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西安文理學院機械電子工程系 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 曲軸零件工藝規(guī)程 及工裝設計 專業(yè)班級 08 級機電（2）班 學 號 08102080243 學生姓名 胡阿敏 指導教師 趙竹青 設計所在單位 西安文理學院 2012 年 5 月 第 1 頁 曲軸零件工藝規(guī)程及工裝設計 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，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。 本課題研究的是曲軸零件的加工工藝過程，對曲軸的機械加工工藝的分析 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，對加工質量和生產率有重要的 意義。 所以，本設計是根據(jù)被加工曲軸的技術要求，進行機械工藝規(guī)程設計，然 后運用夾具設計的基本原理和方法，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；擬定零件的 機械加工工藝過程，選擇各工序的加工設備和工藝設備；填寫機械加工工藝過 程卡片，繪制夾具裝配總圖和零件圖等。 關鍵詞：發(fā)動機 曲軸 工藝分析 工藝設計 第 2 頁 The Process of Order and Tooling Design of Crankshaft Abstract:The car engine crankshaft is one of the key parts and its direct influence on the performance of the quality of life and the car engine crankshaft in engine. So the crankshaft material wear high rigidity, fatigue strength and wear resistance. This topic is only diesel engine crankshaft process analysis and design are discussed. The process route plan is the key stage procedure formulation of regulations, is the overall design process. Which route reasonable or not, influence processing quality and productivity, and affect worker, equipment。 Therefore, This design is on the basis of technical requirement of the crankshaft to design the technological procedure. And then use the fundamental and method of the fixture design to fix the fixture design programme,and complete the structural of the fixture. The main work is: Parts drawing, understand the characteristic of structure and technical requirement; fix the processing technic of the crankshft,select device Fix the Processing technological process card; Design the special fixture and plan the assembling drawing and main parts drawing. Keywords: engine crankshaft process analysis and process design 目錄 第 1 頁 目錄 第一章 緒論 .......................................................................................................................................1 1.1 曲軸工藝設計的研究狀況及發(fā)展趨勢 ................................................................1 1.2 選題的目的與意義 ...............................................................................................1 1.3 本課題主要討論問題 ...........................................................................................1 第二章 曲軸零件圖的結構分析 ..................................................................................................2 2.1 零件的結構分析 ....................................................................................................2 2.1.1 零件的功用 .......................................................................................................................2 2.1.2 零件的結構特點與工藝性 ................................................................................................2 2.1.3 主要加工表面及其技術要求 ............................................................................................2 