体系等等。机械制造的发展已经从一种经验、技艺、方法逐步成长为一门传统工程科学。它的发展为繁荣国内市场、扩大出口创汇，推动国民经济的发展起了重要作用。 1.2 论文主要研究内容 本设计说明书主要是应用机械制造工艺学的基本原理和理论知识对曲轴加工工艺过程的设计、零件的分析和工装设备的安排。曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材料以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造加工技术水平有了大幅度的提高，特别是近五年来发展更为速猛。本人在设计过程中对传统加工工艺方法基础上略有创新，但因为水品有限，任有不少局限之处。 毕业设计是大学阶段学习情况的整体检测，同样是我们自己对所学专业知识的实际检验和总的复习。通过本次毕业设计，必将加深我对本行业的深入了解和热爱。 由于所学知识有限，再加上没有多少实践经验，设计过程会有不少不足之处，我希望各位老师给与指教。同时我将吸取教训，在以后的工作过程中尽量避免以上情况的发生，尽量使自己达到一个合格设计人员。 第2章 发动机曲轴零件图分析 2.1曲轴的作用分析 曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。 曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。 2.2曲轴的结构及其特点 图1-1 曲轴的结构图 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。 连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，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，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。 曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。 2.3曲轴的主要技术要求分析 （1）.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6，表面粗糙度Ra值为1.25～0.63μm。轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。 （2）.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.03～0.08mm。 （3）.各连杆轴颈的位置度不大于±20′。 2.4曲轴的材料和毛坯的确定 曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。 第3章 工艺规程设计 3.1 计算生产纲领，确定生产类型 零件图中所示为汽车发动机的曲轴。该产品量Q=100000（台/年），n=1(件/台)，设备品率 ，机械加工废品率 ，现制定该曲轴零件的机械加工工艺规程。 年生产纲领: = =111000件/年 曲轴的年产量为111000件，现已知该产品为中型机械，根据《机械制造工艺设计简明手册》表1.1-2（P2）与生产纲领的关系，可以确定其生产类型为大批量生产。 3.2 选择毛坯 汽车发动机曲轴在工作时，要受很大的扭力以及大小和方向都变化的弯曲应力，高速运转的曲轴还可能出现扭转振动，所以曲轴工作时可能发生断裂，轴颈易磨损。因此要求该轴的材料就有较强的刚度、强度和良好的耐磨性。在这里选用的材料为45钢。因为曲轴为大批量生产，该毛坯采用模锻成型，这在保证零件的加工精度以及提高生产率上都是有利的。 曲轴零件形状比较复杂，因此要求毛坯形状尽量接近成品零件，即外形应锻成六拐形式，两端空及台阶不用锻出。毛坯的尺寸通过确定加工余量后确定。 3.3 工艺过程设计 3.3.1定位基准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要环节之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产值率得以提高。否则不但会使加工工艺过程中各种问题百出，还会造成零件大量报废，使生产无法正常进行。 （一）粗基准的选择 在选择粗基准时，主要使遵循保证相互位置要求的原则，保证加工面的加工余量合理分配的原则和不重复地用的原则。