S1005021-37K發(fā)動機(jī)曲軸的加工工藝及夾具設(shè)計

1、摘 要發(fā)動機(jī)曲軸是發(fā)動機(jī)上的一個重要零件，在軸類零件分類中屬于異形軸，它的功能是承受活塞和連桿傳來的力，并將活塞的往復(fù)運動通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，并將發(fā)動機(jī)所做的功傳遞出去。曲軸在工作中受到氣體力、往復(fù)慣性力以及它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用，受力情況十分復(fù)雜。其精度要求非常高，它的加工質(zhì)量對內(nèi)燃機(jī)的工作性能，對裝配勞動量都有很大的影響。因此在曲軸的生產(chǎn)中，對曲軸的加工工藝和夾具設(shè)計進(jìn)行探討是非常有必要的。本論文以S1005021-37K發(fā)動機(jī)曲軸為研究對象，設(shè)計內(nèi)容包括兩個方面即曲軸的加工工藝設(shè)計及夾具設(shè)計。首先是對曲軸加工工藝的分析和設(shè)計。文章中采用先粗后精的方法，對發(fā)動機(jī)曲軸的加工工

2、藝設(shè)的闡述，經(jīng)過研究分析制定大概的加工工藝過程為：確定毛坯類型熱處理批量毛坯檢測銑兩端面鉆中心孔車長短頭車連桿軸頸加工端面孔磨主軸頸、連桿軸頸清洗、檢驗、包裝。在此基礎(chǔ)上對零件加工要求進(jìn)行分析，最終確定毛坯材料，選擇定位基準(zhǔn)，計算加工余量。綜合上述分析，制定出曲軸的加工工藝路線。其次是曲軸的夾具設(shè)計。為了設(shè)計出高效合理的夾具，采用先分析后設(shè)計的方法，通過對曲軸切削力、夾緊力的計算和定位誤差的分析，完成對該夾具的夾具體及夾具零件V型塊、壓板等零件的設(shè)計，最終畫出夾具裝配圖及夾具零件圖。本次設(shè)計中的夾具具有可調(diào)度高，加工范圍大的特點，操作簡單，使用方便，有效的減輕了工人的勞動強度，擴(kuò)大了機(jī)床的使用

3、范圍。具有很強的實用性和一定的創(chuàng)新性。通過上述設(shè)計，最終繪制出毛坯圖、夾具圖、零件圖，編制出工藝卡片。關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；曲軸；加工工藝；夾具設(shè)計ABSTRACTEngine crankshaft is the important parts of the engine in axial parts classification belong to abnormity axis, its function is to inherit the piston and rod assembly came, and the force of piston reciprocating motion thro

4、ugh the crank rod system into the rotary motion, and the engine the work done is delivered. The crankshaft work in physical strength, reciprocating inertia force by gas and they produce of torque and bending moment role, stress is very complex. Its accuracy requirement is loftily, its processing qua

5、lity of internal combustion engine work performance, the amount of labor on the assembly has a great impact. So in the crankshaft production, the processing technology of crankshaft and fixture design is necessary to discuss. The design S1005021-37K engine crankshaft to the object, the design includ

6、es two aspects, namely, the crankshaft design and fixture design process.In this paper, after fine approach first rough on the engine crankshaft design elaboration process, developed through research and analysis about the machining process to: determine the volume of rough type heat treatment test

7、milling rough surface at both ends of the center hole drilled Vehicle length car head-side connecting rod journal processing grinding spindle face neck, connecting rod journal cleaning, inspection, packaging. Based on this analysis of the part processing requirements, and ultimately determine the ro

8、ugh material, select locating datum, calculated allowance. Comprehensive above analysis, formulate the crankshaft processing technology route. On the other hand in order to design reasonable and efficient fixtures, using the first method of analysis, design, cutting force on the crankshaft, the clam

9、ping force calculation and analysis of positioning error to complete the specific folder of the fixture and the fixture part V-block, Plate and other parts of the design, final draw and fixture parts fixture assembly drawing plans. The design of fixture is high, large range of scheduling the charact

10、eristics of processing, simple operation, easy to employ, effectively reduce the labor intensity of the workers, the scope of application of the machine .Functional and creative.Through this design, the final draw rough maps, fixture plans, part plans, the preparation of a process card.Keywords: eng

11、ine; crankshaft; processing technology; Fixture Design目 錄第一章 緒論61.1 研究背景61.2 發(fā)展現(xiàn)狀21.3 本次設(shè)計的主要內(nèi)容2第二章S1005021-37K發(fā)動機(jī)曲軸零件圖的分析32.1曲軸的結(jié)構(gòu)特點32.2 零件的技術(shù)要求42.3 零件的設(shè)計要求5第三章工藝規(guī)程設(shè)計53.1 曲軸材料及毛坯的選擇53.1.1確定毛坯種類53.1.2確定鑄件余量及形狀53.2 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型63.3 選擇定位基準(zhǔn)63.4 制定工藝路線73.5 定毛坯尺寸、機(jī)械加工余量設(shè)計毛坯圖83.5.1 確定機(jī)械加工余量83.5.2 設(shè)計毛坯圖83