2.2 計算生產綱領，確定生產類型 ............................................................................2 2.3 零件毛坯的選擇 ....................................................................................................2 2.3.1 零件的材料 .......................................................................................................................2 2.3.2 零件的毛坯及其制造 .......................................................................................................3 第三章 機械加工工藝規(guī)程的制定 .............................................................................................4 3.1 曲軸的機械加工工藝分析 ....................................................................................4 3.2 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 ............................................................4 3.3 確定工時定額 ........................................................................................................5 3.4 曲軸主要加工工序分析 ........................................................................................5 3.4.1 銑曲軸兩端面,鉆中心孔 ..................................................................................................6 3.4.2 曲軸主軸頸的車削 ...........................................................................................................6 3.4.3 曲軸連桿軸頸的車削 .......................................................................................................6 3.4.4 鍵槽加工 ...........................................................................................................................6 3.4.5 軸頸的磨削 .......................................................................................................................6 3.5 曲軸機械加工工藝過程卡及工序簡圖 ................................................................7 3.5.1 三拐曲軸零件示意圖 .......................................................................................................7 3.5.2 三拐曲軸機械加工工藝過程卡 ........................................................................................9 3.5.3 三拐曲軸機械加工工序安排 ..........................................................................................10 第四章 夾具設計 .............................................................................................................................13 4.1 機床夾具的分類、基本組成和功用 ...................................................................13 4.2 普通夾具裝夾偏心曲軸方法 ...............................................................................13 4.2.1 夾具為三爪卡盤 .............................................................................................................13 4.2.2 夾具為四爪卡盤 .............................................................................................................14 4.2.3 用兩頂尖車削偏心工件 ..................................................................................................15 4.3 專用夾具的設計思路 ..........................................................................................15 4.4 夾具體設計 ..........................................................................................................16 4.4.1 定位基準的選擇 .............................................................................................................16 4.4.2 切削力及夾緊力的計算 ..................................................................................................16 4.4.3 定位誤差分析 .................................................................................................................18 4.4.4 夾具結構設計 .................................................................................................................19 4.4.5 夾具的使用方法 .............................................................................................................20 結術語 .....................................................................................................................................................21 致 謝 .....................................................................................................................................................22 目錄 第 2 頁 參考文獻 ................................................................................................................................................23 附錄 1 外文翻譯-原文 ....................................................................................................................24 附錄 2 外文翻譯-翻譯 ....................................................................................................................30 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 第一章 緒論 1.1 曲軸工藝設計的研究狀況及發(fā)展趨勢 曲軸零件生產線多數(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。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質量穩(wěn) 定性較差，容易產生較大的內應力，難以達到合理的加工余量。一般精加工采 用 MQ8260 等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通常靠手工操作，加工質量不 穩(wěn)定。其中，發(fā)動機曲軸制造技術進展最為迅速的是機械加工裝備，比較典型 的加工工藝是銑削和磨削。 在國外，VDF 315 OM-4 高速隨動外銑床是德國 BOEHRINGER 公司專為汽車 發(fā)動機曲軸設計制造的柔性數(shù)控銑床，該設備可以一次裝夾不改變曲軸回轉中 心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4 高速隨動外銑使用 SIEMENS 840D CNC 控制系統(tǒng)，設備操作說明書在人機界面上，通過輸入零件的基本參數(shù) 即可自動生成加工程序，可以加工長度 450～700mm、回轉直徑在 380mm 以內的 各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為±0.02mm。 隨著貿易全球化的到來， 我國的發(fā)動機曲軸生產已得到較快的發(fā)展，曲軸 精加工采用國內數(shù)控磨床磨削情況已相當普遍，產品加工精度已有相當程度的 提高。曲軸在發(fā)動機中是承受載荷傳遞動力的重要零部件，也是發(fā)動機五大零 部件中最難以保證加工質量的零部件，其性能、水平直接影響整機的性能水平 及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達國家十分重視曲軸的生產，不斷改進其材質及加 工手段，以提高其性能水平，滿足發(fā)動機行業(yè)的需要。先進的加工工藝加工出 的曲軸質量好、效率高且穩(wěn)定，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國發(fā)動機曲軸的生 產發(fā)展較快，總量已具有相當大的規(guī)模，無論是設計水平，還是產品品種、質 量、生產規(guī)模、生產方式都有很大的發(fā)展。隨著中國汽車產業(yè)的飛速發(fā)展，相 應的新工藝、新裝備、新材料也將不斷地涌現(xiàn)，高速、高效加工在曲軸制造業(yè) 已有相當程度的應用，并成為主要發(fā)展方向，相信曲軸制造技術在將來會有更 新、更快的發(fā)展。 1.2 選題的目的與意義 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)動機中承擔著最大負荷和全部功率,并承受強大的方向不斷 變化的彎矩及扭矩，同時經(jīng)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。此設計的經(jīng)濟指標高低對于機械加工企業(yè)具有十分重要的意義。 