定位基准的选择对曲轴的加工质量影响很大。从曲轴的技术要求可知，曲轴的主要加工面是主轴颈和曲柺轴颈，它们的精度高、粗糙度较低，并且要求正确的相互位置。因此在选择定位基准时，无论是粗、精加工都应以保证达到技术要求为前提。对大批量生产的曲轴来说，毛坯的精度高，曲柄不加工，所以轴向的定位准一般选择中间主轴颈两边的曲柄，最主要的原因是，它们处于中间部位，可减少其他曲柄的位置误差。 （二）精基准的选择 对于精基准选择而言，主要是考虑基准重合的问题，但设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸换算。1、对以主轴轴颈线为旋转中心的各回转表面的加工，一般都是选用顶尖孔作为定位基准。但在和粗加工和半精加工时，有时也可以用两端轴颈或顶尖孔来定位，精加工应以顶尖孔定位，且在精加工前应作修整。2、对连杆轴颈的加工，都是以主轴颈和曲拐轴颈本身的中心线作为定为基准安装在偏心卡盘式夹具上，来保证曲拐轴颈本身的精度及其与主轴颈之间的相互位置的正确性，而连杆颈之间的角度位置精度则靠夹具上的分度装置来保证。倒角位置的定位起点，则常在曲柄上铣出一平台或大端位置一个小孔为基准。3、轴向尺寸的定为基准，一般采用第一个主轴颈的一个端面，因此工作图上各轴向尺寸都应从该端面算起。 3.3.2加工阶段的划分与工序顺序的安排 该曲轴的主要的加工部位是主轴颈、连杆轴颈，其次是法兰盘、曲柄、斜油孔、螺孔和键槽等。因此决定了除机械加工外，还要有淬火、动平衡、磁探伤等。在加工过程中还要安排校直、检验、清洗等工序。 （一）加工阶段的划分 曲轴的加工工艺过程，大致可以分为：加工基准面 粗加工主轴颈和连杆轴颈的 加工次要表面 主轴颈和连杆轴颈的热处理 精加工主轴颈和连杆轴颈 加工键槽和两端孔等 动平衡 光整加工主轴颈和连杆轴颈。其中主轴颈和连杆轴颈的技术要求都是很严格的，因此表面的加工安排为：粗车 精车 粗磨 精磨 超精加工。加工时，应以中间轴为辅助定为基准，因此要先粗加工和半精加工中间主轴颈，然后加工其他轴颈。连杆轴颈的粗精加工都要安排在主轴颈加工完成之后进行。 （二）工序顺序的安排 曲轴的主要加工部位是主轴颈和连杆轴颈，次要加工部位是法兰盘、曲柄、斜油孔、螺孔和键槽等。除机械加工外还有轴颈淬火、磁探伤、动平衡等。在加工过程中还要安排校直、检验、清洗等工序。 （一）加工阶段的划分 曲轴的机械加工工艺过程大致可分为：加工基准面——粗加工主轴颈和连杆轴颈——加工斜油孔等次要表面——主轴颈和连杆轴颈的热处理——精加工主轴颈和连杆轴颈——加工键槽和两端孔等——动平衡——光整加工主轴颈和连杆轴颈。 曲轴的主轴颈和连杆轴颈的技术要求都很严格，所以各轴颈表面加工一般安排为：粗车——精车——粗磨——精磨——超精加工。 发动机曲轴进行粗加工时，以中间主轴颈为辅助定位基准，所以先粗加工和半精加工中间主轴颈，然后再加工其他主轴颈。而连杆轴颈的粗、精加工，一般都要以曲轴两端主轴颈定位，所以连杆的粗精加工都安排在主轴颈加工之后进行的。 （二）工序安排 斜油孔的进出口都安排在曲轴的轴颈上，所以在轴颈淬火之前加工。钻 斜油孔时，用加工过的轴颈定位，可以保证其位置精度。 主轴颈是连杆轴颈的设计基准，所以，主轴颈与连杆轴颈的车削（铣削）和磨削，一般都是先加工主轴颈再加工连杆轴颈。 在精磨主轴颈的过程中，先精磨第四主轴颈，这样在精磨其他主轴颈、油封轴颈时就可以以第四主轴颈为辅助支撑面，因而可以大大降低曲轴精磨后的弯曲变形。 在最后检查后，以曲轴两端的主轴颈为测量基准，测量其他轴颈的径向跳动。钢曲轴在加工的过程中，轴颈产生跳动的原因之一是，曲轴经加工后应力重新分布，从而造成变形，所以在曲轴的第一主轴颈精磨之后，应紧接着安排齿轮轴、皮带轮轴颈的精磨工序，在第七主轴颈精磨工序之后，应紧接着安排油封轴颈的精磨工序，以免内应力重新分布，造成过大的影响。同时为了避免曲轴刚度降低造成这些轴颈磨削后径向跳动增大，其他主轴颈的精磨应该放在这些轴颈的精磨之后。 校直对曲轴的疲劳强度有着不利的影响，在制定曲轴的加工工艺过程中，应尽量减少曲轴的校直的次数。为了保证余量均匀、减少变形的影响，在关键工序上，如第四主轴颈加工前、淬火后、动平衡去重后仍需安排校直。 曲轴各轴颈的表面粗糙度要求较高，所以把各轴颈的超精密加工放在最后。如果在超精密加工后再安排其他工序，则有可能破坏已加工好的轴颈表面。 