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1、學士學位畢業(yè)設計CA6110發(fā)動機曲軸的加工工藝及夾具設計 圖紙+工序卡。聯(lián)系QQ153893706學生姓名：學 號: 指導教師：所在學院：工程學院專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 中國大慶2010 年 6 月黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計摘 要曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車發(fā)動機的質量和壽命.曲軸在發(fā)動機中承擔最大負荷和全部功率,承受著強大的方向不斷變化的彎矩及扭矩，同時經受著長時間高速運轉的磨損，因此要求曲軸材質具有較高的剛性、疲勞強度和良好的耐磨性能。發(fā)動機曲軸的作用是將活塞的往復直線運動通過連桿轉化為旋轉運動，從而實現(xiàn)發(fā)動機由化學能轉變?yōu)闄C械能的輸出。本課題是柴油機
2、曲軸的加工工藝的分析與設計進行探討。工藝路線的擬定是工藝規(guī)程制訂中的關鍵階段，是工藝規(guī)程制訂的總體設計。所撰寫的工藝路線合理與否，不但影響加工質量和生產率，而且影響到工人、設備、工藝裝備及生產場地等的合理利用，從而影響生產成本。所以，本次設計是在仔細分析曲軸零件加工技術要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經過查閱相關參考書、手冊、圖表、標準等技術資料，確定各工序的定位基準、機械加工余量、工序尺寸及公差，最終制定出曲軸零件的加工工序卡片。關鍵詞：發(fā)動機 曲軸 工藝分析 工藝設計I黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計AbstractThe car engine crankshaft is one of th
3、e key parts and its direct influence on the performance of the quality of life and the car engine crankshaft in engine. For maximum load and power, with all of the changes direction, bending and torque through long run, so the crankshaft material wear high rigidity, fatigue strength and wear resista
4、nce. Engine crankshaft role of piston is reciprocal linear motion through the link into the rotary motion, thus realize engine by chemical energy into mechanical energy output.This topic is only diesel engine crankshaft process analysis and design are discussed. The process route plan is the key sta
5、ge procedure formulation of regulations, is the overall design process. Which route reasonable or not, not only influence processing quality and productivity, and affect worker, equipment, and process equipment and production sites, which affect the reasonable utilization of production cost.Therefor
6、e, the design is in the careful analysis of the crankshaft parts processing technical requirements and machining precision, reasonably determine the blank type, after consulting relevant reference, manuals, charts, standards, technical data to determine the locating datum, mechanical process and pro
7、cedure limits.but dimensions and tolerances, eventually developing a crank parts processing process card.Keywords: engine crankshaft process analysis and process design目錄摘 要IABSTRACTII前 言IV1.6110發(fā)動機曲軸零件圖的分析11.1曲軸的功能和用途11.2曲軸的結構和技術要求12.工藝過程設計22.1計算生產綱領，確定生產類型22.2審查零件圖樣工藝性32.3選擇毛坯32.4工藝過程設計32.5 確定加工余量