12、.5.3 畫出曲軸毛坯圖(見曲軸零件毛坯圖)93.6 選擇加工設(shè)備與工藝裝備93.7 確定工序尺寸93.8 確定切屑用量及時間定額103.8.1 工序4（銑兩端面）切屑用量及時間的確定103.8.2 工序5（鉆中心孔）切屑用量及時間的確定113.8.3 工序6(車前端及主軸頸）切屑用量及時間的確定123.8.4 工序7(車前端）切屑用量及時間的確定133.8.5 工序8(銑平衡重）切屑用量及時間的確定133.8.6 工序9（鉆端面孔）切屑用量及時間的確定133.8.7 工序14（磨軸頸、連桿軸頸）切屑用量及時間的確定14第四章夾具設(shè)計144.1 夾具設(shè)計的基本要求144.2 夾具設(shè)計的程序15

13、4.2.1 夾具設(shè)計規(guī)范化概述154.2.2 夾具設(shè)計的規(guī)范程序164.3 夾具的分類及其作用174.4 S1005021-37K發(fā)動機(jī)曲軸夾具設(shè)計的設(shè)計思路184.4.1 定位基準(zhǔn)的選擇184.4.2 計算切削力和夾緊力194.4.3 定位誤差分析214.5 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計214.6 夾具的使用方法23第五章 總結(jié)24參考文獻(xiàn)25致謝26第一章 緒論1.1研究背景當(dāng)今的汽車發(fā)動機(jī)制造技術(shù)正朝著高速、智能、復(fù)合、環(huán)保方面發(fā)展，其發(fā)展特點是競爭加劇，如何能不斷提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，以具有競爭力的價格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，及時滿足用戶日益增長的需求，成為各企業(yè)共同關(guān)注的焦點。曲軸作為發(fā)動機(jī)上

14、的一個重要部件，其加工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的使用性能。目前曲軸精加工采用國內(nèi)數(shù)控磨床磨削情況已相當(dāng)普遍，產(chǎn)品加工精度已有相當(dāng)程度的提高。為滿足曲軸日益提高的加工要求，對曲軸磨床提出了很高的要求。隨著現(xiàn)代驅(qū)動和控制技術(shù)，測量控制，CBN（立方氮化硼）砂輪和先進(jìn)的機(jī)床部件的應(yīng)用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創(chuàng)造了條件1，國內(nèi)發(fā)動機(jī)曲軸制造技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)的差距是顯而易見的。其表現(xiàn)主要為:刀具行業(yè)生產(chǎn)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，因而不能滿足曲軸制造行業(yè)對刀具的高效加工要求;設(shè)計開發(fā)能力低、技術(shù)落后產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；主機(jī)廠配套工作力度不夠1。所以，對曲軸的加工工藝及夾具設(shè)計的研究對我國曲軸行

15、業(yè)的發(fā)展有著重要的實際意義。1.2發(fā)展現(xiàn)狀我國內(nèi)燃機(jī)及其配附件企業(yè)近500家，近年來隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，通過引進(jìn)技術(shù)消化吸收，自行開發(fā)總體水平有了較大的提高。國內(nèi)很多骨干企業(yè)從發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了不少先進(jìn)設(shè)備。但是由于整體規(guī)模小，專業(yè)化程度低等原因，我國的發(fā)動機(jī)曲軸制造行業(yè)面臨著激烈的市場競爭。目前我國發(fā)動機(jī)曲軸生產(chǎn)線存在較多的是陳舊生產(chǎn)線。陳舊生產(chǎn)線主要由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度較低，粗加工是沿用20世紀(jì)70年代以前就盛行的車削方法，采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。采用的刀具材料是高速鋼和普通硬質(zhì)合金。

16、一般精加工采用MQ8260等普通曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通?？渴止げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，尺寸一致性差。老生產(chǎn)線一個主要的特點就是普通設(shè)備太多，按加工球墨鑄鐵曲軸來算，一條生產(chǎn)線35-40臺設(shè)備，生產(chǎn)效率完全是靠多臺設(shè)備分解工序和余量來提高的。而在國外，大都采用高科技的自動化生產(chǎn)設(shè)備，規(guī)模大、專業(yè)程度高、產(chǎn)品壽命可靠。因此我們只有借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗，立足本國現(xiàn)實，既要引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，還要進(jìn)行消化吸收并實現(xiàn)創(chuàng)新，全面提高我國發(fā)動機(jī)曲軸制造技術(shù)水平1。1.3本次設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計中，主要完成的內(nèi)容包括兩部分：曲軸工藝路線的制定以及曲軸夾具的設(shè)計。計中必須明確設(shè)計思路，通過對曲軸零件的技術(shù)要