3.3.3制定工艺路线 曲轴工艺路线的出发点，应当使曲轴的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，在大批量的生产情况下，可以考虑采用专用机床和专用夹具等，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济因素，以降低生产成本。 由于曲轴在加工过程中塑性变形大，因此为了保证余量均匀、减少变形的影响，应该在关键工序上安排一些校直工序，而方案一中只有一次校直。斜油孔口在淬火时由于受热不均匀很容易发裂，因此必须在热处理前对其进行压堵处理，而方案一也忽略了这一点。方案二对方案一中的问题作了一些较大改进，但如果仔细分析其在工序安排上仍然存在问题，如连杆轴颈的粗、精铣最好安排在相邻两道工序中以减少工件的搬运，在一台机器上进行加工完毕，提高生产效率。 制定工艺路线，首先要保证所加工零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等艺术要求，能得到合理的保证。再生产纲领已经确定为大批量生产的情况下，必须用专用机床配以专用机床夹具，除此之外，还应考虑经济效果，应该尽量使成本下降。 1．工艺路线方案一 铣端面钻中心孔 1 粗车油封轴颈及法兰 2 粗车第三主轴颈 3 粗磨第三主轴颈 4 粗车第三主轴颈以外的全部主轴颈、齿轮轴颈、皮带轴颈 5 精车第三主轴颈以外的全部主轴颈 6 在首、末曲柄上铣出定位面 7 在六个连杆轴颈 8 精车油封轴颈、法兰 9 精车齿轮轴颈、皮带轮轴颈 10 粗磨油封轴颈、法兰 11 粗磨全部主轴颈 12 精铣四个连杆轴颈 13 清洗 14 在各轴颈上锪球窝 15 钻5、一和四、1轴颈上两道斜油孔 16 钻4、二和2、三轴颈上两道斜油孔 17 各油孔口倒角 18 去毛刺 19 高频淬火 20 精磨齿轮轴颈、皮带轮轴颈 21 精磨油封轴颈、法兰 22 精磨全部主轴颈 23 粗磨四个连杆轴颈 24 精磨六个连杆轴颈 25 钻、扩、铰油封轴颈 52孔 26 钻皮带轮轴颈端 25.5孔 27 镗两端中心孔60度锥面和 55内环槽 28 攻皮带轮轴颈端M27 1.5螺纹 29 钻油封轴颈6孔 12.5 23 油封轴颈6-M14 螺纹 24 铣出两个半圆键槽 25 检查动平衡 26 在曲柄钻去不平衡重 27 去毛刺 28 校直曲轴 29 刨光全部主轴颈和连杆轴颈 30 清洗 31 检验 32 磁性探伤并退磁 33 入库 2．工艺方案第二 1 锪端面并钻中心孔 2 切四,五侧面板,并车第三主轴颈 3 校直 4 粗磨第三主轴颈 5 (抽检5%) 6 车一,二,四,五主轴颈和前后端 7 (抽检5%) 8 粗磨第一,五主轴颈 9 粗磨第二,四主轴颈 10 切定位面E 11 切二,七,八侧面板,粗车第一,四连杆轴颈 12 切二,四,五,六侧面板,粗车二,三连杆轴颈 13 检验 14 校直曲轴 15 粗磨一,二,三,四连杆轴颈 16 精车法兰外圆及端面,车油封轴颈与倒角 17 钻5、一和四、1轴颈上两道斜油孔， 18钻4、二和2、三轴颈上两道斜油孔 19 铣法兰缺口 20 在连杆轴颈侧面板上钻4直径为的8mm孔 21 在油孔上扩孔,倒角并在旅游空上钻小孔 22 在四个孔中攻螺纹 23 铣回油螺纹 24 曲轴弯曲挠度允许在5mm范围内 25 去毛刺 26 清洗并吹干 27 检验 28 电热淬火 29 校直曲轴 30 精车轴前端 31 半精磨第一，五主轴颈 32 半精磨第三主轴颈 33 精磨第三主轴颈 34 精磨第一，五主轴颈 35 精磨二，四主轴颈 36 校直曲轴 37 精磨法兰外圆和油封轴颈 38 精磨齿轮轴经和前端面 39 精磨法兰端面 40 在后端扩，镗，铰轴承孔 41 精磨四个连杆轴颈 42 在法兰上钻，镗，铰一个定位孔和五个螺栓孔 43 在前端铣键槽，钻孔并攻螺纹 44 检验 45 去除不平衡 46 去毛刺，清洗 47 校直 48 超级精磨所有主轴颈和连杆轴颈 48 抛光所有主轴颈和连杆轴颈 49 清洗 50 检验 51 磁性探伤并退磁 52 入库 3、工艺方案的比较 上述两个方案中，方案一比较混乱，工序过于集中并且容易出现影响零件加工质量的问题，在大批量生产中应该按照工序分散的方法安排工艺过程。连杆轴颈粗加工采用车削的方法，加工时要夹具上安装平衡块，且无法同时加工多个连杆轴颈，效率低并且精度不好控制，因此在大批量生产中，最好采用数控内铣床，曲轴铣床的适应性好，加工精度高并且内铣刀的寿命长，进给速度高。由于曲轴在加工过程中塑料变形大，为了保证余量均匀，应在关键工序上安排校直工序，但是由于方案一只有一次校直，斜油孔在淬火时由于受热不均匀发裂，因此在受热前应先对其进行压堵处理。