8、及毛坯尺寸、設計毛坯圖82.6 重要工序設計92.7 確定切削用量及基本時間113.夾具設計163.1 機床夾具的分類、基本組成和功用173.2 6110發(fā)動機曲軸夾具的設計思路173.3 6110曲軸連桿軸頸粗磨夾具設計19總 結27參考文獻28致 謝29前 言曲軸是發(fā)動機上的一個重要的旋轉機件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復)運動變成循環(huán)運動。曲軸主要有兩個重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。發(fā)動機工作過程就是：活塞經過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運
9、動轉變?yōu)樾D運動。而曲軸加工的好壞將直接影響著發(fā)動機整體性能的表現(xiàn)。曲軸的材料是由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸，（還有其他）。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。曲軸的潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑 這個一般都是壓力潤滑的，曲軸中間會有油道和各個軸瓦相通，發(fā)動機運轉以后靠機油泵提供壓力供油進行潤滑、降溫。發(fā)動機工作過程就是，活塞經過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉變?yōu)樾D運動。曲軸的旋轉是發(fā)動機的動力源。曲軸的結構包括軸頸、曲軸臂、曲軸銷
10、、側蓋以及連桿大端軸承。軸頸具有一第一油路。曲軸臂連接于軸頸。曲軸銷設置于曲軸臂之中，并且抵接于軸頸。曲軸銷具有第一機油緩沖室、第二機油緩沖室以及第二油路。第一機油緩沖室系連接于第二機油緩沖室，第二油路連接于第二機油緩沖室。側蓋設置于曲軸臂中，側蓋與曲軸銷之間成形有一空間，該空間連接于第一油路與第一機油緩沖室之間。連桿大端軸承設置于曲軸臂之中，曲軸銷套設于連桿大端軸承之中，第二油路連接于第二機油緩沖室與連桿大端軸承之間。本實用新型可將機油內微小異物過濾掉，減少了連桿大端軸承遭受微小異物侵入的機會，并避免連桿大端軸承損壞，進而可延長曲軸結構的使用壽命。 在曲軸的機械加工中，采用新技術和提高自動化
11、程度都不斷取得進展。目前，國內較陳舊的曲軸生產線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備一般采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質量穩(wěn)定性差，容易產生較大的加工應力，難以達到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通?？咳斯げ僮?，加工質量不穩(wěn)，尺寸一致性差?，F(xiàn)在加工曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸采用車拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動外銑，全部采用干式切削。在對連桿頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現(xiàn)往復擺動進給，跟蹤著偏心回
12、轉的連桿頸進行磨削加工。V黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計1 6110發(fā)動機曲軸零件圖的分析1.1曲軸的功能和用途曲軸是發(fā)動機上極為重要的零件，他是將連桿傳來的徑向力轉變成饒其本身軸線旋轉的扭矩，并將此扭矩輸出給汽車或其他裝置。同時，曲軸還驅動配氣機構以及其它各輔助裝置。曲軸在工作時，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復雜，曲軸又是高速旋轉件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。1.2曲軸的結構和技術要求曲軸絕大部分是整體式，只有極少數(shù)柴油機采用組合式。大致結構如圖所示，曲柄臂和連桿軸頸、主軸頸由圓角連接。通常在前端設有驅動附件、凸輪軸
13、的軸頸，在后端設有輸出法蘭。曲軸內設有主軸頸通向連桿軸頸的供油孔。圖1.1曲軸結構圖曲軸在低轉速時主要受到燃燒壓力的作用，在高轉速時主要受到慣性力和彎曲振動、扭轉振動合成的附加力的作用。振動引起的附加力的精確計算非常復雜，所以常和實測并用。曲軸的主要要求1.主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關等級IT6，連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關等級IT6，表面粗糙度Ra值為1.250.63m。軸頸長度公差等級為IT9IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之半。2.位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為100mm之內不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為0.02