17、求機(jī)加工精度進(jìn)行分析，從而確定毛坯類型，通過查資料，計算確定相關(guān)的定位基準(zhǔn)、工序及公差，畫出曲軸的零件圖及毛坯圖，明確曲軸的加工工藝過程，制定曲軸的加工工藝，制作加工工藝卡片并完成對曲軸夾具的設(shè)計。上述工作大概可以分為四個部分： 1曲軸的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求；2.毛坯種類，鑄件尺寸及其形狀，設(shè)計曲軸的加工工藝規(guī)程；3.夾具設(shè)計，確定夾具的組織形式、具體結(jié)構(gòu)，畫出夾具裝配圖、夾具零件圖、曲軸零件圖及毛坯圖，寫夾具說明書； 4.編寫工藝過程卡片，加工工序卡，撰寫設(shè)計說明書。1第二章S1005021-37K發(fā)動機(jī)曲軸零件圖的分析2.1曲軸的結(jié)構(gòu)特點曲軸是發(fā)動機(jī)上的一個重要零件，在軸類零件中屬于異性軸，

18、承受由活塞通過連桿傳來的力，并將活塞的往復(fù)運動通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，將發(fā)動機(jī)所做的功傳遞出去。曲軸在工作時受慣性力及慣性力矩的作用，做高速旋轉(zhuǎn)，應(yīng)具備足夠的剛度及強度2。本次設(shè)計的零件是中國第一汽車廠生產(chǎn)的曲軸S1005021-37K零件，如圖2.1所示。其材料為球墨鑄鐵(QT700-4)，尺寸為45615252，零件為鑄件。汽車的發(fā)動機(jī)和固定式高速發(fā)動機(jī)的曲軸常用整體式鍛模件，具有強度高、剛性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，但是組合式曲軸毛坯制造和機(jī)械加工比整體式曲軸簡單。S1005021-37K型曲軸由一個前端軸頸、五個主軸頸、四個連桿軸頸，四個曲柄、四個平衡重以及一個后端構(gòu)成。其工作過程為

19、：在外力作用下曲軸旋轉(zhuǎn)，通過連桿軸頸上的連桿將運動傳遞到缸筒內(nèi)的活塞，從而壓縮缸內(nèi)的高壓油并將之點燃，高壓油通過燃燒將自身內(nèi)能轉(zhuǎn)換為動能推動活塞運動，將運動傳到連桿帶動連桿軸頸，使曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。圖2.1 S1005021-37K曲軸示意圖2.2 零件的技術(shù)要求 曲軸在運行時主要受到慣性力及慣性力矩作用。曲軸的結(jié)構(gòu)一般是整體式。主要由主軸頸和連桿軸頸組成。曲軸的加工工藝非常復(fù)雜，特別是軸頸尺寸和形位公差要求嚴(yán)格。本次設(shè)計中對曲軸加工的技術(shù)要求內(nèi)容是：1.鑄件必須清砂，保持鑄件須清砂，保持兩斜面最高點連接光滑，檢查錯位不得超1mm;毛坯應(yīng)無氣孔、縮孔、裂紋、粘砂、夾渣、結(jié)疤、冷隔等影響曲軸強度的缺

20、陷存在，并清除毛刺，飛邊；2.按熱處理要求正火，本體硬度為240300HBS；3.屈服強度不小于420MP，抗疲勞度不小于700Mpa，延伸率不小于4%，抗拉強度大于800MPa,延伸率>2%；4.尺寸公差按六級精度制造，即尺寸公差等級IT6，表面粗糙度不高于Ra0.8m。軸頸公差等級為IT9IT10；5石化級別1-3級，石墨球徑大小6-8級。珠光體含量大于75%，游離滲碳體小于2%，磷共晶小于1.5%，游離滲碳體和磷共晶體同時存在時則應(yīng)小于3%；6.位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸間的平行度：一般為100mm之內(nèi)不大于 0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速為0.025mm，中大型

21、低速曲軸為0.30.08mm ；7.曲軸硬度在241-311HBW范圍內(nèi)；8.各連桿軸頸的位置度不大于±20。2.3 零件的設(shè)計要求曲軸的加工精度要求高，加工面數(shù)多，且種類繁多，需要車外圓面，車端面，車主軸頸、連桿軸頸，鉆中心孔，鉆斜油孔等，對未知、形狀、尺寸精度都各有要求。處于大批量生產(chǎn)的考慮，應(yīng)當(dāng)設(shè)計生產(chǎn)流水線對曲軸進(jìn)行加工，多采用組合機(jī)床及專用夾具，以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，從而節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動強度。 25第三章工藝規(guī)程設(shè)計3.1 曲軸材料及毛坯的選擇3.1.1確定毛坯種類由于零件材料為QT700-4，故確定毛坯為鑄件。零件質(zhì)量14.855Kg，故毛坯質(zhì)量約為