1.3 本課題主要討論問題 本課題設計的主要內容是汽車發(fā)動機曲軸的工藝工裝設計，包括機床選擇， 夾具設計等。目的就是要闡明曲軸加工的一系列相關的知識內容。根據(jù)零件的 性能，加工精度，表面粗糙度等要求，再通過查閱相關的設計手冊，結合設計 的原理和設計思路，通過查閱大量資料，確定曲軸零件的工藝規(guī)程及工裝設計。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 第二章 曲軸零件圖的結構分析 2.1 零件的結構分析 2.1.1 零件的功用 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繞其本 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，要求曲軸要具有 足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好等條 件。 2.1.2 零件的結構特點與工藝性 曲軸絕大部分是整體式，只有極少數(shù)柴油機采用組合式。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。 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 彎曲振動及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。 2.1.3 主要加工表面及其技術要求 1.主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公差等級 IT6，連桿軸頸本身的 精度，即尺寸公差等級 IT6，表面粗糙度 Ra 值為 3.2～0.32μm。軸頸長度公差 等級為 IT9～IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差的一半。 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 0.025mm，中大型低速曲軸 為 0.03～0.08mm。 3.各連桿軸頸的位置度不大于±20′。 2.2 計算生產綱領，確定生產類型 發(fā)動機曲軸，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 β%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) n(1%)00NQa???? 曲軸的年產量為 111000 件，現(xiàn)在已知該產品為中型機械，根據(jù)《機械制造 工藝設計手冊》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。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 2.3 零件毛坯的選擇 2.3.1 零件的材料 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 衡性。該零件的材料為 45 鋼，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。 2.3.2 零件的毛坯及其制造 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 形鍛成三拐形式，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。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 第三章 機械加工工藝規(guī)程的制定 3.1 曲軸的機械加工工藝分析 1)該零件是三拐小型曲軸，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。但由于軸兩端的軸頸分別 是 φ20mm 和 φ25mm，而三處連桿軸頸中心距分布在 φ30mm 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 φ50mm 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。 2）在工藝搭子端面上鉆四對中心孔，先以兩主軸頸為粗基準，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 φ30mm、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。 3）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，有利于提高曲軸的加工精度。 4）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 被碰傷等。 3.2 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 表 3.1 曲軸主軸頸的工序及公差 工序名稱 工序余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ30±1 粗車 3.2mm IT11 φ26.8 0-0.13 精車 1.3mm IT8 φ25.5 0-0.033 磨削 0.5mm IT6 φ25 表 3.2 曲軸連桿軸頸的工序及公差 工序名稱 工序余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ28±1 粗車 2.2mm IT10 φ25.8 0-0.084 精車 1.3mm IT8 φ24.5 0-0.033 磨削 0.5mm IT8 φ24 表 3.3 曲軸 φ22 0-0.12mm 外圓的工序及公差 工序名稱 工序余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ28±1 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 粗車 3.5mm IT11 φ24.5 0-0.13 精車 2mm IT8 φ22.5 0-0.033 磨削 0.5mm IT11 φ22 0-0.12 表 3.4 曲軸 φ20 -0 0.021mm 外圓的工序及公差 工序名稱 工序余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 鑄造 φ26±1 粗車 3.5mm IT11 φ22.5 0-0.13 精車 2mm IT8 φ20.5 0-0.033 磨削 0.5mm IT7 φ20 -0 0.021 3.3 確定工時定額 工序 8：粗車三個連桿軸頸至 φ25.80。