三拐曲軸加工工藝及夾具設計【銑鍵槽】【說明書+CAD】

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湖南科技大學本科生畢業(yè)設計 第一章 緒論 1.1本設計的研究內容 本設計是根據被加工曲軸的技術要求，進行機械加工工藝規(guī)程設計，然后運用夾具設計的基本方法，擬定夾具設計方案，完成夾具結構設計。主要工作有：繪制產品零件圖，了解零件的結構特點和技術要求，根據生產類型和所在企業(yè)的生產條件，對零件進行結構分析和工藝分析，確定毛坯的種類及制造方法；擬定零件的機械加工工藝過程，選擇各工序的切削用量和工時定額；填寫機械加工工藝過程卡片，機械加工工序卡片等；設計并繪制指定的專用夾具的裝配總圖和主要零件圖。 1.2研究意義 三拐曲軸是發(fā)動機的重要零件。它可以是由若干個相互錯開一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率輸出端和自由端構成的。每個曲柄又是由主軸頸、曲柄銷及曲柄臂組成。曲軸的作用是把活塞的往復直線運動變成旋轉運動，將作用在活塞的氣體壓力變成扭矩，用來驅動工作機械發(fā)動機各輔助系統(tǒng)進行工作，曲軸在工作時承受著不斷變化的力，慣性力和它們的力矩作用，受力情況十分復雜。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面質量要求相當高。曲軸中幾個主要加工表面，連桿表面，軸承軸頸及錐面鍵槽的精度要求都較高，連桿軸頸需經過拋光，所以研究曲軸加工工藝對曲軸的生產具有一定的實際意義。 第二章 曲軸機械加工工藝規(guī)程及工裝設計 2.1曲軸機械工藝分析及生產類型確定 2.1.1曲軸的作用 曲軸是發(fā)動機的重要零件。它可以是有若干個相互錯開一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率輸出端和自由端構成的。每個曲柄又是由主軸頸、曲柄銷及曲柄臂組成。曲軸的作用是把活塞的往復直線運動變成旋轉運動，將作用在活塞的氣體壓力變成扭矩，用來驅動工作機械和發(fā)動機各輔助系統(tǒng)進行工作，曲軸在工作時承受著不斷變化的力，慣性力和它們的力矩作用，受力情況十分復雜。其精度要求非常高，它的加工質量對內燃機的工作性能，對裝配勞動量都有很大影響。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面質量要求相當高。曲軸中幾個主要加工表面，連桿表面，軸承軸頸及錐面鍵槽的精度要求都較高，連桿軸頸需經過拋光，所以研究曲軸加工工藝及夾具設計對曲軸的生產具有一定的實際意義。 2.1.2曲軸的結構及其特點 三拐曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄，（平衡塊）等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸和一個曲柄組成了一個曲拐。 主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動機氣缸數(shù)目有關，還取決于曲軸的支承方式。連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，在連接處用圓弧過渡，以減少應力集中。 曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來平衡發(fā)動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一部分往復慣性力，從而使曲軸旋轉平穩(wěn)。 2.1.3曲軸的主要技術要求分析 三拐曲軸零件圖如圖2.1所示。 圖2.1 三拐曲軸零件圖 如2.1圖所示，可知道其主要技術要求列表2.1所示： 表2.1 曲軸技術要求 φ22 -00.12 mm 24 φ20-0 0.021mm 25mm 加工表面 尺寸及偏差(mm) 公差及精度等級 表面粗糙度Ra(μm) 形位公差（mm） 主軸左端面 φ25 IT6 10 ◎ φ0.015 A-B 主軸右端面 φ20-0 0.021 IT7 10 ◎ φ0.015 A-B 三個拐軸頸 24 IT6 1.25 // φ0.015 A-B ⊕ φ0.06 A-B/D φ25軸 φ25 IT6 1.25 φ22 軸 φ22 -00.12 IT8 2.5 鍵槽 21 IT8 5 2.1.4確定離心機主軸的生產類型 依設計要求知：年生產綱領為20萬，故該曲軸為大批量生產。 2.2確定毛坯、繪制毛坯簡圖 2.2.1曲軸的材料 三拐曲軸工作時要承受很大的轉矩及交變的彎曲應力，容易產生扭振、折斷及軸頸磨損。因此要求用材應較高的強度、沖擊韌度、疲勞強度和耐磨性。常用材料有35、40、45鋼或球墨鑄鐵QT600—2；對于高速、重載曲軸，可采用40Cr、42Mn2V等材料。本設計采用球墨鑄鐵QT600—2,查表2.2-30可知其拉伸強度為600mpa,屈服強度為412mpa硬度為229~302HB。 曲軸的毛坯根據批量大小、尺寸、結構及材料品種來決定。批量較大的小型曲軸采用模鍛；單件小批的中大型曲軸采用自用鍛造；而對于球墨鑄鐵材料則采用鑄造毛坯。 2.2.2毛坯的確定 年生產綱領為20萬，故該曲軸為大批量生產。查詢機械加工工藝手冊第一卷，表3-1，選用金屬砂型鑄造，公差等級為8~12，去公差等級CT10, 鑄造尺寸公差數(shù)值取1，查表3-3.可知單邊余量數(shù)值取4.0。雙邊余量取3.0。 機械加工余量等級在E-G，取F級。 毛坯圖如圖2.2所示： 圖2.2 三拐曲軸毛坯圖 2.3擬定三拐曲軸的工藝路線 2.3.1 三拐曲軸的機械加工工藝特點 三拐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，部分加工面要求高及相關技術要求高，針對這些特點應采取相應的措施，分析如下： (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： i：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°，加工另一連桿軸頸，故采用專用夾具。 