YC4108Q的柴油機曲軸曲軸工藝及夾具設計

1、摘 要曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件，在發(fā)動機五大件中最難以保證加工質(zhì)量。其材料是由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成的，由于曲軸工作條件惡劣，因此對曲軸材質(zhì)以及毛坯加工技術、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個環(huán)節(jié)質(zhì)量沒有得到保證，則可嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。曲軸有兩個重要部位：軸徑，拐徑，（還有其他）。軸徑被安裝在缸體上，拐徑與連桿大頭孔連接，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(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動

2、機的動力源。世界汽車工業(yè)發(fā)達國家對曲軸的加工十分重視，并不斷改進曲軸加工工藝。在曲軸零件的加工工藝過程中軸與軸中心線之間要有位置要求, 以毛坯軸兩端定位先加工兩中心孔,以兩端中心孔定位再粗、精加工各軸的表面，然后以粗、精后的兩軸徑定位，采用專用夾具加工直油孔和銑鍵槽最后粗、精磨各軸。在夾具的設計過程中，主要以V形塊和支承板來定位，靠直壓板和螺母來夾緊，鉆直油孔時應采用長型快換鉆套，銑鍵槽時采用立式銑床，曲軸小頭處應安裝一個對刀塊，夾具設計要方便、簡單。關鍵詞：曲軸；加工工藝；專用夾具；中心孔；對刀塊IIIAbstractEngine crankshaft is subject to impac

3、t load, transmission power of the important parts, the five pieces in the engine are the most difficult to ensure quality processing. Its material is from the carbon structure which made of steel or ductile iron, as a result of the poor working conditions, the crankshaft and the rough material proce

4、ssing technology, precision, surface roughness, heat treatment and surface hardening, dynamic balancing requirements are very stringent. If any of these are not a part of quality assurance that can be seriously affected the life of the crankshaft and machine reliability. There are two important part

5、s of the crankshaft: shaft diameter, Po Drive, (and others). Shaft has been installed in the cylinder block, the Po Drive and connecting rod big hole, connecting rod and cylinder head piston connecting hole, is a typical slider-crank mechanism. Engine working process is that the Pistons after the bl

6、asting compressed gas mixture to promote the piston to do linear motion and force through the connecting rod to the crankshaft will be from the crankshaft to linear motion into rotary movement. The rotation of the crankshaft is the engine power source. The world automobile industry in developed coun

7、tries are attach great importance to improve the processing crankshaft and crankshaft processing technology.In crankshaft machining process between the central axis, with the axis center line of the location of the requirements have to be rough-axis positioning processing at both ends of the two cen

8、tral hole to center hole location on both ends and then rough, finishing the surface ofthe shaft, and then to crude, refined of the two shaft after positioning, the use of dedicated processing fixture straight hole and the final rough keyway milling, grinding of the shaft. In the fixture design proc

9、ess, mainly V-shaped block and bearing plates to locate by direct plate and nut to clamp, drill hole should be directly used for drilling long set of fast, used vertical milling keyway milling, crankshaft head should be installed on a knife block, fixture design should be convenient and simple. Key

10、words: crankshaft; processing technology; dedicated fixture; central hole; the knife block目 錄摘 要IAbstractII1 緒 論12 零件分析22.1 零件的作用22.2 零件的技術要求分析22.3 零件的結構及其工藝性分析22.4 零件的加工面的分析33 機械加工工藝過程設計53.1 定義53.2 機械加工工藝過程的組成53.3 工藝規(guī)程的作用53.4 工藝規(guī)程的設計原則53.5 計算生產(chǎn)綱領，確定生產(chǎn)類型53.6 確定毛坯的制造形式63.7 基準的選擇73.8 材料及熱處理83.9 分析并制訂工

11、藝路線83.10 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定103.11 確定切削用量及基本工時134 夾具設計174.1 打直油孔夾具設計174.2 銑鍵槽夾具設計255 加工方案的技術經(jīng)濟分析305.1工藝方案比較305.2 技術經(jīng)濟指標315.3應用舉例31結 論34致 謝35參考文獻36附錄371 緒 論曲軸的主要作用是將活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，然后通過飛輪傳遞到汽車底盤的傳遞系統(tǒng)，此外，還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構和水泵、發(fā)電機、空調(diào)機、風扇等輔助裝置。所以說曲軸是機動車動力的核心來源。曲軸在工作中，要承受周期性變化的氣體壓力、往復的慣性力、離心力及扭矩和彎矩的共同作用，還要承

12、受高溫，因此曲軸要有足夠的剛度、強度、各表面的潤滑性要好、耐磨，各軸頸表面要達到必要的加工精度，達到較高的動平衡要求。曲軸一般是由前端軸、平衡重、連桿軸頸、主軸頸、曲柄和后端軸組成。曲軸按結構型式分為整體式和組合式兩大類，整體式曲軸具有較高的強度和剛度、結構緊湊和重量輕；組合式曲軸的優(yōu)點是加工方便，便于系列產(chǎn)品通用，缺點是強度和剛度差，裝配復雜。本設計產(chǎn)品是型號為YC4108Q的柴油機曲軸，主要用于輕型汽車和農(nóng)用車，它很好的沿用了YC6108Q的技術。它為整體式曲軸，有4個曲拐，主軸頸和連桿頸分布在同一平面內(nèi)，4個連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布，相互夾角180°；主軸頸與連桿頸之間有