選用機床：CA6140 臥式車床。 1) 被吃刀量 ：取 =1mm，pap 2) 進給量 f：取 。0.5/mr? 3) 機床主軸轉速: 取 n=600r/min 4) 切削速度： min/5.310/)64.281.3(/)(ndvwc ??? (3.1) 5) 計算切削工時：被切削層長度 =3×22=66mml ， (3.2) min2.0i5.60???nfltm 因為粗車走刀兩次，故 tm=0.44min 工序 9：精車三個連桿軸頸至 φ24.50。選用機床：CA6140 臥式車床。 1) 被吃刀量 ：取 =0.65mm，pap 2) 進給量 f：取 f=0.3mm/r 3) 機床主軸轉速: 取 n=800r/min 4) 切削速度： min/8.6410/)8.2514.3(0/)(ndvwc ????? 5) 計算切削工時：被切削層長度 =3×22=66mml ，因為粗車走刀兩次，故 tm=0.55minmi7.i3.086?nfltm 3.4 曲軸主要加工工序分析 曲軸的主要加工表面為主軸頸、連桿軸頸、各外圓；次要加工表面為兩端 面、鍵槽。此外，還有檢驗、清洗、去毛刺等工序。 連桿各主要表面的工序安排如下： （1） 、主軸頸：粗車、精車、磨削； （2） 、連桿軸頸：粗車、精車、磨削； 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 （3） 、φ220-0.12mm 外圓：粗車、精車、磨削； （3） 、φ200-0.021mm 外圓：粗車、精車、磨削; 3.4.1 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，鉆頭可能引起偏移而折斷，因此 采用先面后孔的加工原則。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 本次工藝設計中應考慮設備因素，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。 3.4.2 曲軸主軸頸的車削 由于曲軸年產量決定，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。由于加工余量大且不均勻，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 以中心孔定位。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。 3.4.3 曲軸連桿軸頸的車削 主軸頸及其它外圓車好后，以主軸頸作為加工連桿軸頸的基準，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。這些都由專用夾具來保證，夾 具體為一對用以定位的 V 型塊組成，裝在接盤上。接盤與車床過渡接盤靠中間 的定位銷定位并連接，接盤在過渡接盤上靠棱形定位銷可轉 180 度，依次車削 兩個連桿軸頸。V 型塊中心與車床主軸線距離一個曲軸半徑。車削過程中，一 端與曲軸主軸頸定位并夾緊，另一端靠偏中心座夾緊，中心座上鉆有中心孔， 中心孔偏心距同樣為一個曲軸半徑。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。安裝夾具體的接盤上有平衡塊，消除曲軸旋轉時不 平衡力矩的產生。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，用撐桿來撐住另一個曲拐的開移。 車削連桿軸頸時為了使切削力不致于太大，每次車削余量控制在 1-1.5mm 內， 同時車床旋轉不能太高，刀具材料采用高速鋼。 3.4.4 鍵槽加工 對于該鍵槽的加工，其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。 3.4.5 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 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 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(jīng)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(jù)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，最好在這個軸頸的擺 差減小后，再開始使用中心架。 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。 3.5 曲軸機械加工工藝過程卡及工序簡圖 3.5.1 三拐曲軸零件示意圖 圖 3.1 三拐曲軸零件示意圖 分析： 1）該工件為三拐曲軸，其形狀復雜，加工技術要求較高。為加工三拐徑， 應制做專用工裝夾具，其要求為，能夠均分三等份 (曲軸三拐徑偏心距為 30 mm)，并要保證回轉平衡。2.0? 2）工件加工時應將粗、精車分開，必要時也可以將粗、精磨分開，這樣有 利于提高工件的加工精度。 3）為了使用專用夾具加工曲軸的三個拐徑，在鑄造工序上有意加大曲軸左 端軸徑尺寸，留出工藝鍵槽的加工余量。 4）所有軸徑及軸徑線上的各部尺寸的加工均以兩中心孔為定位基準，所以 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 同軸度均由設備 (工藝)來保證。如需要檢查兩軸徑同軸度，可以用一對標準的 V 形塊支撐兩個 φ24 mm 的軸徑，用百分表測量。025.? 5）工件 1:20 錐度的檢查采用專用環(huán)規(guī)檢查。 6）曲軸偏距的檢測可以參照單揭曲軸偏心距的檢測方法進行檢測。 7)三個拐徑 120°均布的檢查，可參看圖 3.1，用一對標準 V 形塊 (V 形塊 安放在標準平臺上)，支撐工件兩端軸徑 φ24 mm，然后調整兩端便支撐處025.? 軸徑的軸心線與平臺平行。 圖 3.2 三拐曲軸 120°等分檢測示意圖 用高度尺測量尺寸 AA，使拐徑中心和軸徑中心連接在水平面夾角為 30°， 通過計算算出拐徑角度誤差。 AA 尺寸的計算方法： AA=BB- =BB- + (3.3))30sin(2????EDe 2DeE1? 式中： AA——標準 30°位置拐徑計算的理論值（各輛徑、拐徑尺寸均為實測值） （mm） ； BB——支承軸徑外圓實際高度（mm） ； De——曲軸軸徑實際尺寸（mm） ； D——曲軸拐徑實際尺寸（mm） ； E——偏心距（mm） 。 