ii：為消除加工時的不平衡力的產生，設計夾具時應精確合理的設計平衡塊的重量。 (2)剛性差 由于本曲軸長徑比較大，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形，在工藝設計中應解決以下問題： i：粗加工時由于切削余量大，切削力也較大，可用中間支撐架來增強剛性，減小變形和振動，同時機床刀具及夾具都應有較高的剛度，同時也達到徑向定位，便于后續(xù)的銑鍵槽。 ii：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。 iii：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，循環(huán)多次進行加工，逐步提高精度。 (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，粗，精加工占有大部分比例。加工時應要解決以下問題： i：正確分配粗加工、半精加工及精加工，磨削余量。 ii：粗基準選擇用曲軸兩端的中心孔。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。 iii：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。 iv：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。 2.3.2 三拐曲軸的機械加工工藝特點分析 ⑴ 該零件是三拐小型曲軸，生產批量大，故選用中心孔定位，它是輔助基準，裝夾方便，節(jié)省找正時間，又能保證三處連桿軸頸的位置精度。但軸兩端的軸頸分別是φ20mm和φ25mm，而三處連桿軸頸中心距分布在φ32mm的圓周上，故不能直接在軸端面上鉆三對中心孔。于是，在曲軸毛坯制造時，預先鑄造兩端φ45mm的工藝搭子，這樣就可以在工藝搭子上鉆出四對中心孔，達到用中心孔定位的目的。 ⑵ 在工藝搭子端面上鉆四對中心孔，先以兩主軸頸φ25mm為粗基準，鉆好主軸頸的一對中心孔；然后以這一對中心孔定位，以連桿軸頸為粗基準劃線，再將曲軸放到回轉工作臺上，加工φ32mm、圓周120°均布的三個連桿軸頸的中心孔，這樣就保證了它們之間的位置精度。 ⑶ 該零件剛性較差，應按先粗后精的原則安排加工順序，逐步提高加工精度。對于主軸頸與連桿軸頸的加工順序是，先加工三個連桿軸頸，然后再加工主軸頸及其他各處的外圓，這樣安排可以避免一開始就降低工件剛度，減少受力變形，有利于提高曲軸加工精度。 ⑷ 由于使用了工藝搭子，銑鍵槽工序安排在切除中心孔后進行，故磨外圓工序必須提前在還保留工藝搭子中心孔時進行，同時要注意防止已磨好的表面被碰傷。 2.3.3三拐曲軸的機械加工工藝過程 曲軸的尺寸精度、加工表面形狀精度以及位置精度的要求都很高，但剛性比較差，容易產生變形，這就給曲軸的機械加工帶來了很多困難，必須予以充分的重視。 曲軸需要加工的表面有：連桿軸頸、鍵槽、主軸頸φ25，φ20、φ22的外圓。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽安排在切除工藝搭子后，磨削外圓安排在保留工藝搭子前。 根據曲軸的結構特點及機械加工的要求，加工順序大致可歸納為：銑工藝搭子兩端面；鉆中心孔；粗、精車三連桿軸頸；精磨連桿軸頸、粗、精車各處外圓；主軸頸和φ20、φ22外圓；切除工藝搭子、車端面、銑鍵槽等。 2.3.4三拐曲軸主要加工工序分析 加工順序的安排 先以主軸頸為粗基準銑兩端面打中心孔。該零件的剛性差，應按先粗后精的原則安排加工順序，逐步提高加工精度，主軸頸與連桿軸頸的加工順序：先粗加工主軸頸再半精加工主軸頸，然后粗加工連桿軸頸再半精加工連桿軸頸，再磨主軸頸，再磨連桿軸頸。 定位基準選擇 先以主軸頸為基準銑曲軸兩端面并打中心孔，再以兩頂尖定位方式粗加工主軸頸，再半精加工主軸頸，再以偏心卡盤分度夾具夾住主軸頸加工連桿軸頸，再磨主軸頸，最后磨連桿軸頸。 (1)銑曲軸兩端面,鉆中心孔 本工序在鉆銑車組合車床上完成，主要保證曲軸總長及中心孔的質量，若端面不平則中心鉆上的兩切削刃的受力不均，鉆頭可能引偏，使中心孔位置誤差大，嚴重可能使刀具折斷，因此采用先面后孔的原則。中心孔除影響曲軸質量分布外，它還是曲軸加工的重要基準貫穿整個曲軸加工始終。因而直接影響曲軸加工精度。打中心孔在本次工藝設計中因考慮設備因素，采用找出曲軸的幾何中心代替質量中心。打中心孔以毛坯的外表面作為基準，因而毛坯外表面質量好壞直接影響孔的位置誤差。 (2)曲軸連桿軸頸的車削 以工藝搭子三對連桿軸頸中心孔為基準，采用專用的車夾具、車削連桿軸頸，車削同樣在普通車床上進行。車削連桿軸頸需要解決的是角度定位以及曲軸旋轉的不平衡問題由專用夾具來保證，車削過程中，一端與曲軸工藝搭子定位并夾緊，另一端用頂尖頂緊中心孔，這樣就能保證連桿軸頸軸線與車床主軸線一致。安裝夾具體上有平衡塊，消除曲軸旋轉時不平衡力矩。曲軸加工時由于受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，容易發(fā)生彎曲變形，為了加強工件剛度，使切削力不致于太大，粗車時，每次車削余量控制在1~2mm內，同時車床旋轉不能太高。 (3)曲軸主軸頸的車削 由于曲軸年產量大，主軸頸加工采用車削，在剛度較強的普通車床上進行。曲軸安裝在前、后頂尖上線一端用大盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質合金車幾道工序上完成主軸頸的車削。由于加工余大且不均勻，旋轉不平衡，加工時產生沖擊，因此工件要夾牢固。車床、刀具、夾具要有足夠的剛性。主軸頸車削順序是先精車一端主軸頸及軸肩，然后以車好的主軸頸定位。另一側用頂尖以工藝搭子端中心孔定位。車另一端主軸頸、肩及各個軸頸，半精度及精車都按此順序進行，逐漸提高主軸頸及其他軸頸的加工精度。 (4)軸頸的磨削 由于主軸頸及連桿軸頸精度較高，尺寸精度為IT6級，表面粗糙度1.6~0.8μm，并且具有較高的形狀精度及位置精度。因此主軸頸與連桿軸頸精車后要進行磨削，以提高精度表面粗糙度。 在工藝設計中，首先磨主軸頸然后磨連桿軸頸。中間主軸頸磨好后才能磨其余軸頸，磨主軸頸和連桿軸頸的安裝方法基本上與車軸頸相同，磨主軸頸是以中心孔定位，在外圓磨床上進行，磨連桿軸頸則以經過精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的軸線距離及平行度要求，磨連桿軸頸是在曲軸磨床上進行的。 由于軸頸寬度不大，采用橫向進給磨削法，生產率較高，磨輪的外形需仔細地修整，因為直接影響軸頸與圓角的形狀，磨削余量根據車削后的精度而定，粗磨余量值每邊0.2~0.3mm，精磨余量控制在0.1~0.15 mm內。 在橫向進給磨削中，磨輪對工件的壓力很大，為避免曲軸彎曲，采用可以調節(jié)的中心架，否則就不能去掉上道工序留下的彎曲度，最好待這個軸頸的擺差減小才開始使用中心架。 磨削主軸頸時應把兩頂尖孔倒角處抹干凈，去砂粒及油泥，確保加工基準——中心孔的精度，磨削工序之前必須修研中心孔。 (5)鍵槽加工 這個鍵槽主要用于飛輪，加工此鍵槽應安排在主軸頸精車工序之后，這樣能保證定位精度及控制鍵槽的深度以及對稱度。鍵槽加工是以兩主軸頸定位，同樣用專用夾具在普通銑床上進行。 (6)三拐曲軸的機械加工工藝具體過程如表2.2所示。 表2.2 曲軸的機械加工工藝過程卡 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 1 鑄 鑄造 2 清砂 清砂 3 熱處理 人工時效處理,消除內應力。 4 清洗 清理鑄造后遺留的殘留物 5 涂漆 非加工表面涂紅色防銹漆 6 銑 經兩主軸徑部分定位壓緊，分別銑兩個端面保證總長尺寸270mm，銑兩端面，便于鉆孔時保證基準的精度。 X62W（端銑），YG8硬質合金面銑刀 7 鉆孔 鉆主軸頸中心孔，鉆連桿軸頸中心孔，共四對中心孔便于后續(xù)加工定位。 Z8205型平端面 中心孔鉆床 8 檢驗 檢查中心孔的位置誤差是否在容許范圍內。 專用檢測裝置 9 車削 粗車三個連桿軸頸，留余量2.5mm CK3325/1數(shù)控臥式車床，硬質合金外圓車刀YG6 10 車削 精車三個連桿軸頸，留余量0.5mm CK3325/1數(shù)控臥式車床，硬質合金外圓車刀YG6 11 磨 磨削三個連桿軸頸外圓φ24mm M1320型外圓磨床 砂輪 12 車削 粗車外圓φ31，φ28，φ26，留加工余量2.5 粗車外圓φ38至φ32。 CK3325/1數(shù)控臥式車床，硬質合金外圓車刀YG6 13 車削 精車外圓φ22.50-0.033，φ27.50-0.033，φ24.50-0.033，留余量0.5mm CK3325/1數(shù)控臥式車床，硬質合金外圓車刀YG6 14 磨 磨各外圓φ20.50-0.033，φ25.50-0.033，φ22.50-0.033至圖紙相應尺寸。 M1320型外圓磨床 砂輪 15 車削 車掉兩端工藝搭子 CK3325/1數(shù)控臥式車床，硬質合金外圓車刀YG6 續(xù)表2.2 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 16 車削 車兩端面保證兩端面距離215 CK3325/1數(shù)控臥式車床，硬質合金外圓車刀YG6 17 銑 銑鍵槽以兩軸徑定位裝夾工件銑6mm×3.5mm鍵槽 X62型立式銑床，YG8硬質合金面銑刀 18 磨床 按圖紙相應要求倒出相應的圓角和倒角 M1320型外圓磨床 砂輪 19 鉗 修銼飛刺 20 檢驗 按圖樣檢驗工件各部尺寸精度 21 入庫 涂油入庫 2.4確定工序的加工余量，計算工序尺寸及公差 2.4.1曲軸主軸頸φ25工序尺寸及公差如表2.3所示 表2.3 曲軸φ25主軸頸的工序及公差 工序名稱 工序余量 經濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ31±1 粗車 3.5mm IT11 φ27.50-0.13 精車 2.0mm IT8 φ25.50-0.033 磨削 0.5mm IT6 φ25 2.4.2 曲軸連桿軸頸φ24工序尺寸及公差如表2.4所示 表2.4 曲軸φ24連桿軸頸的工序及公差 工序名稱 工序余量 經濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ30±1 粗車 3.5mm IT10 φ26.50-0.084 精車 2.0mm IT8 φ24.50-0.033 磨削 0.5mm IT6 φ24 2.4.3 曲軸φ220-0.12mm外圓工序尺寸及公差如表2.5所示 表2.5 曲軸φ220-0.12mm外圓的工序及公差 工序名稱 工序余量 經濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ28±1 粗車 3.5mm IT11 φ24.50-0.13 精車 2mm IT8 φ22.50-0.033 磨削 0.5mm IT6 φ220-0.12 2.4.4 曲軸φ20-0 0.021mm外圓工序尺寸及公差如表2.6所示 表2.6 曲軸φ20-0 0.021mm外圓的工序及公差 工序名稱 工序余量 經濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ26±1 粗車 3.5mm IT11 φ22.50-0.13 精車 2mm IT8 φ20.50-0.033 磨削 0.5mm IT7 φ20-0 0.021 其中，外圓φ32的主軸無加工精度要求，故只需粗加工即可。 2.5切削用量、時間定額的計算 2.5.1 銑工藝搭子左右兩端面 （1）切削用量 選擇機床為X62型臥銑床,電動機功率為7.5kw，查表5-16，選擇直徑為d=100mm，齒數(shù)為z=5的YG8硬質合金面銑刀， ①確定銑削深度，粗銑余量為2.5mm，其加工余量不大，可在一次走刀內切完。 ②確定每齒進給量，由表5-7查得每齒進給,取。 由d=100mm ，z=5 查表5-13 取64 m/min。 根據X62型臥式銑床主軸轉速表表4-19，選擇n=235 r/min，則實際切削速度為： 工作臺每分鐘進給量為： 根據X62型臥式銑床工作臺進給量表，選擇，則實際的每齒進給量為： 故所選切削用量為： （2）基本時間 查《機械加工工藝手冊》表2.5-10可知面銑刀的基本時間為： （2.1） （2.2） L=40mm 所以取 且銑銷寬度 ，又，所以，則： 銑左端面時 故銑左右兩端面總需時t=0.408min 銑兩端面：作業(yè)時間tm=0.408min, 輔助時間ta= 15% tb =0.0612min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.408+0.0612)=0.0375min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.408+0.0375=0.446min 2.5.2 鉆中心孔 （1）切削用量 機床為Z8205型平端面中心孔鉆床,由《機械加工工藝手冊》表4.3-2選， 的中心鉆。 ①確定進給量f，由《機械加工工藝手冊》表2.4-38查得進給量f=0.22~0.26mm/r,取f=0.24mm/r。 ③確定切削速度v，查《機械加工工藝手冊》表2.4-68可知Z8205型平端面中心孔鉆床主軸轉速范圍為450~1100r/min，級數(shù)為4，取n=640r/min，則實際切削速度為： 所采用的切削用量為： （2）基本時間 查《機械加工工藝手冊》表2.5-10可知端銑刀的基本時間為： （2.3） 所以： (2) 鉆中心孔，由于有四對，每對需耗時t=0.2min, ta= 15% tb =0.12min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.8+0.12)=0.0736min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.0736+0.8=0.87min 2.5.3 粗車三個連桿軸頸 粗車三個連桿軸頸至φ26.50-0.084。選用選擇機床CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率取7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG8。 粗車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-1；粗車外圓直徑，因為材料為球磨鑄鐵，故車刀刀桿尺寸選B x H為16x25，由加工前外圓直徑少于40mm，車削深度為=(-)/2=1.75mm<3mm，進給量f為0.4~0.5mm，取0.5mm。 查機械加工工藝手冊第一卷表表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG8；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=35m/min。 又，故n=1000v/=371.5r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=320 r/min; 計算切削工時：被切削層長度=3×22=66mm ，因為粗車走刀兩次，故tm=0.826min 粗車三個連桿軸頸：作業(yè)時間tm=0.826min, ta= 15% tb =0.124min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.826+0.124)=0.076min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.076+0.826=0.902 min 2.5.4.精車三個連桿軸頸 精車三個連桿軸頸至φ26.50-0.084。選用選擇機床CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG6。 精車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-2；材料為球磨鑄鐵，要求的粗糙度Ra為1.25~2.5mm，進給量為f為0.15~0.2mm，取0.2mm, 查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6； 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=70m/min。 又，故n=1000v/=743r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=710 r/min; 計算切削工時：被切削層長度=3×22=66mm ，因為精車走刀兩次，故tm=0.930min 精車三個連桿軸頸故，tm=0.930min , ta= 15% tb =0.140min 求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.93+0.14)=0.0856min 單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.0675+0.734=1.016min 2.5.5 粗車φ25mm軸頸至相應尺寸 粗車軸頸至φ27.5mm。選用選擇CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質 合金外圓車刀YG8。 粗車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-1；粗車外圓直徑，因為材料為球磨鑄鐵，故車刀刀桿尺寸選B x H為16x25，由加工前外圓直徑少于40mm，車削深度為=(-)/2=1.75mm <3mm，進給量f為0.4~0.5mm，取0.5mm。 