13、4個斜油孔相通，以便對連桿軸頸潤滑。YC4108Q采用了強度、沖擊韌性和耐磨性都比較高的球墨鑄鐵QT900-3材料。曲軸的工藝特點是：結構復雜，加工的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量要求較高；剛性特差，屬于易彎曲變形的異形軸類零件。制定工藝路線的出發(fā)點，應該是應當使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理的保證。選用適當?shù)臋C床，既保證生產(chǎn)進度，又要考慮經(jīng)濟效果，以降低生產(chǎn)成本。此產(chǎn)品年生產(chǎn)綱領2500件/年。已經(jīng)達到了大批生產(chǎn)的水平，從生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度的角度考慮，為YC4108Q產(chǎn)品設計一套專用機床夾具是非常必要的，曲軸在加工過程中要需要車、銑、鉆、磨等工

14、藝裝備，本設計中涉及到鉆直油孔夾具和銑鍵槽夾具設計。本設計的主要工作是：對YC4108Q曲軸進行工藝分析、工藝規(guī)程的制訂及夾具的設計，并進行工藝論證，對關鍵工序的加工余量、工序尺寸、工序公差、切削用量和工時定額進行計算。在夾具設計中，對夾具結構及定位方案進行論證分析，對定位誤差、夾緊力進行詳細的計算，最后是對夾具的評估。2 零件分析2.1 零件的作用題目所給定的零件是YC4108Q曲軸（見圖2-1），曲軸零件是柴油機機體中一個重要的零件。在柴油機工作時，動力源是氣缸內(nèi)因受壓而使溫度劇增從而導致爆炸的霧化柴油與空氣的混合氣體，在這個過程中活塞受到強大的推力作用，被迅速的向外推出，在這個過程中氣體

15、對活塞做功，但這只是柴油機工作四個沖程中的一個，接下來的三個沖程排氣沖程、吸氣沖程和壓縮沖程中外界對活塞并不做功，為了使活塞能自行的完成四個沖程，就需要一個裝置將做功沖程的能量儲存下來，以便在其他三個沖程中為活塞提供足夠的能量，于是，飛輪便產(chǎn)生了。但是，活塞的運動形式是往復式的直線運動，而飛輪的運動形式是繞固定軸的轉(zhuǎn)動，在它們之間就需要一個運動形式的轉(zhuǎn)換元件，于是，曲軸就成為它們的媒介，同時曲軸還可以把這部分能量提供給柴油機發(fā)動機各輔助系統(tǒng)進行工作。為了給工作機械和柴油機各輔助系統(tǒng)提供足夠的能量，需要一根曲軸與多個氣缸相連接，這就需要曲軸有相應個數(shù)的曲柄。在多缸發(fā)動機中，為了滿足點火順序，及運

16、行無死點等要求，就需要曲軸有相應的形狀改變，例如，曲柄之間成120°夾角和曲柄之間成180°夾角等。2.2 零件的技術要求分析1加工表面的尺寸精度2主要加工表面的形狀精度3主要加工表面之間的相互位置精度4各加工表面粗糙度以及表面質(zhì)量方面的其它要求5熱處理要求及其它技術要求（如動平衡等）6零件的視圖、技術要求是否齊全主要技術要求和加工關鍵7零件圖所規(guī)定的加工要求是否合理8零件的選材是否恰當，熱處理是否合理另外，曲軸在工作時承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確，且潤滑可靠。2.3 零件的結構及其工藝性分析曲

17、軸是柴油機發(fā)動機中的一個重要的零件。曲柄和連桿，活塞等組成曲柄連桿機構。發(fā)動機工作時，活塞向下的推力經(jīng)連桿傳到曲軸，由曲軸將活塞的直線運動變?yōu)榍S自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動，并向外輸出功率，經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動其它部件的運動。曲軸一般由曲軸前端，連桿軸頸，曲柄，主軸頸，曲軸后端組成。本次設計的曲軸（圖2-1）為整體式曲軸，有4個曲拐，主軸頸和連桿頸分布在同一平面內(nèi)，4個連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布，相互夾角180°；主軸頸與連桿頸之間有4個斜油孔相通，以便對連桿軸頸潤滑。機構工藝性保證使用要求的前提下，能否以高生產(chǎn)率和低成本制造。曲軸的工藝特點是：結構復雜，加工的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量要求

18、較高；剛性特差，屬于易彎曲變形的異形軸類零件。制定工藝路線的出發(fā)點，應該是應當使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理的保證。選用適當?shù)臋C床，既保證生產(chǎn)進度，又要考慮經(jīng)濟效果，以降低生產(chǎn)成本。2.4 零件的加工面的分析曲軸加工主要有五組加工面，他們相互有一定位置度的要求?，F(xiàn)分述如下：1五個85軸頸要求：徑向跳動公差0.060mm，圓度公差為0.010mm。2四個66連桿軸頸要求：與B面的平行度公差為0.020mm。3100大頭要求：徑向跳動公差0.040mm。445小頭要求：徑向跳動公差0.080mm。5曲柄要求：端面跳動公差0.030mm。圖2-1 YC4108Q曲軸零件圖43