14、5mm，中大型低速曲軸為0.030.08mm。3.各連桿軸頸的位置度不大于20。2.工藝過程設計2.1計算生產綱領，確定生產類型解放CA6110發(fā)動機的曲軸，該產品年產量Q=100000（臺/年），n=1（件/臺），設其備品率a%為10%，機械加工廢品率%為1%，現(xiàn)制定該曲軸零件的機械加工工藝規(guī)程。年生產綱領： （2-1）曲軸的年產量為111000件，現(xiàn)在已知該產品為中型機械，根據機械制造工藝設計手冊表1.1-2生產類型與生產綱領的關系，可確定其生產類型為大批量生產。2.2審查零件圖樣工藝性曲軸零件圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術基本要求齊全。但油封軸頸端軸承孔的內表面粗糙度未給出，一般
15、7級孔的表面粗糙度為即可。第四主軸頸，齒輪軸頸和皮帶輪軸頸的表面粗糙度也未給，一般7級基準要求即可。本零件的各表面加工并不困難。斜油孔傾斜較深，但由于只做儲油孔用，位置精度不需要太高的要求，只要鉆到軸頸的中間靠外就可以了，所以斜油孔的加工也不成問題。2.3選擇毛坯曲軸是發(fā)動機上必須的傳動件，要求具有較高的剛度、強度、耐磨性和平衡。該零件的材料為整體軟氮化，輪廓尺寸不大且形狀比較復雜，又屬于大批量生產，因此采用模鍛成型。曲軸零件的形狀比較復雜，因此毛坯形狀要與零件的形狀盡量接近，即外形鍛成六拐形式，兩端空寂臺階不用鍛出。毛坯尺寸通過確定加工余量后決定。2.4工藝過程設計2.4.1定位基準的選擇（
16、一）粗基準的選擇曲軸的毛坯一般都呈彎曲狀態(tài)，為保證兩端中心孔都能在兩端面的幾何中心上，粗基準應選靠近曲軸兩端的軸頸。為保證其他軸頸外圓余量均勻，在鉆中心孔后，應對曲軸進行校直。由于大批量生產的曲柄毛坯的精度高，曲柄不加工，所以軸向的定位基準一般選取中間主軸頸兩邊的曲柄。因為中間主軸頸兩邊的曲柄處于曲軸的中間部位，用作粗基準可以減少其它曲柄的位置誤差。（二）精基準的選擇曲軸和一般的軸類零件相同，最重要的精基準三中心孔。曲軸軸向上的精基準，一般選取曲軸一端的端面或軸頸的止推面。但在曲軸加工的過程中，定位基準要經過多次轉換。曲軸圓周方向上的精基準一般選取曲軸上的定位平臺或法蘭上的定位孔。2.4.2加
17、工階段的劃分與工序順序的安排曲軸的主要加工部位是主軸頸和連桿軸頸，次要加工部位是法蘭盤、曲柄、斜油孔、螺孔和鍵槽等。除機械加工外還有軸頸淬火、磁探傷、動平衡等。在加工過程中還要安排校直、檢驗、清洗等工序。（一）加工階段的劃分曲軸的機械加工工藝過程大致可分為：加工基準面粗加工主軸頸和連桿軸頸加工斜油孔等次要表面主軸頸和連桿軸頸的熱處理精加工主軸頸和連桿軸頸加工鍵槽和兩端孔等動平衡光整加工主軸頸和連桿軸頸。曲軸的主軸頸和連桿軸頸的技術要求都很嚴格，所以各軸頸表面加工一般安排為：粗車精車粗磨精磨超精加工。對于本6110發(fā)動機曲軸進行粗加工時，以中間主軸頸為輔助定位基準，所以先粗加工和半精加工中間主軸
18、頸，然后再加工其他主軸頸。而連桿軸頸的粗、精加工，一般都要以曲軸兩端主軸頸定位，所以連桿的粗精加工都安排在主軸頸加工之后進行的。（二）工序安排斜油孔的進出口都安排在曲軸的軸頸上，所以在軸頸淬火之前加工。鉆斜油孔時，用加工過的軸頸定位，可以保證其位置精度。主軸頸是連桿軸頸的設計基準，所以，主軸頸與連桿軸頸的車削（銑削）和磨削，一般都是先加工主軸頸再加工連桿軸頸。在精磨主軸頸的過程中，先精磨第四主軸頸，這樣在精磨其他主軸頸、油封軸頸時就可以以第四主軸頸為輔助支撐面，因而可以大大降低曲軸精磨后的彎曲變形。在最后檢查后，以曲軸兩端的主軸頸為測量基準，測量其他軸頸的徑向跳動。鋼曲軸在加工的過程中，軸頸產
19、生跳動的原因之一是，曲軸經加工后應力重新分布，從而造成變形，所以在曲軸的第一主軸頸精磨之后，應緊接著安排齒輪軸、皮帶輪軸頸的精磨工序，在第七主軸頸精磨工序之后，應緊接著安排油封軸頸的精磨工序，以免內應力重新分布，造成過大的影響。同時為了避免曲軸剛度降低造成這些軸頸磨削后徑向跳動增大，其他主軸頸的精磨應該放在這些軸頸的精磨之后。校直對曲軸的疲勞強度有著不利的影響，在制定曲軸的加工工藝過程中，應盡量減少曲軸的校直的次數(shù)。為了保證余量均勻、減少變形的影響，在關鍵工序上，如第四主軸頸加工前、淬火后、動平衡去重后仍需安排校直。曲軸各軸頸的表面粗糙度要求較高，所以把各軸頸的超精密加工放在最后。如果在超精密
20、加工后再安排其他工序，則有可能破壞已加工好的軸頸表面。2.4.3制定工藝路線制定6110曲軸工藝路線的出發(fā)點，應當使曲軸的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理保證，在大批量的生產情況下，可以考慮采用專用機床和專用夾具等，并盡量使工序集中來提高生產率，除此之外，還應當考慮經濟因素，以降低生產成本。由于曲軸在加工過程中塑性變形大，因此為了保證余量均勻、減少變形的影響，應該在關鍵工序上安排一些校直工序，而方案一中只有一次校直。斜油孔口在淬火時由于受熱不均勻很容易發(fā)裂，因此必須在熱處理前對其進行壓堵處理，而方案一也忽略了這一點。方案二對方案一中的問題作了一些較大改進，但如果仔細分析其在工序安
21、排上仍然存在問題，如連桿軸頸的粗、精銑最好安排在相鄰兩道工序中以減少工件的搬運，在一臺機器上進行加工完畢，提高生產效率。因此，經過綜合考慮，最終確定6110曲軸加工工過程如下表2-1。表2-1曲軸的加工工序序號工序名稱定位基準1 2 3456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536 37383940414243444546銑端面中心孔粗車第四主軸頸 校直第四主軸頸半精車第四主軸頸 粗磨第四主軸頸 粗車第四主軸頸以外的主軸頸、齒輪軸頸和皮帶輪軸頸校直主軸頸擺差粗磨第一主軸頸和齒輪軸頸精車第二、三、五、六、七主軸頸、油封軸頸