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG8；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=35m/min。 又，故n=1000v/=371.5r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=320 r/min; 計算切削工時： 被切削層長度=15 粗車兩次故t=0.188min 粗車φ25mm軸頸至相應尺寸, t=0.188min，ta= 15% tb =0.028min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.188+0.028)=0.017 min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.017+0.188=0.205min 2.5.6 精車φ25mm軸頸 精車軸頸至φ25.50-0.084。選用選擇CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG6。 精車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-2；材料為球磨鑄鐵，要求的粗糙度Ra為1.25~2.5mm，進給量為f為0.15~0.2mm，取0.2mm, 查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6； 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=70m/min。 又，故n=1000v/=743r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=710 r/min; 計算切削工時：被切削層長度=15mm 精車兩次，t=0.212 精車軸頸φ25mm, t=0.212min，ta= 15% tb =0.032min 求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.032+0.212)=0.02min 單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.02+0.212=0.232min 2.5.7 粗車φ22mm軸頸至相應尺寸 粗車軸頸至φ24.5mm。選用選擇機床CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG8。 粗車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-1；粗車外圓直徑，因為材料為球磨鑄鐵，故車刀刀桿尺寸選B x H為16x25，由加工前外圓直徑少于40mm，車削深度為=(-)/2=1.0mm <3mm，進給量f為0.4~0.5mm，取0.5mm。 查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG8；則由硬質合金常用切削速度表知， 取v=35m/min。 又，故n=1000v/=371.5r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=320 r/min; 計算切削工時： 被切削層長度=20mm 粗車兩次故t=0.25min 粗車φ22mm軸頸至相應尺寸, t=0.25min，ta= 15% tb =0.038min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.25+0.038)=0.023 min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.25+0.023=0.273min 2.5.8 精車φ22mm軸頸 精車軸頸至φ22.50-0.084。選用選擇機床為CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG6。 精車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-2；材料為球磨鑄鐵，要求的粗糙度Ra為1.25~2.5mm，進給量為f為0.15~0.2mm，取0.2mm, 查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6； 參考機械加工工藝手冊第一卷查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=70m/min。 又，故n=1000v/=743r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=710 r/min; 計算切削工時：被切削層長度=20mm 精車二次t=0.282min 精車軸頸φ22mm, t=0.282min，ta= 15% tb =0.042min 求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.282+0.042)=0.026min 單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.026+0.282=0.308min 2.5.9 粗車φ20mm軸頸至相應尺寸 粗車軸頸至φ27.5mm。選用選擇CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG8。 粗車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-1；粗車外圓直徑，因為材料為球磨鑄鐵，故車刀刀桿尺寸選B x H為16x25，由加工前外圓直徑少于40mm，車削深度為=(-)/2=1.0mm <3mm，進給量f為0.4~0.5mm，取0.5mm。 