19、3 機械加工工藝過程設計3.1 定義機械加工工藝過程是機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程的一部分，是直接生產(chǎn)過程，其原意是指采用金屬切削刀具或磨具來加工工件，使之達到所要求的形狀、尺寸、表面粗糙度和力學物理性能，成為合格零件的生產(chǎn)過程。由于制造技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)在所說的加工方法除切削和磨削外，還包括其他加工方法，如電加工、超聲波加工、電子束加工、激光束加工，以及化學加工等幾乎所有的加工方法。它是在具體的生產(chǎn)條件下，把最合理或較合理的工藝過程和操作方法，并按規(guī)定的形式寫成工藝文件，經(jīng)審批后用來指導生產(chǎn)的。工藝規(guī)程中包括各個工序的排列順序、加工尺寸、公差及技術要求、工藝設備及工藝措施、切削用量及工時定額等內(nèi)容。3.

20、2 機械加工工藝過程的組成機械加工工藝過程由若干個按一定順序排列的工序組成，每道工序又包括若干工步，每個工步又包括幾次走刀。1工序一個工人或一組工人在一個工作地點，連續(xù)完成一個或幾個零件的工藝過程中的某一部分。2安裝工件經(jīng)一次裝夾后完成的那一部分工序內(nèi)容。3工位一次裝夾后，工件在機床上所占的每個位置4工步工序中加工表面、切削工具、切削用量均保持不變的部分5走刀切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步內(nèi)容。3.3 工藝規(guī)程的作用1指導生產(chǎn)2組織生產(chǎn)和管理生產(chǎn)3新建、擴建和改建工廠和車間3.4 工藝規(guī)程的設計原則1技術上的新近性2經(jīng)濟上的合理性3良好的勞動條件3.5 計算生產(chǎn)綱領，確定生產(chǎn)類型企業(yè)

21、根據(jù)市場需求和自身的生產(chǎn)能力決定生產(chǎn)計劃。在計劃期內(nèi)，應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃成為生產(chǎn)綱領。計劃期為一年的生產(chǎn)綱領稱為年生產(chǎn)綱領。3.5.1 計算生產(chǎn)綱領該產(chǎn)品年產(chǎn)量為20000件/年，備品率為10，廢品率為1N=Qn1+a%+b%=20000 ×1×(1+10%+1%)=22200件/年式中 N零件的年生產(chǎn)綱領（件/年）； Q產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）； n每臺產(chǎn)品中，該零件的數(shù)量（件/臺）； a%備品率； b%廢品率。3.5.2 確定生產(chǎn)類型不同的生產(chǎn)類型，其生產(chǎn)過程和生產(chǎn)組織、車間的機床布置、毛坯的制造方法、采用的工藝裝備、加工方法以及工人的熟練程度等都有很大的不同，

22、因此在制定工藝路線時必須明確該產(chǎn)品的生產(chǎn)類型。 表31 各種生產(chǎn)類型的規(guī)范表已知零件為中型零件，根據(jù)上表可確定其生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。本零件為重型零件的成批生產(chǎn)中的大量生產(chǎn)，適應相應的生產(chǎn)特點。3.6 確定毛坯的制造形式選擇毛坯時，應考慮以下因素：1零件材料的工藝性（如可鑄性和可塑性）以及零件對材料組織和性能的要求。例如鑄鐵和青銅不能鍛造，只能選鑄件。2零件的結構形狀和外形尺寸。3生產(chǎn)綱領的大小。它在很大程度上決定了所采用毛坯制造的方法。4現(xiàn)場的條件。這里主要現(xiàn)場的毛坯制造的實際工藝水平、設備狀況以及外協(xié)的可能性和經(jīng)濟性，但同時也要考慮生產(chǎn)發(fā)展而采用較先進的毛坯制造方法，如近凈鑄造方法等。零件材

23、料為QT900-3?？紤]到曲軸在工作時承受這不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確，且潤滑可靠。因此應選鑄造件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件的年產(chǎn)量為20000件，已達到大量生產(chǎn)的水平，而且零件輪廓較大，用球墨鑄鐵代替鋼材來做曲軸，因為材料本來就便宜，再加上可以省曲鍛打工序，故可以大幅的降低成本，故可采用鑄造成型。這是從提高生產(chǎn)率、降低成本上考慮的，也是應該的。3.7 基準的選擇基準選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一?；鶞蔬x擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，

24、更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。3.7.1 粗基準的選擇1保證相互位置要求的原則選擇與加工表面有相互位置要求的不加工表面為粗基準。有加工表面和不加工表面時，選取不加工表面做基準。2保證加工表面加工余量合理分配的原則選擇要求加工余量均勻的重要表面為粗基準。都是加工表面時，選加工余量最小的面為基準3便于工件裝夾的原則應選取大的平整光華的面為基準。粗基準的表面應盡可能平整、光潔，有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆口、冒口或其他嚴重缺陷。以使定位準確，裝夾牢固可靠。4粗基準只能使用一次。3.7.2 精基準的選擇1基準重合原則盡可能選擇被加工表面的設計基準為精基準。2基準統(tǒng)一原