22、和法蘭粗磨第七主軸頸粗磨第二、三、五、六、七主軸頸在第一、十二曲柄上銑定位面內銑六個連桿軸頸及過度圓角內精銑六個連桿軸頸過度圓角清洗在連桿軸頸、主軸頸上锪球窩鉆一、二和六、七軸頸上兩道斜油孔鉆四、五和三、四軸頸上兩道斜油孔鉆五、六和二、三軸頸上兩道斜油孔各油孔口倒角攻各油孔口螺紋去除各油孔口銳邊毛刺清洗各油孔及螺孔各油孔口壓堵校直曲軸精磨第四主軸頸及其過度圓角精磨第七主軸頸及其過度圓角精磨第一主軸頸與齒輪軸頸及其圓角精磨油封軸頸和法蘭精磨二、三、五、六主軸頸及其過度圓角粗磨六個連桿軸頸精磨六個連桿軸頸在皮帶輪軸頸、齒輪軸頸上銑鍵槽鉆擴鉸中心孔鉆中心孔鏜中心孔及內環(huán)槽和中心孔的錐面攻L螺紋鉆油封
23、軸頸6孔攻螺紋曲軸動平衡，去不平衡重去毛刺校直曲軸氮化拋光主軸頸和連桿軸頸清洗檢驗第一、七主軸頸及第四主軸頸側面，并以三、四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、油封軸頸，并以第二、六主軸頸為輔助支撐面第一、七主軸頸頂尖孔、油封軸頸，并以第二、六主軸頸為輔助支撐面頂尖孔，并以第四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔和第四主軸頸 第一、第七主軸頸頂尖孔、第七主軸頸，并以第一、第四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第一主軸頸，并以第六主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第一主軸頸，并以第三、五主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第七主軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面第一、第七主軸頸及第一連桿軸頸第一、第七主軸頸及曲柄定位面第一、第七主軸頸及曲柄定位
24、面第一主軸頸和油封軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面第一主軸頸和油封軸頸，并以第三主軸頸為輔助支撐面第一主軸頸和油封軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面齒輪軸頸和油封軸頸第一、七主軸頸頂尖孔、油封軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第四主軸頸，并以第六主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第七主軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第一主軸頸，并以第四、七主軸頸為輔助支撐面油封軸頸、第一主軸頸，并以第四、七主軸頸為輔助支撐面頂尖孔，第一、七主軸頸，并以其他主軸頸為輔助支撐面頂尖孔，第一、七主軸頸，并以其他主軸頸為輔助支撐面齒輪軸頸，并以第二、七主軸頸為輔助支撐面第七主軸頸、皮帶輪軸頸第一、七主軸頸第七主軸
25、頸、皮帶輪軸頸第二、六主軸頸第二、六主軸頸第二、六主軸頸第一、七主軸頸第一、七主軸頸第一、七主軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面 2.5確定加工余量及毛坯尺寸、設計毛坯圖2.5.1確定機械加工余量鋼質模鍛件的機械加工余量按JB3835-85確定，根據估算的鍛件質量、加工精度及鍛件形狀復雜系數(shù)，由機械制造工藝設計簡明手冊表2.2-24查得。表中余量值為單面余量。（1）鍛件質量 根據零件成品質量76.4kg估算為92.5kg。（2）加工精度 零件除兩端孔外的各表面為磨削加工精度。（3）鍛件的形狀復雜系數(shù) （2-2）M1為鍛件質量，M2為鍛件包容體的質量，假設鍛件的最大直徑為220mm，長965mmm
26、由機械制造工藝設計簡明手冊表2.2-10可查得形狀復雜系數(shù)，屬于一般級別。（4） 機械加工余量 根據鍛件質量、查機械加工工藝手冊第一卷表3.1-56查得直徑方向為2.5-3.2mm，水平方向為3.0-4.5mm。以上查得的加工余量適用于機械加工表面粗糙度Ra1.6m，Ra1.6m的表面余量要適當增大。2.5.2 設計毛胚圖（一）確定毛胚尺寸公差本零件的鍛件質量92.5kg，形狀復雜系數(shù)，含C為0.42%0.50%，按機械制造工藝設計簡明手冊表2.2-11，鍛件的材質系數(shù)M1，采取平直分模線，鍛件為精密精度等級，則毛坯的公差可從機械制造工藝設計簡明手冊表2.2-14，2.2-17查得。本零件毛坯
27、的尺寸公差如表2-2。毛坯的同軸度誤差允許值為1.2mm，殘留飛邊為1.2mm。表2-2曲軸毛坯（鍛件）尺寸公差（mm）零件尺寸單面加工余量鍛件尺寸偏差1143120 +2.1 1053110+2.1 543.560+2.1 84.93.590+1.9 71376+1.9 52450+1.9 104041100 -2（二）確定毛坯熱處理鋼質曲軸毛坯頸鍛造后應安排正火，以消除殘留的鍛造應力，并使不均勻的金相組織通過重新結晶而得到細化均勻的組織，從而改善了加工性。2.6 重要工序設計2.6.1選擇加工設備和工藝裝備工序 1：選用MP-73銑鉆組合加床，使用MP-73銑鉆組合機床夾具，根據金屬機械加