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG8；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=35m/min。 又，故n=1000v/=371.5r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=320 r/min; 計算切削工時： 被切削層長度=30 粗車兩次故t=0.376min 粗車φ20mm軸頸至相應尺寸, t=0.376min，ta= 15% tb =0.056min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.376+0.056)=0.035 min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.035+0.376=0.411min 2.5.10 精車φ20mm軸頸 精車軸頸至φ20.50-0.084。選用選擇CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG6。 精車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-2；材料為球磨鑄鐵，要求的粗糙度Ra為1.25~2.5mm，進給量為f為0.15~0.2mm，取0.2mm, 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6； 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG6；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=70m/min。 又，故n=1000v/=743r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=710 r/min; 計算切削工時：被切削層長度=30mm 精車兩次t=0.422min 精車軸頸φ20mm, t=0. 422min，ta= 15% tb =0.063min 求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.422+0.063)=0.039min 單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.039+0.422=0.461min 2.5.11 粗車φ32mm軸頸至相應尺寸 粗車軸頸至φ27.5mm。選用選擇CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇硬質合金外圓車刀YG8。 粗車：參考機械加工工藝手冊第一卷表8.4-1；粗車外圓直徑，因為材料為球磨鑄鐵，故車刀刀桿尺寸選B x H為16x25，由加工前外圓直徑少于40mm，車削深度為=(-)/2=3.0mm，進給量f為0.35~0.65mm，取0.5mm。 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7，可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，選擇硬質合金外圓車刀YG8；則由硬質合金常用切削速度表知，取v=50m/min。 又，故n=1000v/=398r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=400 r/min; 計算切削工時： 被切削層長度=17 粗車兩次故t=0.17min 粗車φ32mm軸頸至相應尺寸, t=0.17min，ta= 15% tb =0.0136min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.17+0.0136)=0.015 min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.015+0.17=0.185min 2.5.12 車掉工藝搭子 粗車左右兩端工藝搭子。選用選擇CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，由切斷及車槽的進給量表，表5-3（機械制造技術基礎課程設計），選擇切斷刀寬度為2mm，刀頭15mm，進給量f=0.10-0.13mm/r，進給量f：取f=0.12mm/r。 參考機械加工工藝手冊第一卷，查表8.4-7（機械加工工藝手冊第一卷），可知車刀的磨鈍標準級耐用度；后刀面最大磨損限度，刀具為硬質合金，則粗車最大磨損限度為0.8~1.0mm，精車最大磨損限度0.6~0.8mm,車刀耐用度T為60，由表5-4，刀具選YG6，切削速度取v=70m/min, 又，故n=1000v/=743r/min;查CK3325/1數(shù)控臥式車床表取n=710 r/min; 計算切削工時： 被切削層長度=12.5 作業(yè)時間tm=0.147in, 輔助時間ta= 15% tb =0.022min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.147+0.022)=0.0135min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.147+0.0135=0.16min 同樣可知車掉右端工藝搭子φ25mm，選用選擇機床CK3325/1數(shù)控臥式車床。