22、25Kg。毛坯的鑄造方法選用金屬模機(jī)械砂型鑄造根據(jù)機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊表15-5，確定鑄件公差等級采用CT9級。3.1.2確定鑄件余量及形狀根據(jù)機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊表15-7，取加工余量為MA-G級。查機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊表15-8確定各表面的鑄件機(jī)械加工余量。對于金屬模機(jī)械砂型鑄造，根據(jù)機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊表15-9規(guī)定，零件上的孔不用鑄出。3.2 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型本次設(shè)計中的產(chǎn)品是一汽生產(chǎn)的S1005021-37K發(fā)動機(jī)的曲軸，該產(chǎn)品年產(chǎn)量Q=10000（臺/年）n=1（件/臺），該零件設(shè)備的百分率a為10%，廢品率b為1%。該曲軸的生產(chǎn)綱

23、領(lǐng)3： （3.1） ：零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）； ：產(chǎn)品的年生產(chǎn)量（臺/年）； ：備件百分率，%； ：廢品百分率，%。 計算曲軸的年產(chǎn)量為11100件，根據(jù)機(jī)械制造工藝及設(shè)備手冊設(shè)計指導(dǎo)手冊P321表15-2生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。 3.3 選擇定位基準(zhǔn)工件在機(jī)床上用夾具進(jìn)行加緊加工時，用來決定工件相對于刀具的位置的工件上的這些表面成為定位基準(zhǔn)。在進(jìn)行定位基準(zhǔn)的選擇時工藝規(guī)程設(shè)計的重要工作之一，合理正確的選擇定位基準(zhǔn)有助于生產(chǎn)效率的提高。工件的定位基準(zhǔn)包括粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。1.粗基準(zhǔn)的選擇由于曲軸毛坯是彎曲的，為保證中心孔在兩端面集合中心上，粗基準(zhǔn)應(yīng)選靠近曲軸兩端

24、的軸頸（1、5主軸頸）；軸向定位基準(zhǔn)選擇選擇中間主軸頸兩邊的曲柄。2.精基準(zhǔn)的選擇為保證各軸頸的同軸度要求，在基準(zhǔn)選擇時采用基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，加工主頸及與其同軸心的軸頸外表面時，以止推面為精基準(zhǔn)，軸向定位選取法蘭上的定位孔。3.4 制定工藝路線以S1005021-37K的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術(shù)要求能得到保證為出發(fā)點，考慮在対零件進(jìn)行大批量生產(chǎn)中使用專用機(jī)床和專用夾具，集中工序的原則，減少安裝次數(shù)來提高生產(chǎn)效率。在工藝路線的制定中還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)精度以便降低生產(chǎn)成本。曲軸在加工過程中易發(fā)生塑性變形，為了保證曲軸的余量均勻，應(yīng)當(dāng)對曲軸進(jìn)行校直。進(jìn)行綜合分析后制定加工工藝過程如下表2-1

25、表2-1曲軸的加工工序序號工序名稱定位基準(zhǔn)010 020 030040050060070 080090010011012013014015016017018019020按鑄件要求檢驗熱處理 批量毛坯檢驗銑兩端面 鉆端面螺紋孔和中心孔 車前端及主軸頸 車后端 車連桿軸頸銑削平衡重鉆端面孔清洗軸頸淬火精車 止推面 粗磨主軸頸、連桿軸頸 精磨主軸頸、連桿軸頸動平衡去重 拋光主軸頸，連桿軸頸及油孔 清洗氮化按氮化工藝要求檢驗清洗，檢驗，包裝以兩主軸頸及短頭扇形外側(cè)定位以兩主軸頸及短頭扇形外側(cè)定位以兩端面孔定位以兩端面孔定位以兩端圓柱面定位以兩端圓柱面定位以兩端圓柱面定位頂尖孔，以兩端圓柱面定位前后端面

26、及止推面定位 以一、五主軸頸支承面定位 以兩端圓柱面定位3.5 定毛坯尺寸、機(jī)械加工余量設(shè)計毛坯圖3.5.1 確定機(jī)械加工余量鋼制模鍛件的機(jī)械加工余量按JB3835-85確定，由機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.2-24得出數(shù)據(jù)。通過查表得：（1） 鍛件質(zhì)量 ：根據(jù)零件成品質(zhì)量14.855Kg估算得16.68Kg。（2） 加工精度： 零件除兩端孔外的各端面為磨削加工精度。鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)3 (3.2)M1為鍛件質(zhì)量，M2為鍛件包容體的質(zhì)量，假設(shè)鍛件的最大直徑為180mm,長460mm。 KgKg由械制造工藝簡明手冊P45 表2.2-10可查得形狀復(fù)雜系數(shù)S2，屬于一般級別。機(jī)械加工余量 根據(jù)鍛件