按計算出 AA 尺寸調整好一側拐徑位置之后，測量與之相對應的拐徑高度值 B，若 B 值與 AA 值相等，即等分合格；若 B 值與 AA 值不相等，這時應計算出拐 徑中心和軸徑中心連線與水平面的夾角 θ： sinθ= (3.4) Em 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 m= nD?2 n=B-(BB- )=B-BB+e2e m= -(B-BB+ )= -B+BB- D sinθ=( -B+BB- )/E2De 式中 θ——拐徑中心和支承軸中心連線與水平面的夾角； B——實際測量尺寸； m、n——為計算 θ 值而給出的中間變量。 △θ=30°-θ 如果△θ 為負值，則此拐徑與標準 30°位置拐徑夾角小于 120°，反之夾 角大于 120°。 8)拐徑軸線對軸徑的軸線平行度誤差，可在圖 3.1 的基礎上測出拐徑外圓 最高點處最長距離的兩點差值，即為兩軸線的平行度誤差，三個拐徑分別測量 即可。 3.5.2 三拐曲軸機械加工工藝過程卡 表 3.5 三拐曲軸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（左端 φ25mm 處鑄造尺寸為 φ45mm） 2 清砂 清砂 3 熱處理 人工時效處理 4 清砂 細清砂 5 涂漆 非加工表面涂紅色防銹漆 6 劃線 按毛坯外形找正，照顧各加工面，劃外形尺寸線 7 銑 經(jīng)兩軸徑部分定位壓緊分別銑兩個端面保證總長尺寸 520mm，鉆 左端中心孔 B4 X62W （端銑） 8 粗車 夾右端外圓，找正兩軸徑外圓。頂左端中心孔，車兩軸徑處，其 中 1：20 一端（右端）尺寸為 φ62mm，另一端（左端）尺寸為 φ40mm（工藝尺寸） CW6163 9 粗車 倒頭裝夾工件左端 φ40mm 處，中心架夾帶錐一端 φ32mm 軸徑上， 鉆右端中心孔 B4，粗車錐度一端各部尺寸，留加工余量 5mm CW6163 10 劃線 在右端 φ40mm 軸徑上劃鍵槽線深 5mm、寬 10mm、長 35mm（工藝 用鍵槽） 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 11 銑 以兩 φ40mm 定位裝夾工件銑鍵槽 5mm×10mm×35mm X52K 12 粗車 采用專用工裝裝夾工件粗車曲軸三個拐徑及拐徑兩個側面， （可進 行三等分分度）留加工余量 5mm CW6163 13 精車 精車曲軸三個拐徑及拐徑兩個側面，留磨量 0.8mm~1mm CW6163 14 精車 夾工件左端，頂右端中心孔，車工件右端各部尺寸，留加工余量 0.8~1mm，車 1：20 錐度留加工余量 1mm CW6163 15 精車 倒頭，采用兩頂尖裝夾工件，車左端尺寸 φ25 mm 至 φ25025.? mm，倒角 R118.0? CW6163 16 檢驗 檢查曲軸偏心距 17 磨 以兩中心孔定位裝夾工件，磨拐徑三處至圖樣尺寸 φ25 mm，025.? 靠磨拐徑兩側及圓角 R1 M8240 18 磨 以兩中心孔定位裝夾工件，磨軸徑兩處 φ25 mm 至圖樣尺寸025.? 磨 φ20 mm 至圖樣尺寸02.? M1432A 19 磨 夾工件左端，中心架夾右端 φ25 mm 處找正，磨 1：20 錐度025.? 至圖樣尺寸 M1432A 20 劃線 劃 12 mm×6mm 鍵槽04.? 21 銑 以兩軸徑定位裝夾工件銑 12 mm×6mm 鍵槽04.? 22 鉗 修銼飛刺 23 檢驗 磁粉探傷 24 檢驗 按圖樣檢驗工件各部尺寸精度 25 入庫 涂油入庫 3.5.3 三拐曲軸機械加工工序安排 表 3.6 三拐曲軸機械加工工藝過程卡 機械加工工藝過程綜合卡片 產品名稱 零件名稱 材 料 發(fā)動機曲軸 曲 軸 序號 工序名 稱 技術條件及檢查要求 工 序 簡 圖 設備 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 1 鑄造 按曲軸鑄造工藝進行 2 熱處理 正火 3 銑兩端 面 總長為 265mm 銑床 4 車兩端 工藝搭 子外圓 直徑 φ45mm 車床 5 鉆主軸 頸中心 孔 車床 6 鉆連桿 軸頸中 心孔 正對連桿中心 7 檢驗 8 粗車三 個連桿 軸頸 留余量 2.6mm 車床 9 精車三 個連桿 軸頸 留余量 0.5mm 車床 10 車工藝 搭子兩 端面 車床 11 粗車各處外圓 留余量 2mm 車床 12 精車各處外圓 留余量 0.5mm 車床 13 檢驗 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 14 磨削連 桿軸頸 外圓 φ24-0.020 -0.053mm 外圓磨床 15 磨削兩主軸頸 φ25+0.021 +0.008mm 外圓磨床 16 磨削 φ22 - 00.12mm 外圓 外圓磨床 17 磨削 φ20 -0 0.021mm 外圓 外圓磨床 18 檢驗 19 車掉兩 端工藝 搭子 長度為 215mm 以上 車床 20 車兩端 面 表面粗糙度 Ra=10 車床 21 銑鍵槽 銑床 22 倒角 為 1mm 車床 23 去毛刺 24 最后檢 驗 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 第四章 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 是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，并在加工過程中使這個位置不變，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，它們是處在機床和工 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。 在設計夾具之前，一般要收集和分析下述資料： 1．熟悉產品的零件圖：了解零件的作用、形狀、結構特點、材料及毛坯的 制造方法，分析尺寸精度、加工表面粗糙度、形狀和位置精度等技術要 求。 2．詳細分析加工工業(yè)過程及本工序在整個過程中的順序、加工方法和要求， 了解本工序的加工余量和切屑用量。在設計夾具時，還應從設計夾具的 角度出發(fā)，進一步分析定位夾緊的可能性、可靠性、夾具結構的復雜性、 工件安裝的方便性和操作的安全性等因素。 3．了解使用該夾具的機床的主要規(guī)格、性能特點、機床運動的情況、功率 和剛度等，以及在機床上安裝夾具部分的結構和配合尺寸。 4．了解所用切削工具的結構、尺寸、運功和夾具的配合方式。 5．了解工件的年產量，每次投產的批量和生產效率等要求，以便決定每次 裝夾工件的數(shù)量和選擇相應的夾緊機構，以及確定夾具的自動化程度。 4.1 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，組合夾具，隨行夾具。