25、則應盡可能在多個工序中采用同一組精基準定位。精基準要盡早加工出來，并達到一定的精度?？墒构ぜ谝淮味ㄎ恢心芗庸けM量多的表面，減少工件搬動和翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，有利于提高各加工表面的位置精度，簡化夾具設計，提高生產(chǎn)率。3互為基準原則為了使加工表面間有較高的相互位置度，并使加工余量均勻，采用互為基準原則，反復加工的方法。4自為基準原則旨在減小表面粗糙度，減小加工余量和保證加工余量均勻的工序，常以加工本身為基準進行加工，稱為自為基準原則。5便于裝夾原則所選擇的精基準，應能保證定位準確、可靠，夾緊機構簡單,操作方便,這稱為便于裝夾原則。根據(jù)上述粗基準選擇原則可選擇兩中心孔的連線作為粗基準，因為這樣可使重要的加

26、工面，例如曲軸各軸頸和連桿軸頸達到較高的精度。3.8 材料及熱處理曲軸材料選用QT900-3有很高的硬度、強度和耐磨性，可以替代原來昂貴的合金鋼材料，保證在工作時不變形。鑄鐵要經(jīng)過時效處理，以消除應力，并做噴丸處理，在完全加工完后還要蘸防銹油，以防止表面生銹。3.9 分析并制訂工藝路線3.9.1 加工階段的劃分1荒加工階段：安排在粗加工之前，若毛坯的余量特別大，表面及其粗糙時，為粗加工做準備。2粗加工階段：去除各加工表面的大部分余量，使毛坯在形狀上盡快接近成品，給后面的工序留下適當?shù)募庸び嗔俊?半精加工階段：為精加工作準備，留有一定的加工余量，加工精度為IT8IT9，表面粗糙度為Ra6.3。4

27、精加工階段：使零件的形狀尺寸達到圖紙要求，滿足各公差、配合、表面粗糙度等要求。5各加工面孔：在工序完成后達到圖樣技術要求，精度為IT7，表面粗糙度為Ra1.60.8。加工工藝路線劃分的原則：先粗后精，先面后孔，基準先行，先主后次，往往是反復加工互為基準而達到逐漸精確。曲軸加工分為：粗、半精、精三個階段。3.9.2 工序的集中與分散3.9.2.1 工序集中： 零件的加工集中在少數(shù)工序內(nèi)完成，每一工序的加工內(nèi)容較多,因而使總的工序數(shù)目減少，使夾具的數(shù)目和工件的安裝次數(shù)也減少。特點：1可減少工件裝夾次數(shù)，減少裝夾及搬運時間。一次裝夾，可加工較多的平面，縮短輔助時間，易于保證加工表面的位置精度。2可減

28、少工序數(shù)量、設備數(shù)量、操作人員與生產(chǎn)場地便于生產(chǎn)計劃和調(diào)度工作有利于采用高效專用設備（如多工位組合機床等），提高生產(chǎn)率。3有利于采用高效專用設備及自動化程度高的機床（如多工位組合機床、加工中心等），以提高生產(chǎn)率。4使用的設備及投資大，轉(zhuǎn)換產(chǎn)品較困難，要求工人的技術水平較高。3.9.2.2. 工序分散工藝路線中的工步內(nèi)容分散在更多的工序中完成，每一工序的加工內(nèi)容少。特點：1工件工序多，內(nèi)容簡單，往往一個工序只有一些簡單的工作內(nèi)容，可以采用最合理的切削用量，減少機動時間，對操作工人技術水平要求不高。2設備與工藝簡單，調(diào)整方便，工人易于掌握，容易適應產(chǎn)品的變化。3設備數(shù)目多，生產(chǎn)場地大，操作工人多，

29、管理工作量較大。3.9.3 制訂工藝路線制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及其位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用專用機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 工藝路線方案：表3-2 工藝路線方案表工序號工序名稱設備名稱設備型號1毛坯下料2正火處理，消除內(nèi)應力3粗銑、半精銑兩端面以及打中心孔銑端面，打中心孔專用機床CE61634粗車、半精車大小端外圓普通車床CW6136A5粗車、半精車第三主軸頸曲軸車床S12176粗磨第三主軸頸及其大盤側(cè)面外圓磨床GZ0737粗車、

30、半精車1、2、4、5主軸頸曲軸車床S1130B8粗車，半精車連桿頸曲軸車床S1130B9粗磨1、2、4、5主軸頸及其大盤側(cè)面外圓磨床GZ07310粗磨連桿頸及其大盤側(cè)面外圓磨床GZ07311中間檢查主軸頸、連桿頸尺寸12對主軸進行磁力探傷探傷機CLN-4000A13修研中心孔14精車大端面及外圓普通車床CW6136A15精磨小頭外圓磨床MB163216精磨大頭外圓磨床MB163217精磨連桿軸頸及大盤側(cè)面外圓磨床GZ07318精磨主軸頸及其大盤側(cè)面外圓磨床GZ07319中間檢查20銑定位面普通銑床MB163221銑鍵槽立式升降臺銑床X5030A22鉆直油孔搖臂鉆床Z304023鉆斜油孔搖臂鉆床