最后选定第二方案。 3.4 确定加工余量 3.4．1确定机械加工余量 铸件尺寸公差分为16级，由于是大量生产，毛坯制造方法采用人工砂箱造型，根据《机械加工工艺手册》选取铸件尺寸公差等级为CT11，根据表3.1-21，选取错箱值为6mm。对于成批生产的铸件加工余量由《机械加工工艺手册》查得，根据表3.1-26，和上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 表3-2 毛坯加工余量表 加工表面 加工余量 毛坯尺寸 大头 12 72 小头 12 34 轴颈 10 60 连杆轴颈 10 47 锻件的质量 根据零件成品质量51.4kg估算为62.5kg. 加工精度 零件除两端孔外的各表面为磨削加工精度F2. 锻件的形状复杂系数S. = EMBED Equation.3 假设锻件的最大直径为 ，长565mm. = = 62.5kg =0.38 由《机械制造工艺简明手册》表2.2-10可查得，形状复杂系数大小范围属于 为一般级别。 机械加工余量 根据锻件质量、F2、S2查《机械加工工艺手册》第一卷表3.1-56 (P3-38)可以查得：加工余量在厚度（直径）方向为2.5——3.2mm,水平方向为3.0——4.5mm. 零件的加工表面粗糙度 零件加工表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要依据。JB3835—85 适用于机械加工表面粗糙度 um的表面。当加工表面粗糙度 <1.6um时，其余量要适当增大。 3.4.2设计毛坯图 （一）确定毛坯尺寸公差 该零件锻件质量为62.5kg,锻件的形状复杂系数 ，45钢的含碳量为0.42%～0.50%，按《机械制造工艺设计手册》表2.2-11（P46）直系数为 ,故采取平直分模线，锻件的精度等级为精密，有上述毛配的公差可由《机械制造工艺简明手册》表2.2-14-17（P48）查得。该零件同轴度误差允许为1.2mm，残留飞边为1.2mm。公差汇总如表2.4-1. 表2.4-1 曲轴零件的毛配尺寸及公差 零件 尺寸 单面 加工 余量 3.5 锻件 尺寸 408 偏差 EMBED Equation.3 （二）确定毛配的热处理 钢质曲轴毛坯锻造之后应当安排正火，消除残余锻造应力，并且使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化的均匀组织，从而得以改善加工性。 二 曲轴的机械加工工艺过程分析 2. 1曲轴的机械加工工艺特点 三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施 2. 2曲轴的机械加工工艺特点分析 （1）该零件是多拐小型曲轴，生产批量大，故选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但轴两端的轴颈比例不再统一圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端的工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，达到用中心孔定位的目的。 （2）在工艺搭子端面上钻四对中心孔，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φ12mm、圆周120°均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度。 （3）该零件刚性较差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可以避免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度。 （4）由于使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必须提前在还保留工艺搭子中心孔时进行，同时要注意防止已磨好的表面被碰伤。 2. 3曲轴主要加工工序分析 （1）铣曲轴两端面,钻中心孔 本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，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。