電動機功率為7.5kw，選擇切斷刀寬度為2mm，刀頭15mm，進給量f=0.10-0.13mm/r 1) 被吃刀量：取=(-)/2=10mm 2) 進給量f：取f=0.12mm/r 4) 切削速度：取 5) 計算切削工時：L=10mm 作業(yè)時間tm=0.117min, 輔助時間ta= 15% tb =0.018min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.117+0.018)=0.011min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.147+0.011=0.158min 2.5.13 在主軸頸右端銑鍵槽 （1）切削用量 選擇機床為X62型立式銑床,電動機功率為7.5kw，選擇直徑為D=6mm， YG8硬質合金直柄立銑刀 ①確定銑削深度和銑削寬度，，所以一次走刀完。，。 ②確定每齒進給量，由《機械加工工藝手冊》表2.4-73查得每齒進給=0.07-0.1mm/z，=0.08mm/z。 根據X62型立式銑床主軸轉速表，選擇n=475r/min，則實際切削速度為： 工作臺每分鐘進給量為： 根據X62型立式銑床工作臺進給量表，選擇，則實際的每齒進給量為： 由表《機械加工工藝手冊》3.1-17知X62型立式銑床的電動機功率為7.5kw，故所選切削用量可用。所采用的切削用量為： （2）基本時間 查《機械加工工藝手冊》表2.5-10可知銑鍵槽的基本時間為： min 作業(yè)時間tm=0.25min, 輔助時間ta= 15% tb =0.0375min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.25+0.0375)=0.023min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.25+0.023=0.273min 2.5.14 磨主軸至要求尺寸 （1）切削用量 選擇機床為M1320型外圓磨床,電動機總功率為4.98kw，砂輪主軸轉速為，選擇砂輪：。 工件的回轉速度及轉速，查機械加工工藝手冊表2.4-149知工件的回轉速度及轉速，加工鑄鐵，取回轉速度上限，由表取工件的回轉速度及轉速。 軸向進給量和徑向進給量，根據《機械加工工藝手冊》表2.4-148可得，取工件每轉軸向進給量，由此知其徑向進給量，工作臺一次往復行程。 （2）基本時間 查《機械加工工藝手冊》表2.5-11可知磨削的基本時間為： ，代入數(shù)據得 作業(yè)時間tm=16.8min, 輔助時間ta= 15% tb =2.52 min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(16.8+2.52)=1.55min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =16.8+1.55=18.35min 2.5.15 磨三個連桿軸頸的切削用量 （1）切削用量 選擇機床為M1320型外圓磨床,電動機總功率為4.98kw，砂輪主軸轉速為，選擇砂輪：。 工件的回轉速度及轉速，查《機械加工工藝手冊》表2.4-149知工件的回轉速度及轉速，加工鑄鐵，取回轉速度上限，由表取工件的回轉速度及轉速。 軸向進給量和徑向進給量，根據《機械加工工藝手冊》表2.4-148可得 ，取工件每轉軸向進給量，由此知其徑向進給量，工作臺一次往復行程。 （2）基本時間 查《機械加工工藝手冊》表2.5-11可知磨削的基本時間為： ，代入數(shù)據得 作業(yè)時間tm=6.64min, 輔助時間ta= 15% tb =0.996min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(6.64+0.996)=0.61min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =6.64+0.61=7.25min 2.5.16 銑左右兩端面 （1）切削用量 選擇機床為X62型臥銑床,電動機功率為7.5kw，查表5-16，選擇直徑為d=100mm，齒數(shù)為z=5的YG8硬質合金端面銑刀， ①確定銑削深度，粗銑余量為2.5mm，其加工余量不大，可在一次走刀內切完。 ②確定每齒進給量，由表5-7查得每齒進給,取。 由d=100mm ，z=5 查表5-13 取64 m/min。 根據X62型臥式銑床主軸轉速表表4-19，選擇n=235 r/min，則實際切削速度為： 工作臺每分鐘進給量為： 根據X62型臥式銑床工作臺進給量表，選擇，則實際的每齒進給量為： 故所選切削用量為： （2）基本時間 查《機械加工工藝手冊》表2.5-10可知面銑刀的基本時間為： L=40mm 所以取 且銑銷寬度 ，又，所以，則： 銑左端面時 故銑左右兩端面總需時t=0.408min 銑兩端面：作業(yè)時間tm=0.408min, 輔助時間ta= 15% tb =0.0612min 所以求得其他時間為：8%*(tb+ta )=8%*(0.408+0.0612)=0.0375min 故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.408+0.0375=0.446min 2.6輔助時間的計算方法 輔助時間ta與基本時間tb之間的關系為ta=（0.15~0.2）tb；我們可以選擇系數(shù)為0.15，則各個工序輔助時間為：，參考如實用機械加工工藝手冊簡化版p153。 其他時間不僅包括各道工序的單件時間，還有布置工作地時間ts、休息及生理需要時間tr，準備與終結時間te等等，其中工人的生理需求時間ts為作業(yè)時間的2%~4%，可以取為3%，布置工作地時間ts按作業(yè)時間的2%~7%，取5%，準備與終結時間te, 當批量足夠大時刻忽略。故其他時間（ts+tr）的關系式為8%*（tb+ta ）, 總時間,由于曲軸是大批量生產故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr 其中 以銑左右兩端面為例，作業(yè)總需時t=0.408min，ta= 15% tb =0.0612min 所以求得其他時間為：8%* (tb+ta )=8%*(0.408+0.0612)=0.0375min 由于曲軸是大批量生產故單件生產時間tc=tb+ta +ts +tr =0.408+0.0375=0.445min 第三章 曲軸銑鍵槽夾具設計 3.1夾具機床的功能 3.1.1 保證加工精度 工件通過機床夾具進行安裝，包含了兩層含義：一是工件通過夾具上的定位元件獲得正確的位置，稱為定位。