31、Z304024動平衡試驗動平衡機YQW16025對曲軸外表面拋光自動沙袋拋光機MBA1632/126清洗27終檢28防銹29包裝3.10 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定進行機械加工余量的分析計算，是為了確定最有利的加工余量，以節(jié)省材料。利用分析計算法，必須要有可靠的實驗數(shù)據(jù)，否則難以進行。影響機械加工余量的因素：前工序（或毛坯）加工后其表面粗糙度及表面缺陷。前工序（或毛坯）的尺寸公差。前工序（或毛坯）各表面相互位置的空間偏差，如彎曲度、垂直度和同軸度誤差等等。本工序裝夾誤差。確定毛坯的形狀和尺寸盡量與零件接近毛坯加工余量毛坯制造尺寸與零件相應尺寸的差值加工總余量毛坯公差毛坯制造尺寸的公

32、差YC4108Q曲軸零件材料為QT900-3，硬度為HBS270321，同一根曲軸硬度差小于30HBS，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用鑄造毛坯，鑄造好后要安排人工時效，以消除殘余應力。3.10.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差分為16級，由于是大量生產(chǎn)，毛坯制造方法采用人工砂箱造型，根據(jù)機械加工工藝手冊選取鑄件尺寸公差等級為CT11，根據(jù)表3.1-21，選取錯箱值為6mm。3.10.2 鑄件機械加工余量對于成批生產(chǎn)的鑄件加工余量由機械加工工藝手冊查得，根據(jù)表3.1-26，和上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下: 表3-3 毛坯加工余量表加工表面加工余量毛坯尺寸

33、大頭6106小頭651主軸頸691連桿軸頸672大頭工序尺寸：粗車：101.92Z=4.1mm精車：100.12Z=1.8mm精磨：1002Z=0.1mm小頭工序尺寸：粗車：47.32Z=3.7mm精車：45.52Z=1.8mm精磨：452Z=0.1mm主軸頸工序尺寸：粗車： 87.12Z=3.9mm半精車：85.1 2Z=2.0mm精磨： 852Z=0.1mm連桿軸頸工序尺寸：粗車：69 2Z=3mm粗磨：66.12Z=2.9mm精磨：662Z=0.1mm3.10.3 零件毛坯綜合圖零件毛坯綜合圖一般包括以下內(nèi)容：鑄造毛坯形狀、尺寸及公差、加工余量與工藝余量、鑄造斜度及圓角、分型面、澆冒口殘

34、根的位置、工藝基準及其它有關技術要求等。本次設計的零件的澆冒口位置在零件小頭上方，具體采用的澆注系統(tǒng)為頂澆注式的一般形式。具體要求見機械加工工藝手冊和金屬工藝學實習教材第一章。分型面選在軸頸的軸線與連桿軸頸的軸線所構成的平面上，這樣分型，零件的上下箱對稱，容易作砂箱。拔模斜度取2.5°，圓角取R810。零件毛坯綜合圖上的技術條件一般包括以下內(nèi)容：合金牌號、鑄造方法、鑄造的精度等級、未注明的鑄造斜度及圓角半徑、鑄件的檢驗等級、鑄造綜合技術條件、鑄造交貨狀態(tài)、鑄件是否進行氣壓或液壓試驗、熱處理硬度。具體的標記見零件毛坯綜合圖。圖3-1 YC4108Q曲軸鑄造毛坯圖3.11 確定切削用量及

35、基本工時本次以第5道工序粗車、半精車第三主軸頸工序、第15道打直油孔工序和第30道銑鍵槽工序為例，以確定切削用量及基本工時。3.11.1 工序5 粗車、半精車第三主軸頸工步1 檢查毛坯件大小頭尺寸工步2 清除夾具定位面上的鐵屑、雜物工步3 裝夾如圖所示，以大端外圓及小端中心孔定位工步4 精車各主軸頸，保證圖示尺寸，及中間主軸跳動工步5 檢查本工序尺寸及跳動圖3-2 YC4108Q曲軸粗車、半精車主軸頸工序圖3.11.1.1 加工條件工件材料：QT900-3加工要求：保證如圖尺寸刀具：主軸車刀、R刀3.11.1.2 計算切削用量3.11.1.3 切削深度 Z=6mm，分三刀，Z1=3mm,Z2=

36、2mm,Z3=1mm3.11.1.4 進給量 根據(jù)機械加工工藝手冊表8.4-2，當?shù)稐U尺寸為25mm×40mm，ap3mm以及加工軸頸為100mm（實際加工軸頸為87mm，與100mm最為接近）時,進給量f=1.01.4mm/r，在此選用f=1.2mm/r3.11.1.5 計算切削速度 按機械加工工藝手冊表8.4-8，切削速度的計算公式為v=x=CvTmapxvfyv(m/min) 其中ap1=3mm,ap2=2mm,ap3=1mm,f=0.25mm/r,Cv=208,xv=0.40,yv=0.20,m=0.28,T=60,見機械加工工藝手冊表8.4-8 有V1=56.20m/min

37、,V2=66.10m/min,V3=87.22m/min3.11.1.6 確定機床主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)實際應用，選擇n=260r/min3.11.1.7切削工時l=229.6-97.6X2=34.4mm3.11.2 工序15 鉆直油孔工步1 裝夾如圖所示工步2 以1、5主軸頸和一個連桿頸定位來鉆四個直油孔圖3-3 YC4108Q曲軸鉆直油孔工序圖3.11.2.1 加工條件工件材料：QT900-3加工要求：保證如圖尺寸刀具：6錐柄加長麻花鉆3.11.2.2 鉆削深度 l=75mm3.11.2.3 進給量 根據(jù)機械加工工藝手冊表10.4-1，當鉆頭直徑為6mm8mm，鑄鐵硬度200HB時，進給量f=0.2