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差。 （2）曲轴主轴颈的车削 由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。 （3）曲轴连杆轴颈的车削 主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位（两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度—30度）以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的V型块组成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180度，依次车削两个连杆轴颈。V型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩的生。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量控制在1~1.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采用高速钢。 （4）键槽加工 这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在普通铣床上进行。 （5）轴颈的磨削 由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度1.6~0.8μm，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度表面粗糙度。 在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，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，磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。 由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直接影响轴颈与圆角的形状，磨削余量根据车削后的精度而定，粗磨余量值每边0.2~0.3mm，精磨余量控制在0.1~0.15 mm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留下的弯曲度，最好待这个轴颈的摆差减小才开始使用中心架。 磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净，去砂粒及油泥，确保加工基准——中心孔的精度，磨削工序之前必须修研中心孔。 3.5重要工序设计 3.5.1选择加工设备和工艺装备 完善的工艺技术条件是为了满足产品的技术要求，故工艺技术条件应切实可行，便于操作。分析如下： 1、铣端面工序有两个作用：保证曲轴的总长；保证中心孔的质量。若端面不平，则中心钻上两个切削刃的受力不均，钻头引偏而折断。这也是“先面后孔”原则的具体应用。 2、中心孔的重要性：中心孔除影响曲轴的质量分布外，它的重要性还在于它是曲轴加工的重要精基准，直接影响曲轴的加工精度，因此中心孔必须满足其质量要求。但工件经过粗加工后，中心孔的精度往往不可避免地受到影响，所以在精加工之前，必须对中心孔进行修研，确保符合其技术要求。可用油石或橡胶砂轮修研。 3、打中心孔是采用找出曲轴的几何中心来代替质量中心，是以毛坯的外表作为基准。毛坯外表光洁圆整，则打出的中心孔位置误差就小。 4、按照S1-206车床的工装结构，必须先粗车和粗磨主颈四。主颈四是加工长度尺寸的一个基准，其两侧扇板的厚度应分均匀，否则极易使整根曲轴的轴向尺寸发生偏移，即单边，致使曲轴各扇板厚度不一而致废。 5、因曲轴刚度差，故车主轴颈的工序，采用前后刀架同时横向进给的S1-206一次加工成型的机床，必须注意刀排分布应合理，车刀应常换常磨，进刀量应适中。 6、车小头孔、平端面工序不容忽视。因为小头是与起动爪相连的部位，在用人力起动发动机时,小头传递大力矩,所以首先要保证小头的有效深度，其次小头孔倒角应圆整光滑,角度正确,以保证精磨小头时外圆跳动合格,否则就应重新精修小头孔倒角 7、钻大头孔工序。孔太深会影响第七主轴颈及法兰的强度,太浅会影响内装黄油的空间和装轴承的轴向位置。 8、铣定位面。