機床夾具的基本組成，根 據(jù)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，保證生產安全等。 4.2 普通夾具裝夾偏心曲軸方法 4.2.1 夾具為三爪卡盤 對于長度較短，數(shù)量較多，偏心距較小，精度要求不高的偏心工件，可以 在三爪卡盤的一個卡爪上墊上墊片，使工件產生偏心來車削偏心曲軸工件。其 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 中墊片厚度 χ 計算公式為： χ=1/2 (4.1)??Dee??233 式中： D ——工件直徑(mm) e —— 工件偏心距(mm) χ——墊片厚度(mm) 則夾具裝夾方法如圖所示： 圖 4.1 用三爪卡盤裝夾 4.2.2 夾具為四爪卡盤 對于數(shù)量少、長度短，形狀比較復雜的偏心工件，可在四爪卡盤上車削。 工件裝夾和車削方法如下： (1)先把工件劃線確定偏心的軸線，然后在四爪卡盤上安裝、校正、車削。 (2)將工件墊上薄銅皮，夾緊后，讓尾座頂尖接近工件，調整卡爪位置，使 頂尖對準偏心圓中心，然后移去尾座。 (3) 使劃針對準工件外圓側素線校正水平，轉過 90o，校正另一條側素線 。然后校正偏心圓，使偏心圓軸線與車床主軸軸線重合。 校正偏心圓 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 校正側素線 圖 4.2 用四爪卡盤裝夾 4.2.3 用兩頂尖車削偏心工件 該家具適用于加工較長的偏心工件，加工前在工件兩端先畫出中心點的中 心孔和偏心點的中心孔并加工出中心孔，然后前后頂住即可車削。 圖 4.3 用兩頂尖車削偏心工件 4.3 專用夾具的設計思路 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： 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問題：設計加工連桿軸頸的偏心夾具，即應使連桿軸頸 與機床主軸重合，將需要加工偏心部分的軸線找正到與車床主軸軸線相重合的 位置進行加工，并注意軸線間的平行度和偏心距的精度 。 2）剛性差 因本曲軸長頸的直徑比較大，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，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）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。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 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，鑒于車削曲軸連桿軸頸夾具的典型性和特殊性，初步?jīng)Q定設計 曲軸偏心車夾具，以解決曲軸軸頸所存在的偏心距問題。 本夾具適用于車偏心曲軸軸頸。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30? 度，對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，并同時滿足車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。由于只能同時車削在同一軸心線上的曲軸軸頸， 所以在車削完第一道軸頸之后都要將工件進行掉頭進行調整，使待車削的曲軸 軸頸部分和車床中心線能夠在同一條軸心線上，這就就可以繼續(xù)加工第二道偏 心軸頸部分了。 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，還要考慮提高生產率和降低 成本，減輕工人的勞動強度 4.4 夾具體設計 4.4.1 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，曲軸各連桿軸頸中心線對主軸中心線有平衡度要求，但需設計與主軸頸 存在偏心距的部分軸頸，因此所設計的專用夾具應以與主軸頸存在偏心距的偏 心軸線為夾具的中心線。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，因此這里設計以第偏心軸頸和 止推面為定位基準面的夾具。 4.4.2 切削力及夾緊力的計算 計算切削力 在一般外圓車削情況下，切削力可分為相互垂直的三個分力，即； ------切向力（砂輪旋轉的切向方向）tF ------法向力（砂輪和工件接觸面的法線方向）n ------軸向力（縱向進給方向）a 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 其中，切向力 是確定車床電動機功率的主要參數(shù)，又稱為主削力：法向tF 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nF 量；軸向力 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a tFn 慮。由《機械加工工藝手冊》表 13.1-3 查得 / 2.04。外圓車床切削力的t? 實驗公式： (4.2) tFpswasCvfbN ?????????? 式中 ------切除單位體積的切屑所需壓力（ ） ； 2/Nm ------切削深度（mm） ；p ------工件速度（m/min） ；wv ------砂輪速度（m/s） ；s ------軸向進給量（mm） ；af ------砂輪寬度（mm） ；sb 參照《機械加工工藝手冊》表 13.1-4，可查得 =22， =0.6， =0.76，F(xiàn)Ca? =0.76， =0.8， =0.62；由《機械加工工藝手冊》表 13.4-5 取 =35m/s；??? sv 已知 =0.1，工件切削表面直徑 =62mm，由《機械加工工藝手冊》表 13.4-6pawd 可查得 =24m/min；砂輪寬度 =8mm， ，本工wvsb(0.5~8)0.4~6af m??? 序取 ，由此算得：0.5afm?.60.7.60.23821341.4975tntFNN??? 在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù) 1234KK? （4.3） 式中 ------基本安全系數(shù)，1.5；1 ------加工性質系數(shù)，1.2；2 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 ------磨具鈍化系數(shù)，1.2；3K ------斷續(xù)切削系數(shù)，1.1；4 則： (4.4) 1.52.13