38、20.26mm/r，在此選用f=0.25mm/r3.11.2.4 計算切削速度v=cvd0ZvTmapxvfyvkv(m/min)式中， cv=8.1， Zv=0.25， xv=0， yv=0.55， m=0.125, d0=6, T=20,見機械加工工藝手冊表10.4-9v=18.69m/min3.11.2.5 確定主軸轉(zhuǎn)速n=1000vd=992.04r/min在實際生產(chǎn)中，我們選用n實際=1020r/min3.11.2.6 計算切削工時鉆削工時t=4×ln實際f=1.21min3.11.3 工序21銑鍵槽工步1 檢查精磨小頭軸頸尺寸工步2 裝夾工件，夾1、5主軸并使1連桿定位工

39、步3 銑鍵槽，保證鍵槽長度、深度、寬度、對稱度工步4 松開夾具，取下工件，去處毛刺工步5 檢查合格后，轉(zhuǎn)下道工序。圖3-4 YC4108Q曲軸銑鍵槽工序圖3.11.3.1 加工條件工件材料：QT900-3氮化加工要求：保證如圖尺寸刀具：直柄鍵槽銑刀3.11.3.2 計算切削用量3.11.3.3切削深度Z=4.5mm3.11.3.4 進給量根據(jù)機械加工工藝手冊表9.4-1，和系統(tǒng)特性例如圓柱形銑刀、系統(tǒng)剛度大、功率<5等，選擇進給量0.12mm/r<af<0.20mm/r，在此處我們選取af=0.15mm/r3.11.3.5計算切削速度v=Cvd0qvTmapxvafyvawu

40、vZpv式中， Cv=17, qv=0.20, xv=0.2, yv=0.4,uv=0.5,pv=0.1, m=0.15， d0=12， T=60, ap=4.5, aw=12見機械加工工藝手冊表9.4-8v=6.01m/min3.11.3.6 確定機床主軸轉(zhuǎn)速n=1000vd=159.50r/min實際生產(chǎn)中采用，則實際切削速度為v實際=dn實際1000=6.78m/min3.11.3.7 計算切削工時則切削工時為t=lafn實際=230.15×180=0.85min4 夾具設計為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。曲軸在加工過程中要需要車、銑、鉆、磨等

41、工藝裝備，經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定進行鉆直油孔夾具設計和銑鍵槽夾具設計。4.1 打直油孔夾具設計本夾具應用在Z3040搖臂式鉆床上。刀具為6高速鋼錐柄加長麻花鉆頭，對4個直油孔進行逐一加工。4.1.1 問題的提出本夾具要求用來鉆主軸上4個6的直油孔，這4個6的直油孔對主軸及止推有一定的位置度要求。因此，在本道工序加工時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，同時也要滿足精度要求。4.1.2 夾具設計基本要求夾具是重要的工藝裝備之一，簡稱“工裝”。使用正確設計的工藝裝備，可以充分改善勞動條件，降低勞動成本，同時提高勞動成產(chǎn)率。機床專用夾具設計的基本要求可概括為以下幾個方面：1、保證加工工件的加

42、工精度這是夾具設計的最基本的要求，其關鍵是正確的確定定位方案、夾緊方案、刀具導向方式及合理制訂夾具的技術要求。必要時應進行誤差分析計算。2、工裝設計的經(jīng)濟性專用工藝裝備的費用是要計算在被加工產(chǎn)品的成本中的，如果使用專用工藝裝備可以使成本降低，則該工藝是合理的；否則，就應認真分析使用專用工藝裝備的必要性。工件的生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)，為了降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率，選用專用工藝裝備是合理的。3、夾具總體方案應與生產(chǎn)綱領相適應在大批生產(chǎn)時，應盡量采用各種快速、高效機構，例如：多件夾緊、聯(lián)動夾緊等，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率；在大批量生產(chǎn)中，則要求夾緊可靠，定位準確，裝卸方便，易于操作，以提高生產(chǎn)效率，

43、降低人工成本，滿足精度要求。4、操作方便，工作安全，能減輕工人的勞動強度如采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置，以減輕工人的勞動強度，并可較好的控制夾緊力。夾具操作位置應符合操作工人的習慣，必要時應有安全保護裝置，以確保安全。5、便于排屑切削積集在夾具中，會破壞工件的正確的定位；切屑帶來的大量的熱量會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；切屑的清掃又會增加輔助工時，降低工作效率。切屑積集嚴重時，還會損傷刀具或造成工傷事故，因此，排屑問題在加劇設計中必須給予充分的注意，在設計高效機床夾具時尤為重要。6、有良好的結構工藝性設計的夾具應便于制造、檢驗、裝配、調(diào)整、維修等。4.1.3 定位基準及定位元件的選