为了使车连颈时角度分布均匀，按照铸造毛坯六缸曲轴的角度均布原理去掉铸造余量,故必须铣好定位面。不论定位面向那边有所偏移,都会严重改变铸件曲轴工序余量的均匀分布,严重偏移的致使连颈加工不足而致废。 9、车连颈时按照S1-217的结构分成车连颈1、6,车连颈2、5,车连颈3、4三道工序。S1-217是成型车床，刀排分布合理、车刀的成型正确、进刀量适中、定位面紧靠都直接影响到产品能否达到工艺技术要求。故中心距、长度、宽度尺寸和圆弧、外圆尺寸等的调整必须在车床进入稳定加工状态后才可进行，避免工艺系统热变形影响太大。 10、粗磨连颈是一道重要工序。粗磨连颈要进行曲轴120°的三等分,保证中心高尺寸。磨床首尾两端偏心夹具的移动会引起主连轴颈中心高的变化，应仔细调整至合适之处反锁固定。此外若中心架调整不恰当会引起曲轴变形而致中心高超差，而砂轮进刀太快则会引起角度偏移,甚至曲轴断裂。 11、国家颁布的《曲轴技术条件》明确规定，每根曲轴必须经磁力探伤并且执行严格的磁力探伤 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,它是曲轴加工过程中唯一可较直观地检查曲轴浅表层质量的工序；注意探伤后曲轴必须退磁。 12、钻斜油孔使用的是专用钻床。此工序主要保证钻斜油孔的角度和它的进出口位置。斜油道的作用是在轴颈与轴瓦相对运动时提供润滑油，如果油孔口偏移,那么进入轴瓦油道的润滑油减少，造成发动机整体燃油经济性下降,甚至有可能造成早期磨损，轴瓦抱死等严重事故。所以,在加工时首先要保证直油道与斜油道交接口足够大,其次要保证直油道在轴颈方向不偏移，因此对斜油孔钻模应常予检查。 13、精磨主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净,去掉砂粒、油泥,确保加工基准——中心孔的精度，必要时修研。 精磨开始前，要提前启动机床，使砂轮运转一定时间后,利用修整器把砂轮的厚度和圆弧修整。修好圆弧后应用圆弧规检查,看圆弧是否和两侧面相切，如不相切,要检查表面修整器是否有偏心或其它问题,问题找出并解决后再重新修圆弧至合格。砂轮的圆周表面要修细致,否则不能保证磨削后轴颈的粗糙度而形成螺旋纹印。因为曲轴较长，必须用中心架作为一个辅助支撑，进入精磨后，先磨一个轴颈至合适尺寸（留至比成型尺寸大0.1～0.2mm），使支中心架有一个合适的基准面。为了使整根曲轴在加工运转时的刚性和紧固性增强，可采用V型夹具来装夹曲轴主颈一、主颈七位置。测量时，应千分尺和表架上的千分表结合起来使用。 14、小头精磨一般单独安排一道工序。此工序主要是小头跳动和小头长度尺寸易超差。加工前应先用百分表检查主颈一跳动，若超差，则应重新修正小头中心孔倒角，直到跳动合格。 15、钻法兰孔采用多工步的加工方法。各丝孔相互之间的位置度由钻模和钻套保证，销孔的位置度由可调定位销保证。此工序易出现的质量问题是法兰各孔漏攻丝和攻丝深度不够。 16、在万能铣床上铣键槽是用V型夹具支撑，连颈1的外径靠在可调定位销上定位。键槽的对称度是从两个方面要求，一是对连1轴颈中心线的对称度，二是对主轴颈的对称度。对称度是通过调动V型夹具和定位销来保证的。 17、油孔口抛光工序相当重要，因为如果油孔口有毛刺，则会刮伤轴瓦，造成早期拉毛现象；如果油孔口有尖角，则曲轴运转时应力集中形成裂纹影响其使用寿命；特别是如果主油道口与斜油道口交接处过渡不圆整，粗糙度低，更容易形成应力集中。 18、随着技术的发展，曲轴动不平衡的要求越来越严格，动不平衡量越小，曲轴工作时运转越平稳，噪音越小，磨损越少，寿命越长。 3.6 确定切削用量及基本工时 确定切削一般包括切削深度，进给量和切削速度三部分。确定的顺序是：切削深度、进给量、切削速度。 3.6.1曲轴主要加工表面的工序安排 曲轴的主要加工表面为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工表面为两端面、键槽。此外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。 连杆各主要表面的工序安排如下： （1）、主轴颈：粗车、精车、磨削； （2）、连杆轴颈：粗车、精车、磨削； 3.6.2确定工时定额 粗车第四个连杆轴颈至φ37.80-0.084。 （1） 被吃刀量 ：取 =1mm， （2） 进给量f：取 。 （3） 机床主轴转速: 取n=600r/min （4） 切削速度： （5） 计算切削工时：被切削层长度 =3×22=66mm ，因为粗车走刀两次，故tm=0.44min 精车三个连杆轴颈至φ37.50-0.18。 （1） 被吃刀量 ：取 =0.65mm， （2） 进给量f：取f=0.3mm/r （3） 机床主轴转速: 取n=800r/min （4） 切削速度： （5） 计算切削工时：被切削层长度 =3×22=66mm ，因为粗车走刀两次，故tm=0.55min 1、铣端面 （1）确定切削深度 由于单边余量为2.5mm,参照《机械加工工艺手册》表14-68，可在一次内走刀内且完成，故： （2）确定进给速度 参照《机械加工工艺手册》表14-69，铣刀为高速钢套式镶刃铣刀，机床的功率为5～10kw，系统刚度为中等，可查 ，本工序中取 。 （3）确定切削速为V 确定切削速度v既可以根基公式计算，又可以由表直接查出。参照《机械加工工艺手册》表14-70，根据铣刀直径d=125mm,铣刀齿数z=6和 查得：v=261m/min. (4)确定主轴转速n 按MP-73铣钻组合机床的转速取 2、钻中心孔 （1）确定切削深度 一次行程即可完成： =22mm （2）确定进给量 参照《机械加工工艺手册》表14-49，选用的中心孔钻为带护锥的60度锪钻，由d=8mm可查 。 （3）确定切削速度v 查得v= 12～25m/min,本工序中选取v=20m/min. (4)确定主轴转速n 按MP-73铣钻组合机床的转速取n=665r/min. (5)确定钻中心孔的基本工时 3.6.3粗磨第一主轴颈和齿轮轴颈 该工序为精加工工序，选用的是MQ1350B外磨床；适用顶尖定位，100～130JB3392-83鸡心卡头加紧，并使用中心架；选用的砂轮宽度为b=16mm。 1、粗磨第一主轴颈 （1）确定磨削深度 由于单边余量为0.2mm，参照《机械加工工艺手册》表14-128，工作台一次性往复行程横向进给量 =0.0252～0.0484mm,取0.05mm，故可以在两次行程内完成 （2）确定进给量 参照《机械加工工艺手册》表14-128，可算得纵向进给量 =（0.5～0.8） =（0.5～0.8） ～12.8mm/r. (3)确定切削深度v 确定切削深度v既可以根据公式计算，又可以由表直接查出。参照《机械加工工艺手册》表14-128，工件磨削表面的直径d=75mm,查得v=13～26m/min,本工序取 ，根据《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n 按MQ1350B外圆磨床的转速取n= . 3.6.4精车二、三、五、主轴颈、油封轴颈、法兰 本工序为半加工工序。选用CK6140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 = 度，刀尖圆弧半径 。 精车轴颈 （1）确定磨削深度 由于单边余量为1.5mm,参照《机械加工工艺手册》表14-128，故可在一次行程内完成 （2）确定进给量 参照《金属加工工艺人员手册》表14-12，可算得纵向进给量 = ，故查得进给量f=0.3mm/r. （3）确定切削速度v 确定切削深度v既可以根据公式计算，又可以由表直接查出。参照《机械加工工艺手册》表14-13，查得v=235m/min, (4)确定主轴转速n 按MQ1350B外圆磨床的转速取n= . (5)确定精车轴颈基本工时 《参照金属机械加工工艺人员手册》表15-27，可查得外圆磨床基本工时为： 3.6.5切槽 已知条件如精车主轴颈部分，采用W18Cr4V高速钢车刀。 (1)确定磨削深度 由于双边余量为9.5mm,故 （2）确定进给量 参照《金属加工工艺人员手册》表14-13，可算得纵向进给量 = ，故查得进给量f=0.3mm/r. （3）确定切削速度v 确定切削深度v既可以根据公式计算，又可以由表直接查出。参照《机械加工工艺手册》表14-17，查得v=15m/min, (4)确定主轴转速n 按CK6140数控车床的转速取n= . (5)确定精车轴颈基本工时 《参照金属机械加工工艺人员手册》表15-27，可查得外圆磨床基本工时为： 3.6.6精车第三主轴颈及过渡圆角 本工序为精加工工序。选用MQ1350B外圆磨床；使用顶尖定位、100～130JB3392-83鸡心卡头加紧，并使用中心架；选用砂轮宽度为 。 （1）确定磨削深度 由于双边余量为0.2mm,参照《机械加工工艺手册》表14-128，工作台一次性往复行程横向进给量 =0.014～0.029mm,取 =0.025mm,故可在4次行程内完成 （2）确定进给量 参照《金属加工工艺人员手册》表14-128，根据工件的表面粗糙度 ，可算得纵向进给量 EMBED Equation.3 =（0.5～0.8） =（0.5～0.8）16～25.6mm/r. （3）确定切削速度v 确定切削深度v既可以根据公式计算，又可以由表直接查出。参照《机械加工工艺手册》表14-128，工件磨削表面的直径d=75mm,查得 =25～50m/min,本工序取 ，根据《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n 按MQ1350B外圆磨床的转速取n= . (5)确定粗磨第四主轴颈的基本工时《参照金属机械加工工艺人员手册》表15-27，可查得外圆磨床基本工时为： 其中k-----外圆系数，根据表15-27取1.1 工序分析 （1）铣端面工序有两个作用：保证曲轴的总长；保证中心孔的质量。若端面不平，则中心钻上两个切削刃的受力不均，钻头引偏而折断。这也是“先面后孔”原则的具体应用。 （2）中心孔的重要性：中心孔除影响曲轴的质量分布外，它的重要性还在于它是曲轴加工的重要精基准，直接影响曲轴的加工精度，因此中心孔必须满足其质量要求。但工件经过粗加工后，中心孔的精度往往不可避免地受到影响，所以在精加工之前，必须对中心孔进行修研，确保符合其技术要求。可用油石或橡胶砂轮修研。 （3）打中心孔是采用找出曲轴的几何中心来代替质量中心，是以毛坯的外表作为基准。毛坯外表光洁圆整，则打出的中心孔位置误差就小。 （4）按照S1-206车床的工装结构，必须先粗车和粗磨主颈四。主颈四是加工长度尺寸的一个基准，其两侧扇板的厚度应分均匀，否则极易使整根曲轴的轴向尺寸发生偏移，即单边，致使曲轴各扇板厚度不一而致废。 （5）因曲轴刚度差，故车主轴颈的工序，采用前后刀架同时横向进给的S1-206一次加工成型的机床，必须注意刀排分布应合理，车刀应常换常磨，进刀量应适中。 （6）车小头孔、平端面工序不容忽视。因为小头是与起动爪相连的部位，在用人力起动发动机时,小头传递大力矩,所以首先要保证小头的有效深度，其次小头孔倒角应圆整光滑,角度正确,以保证精磨小头时外圆跳动合格,否则就应重新精修小头孔倒角。 （7）钻大头孔工序。孔太深会影响法兰的强度,太浅会影响内装黄油的空间和装轴承的轴向位置。 （8）铣定位面。为了使车连颈时角度分布均匀，按照铸造毛坯六缸曲轴的角度均布原理去掉铸造余量,故必须铣好定位面。不论定位面向那边有所偏移,都会严重改变铸件曲轴工序余量的均匀分布,严重偏移的致使连颈加工不足而致废。 （9）车连颈S1-217是成型车床，刀排分布合理、车刀的成型正确、进刀量适中、定位面紧靠都直接影响到产品能否达到工艺技术要求。故中心距、长度、宽度尺寸和圆弧、外圆尺寸等的调整必须在车床进入稳定加工状态后才可进行，避免工艺系统热变形影响太大。 （10）粗磨连颈是一道重要工序。粗磨连颈要进行曲轴120°的三等分,保证中心高尺寸。磨床首尾两端偏心夹具的移动会引起主连轴颈中心高的变化，应仔细调整至合适之处反锁固定。此外若中心架调整不恰当会引起曲轴变形而致中心高超差，而砂轮进刀太快则会引起角度偏移,甚至曲轴断裂。 第4章 夹具设计 一个机床的机械制造工艺系统由机床、工件、刀具和夹具组成。机床夹具的用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中这个位置不变，可以看出夹具在机械加工中占有很重要的地位，尤其是在成批生产时更是大量采用机床夹具，它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏直接影响工件加工表面的位置精度。所以，机床夹具设计是装备设计中的一项重要工作。 4.1 机床夹具的分类、基本组成和功用 机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：通用夹具，专用夹具，通用可调整夹具和成组夹具，组合夹具，随行夹具。机床夹具的基本组成，根据功用一般可分为：1）定位原件或装置，用以确定工件在夹具中的正确位置；2）刀具导向原件或装置，用以引导刀具或用以调整刀具相对于工件的位置；3）夹紧元件或装置，用以夹紧元件；4）连接原件，用以确定工件在机床上的正确位置并与机床相连接；5）夹具体，用以连接各夹具元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上；6）其他元件及装置，如分度装置、防错装置等。 机床夹具的功用一般为：1）保证加工质量；2）提高生产率，