27、質(zhì)量以及F2、S2查機(jī)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(jī)械加工表面粗糙度，的表面余量要適當(dāng)增大。3.5.2 設(shè)計毛坯圖（一）確定毛胚尺寸公差本零件的鍛件質(zhì)量16.68kg，形狀復(fù)雜系數(shù)，含C為0.42%0.50%，機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.2-11，鍛件的材質(zhì)系數(shù)M1，采取平直分模，鍛件為精密精度等級，則毛坯的公差可從機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.2-14，2.2-17查得。本零件毛坯的尺寸公差如表2-2。毛坯的同軸度誤差允許值為1.2mm，殘留飛邊為1.2mm。同軸度0.5 。表3-2曲軸毛坯（鍛件

28、）尺寸公差(mm)零件尺寸單面加工余量鍛件尺寸偏差1 +0.8 32 +1.0 2+0.6 2+0.6 4564460 -23.5.3 畫出曲軸毛坯圖(見曲軸零件毛坯圖)3.6 選擇加工設(shè)備與工藝裝備考慮到曲軸的生產(chǎn)為大量生產(chǎn)，故選擇高效機(jī)床。采用YG6硬質(zhì)合金外圓車刀B01，R3車刀B04，B5中心鉆B17 撥盤A01，頂尖。1.工序6、7、12、13為車削，采用CJK6140數(shù)控車床進(jìn)行加工；2.工序14、15為磨削，用C6140數(shù)顯曲軸磨床加工；3.工序5、9鉆孔及4、8銑削用Z8210B/500機(jī)床進(jìn)行加工；3.7 確定工序尺寸參照機(jī)械加工工藝手冊表3.21-21、3.2-22，可以得

29、到各個零件各圓柱表面加工余量，精度等級，工序尺寸以及表面粗糙度。如表3-3.表3-3各表面工序尺寸及公差 加工表面加工內(nèi)容 加工余量精度等級工序尺寸表面粗糙度主軸頸及連桿軸頸鑄件精磨粗磨半精車粗車20.20.61.12CT9IT6IT7IT10IT120.80.86.312.5圓柱面鑄件精磨粗磨半精車20.20.60.8CT9IT6IT7IT10 0.80.86.38孔鉸孔鉆孔5IT8IT120.812.53.8 確定切屑用量及時間定額3.8.1工序4（銑兩端面）切屑用量及時間的確定本工序選用MP-73銑-鉆組合機(jī)床進(jìn)行加工。已知材料為QT7000-4，曲軸為鍛件，機(jī)床型號為Z8210B/50

30、0，工件用專用夾具裝夾。1.選擇刀具根據(jù)切削用量簡明手冊表1.2，選擇圓柱銑刀，游標(biāo)卡尺0-150/0.02樣板C02。根據(jù)切削用量簡明手冊表3.1，銑削深度時，圓盤銑刀直徑為80mm，為60mm。但已知銑削寬度為70mm，故應(yīng)根據(jù)銑削寬度，選擇。由于采用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金圓盤銑刀，故齒數(shù)=12。計算2. 確定進(jìn)給量參照金屬機(jī)械加工人員手冊表 14-69，銑刀為高速鋼套式鑲?cè)忻驺姷?，機(jī)床的功率為,系列剛度為中等，可查得。3確定銑削速度V查金屬機(jī)械加工人員手冊表14-70，由銑刀直徑d=82mm,銑刀齒數(shù)z=12和查得 。4.確定銑端面的基本時間4 （3.3）3.8.2工序5（鉆中心孔）切屑用量及時間

31、的確定1.確定切屑深度；2.確定進(jìn)給量查金屬機(jī)械加工人員手冊表14-49，選用的中心空鉆，為帶護(hù)錐60°復(fù)合中心鉆，由 可查得3.確定切削速度同進(jìn)給量，可查得, 。4. 確定主軸轉(zhuǎn)速n 按Z8210B/500機(jī)床的轉(zhuǎn)速，取。5. 確定出鉆中心孔的基本時間 3.8.3工序6(車前端及主軸頸）切屑用量及時間的確定該道工序采用CJK6140數(shù)控車床進(jìn)行加工；1.選擇刀具根據(jù)切削用量簡明手冊表1.2，可選擇YG6牌號硬質(zhì)合金外圓車刀B01，R8車刀B05，游標(biāo)卡尺0-150/0.02，深度尺0-150/0.02，套規(guī)C05，R8規(guī)C04。計算切削用量確定切削深度 2.確定進(jìn)給量 根據(jù)切削用量