44、擇定位元件在夾具中是至關重要的，它通過限制工件的自由度，來給工件定位。鉆床夾具因為大都具有刀具導向裝置，習慣上又稱為鉆模。在機床夾具中，鉆模占有相當大的比例。鉆模根據(jù)其結構特點可分為固定式鉆模、回轉(zhuǎn)式鉆模、翻轉(zhuǎn)式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模。本鉆模采用的是固定式結構。3號主軸頸在以前的工序中已經(jīng)粗磨過，已經(jīng)達到較高的精度，而且要加工的油孔在其兩邊成大致對稱排列。按照基準選用原則，工件以墊鐵1限制其3個自由度，又以壓板限制其2個自由度，最后以3號連桿頸限制1個自由度，從而實現(xiàn)六自由度完全定位。夾具采用手柄夾板聯(lián)動螺旋夾緊機構。4.1.4 鉆頭及導向裝置直油孔很深，故在生產(chǎn)中采用了6高速鋼錐柄加長

45、麻花鉆。為了便于操作，又從車間現(xiàn)有設備中選取，最后選用Z3040搖臂鉆床。為了使直油孔達到一定的位置度要求，本夾具中采用了鉆套導向。4.1.5 工件的夾緊及夾緊裝置在機械加工過程中，工件受到切削力、離心力、重力、慣性力等的作用，必然對其位置度有一定的影響，為了保證在這些外力作用下，工件仍在夾具中保持由已定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生震動或位移。因此，一般夾具結構都必須設置一定的夾緊裝置將工件可靠固定。4.1.5.1 夾緊裝置的組成夾緊裝置由兩部分組成：1力源裝置力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置，其一般分為兩種，來自人力的，稱為手動夾緊；來自動力的，如氣動、液壓、電動等，稱為機動夾緊。本夾具

46、采用人力操作手柄桿旋動壓板螺栓，從而夾緊工件，屬于手動夾緊。2夾緊機構用來接受和傳遞作用力，使之變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務的機構稱為夾緊機構。4.1.5.2 對夾緊裝置的基本要求夾緊裝置的設計或選用是否合理，直接影響到加工質(zhì)量與生產(chǎn)率，夾緊裝置是決定一個工序能否實現(xiàn)的關鍵，同時，該工序的精度等級的高低也受其直接影響。因此，對夾緊裝置提出如下基本要求：1在夾緊過程中應能保持工件定位時所獲得的正確的位置。2夾緊可靠、適當。夾緊機構一般要有自鎖作用，要在保證工件在加工過程中不會產(chǎn)生松動和振動，還要保證工件在加工過程中不產(chǎn)生過大夾緊變形和表面損傷。3夾緊機構的自動化程度和復雜程度與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方

47、式相適應，并有良好的機構工藝性，結構設計力求簡單、緊湊，并盡可能采用標準化元件。4夾緊動作迅速，操作方便、安全、省力。4.1.5.3 夾緊力要素的確定夾緊力包括大小、方向和作用點三個要素，它們的確定是夾緊機構設計中首要解決的問題。1 夾緊方向的選擇：夾緊力方向的選擇一般應遵循以下原則： 夾緊力方向應有利于工件的準確定位，而不能破壞定位。為此，一般要求主要夾緊力應垂直指向主要定位面。 夾緊力的方向應盡可能與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形。 夾緊力的作用方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小所需夾緊力。2夾緊力作用點的選擇夾緊力作用點的選擇是指在夾緊力作用方向一定的情況下，確定夾緊

48、元件與工件接觸點的位置和接觸點的數(shù)目。在選擇夾緊力作用點的時候，應注意以下幾點：夾緊力作用點應正對支承元件或位于支撐元件所形成的支撐面內(nèi)，以保證工件已獲得的定位不變。 夾緊力作用點應處在工件剛性好的部位，以減小工件的夾緊變形。 夾緊力作用點應盡可能靠近被加工表面，以便減少切削力對工件造成的反轉(zhuǎn)力矩。必要時應在工件剛度差的部位增加輔助支承并施加夾緊力，以減少切削過程中的振動和變形。4.1.5.4 相關夾緊機構簡介幾種夾緊機構的對比及選擇：表4-1 夾緊機構對比表類型機構增力比自鎖性夾緊速度應用范圍斜楔簡單大好快廣泛螺旋簡單大好慢手動夾緊偏心簡單欠大欠好快有限鉸鏈一般大差快較少此外，還有兩種夾緊機

49、構，一種是結構比較簡單的定心夾緊機構，但其要求是夾壓的是加工表面且該表面須精加工；另外一種是聯(lián)動夾緊機構。 綜合考慮到結構、增力比、自鎖性、夾緊速度、定位精度等條件，決定在本夾具種采用螺旋聯(lián)動夾緊機構。1螺旋夾緊機構利用螺旋副夾緊工件的機構稱為螺旋夾緊機構。實質(zhì)上螺旋為繞在圓柱體上的斜楔，因此，其作用原理與斜楔相同。由于它具有結構簡單、夾緊可靠等優(yōu)點，很適用于手動夾緊，它的主要缺點是夾緊動作較慢，所以在機動夾緊機構中應用較少。單個螺旋夾緊機構如圖圖4-4 單個螺旋夾緊機構為簡單的螺旋夾緊機構。其中（a）為螺釘夾緊；（b）為螺母夾緊，它們都為單個螺旋夾緊機構。在（a）中，螺釘頭部直接與工件表面接