28、工工藝人員手冊表10-39選用鑲齒套式銑刀（GB1126-85）直徑=125mm，寬L=40mm的中心鉆頭，據金屬機械加工工藝人員手冊表10-21（GB6078-85）選用B形帶護錐的中心鉆d=8mm，l=100mm；量具選用1000mm鋼直尺和分度值0.05測量范圍0125的游標卡尺。工序 8：據金屬機械加工工藝人員手冊表8-33選用MQ1350B外圓磨床；使用頂尖定位、100300JB3392-83雞心卡頭夾緊，并使用中心架，保證加工效率和精度；由金屬機械加工工藝人員手冊表10-76（GB127-84）選用PSA1501640-A46-L5-B35型砂輪；量檢具選用測量范圍為75100mm
29、，分度為0.01的外徑千分尺，分度值0.05、0125的游標卡尺，同軸度、端面跳動檢具，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 9：根據曲軸的車削直徑和長度，為保證加工精度和加工效率，據金屬機床加工工藝人員手冊表8-18選用CK6140數(shù)控機床，采用精車主軸頸專用夾具，采用YT15硬質合金車刀，選用可轉位車刀（GB2078-87，GB2080-87），切槽刀亦選用高速鋼。量檢具選用24-240C型氣動量具和手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 13：查CFM公司曲軸內銑機床號及技術參數(shù)表選用FKP20/1型單刀盤內銑床，使用內銑自帶卡座和中心定位和夾緊；選用刀盤型號為MKJ，內徑300mm，刀片號16/
30、8；量檢具選24-240C型氣動量儀，曲軸自動檢驗機和圓規(guī)卡規(guī)，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 29：據金屬機械加工工藝人員手冊表8-33選用MO1350B外圓磨床，使用頂尖定位、100130JB3392-83雞心卡頭夾緊，并使用中心架，由表10-76（GB4127-84）選用PSA1501640-A46-L5-B35型砂輪；量檢具選用分度值0.05測量范圍0125mm的游標卡尺，24-240C型氣動測量儀，圓柱度、端面跳動檢具和圓規(guī)卡規(guī)，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 35：據連桿軸頸磨削直徑和曲軸長度，由金屬機械加工工藝人員手冊表8-33選用MB1350B外圓磨床；使用精磨連桿軸頸專用
31、夾具；由表10-76（GB4127-84）選用PSA1501640-A46-L5-B35型砂輪；量檢具選用分度值0.05測量范圍0125mm的游標卡尺，24-240C型氣動測量儀，曲軸自動檢驗機和圓規(guī)卡規(guī)，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 36：據金屬機械加工工藝人員手冊表9.1-1選用XQ6125臥式銑床；使用銑鍵槽專用夾具定位夾緊；據金屬機械加工工藝人員手冊表10-39選用直徑D=50mm、內徑d=16mm，L=6mm，齒數(shù)為14的直齒三面銑刀（GB1121-85）；選用分度值0.05的測量范圍0125mm的游標卡尺和鍵槽尺寸專用夾具。2.6.2確定工序尺寸確定工序尺寸的一般方法是，由加工
32、表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標注。當無基準轉換時，統(tǒng)一表面多次加工的工序尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關，當基準不重合時，工序尺寸應用工藝尺寸鏈解算。1. 確定主要圓柱面的工序尺寸圓柱表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關。前面根據有關資料已查出本零件各圓柱面的總加工余量（毛坯余量），應將總加工余量分為各工序加工余量，然后往前計算工序尺寸。中間工序尺寸的公差按加工方法的經濟加工精度確定。參照機械加工工藝手冊表3.2-21、3.2-22，表3.2-2由最后工序的尺寸可一次算得本零件各圓柱表面的加工余量、工序尺寸及公差以及表面粗糙度。如表2-3所示（另附）。2.
33、確定主要軸向工序尺寸參照機械加工工藝手冊表3.2-21、3.2-22，由零件圖上的軸向尺寸及所設計的毛坯尺寸可以一次算得本零件的工序的軸向尺寸。本零件各主要端面的加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度。如表2-4所示（另附）。3. 銑鍵槽零件圖樣要求鍵槽精度為IT7，槽寬。2.7 確定切削用量及基本時間切削用量一般包括切削深度、進給量及切削速度三項，確定方法是先確定切削深度、進給量，再確定切削速度。2.7.1工序1（銑端面鉆中心孔）切削用量及時間的確定本工序為粗加工工序。已知材料為QT800-2，=650，鍛件，有外皮；機床型號為銑鉆組合機床，工件裝夾在銑鉆專用夾具上。銑端面確定切削深度： 由于