32、簡明手冊表1.6，在粗車鑄鐵、表面粗糙度Ra=12.6m時，取 3.確定切削速度 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.275 （3.4） 式中=故 按CJK6140數(shù)控車床說明書，選擇=500r/min，這時。最后決定的車削用量為，。基本工時3.8.4工序7(車前端）切屑用量及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(zhì)合金車刀，選用可轉(zhuǎn)位車刀（GB2078-87,GB2080-87）,刀具副偏角，刀尖圓弧半徑。精車軸項部分：n3.8.5工序8(銑平衡重）切屑用量及時間的確定本工序為粗加工工序。已知條件同工序1，選用Z8210B/500機(jī)床，選用刀盤型號為A03，內(nèi)徑。 各數(shù)據(jù)計

33、算方法同2.7.1、2.7.2，步驟從略。3.8.6 工序9（鉆端面孔）切屑用量及時間的確定1選擇刀具選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑，計算方法從略。3.8.7工序14（磨軸頸、連桿軸頸）切屑用量及時間的確定各個數(shù)據(jù)計算方法同上，步驟從略。第四章夾具設(shè)計夾具設(shè)計一般是在零件的機(jī)械加工工藝過程制訂之后按照某一工序的具體要求進(jìn)行的。制訂工藝過程，應(yīng)充分考慮夾具實現(xiàn)的可能性，而設(shè)計夾具時，如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見。夾具的設(shè)計質(zhì)量的高低，應(yīng)以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、維護(hù)容易等為其衡量指標(biāo)。4.1夾具設(shè)計的基本要求1.精基準(zhǔn)選擇的原則:在

34、選擇基準(zhǔn)時,主要應(yīng)考慮保證加工精度和工件安裝方便可靠。其選擇原則應(yīng)遵循基準(zhǔn)重合原則， 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，自為基準(zhǔn)原則以及互為基準(zhǔn)原則,對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時,需要兩個表面互相作為基準(zhǔn),反復(fù)進(jìn)行加工,以保證位置精度要求。 一個優(yōu)良的機(jī)床夾具必須滿足下列基本要求： （1）保證工件的加工精度 保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時還需進(jìn)行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。(2) 提高生產(chǎn)效率 專用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用各種快速高效的夾具機(jī)構(gòu)，保證操作方便，縮短

35、輔助時間，提高生產(chǎn)效率。（3）工藝性能好 專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗、維修等。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當(dāng)最終精度由調(diào)整或修配保證時，夾具上應(yīng)設(shè)置調(diào)整和修配結(jié)構(gòu)。（4）使用性能好 專用夾具的操作應(yīng)簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟(jì)適用的前提下，應(yīng)盡可能采用氣動、液壓等機(jī)械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應(yīng)排屑方便。必要時可設(shè)置排屑結(jié)構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。（5）經(jīng)濟(jì)性好 專用夾具應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)生

36、產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析， 以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益6。4.2 夾具設(shè)計的程序4.2.1夾具設(shè)計規(guī)范化概述1夾具設(shè)計規(guī)范化的意義研究夾具設(shè)計規(guī)范化程序的主要目的在于：（1）保證設(shè)計質(zhì)量，提高設(shè)計效率 （2）有利于計算機(jī)輔助設(shè)計 有了規(guī)范化的設(shè)計程序，就可以利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，減輕設(shè)計人員的負(fù)擔(dān)。利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，除了進(jìn)行精度設(shè)計之外， 還可以尋找最佳夾緊狀態(tài)，利用有限元法對零件的強度、剛度進(jìn)行設(shè)計計算，實現(xiàn)包括繪 圖在內(nèi)的設(shè)計過程的全部計算機(jī)控制。（3）有利于初學(xué)者盡快掌握夾具設(shè)計的方法 近年來，關(guān)于夾具設(shè)計的理論研究和實踐經(jīng)驗總結(jié)已日見完備，在此基礎(chǔ)

37、上總結(jié)出來的夾具規(guī)范化設(shè)計程序， 使初級夾具設(shè)計人員的設(shè)計工作提高到了一個新的科學(xué)化水平。4.2.2 夾具設(shè)計的規(guī)范程序工藝人員在編制零件的工藝規(guī)程時，便會提出相應(yīng)的夾具設(shè)計任務(wù)書，經(jīng)有關(guān)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后下達(dá)給夾具設(shè)計人員。夾具設(shè)計人員根據(jù)任務(wù)書提出的任務(wù)進(jìn)行夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計6。現(xiàn)將夾 具結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范化程序具體分述如下。 1明確設(shè)計要求，認(rèn)真調(diào)查研究，收集設(shè)計資料（1）仔細(xì)研究零件工作圖、毛坯圖及其技術(shù)條件。（2）了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量以及生產(chǎn)組織等有關(guān)信息。（3）了解工件的工藝規(guī)程和本工序的具體技術(shù)要求，了解工件的定位、夾緊方案，了解本工序的加工余量和切削用量的選擇。（4）了解所使用量具的精