50、觸，螺釘轉(zhuǎn)動時，容易損傷工件表面或帶動工件旋轉(zhuǎn)破壞定位。因此，生產(chǎn)中采用螺旋、壓板組成螺旋壓板機構。2聯(lián)動夾緊機構在機械加工中，根據(jù)工件的特點和生產(chǎn)率要求，常需要對一個工件上的幾個點或?qū)Χ鄠€工件同時夾緊，此時，為了減少工件裝夾時間，簡化結構，常采用聯(lián)動夾緊機構。單件聯(lián)動夾緊機構有兩種夾緊形式，一種是夾緊力作用在兩個互相垂直的方向上，稱為雙聯(lián)動夾緊。一種是夾緊力方向相同，稱為平行聯(lián)動夾緊，它們的夾緊力都可以通過杠桿長度來調(diào)整。在本專用夾具中采用的是兩個壓緊螺栓在同一水平面內(nèi)推動壓板對工件進行夾緊，因此該夾具屬于平行聯(lián)動夾緊。此外在使用聯(lián)動夾緊機構時應注意：必須設置浮動環(huán)節(jié)，以補償同批工件尺寸的偏

51、差變化，保證各夾緊點夾緊力同時作用且均勻一致。聯(lián)動夾緊一般要求要有較大的總夾緊力，故機構要有足夠的剛度，防止夾緊變形。工件在定位和夾緊聯(lián)動時，應保證夾緊時不破壞工件定位時所取得的位置。 夾緊力方向和加工表面的相互關系，避免工件在定位、夾緊時積累誤差對加工精度的影響。4.1.5.5 確定夾緊方案理想的夾緊方式應使夾緊力作用在主要定位面上，因此采用螺旋夾緊方式將工件壓緊在夾具體上，同時用定位支柱輔助支承，以提高系統(tǒng)剛度，減少振動。為保證加工時工藝系統(tǒng)的剛度并減小加工時工件的變形，應該在靠近工件的加工部位增加輔助支承。夾具體的設計應使系統(tǒng)各部分有機的聯(lián)系起來，形成一個完整的夾具。根據(jù)工件形狀及定位面

52、特征，擬定夾緊方案為：采用螺旋聯(lián)動夾緊機構。如圖：圖4-5 YC4108Q曲軸打直油孔工序裝夾示意圖其中螺旋夾緊機構如圖：圖4-6 YC4108Q曲軸打直油孔螺旋夾緊機構4.1. 6 夾具在機床上的定位本專用夾具其夾具體部分與Z3040鉆床相接觸，但其與鉆床之間并沒有保持相互定位的裝置。當夾具與工件被放在鉆床上時，在其自身的重力的作用下，夾具體的下表面與工作臺之間會產(chǎn)生很大的摩擦力，其將會被自動的固定在鉆床上。加工工件時，在完全依靠Z3040鉆床可以上下運動和繞立柱的極坐標系范圍內(nèi)自由活動的機械搖臂，人工控制下，依靠鉆模板的導向作用，來給曲軸進行打孔加工。圖4-7 YC4108Q曲軸打直油孔夾

53、具與機床定位示意圖4.1.7 切削力及夾緊力的計算切削刀具：6高速鋼錐柄加長麻花鉆，則：F=CFd0ZffyF上式中,CF=420, ZF=1.0,yF=0.8, f=0.6mm/r, d0=6mm,數(shù)據(jù)來自機械加工工藝手冊F=420×6×1.0×0.6×0.8=1209.6N材料不同，修正系數(shù)KF加工球墨鑄鐵時， KF=（布氏硬度150）0.55=1.464F實=1209.6×1.464=1770.96N水平分力：FH=1.1F實=1948.056N垂直分力： Fv=0.3F實=521.288N在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)K=K

54、1K2K3K4K1基本安全系數(shù)， K1=1.2K2加工性質(zhì)系數(shù)， K2=1.0K3刀具鈍化系數(shù)， K3=1.0K4斷續(xù)切削系數(shù)， K4=1.2因此，F(xiàn)'=KFH=K1K2K3K4FH=1.2×1.0×1.0×1.2×1948.056=2805.20N按照夾具設計原則合理確定夾緊力的作用點和作用方向，即應計算夾緊力的大小。計算夾緊力是很復雜的問題，一般只能粗略的估計。因為在夾緊過程中，工件受到切削力、重力、沖擊力、離心力和慣性力等的作用，從理論上講，夾緊力的作用必須與上述作用力（矩）平衡。但是在不同條件下，上述作用力在平衡系中對工件所起的作用是各不相同的。為了簡化夾緊力的計算，通常假設工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過程是穩(wěn)定的，在這些假設條件下，根據(jù)切削力試驗計算公式求出切削力，然后找出加工過程中最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力學原理求出夾緊力的大小。夾緊力大小的計算通常表現(xiàn)為夾緊力矩與摩擦力矩的平衡。夾緊力的計算公式：Fj=KF計 式中F計在最不利條件下由靜力學平衡計算求出夾緊力；Fj實際需要的夾緊力；安全系數(shù)，一般取K1.53，粗加工取大值，精加工取小值。本夾具采用螺旋聯(lián)動夾緊，增力比公式為：i=2lD中ta