34、單邊余量為2.5mm，參照金屬機械加工人員手冊表14-68，可在一次走刀內切完，故 （2-3）(2) 確定進給量：參照金屬機械加工人員手冊表 14-69，銑刀為高速鋼套式鑲刃面銑刀，機床的功率為kw,系列剛度為中等，可查得=0.13mm/r。（3）確定切削速度v ：切削速度v可以根據公式計算，也可以由表中直接查出。參照金屬機械加工人員手冊表14-70，由銑刀直徑d=125mm,銑刀齒數(shù)z=6和=0.13mm/r查得 v=261m/min。(4) 確定銑端面的基本時間 （2-4）2.鉆中心孔（1）確定切削深度： 鉆中心孔一次行程即可完成，=22mm。（2）確定進給量f ： 參照金屬機械加工人員手
35、冊表14-49，選用的中心空鉆，為帶護錐60復合中心鉆，由d=8mm 可查得f=0.08mm/r。（3）確定切削速度v： 同進給量，可查得v=1225mm/min,本工序中取v=20m/min。（4）確定主軸轉速n 按MP-73銑鉆組合機床的轉速，取n=655r/min。（5）確定鉆中心孔的基本時間 （2-5） 故工序1的基本時間是=0.28+0.24=1.12min （2-6）2.7.2 工序8（粗磨第一主軸頸）切削用量及時間的確定 1. 粗磨第一主軸頸（1）確定磨削深度： 由于雙邊余量僅為0.2mm，參照金屬機械加工人員手冊表14-128，工作臺一次往復行程橫向進給量mm,取為mm,故可在
36、兩次行程內完成 （2-7）（2）確定進給量 ：參照金屬機械加工人員手冊表14-128，可算得縱向進給量=（0.50.8）=（0.50.8）16mm=812.8mm/r,取=10mm/r。（3）確定切削速度v ：切削速度v可以根據公式計算，也可以直接由表中查出。參照金屬機械加工人員手冊表14-128，工件磨削表面的直徑d=75mm, 查得=1316min,本工序去=13m/min;由機械加工工藝手冊表13.4-5取砂輪輪速為=25m/s。（4）確定主軸轉速n： （2-8） 按MQ1350B外圓磨床的轉速，n=3200r/min。（5）確定粗磨第一主軸頸的基本時間：參照金屬機械加工人員手冊表15-
37、27可查得外圓磨床的機動時間為： （2-9） 其中 K外圓磨系數(shù)，據表15-27取1.1；工件每分鐘轉數(shù)（r/min）, （2-10）粗磨齒輪軸頸確定切削深度： 由于雙邊余量為0.3mm,參照金屬機械加工人員手冊表14-128，工作臺一次往復行程橫向進給量,取為，故可在2.5次行程內完成。（2）確定進給量：參照金屬機械加工人員手冊表14-128，可算得縱向進給量，取。（3）確定切削速度v： 切削速度v可以根據公式計算，也可直接由表中查出。參照金屬機械加工人員手冊表14-128，工件磨削表面的直徑d=52mm,查得，本工序v=12m/min;據機械加工工藝手冊表13.4-5取砂輪速度為。（4）確
38、定主軸轉速n=3184.7r/min （2-11）據MQ1350B外圓磨床的轉速，取n=3200r/min.（5）確定粗磨齒輪軸項的基本時間 同上可知 （2-12）工序的基本時間為 2.7.3 工序9（精車第二、三、五、六、七主軸頸、油封軸頸和法蘭）切削用量即基本時間的確定本工序為精加工工序，選用CK6140數(shù)控車床和YT15硬質合金車刀，選用可轉位車刀（GB2078-87,GB2080-87）,刀具副偏角，刀尖圓弧半徑。精車軸項部分：切槽（采用高速鋼車刀）：工序的基本時間： （2-13）2.7.4 工序13（內銑六個連桿軸頸）切削用量即基本時間的確定本工序為粗加工工序。已知條件同工序1，查G
39、FM公司曲軸內銑床型號及技術參數(shù)表選用FKP20/1型單刀盤內銑床，選用刀盤型號為MKJ，內徑，刀片號16/8。各數(shù)據計算方法同2.7.1、2.7.2，步驟從略。2.7.5 工序29（精磨第四主軸頸及其過渡圓角）切削用量及基本時間的確定本工序為精加工工序，選用MQ1350B外圓磨床，是用頂尖定位、雞心頭夾緊，并使用中心架，所選砂輪的寬度為。2.7.6 工序35（精磨六個連桿軸頸）切削用量及基本時間的確定本工序為精加工工序，連用MB0350B外圓磨床，使用精磨連桿曲軸專業(yè)夾具，所選砂輪的寬度各數(shù)據計算方法同2.7.1、2.7.2，步驟從略。 2.7.7 工序36（銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定
40、各數(shù)據計算方法同2.7.1、2.7.2，步驟從略。3.夾具設計一個機床的機械制造工藝系統(tǒng)由機床、工件、刀具和夾具組成。機床夾具的用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的位置，并在加工過程中這個位置不變，可以看出夾具在機械加工中占有很重要的地位，尤其是在成批生產時更是大量采用機床夾具，它們是機床和工件之間的連接裝置，使工件相對機床或刀具獲得正確的位置。機床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機床夾具設計是裝備設計中的一項重要工作。3.1 機床夾具的分類、基本組成和功用機床夾具按其使用范圍可分為以下五種基本類型：通用夾具，專用夾具，通用可調整夾具和成組夾具，組
41、合夾具，隨行夾具。機床夾具的基本組成，根據功用一般可分為：1）定位原件或裝置，用以確定工件在夾具中的正確位置；2）刀具導向原件或裝置，用以引導刀具或用以調整刀具相對于工件的位置；3）夾緊元件或裝置，用以夾緊元件；4）連接原件，用以確定工件在機床上的正確位置并與機床相連接；5）夾具體，用以連接各夾具元件及裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上；6）其他元件及裝置，如分度裝置、防錯裝置等。機床夾具的功用一般為：1）保證加工質量；2）提高生產率，降低成本；3）擴大機床工藝范圍，做到一機多能；4）平衡各工序時間，以便組織流水生產；5）減輕工人勞動強度，保證生產安全。3.2 6110發(fā)動機曲