38、度等級、刀具和輔助工具等的型號、規(guī)格。（5）了解本企業(yè)制造和使用夾具的生產(chǎn)條件和技術(shù)現(xiàn)狀。（6）了解所使用機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)、性能、規(guī)格、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸等。（7）準(zhǔn)備好設(shè)計夾具用的各種標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)定、典型夾具圖冊和有關(guān)夾具的設(shè)計指導(dǎo)資料等。（8）收集國內(nèi)外有關(guān)設(shè)計、制造同類型夾具的資料，吸取其中先進(jìn)而又能結(jié)合本企業(yè)實際情況的合理部分。2繪制夾具總圖繪制夾具總圖通常按以下步驟進(jìn)行：（1）遵循國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，繪圖比例應(yīng)盡可能選取11，根據(jù)工件的大小時，也可用較大或較小的比例；通常選取操作位置為主視圖，以便使所繪制的夾具總圖具有良好的直觀性；視圖剖面應(yīng)盡可能少，但必須能夠清楚地表

39、達(dá)夾具各部分的結(jié)構(gòu)。（2）用雙點劃線繪出工件輪廓外形、定位基準(zhǔn)和加工表面。將工件輪廓線視為“透明體”，并采用網(wǎng)紋線標(biāo)記，表示出零件的加工余量。（3）根據(jù)工件定位基準(zhǔn)的類型和主次，選擇合適的定位元件，合理布置定位點，以滿足定位設(shè)計的相容性。（4）根據(jù)定位對夾緊的要求，按照夾緊五原則選擇最佳夾緊狀態(tài)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的夾緊系統(tǒng)，畫出夾緊工件的狀態(tài)。對空行和較大的夾緊機(jī)構(gòu)，還應(yīng)用雙點劃線畫出放松位置，以表 示出和其他部分的關(guān)系。（5）圍繞工件的幾個視圖依次繪出對刀、導(dǎo)向元件以及定向鍵等。（6）最后繪制出夾具體及連接元件，把夾具的各組成元件和裝置連成一體。3夾具精度校核在夾具設(shè)計中，當(dāng)基本的結(jié)構(gòu)方案擬定之

40、后，應(yīng)該對夾具的方案進(jìn)行精度分析和估算；在夾具總圖設(shè)計完成后，還應(yīng)該根據(jù)夾具有關(guān)元件的配合性質(zhì)及技術(shù)要求，再進(jìn)行一次復(fù)核。這是為了確保產(chǎn)品加工質(zhì)量而必須進(jìn)行的誤差分析。4.確定夾具的結(jié)構(gòu)方案在廣泛收集和研究有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，著手?jǐn)M定夾具的結(jié)構(gòu)方案，主要包括：（1）根據(jù)工藝的定位原理，確定工件的定位方式，選擇定位元件。（2）確定工件的夾緊方案和設(shè)計夾緊機(jī)構(gòu)。（3）確定夾具的其它組成部分，如分度裝置、對刀塊或引導(dǎo)元件、微調(diào)機(jī)構(gòu)等。（4）協(xié)調(diào)各元件、裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)和尺寸。在確定方案的過程中，會有各種方案供選擇，但應(yīng)從保證精度和降低成本的角度出發(fā)，選擇一個與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)的最佳方案。

41、4.3 夾具的分類及其作用夾具是一種裝夾工件的工藝裝備。機(jī)床夾具的種類繁多，按照使用特點可以分為通用夾具，專用夾具，組合夾具，可調(diào)夾具和拼裝夾具。如果將夾具中作用相同的原件或機(jī)構(gòu) 歸納在一起，一般夾具由定位元件、加緊裝置、夾具體、對刀導(dǎo)向元件和其他裝置或元件 構(gòu)成。其中定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分。機(jī)床夾具的作用為：1.保證加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；2.擴(kuò)大機(jī)床適用范圍，充分發(fā)揮機(jī)床潛力；3.有效縮短裝夾的時間，提高勞動生產(chǎn)率；4減輕工人的勞動強度7。4.4 S1005021-37K發(fā)動機(jī)曲軸夾具設(shè)計的設(shè)計思路曲軸屬于異形軸，形狀復(fù)雜，曲軸的主軸頸與連桿軸頸不在同一軸線上，因此