二是通過夾緊機構使工件的既定位置在加工過程中保持不變，稱為夾緊。這樣，就可以保證工件加工表面的位置精度，且精度穩(wěn)定。 3.1.2 提高生產率 使用夾具來安裝工件，可以減少劃線，找正，對刀等輔助時間，采用多件，多工位夾具，以及氣動，液壓動力裝置，可以進一步減少輔助時間，提高生產率。 3.1.3 擴大機床使用的范圍 3.1.4 減輕工人的勞動強度，保證生產安全 3.2夾具機床的類型 機床夾具的分類方法有多種，如按夾具的使用范圍來分，有以下五種類型。 通用夾具，專用夾具，可調整夾具和成組夾具，組合夾具，隨行夾具。 3.3機床夾具的基本組成 （1 ）定位元件及定位裝置：用于確定工件正確的元件或裝置。 （2 ）夾緊元件及夾緊裝置：用于固定工件已獲得的正確的元件或裝置 （3） 導向及對刀元件，用于確定工件與刀具相互位置的元件。 （4） 動力裝置在成批生產中，為了減輕工人的勞動強度，提高生產效率，采用氣動，液壓等動力裝置。 （5） 夾具體：用于將各種元件，裝置連接在一體，并通過它將整個家具安裝在機床上。 （6）其他元件及裝置：根據加工需要來設置的元件或裝置。 3.4工序分析 由加工要求知，銑端面鍵槽的表面要求為Ra5，故只需要粗銑一次即可，以φ25主軸頸進行裝夾，為防止加工時曲軸旋轉，在中間曲拐處添加一個防旋轉支撐架，在加工右端添加一擋塊以達到右端定位，軸向定位在設計上一般只定一端，另一端留有膨脹空間。 三維裝配示意圖如圖3.1： 圖3.1 三維裝配示意圖如圖 3.5定位方案的確定 根據該工件的加工該工序要求限制工件6個自由度，以保證曲軸在加工該過程中保持固定狀態(tài)。由分析知定位基準和設計基準重合，以φ25主軸頸進行定位裝夾。其定位基準如圖3.2： 圖3.2 曲軸零件圖 3.6確定定位元件及夾緊方案 3.6.1 V型塊的選擇 由于本工序的定位面是主軸頸中心線和右端面，故夾具的定位元件采用兩個V型塊和一個支撐架以及右端擋塊。 機械加工工藝手冊知，該加工要求不高，其V型的此存選擇如下： 其中選擇V型塊N=32，D=25，L=70，B=32，H=25，A1=12，A2=15，b=12,l=10,d1=9,d2=15,h=8,h1=14。3.6.2 工件夾緊形式的確定 (1)夾緊既不應破壞工件的定位，或產生過大的夾緊變形，又要有足夠的夾緊力，防止工件在加工中產生振動； (2)足夠的夾緊行程，夾緊動作迅速，操縱方便、安全省力； (3)手動夾緊機構要有可靠的自鎖性，機動夾緊裝置要統(tǒng)籌考慮夾緊的自鎖性和原動力的穩(wěn)定性； (4)結構應盡量簡單緊湊，制造、維修方便 根據以上分析，鍵槽加工用壓板形式夾緊形式夾緊。 3.7夾緊方案的選擇 經過初步確定有兩種壓緊方式可供選擇，如圖3.3與3.4所示; 圖3.3 銑鍵槽裝配圖一 圖3.4 銑鍵槽裝配圖二 第一種如左側所示為利用兩個液壓夾緊，方案二維右側所示，采用一個液壓缸通過一個長導桿來達到同時定位，通過仔細比較，如選用第二種方案，考慮到加工中可能產生一端夾緊而另一端處于浮動狀態(tài)這樣可能直接導致加工的零件出現(xiàn)未夾緊狀態(tài)，因此通過比較分析知，選擇第一種方案，通過兩個液壓缸，分別夾緊，充分保證夾緊的要求。 3.8夾緊力計算 圖3.5 曲軸銑鍵槽軸視圖 3.8.1銑削力與夾緊力計算 根據《機械加工工藝手冊》查表9.4-10材料為球磨鑄鐵，銑刀類型為立式銑刀，屬于硬質合金YG8，故取,,由材料的類型可查表9.4-11的修正系數(shù)： s, 銑削力計算公式為: 圓周銑削力： =569x3.5x0.14^0.8x60^0.9x5x0.95/(100^0.9)=1253(N) 在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)查表6.3-2（第二卷） K=K1K2K3K4 式中：K1—一般安全系數(shù)，取1.8 K2—加工性質系數(shù)，取1.2 K3—刀具鈍化系數(shù)，1.2 K2—斷續(xù)切削系數(shù)，1.0 則F/=K FH=1.8×1.2×1.2×1.0×1253 =3248N 故；安全的夾緊力需要3248N 銑削速度： 查表9.4-8； 查表9.4-11， V==33.28m/min 3.8.2液壓裝置的選擇與計算 為了提高生產效率，縮短加工中的輔助時間。因此夾緊裝置采用液壓夾緊裝置。工件在夾具上安裝好后，液壓活塞前后往復移動帶動壓塊從上往下移動夾緊工件。 利用V型塊定位與鉸鏈壓板機構的壓緊，如圖3.5所示，從而達到壓緊要求。 計算方式參考機械加工工藝手冊第一卷表6.3-11的夾緊力計算公式如下圖 （b）所示的夾緊力公式： W= 其中Q為液壓活塞的推力N，為機械效率，一般取0.85~0.95。 根據所需要的夾緊力F=3248N，來計算氣缸缸筒內徑D’。 液壓缸活塞桿推力 其中W=F=3248N帶入上式公式， l=61mm,l1=50mm, =,D=16mm,d=6mm 取p=6x10^6(pa) 即W=Qx0.05x0.9/(0.061x(tan+6/16))，故Q=4403(N); 因為液壓缸伸出時, Q=F=PxAx=Px()x0.9= D’=3.23(cm)，取D’=3cm=30mm; 因為曲軸的加工屬于大批量生產，因而其夾緊機構的動力來源可選擇液壓缸體，其中液壓缸的選擇參考（機械設計手冊第五卷）表37.7-1選擇相應液壓缸的缸筒內徑尺寸取D=30mm，液壓缸的活塞桿外徑尺寸查表37.7-2；取d=12mm, 而液壓缸的類型由工作性質可知選擇雙作用液壓缸，活塞可雙向移動以便于產生雙向移動從而使零件達到壓緊與放松的效果。 3.9定位誤差的分析與計算 3.9.1定位誤差分析：工件的加工誤差，是指工件加工后在尺寸，形狀和位置三個方面偏離理想工件的大小，它是由三部分因素產生的； （1）工件在夾具中的定位，夾緊誤差。 （2）夾具帶著工件安裝在機床上，相對機床主軸或運動導軌的位置誤差，也稱對