42、軸夾具的設計思路曲軸除了具有軸的一般加工規(guī)律外，也有它的工藝特點，主要包括形狀復雜，剛性差及技術要求高，針對這些特點應采取相應的措施，分析如下：3.2.1形狀復雜曲軸主軸頸與連桿軸頸不在同一軸上線，偏心距有一定的尺寸要求，并且兩軸有較高的位置度要求，同時主軸頸與連桿軸頸間有較大的平衡塊，因此在工藝設計中應解決以下幾點問題：a.設計加工連桿軸頸的偏心夾具，即連桿軸頸與機床主軸重合，并使夾具能回轉180度，加工另一連桿軸頸。b.為消除加工時的不平衡力的產生，設計夾具時應精確設計平衡重。3.2.2剛性差因本曲軸長徑比較大，同時具有曲拐，因此剛性較差。曲軸在切削力及自重的作用下會產生嚴重的扭曲及彎曲變
43、形，特別在單邊傳動的機床上加工更為嚴重，在工藝設計中應解決以下問題：（1）：粗加工時由于切削余量大，切削力也較大，可用中間托架來增強剛性，減小變形和振動，同時機床刀具及夾具都應有較高的剛度。（2）：在加工時盡量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同時橫向進給。（3）：合理安排工位次序以減少加工變形，按先粗后精的原則安排加工工序，逐步提高精度。（4）：在有可能產生變形的工序后面增設校直工序。3.2.3技術要求高曲軸技術要求較高，加工面多，需要保證的尺寸、形狀、位置精度較多。因而總的工藝路線較長，精加工占有相當比例。加工時應要解決以下問題：A：正確分配粗加工、半精加工及精加工余量。B：粗基準選擇用
44、曲軸兩端的中心孔。中心孔的加工以主軸頸外圓作為基準，這樣能保證曲軸加工徑向及軸向加工余量的均勻性。C：精加工時仍用中心孔作為基準，但要重新修磨中心孔，避免精加工時因中心孔磨損引起加工誤差。也可一端用主軸頸定位，另一端用中心孔定位以提高剛度。D：曲軸軸向定位以主軸頸軸肩定位，工藝設計時定位基準應盡量與設計基準一致。綜上分析，鑒于磨削連桿軸頸夾具的典型性和特殊性，決定設計六個連桿軸頸的粗磨夾具，本夾具將用于MQ1350B外圓磨床。本夾具可同時粗磨位于同一軸心線上的連桿軸頸、兩側面及過度圓角。其中，各連桿軸心線的相位差要求控制在之內對夾具的分度裝置精度要求較高，同時連桿軸頸有較高的尺寸和位置精度，對
45、夾具的定位夾緊機構精度要求較高。連桿軸頸側面有較高的端面跳動要求，并同時滿足和磨削表面的粗糙度要求，這就要求夾具有較好的定位和夾緊裝置，盡量減少定位和夾緊誤差。由于只能同時磨削在同一軸心線上的連桿軸頸，所以在每一組磨削完兩道軸頸之后都要將工件進行角度調整使待磨削的連桿軸頸和機床中心線能夠在同一條軸心線上，這就可以考慮在夾具上設計出專用的分度盤進行分度來提高生產效率，不過 分度裝置的精度等級要高出連桿軸頸精度等級1級以上。綜合分析以上問題，本夾具的設計存在特殊之處，對各部分的要求都相對較高，在設計時必須認真思考和全面地衡量，盡可能地減少夾具導致的加工誤差和降低精度的因素。在保證加工質量的前提下，
46、還要考慮提高生產率和降低成本，減輕工人的勞動強度。3.3 6110曲軸連桿軸頸粗磨夾具設計3.3.1定位基準的選擇工件在機床上的定位，實際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機床上的定位兩個方面，這里只討論工件在夾具上的定位。在本夾具設計中，由零件圖可知，曲軸六個連桿軸頸中心線對主軸中心線有平衡度要求，其設計基準為主軸頸中心線。為了使定位誤差為零，應該選擇以主軸頸為定位面的夾具，其軸向定位面為第一主軸頸上的止推面，因此這里設計以第一、七主軸頸和止推面為定位基準面的夾具。采用翻轉壓蓋式機械夾緊，具有結構簡單、通用性好、夾緊可靠、增力比大等特點。在制定曲軸的粗磨工藝規(guī)程時，已經初步考慮了加工工藝基準問
47、題，并繪制了工序簡圖如3-1。圖3-1 6110曲軸連桿軸頸粗磨工序圖3.3.2磨削力及夾緊力的計算計算切削力刀具：型砂輪在一般外圓磨削情況下，磨削力可分為相互垂直的三個分力，即；-切向磨削力（砂輪旋轉的切向方向）-法向磨削力（砂輪和工件接觸面的法線方向）-軸向磨削力（縱向進給方向）其中，切向磨削力是確定磨床電動機功率的主要參數(shù)，又稱為主磨削力：法向力作用于砂輪的切入方向，壓向工件，直接影響工件的精度和加工表面的質量；軸向磨削力作用于機床的進給系統(tǒng)，但與和相比較數(shù)值較小，一般不考慮。由機械加工工藝手冊表13.1-3查得/2.04。外圓磨床磨削力的實驗公式： （3-1）式中 -切除單位體積的切屑
48、所需壓力（）； -切削深度（mm）； -工件速度（m/min）； -砂輪速度（m/s）； -軸向進給量（mm）； -砂輪寬度（mm）；參照機械加工工藝手冊表13.1-4，可查得=22，=0.6，=0.76，=0.76，=0.8，=0.62；由機械加工工藝手冊表13.4-5取=35m/s；已知=0.1，工件磨削表面直徑=62mm，由機械加工工藝手冊表13.4-6可查得=24m/min；砂輪寬度=8mm，本工序取，由此算得：在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù) （3-2）式中 -基本安全系數(shù)，1.5； -加工性質系數(shù)，1.2； -磨具鈍化系數(shù)，1.2； -斷續(xù)切削系數(shù)，1.1；則： 由于法向
49、切削力有左右兩夾具體承受，因此在計算所需夾緊力時只需考慮切向磨削力。計算夾緊力：夾緊工件所需的夾緊力如前所述，本工序只需計算防止工件轉動所需的夾緊力W，根據工件力矩平衡條件可得： （3-3）式中 N-V型塊工作面對工件的反作用力， （3-4）G-工件自重； D-工件定位基準直徑； M-切削力矩； ，-夾緊面和夾具定位面上的摩擦系數(shù)。將N值帶入上世的實際夾緊力為： （3-5）其中已知D=75.1mm，G=748.7N，=0.25，算得：壓蓋夾緊機構產生的夾緊力查機床夾具設計手冊表1-2-13螺母夾緊力可得用扳手的M20六角螺母許用夾緊力=7950N，顯然，故本夾具可以安全的工作。3.3.3定位誤
50、差分析因為工件的定位基準和定位元件均有制造誤差，所以工件在夾具中定位后的實際位置將在一定范圍內變動，即存在一定的定位誤差，設計定位裝置時，就要控制這一誤差在加工中所允許的范圍內。產生定位誤差的原因有以下兩個方面：1）定位基準和工序基準不重合；2）定位基準位移。定位誤差就是由基準不重合誤差和基準位移公差綜合引起的同批工件工序尺寸的那部分公差，也就是等于兩者的代數(shù)和。 （3-6）本夾具的主要定位元件為V型塊，軸向定位時定位基準右夾具體的左端面與止推面的接合面即為曲軸連桿軸頸工序基準，即不存在基準位移公差也不存在基準不重合誤差，所以。求工序尺寸的定位誤差，定位基準為主軸頸與V型塊接觸母線A和B，工序
51、基準為主軸中心線，當主軸頸直徑存在誤差時，定位基準A或B沿V型塊工作面的位移為 （3-7）所以基準不重合誤差為 （3-8）基準位移誤差為 （3-9）則總的定位誤差為 （3-10）已知本工序中，故 （3-11）3.3.4 夾具結構設計本夾具使用V型塊定位，分度盤分度，如圖所示圖3-2MQ1350B外圓磨床6110曲軸連桿軸頸夾具裝備圖該夾具主要由左夾具體1、右夾具體7、左夾具V型塊10、右夾具V型塊11、分度盤6、壓蓋2、定位塊14和翻轉塊19等零件組成。左右夾具的一端分別和磨床的頭架和尾架主軸相連接，用V型塊定位。左右夾具體的中心線即為主軸的回轉中心線。翻轉塊整體淬火處理，分度盤的3個齒面和M
52、16螺孔淬火處理，以保證耐磨性。分度盤的分度精度等級要高出連桿軸頸等級1級以上。3.3.5夾具的使用方法將左右夾具體固定在頭架和尾架中的主軸上，然后把定位銷（4個）打入夾具體，再把左右兩V型塊固定到各自的夾具體上。V型塊的定位靠定位銷8來實現(xiàn)。V型塊的下面和側面分別墊一塊兒底面墊板9和側面墊板18，用來調整工件的中心線，最后裝上壓蓋2、定位塊14和活結螺栓15等零件。加工時，將精磨后的第七主軸頸和第一主軸頸只與夾具的左右V型塊上，用百分表調整第1或第6連桿軸頸軸心線，使其處于磨床主軸回轉中心位置，然后夾緊曲軸，再將分度盤套在曲軸皮帶輪軸頸上，使3個齒面中的一個緊靠在翻轉塊上，然后用內六角螺釘將
53、其固在皮帶輪軸頸上，這樣就可以磨削第1、6連桿軸頸了。當磨削第2、5和3、4連桿軸頸時，只需要將翻轉塊掀起，曲軸順時針旋轉一定角度()再返向旋轉曲軸，是分度盤的另一個齒面緊靠在翻轉快上，然后夾緊曲軸就又可以磨削了。由于分度盤的3個齒面為精確分度，因此保證了個連桿軸頸的角度偏差并滿足了工藝要求。由于用V型塊定位，零件支撐軸頸的偏差會引起曲軸軸頸的變化和產生錐度，因此要嚴格控制支撐軸頸的偏差。3.3.6夾具的調整（1）調整曲軸連桿軸頸軸心線的平行度誤差采用修磨側面墊板來實現(xiàn)（2）調整曲軸的回轉中心半徑采用修磨地面板來完成（3）加工回轉半徑不同的曲軸時，可以通過更換不同厚度的地面板來實現(xiàn)總體來說，該
54、夾具能夠大大提高生產效率，因為可以調整，所以其加工范圍增大，能夠解決設備不足的情況；能夠有效的保證加工精度，無需高技能操作者；結構簡單。制造方便、快捷，能夠為新產品的順利生產奠定技術基礎?？偨Y對任何制造業(yè)來說，制造工藝的基本要求主要是兩個方面：一是質量要達到產品的設計要求；二是生產時消耗的物質和勞動量最少。在達到這兩項要求的情況下，才能使產品的質量可靠，企業(yè)的經濟效益好。對大量生產的汽車制造業(yè)來說，這兩個基本要求尤為重要。在好的產品設計的前提下，汽車的質量和可靠性就取決于工藝工作的好壞。當然，目前國際上還有更加先進的曲軸加工工藝和機床設備，只鉆一對質量中心孔，選用日本的Mazak五軸聯(lián)動的數(shù)控
55、機床進行一系列的加工。類似這樣的新技術，目前國內汽車發(fā)動機曲軸的加工還處于研究階段，從經濟效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于新技術、新工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當代的青年和科技工作者的不斷努力。參考文獻1徐灝.機械設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社,1995.2吳宗澤.機械設計師M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.3劉建生 王仲仁 盧志永.曲軸RR鐓鍛成形的數(shù)值模擬與缺陷預測J.中國機械工程,2001,12(4):429-432.4鄭州機械研究所.GB/T 3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法S.北京:中國標準出版社出版,1998.5廖常初.FX系列PLC編程及
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畢業(yè)設計（論文）-CA6110發(fā)動機曲軸的加工工藝及夾具設計（含圖紙）