42、對曲軸夾具的設(shè)計有一定的難度。經(jīng)過分析，制定曲軸的夾具裝置應(yīng)該由三部分組成。第一部分：夾具定位支承系統(tǒng)。曲軸的定位與一般軸類零件基本相同，即：圓柱面定位。本道工序是加工曲軸處的兩個端面。用兩個V型塊分別在第一主軸頸和第五主軸頸出定位，限制四個自由度，為了防止加工過程中工件發(fā)生軸向移動，用一個支撐釘在扇形面出定位，限制一個自由度。這樣曲軸的五個自由度都被限制住了，因而可以保證工件加工的準(zhǔn)確性。第二部分：加緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計。加緊機(jī)構(gòu)和動力裝置共同組成了加緊裝置。在夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計中首先要選擇加緊原件。在本次設(shè)計中，夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計為旋轉(zhuǎn)式壓板。夾緊部件選用手動加緊。4.4.1 定位基準(zhǔn)的選擇本次畢業(yè)設(shè)計的曲

43、軸是一個四缸發(fā)動機(jī)曲軸，有五個主軸頸，四個連桿軸頸，其中曲軸的四個連桿軸頸中心線對于主軸的中心線有平衡度的要求，因此確定主軸中心線為設(shè)計基準(zhǔn)。為了減小定位誤差，故以52的主軸頸為定位面，以第一、五主軸頸和止推面為定位基準(zhǔn)來設(shè)計夾具。本夾具裝置使用的夾緊機(jī)構(gòu)是螺釘-壓板型夾緊機(jī)構(gòu)。使用該機(jī)構(gòu)可以增大夾緊力作用，并可增大加緊行程。圖4.1 S1005021-37K曲軸銑端面、平衡塊工序圖4.4.2 計算切削力和夾緊力1.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：法向磨削力：軸向磨削力其中，切向磨削力是確定磨床電動機(jī)功率的主要參數(shù)，又稱為主磨削

44、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(zhì)量；軸向磨削力作用于機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，但與和相比較數(shù)值較小，一般不考慮。由機(jī)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7： （4.1）式中 ：切除單位體積的切屑所需壓力（）； ：切削深度（）； ：工件速度（）； ：砂輪速度（）； ：軸向進(jìn)給量（）； ：砂輪寬度（）；參照機(jī)械加工工藝手冊表13.1-4，可查得=22，=0.6，；由機(jī)械加工工藝手冊表13.4-5取；已知，工件磨削表面直徑，由機(jī)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

45、，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù) 7 （4.2）式中 ：基本安全系數(shù)，1.5； ：加工性質(zhì)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。2.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(zhuǎn)動所需的夾緊力W，根據(jù)工件力矩平衡條件可得： （4.3） 式中 N：V型塊工作面對工件的反作用力，G：工件自重； D：工件定位基準(zhǔn)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7 （4.4） 其中已知D=75.1mm，G=748.7N，=0.25，得：查機(jī)

46、床夾具設(shè)計手冊表1-2-13。得可用扳手的M20六角螺母許用夾緊力，本夾具可以安全工作6。4.4.3定位誤差分析由于在夾具體的制造過程中存在誤差，存在一定的定位誤差，因而設(shè)計夾具裝置時，就要進(jìn)行定位誤差分析。定位誤差產(chǎn)生的主要原因是定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合或定位基準(zhǔn)位移。定位誤公式表示為7。 (4.5） 本夾具的主要定位元件為V型塊，軸向定位時定位基準(zhǔn)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(zhǔn)，即不存在基準(zhǔn)位移公差也不存在基準(zhǔn)不重合誤差，所以。求工序尺寸的定位誤差，定位基準(zhǔn)為主軸頸與V型塊接觸母線A和B，工序基準(zhǔn)為主軸中心線，當(dāng)主軸頸直徑存在誤差時，定位基準(zhǔn)A或B沿V型塊工作面的

47、位移為7 （4.6）所以基準(zhǔn)不重合誤差為7 （4.7）基準(zhǔn)位移誤差為8 （4.8）則總的定位誤差為8 （4.9）已知本工序中，故 4.5 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計本夾具使用V型塊定位，分度盤分度，如圖所示 圖4-2銑床曲軸連桿軸頸夾具裝配示意圖該夾具主要由左夾具體、右夾具體、左夾具V形塊、右夾具V型塊、壓板和定位塊等零件組成。夾具的底座和銑床的工作臺相連接，用V形塊進(jìn)行定位。采用端面銑刀加工。4.6夾具的使用方法將夾具體固定在工作臺上，然后把定位銷（4個）打入夾具體，再把左右兩V形塊固定到各自的夾具體上。V形塊的定位靠定位銷來實現(xiàn)。V形塊的下面和側(cè)面分別墊一塊兒底面墊板和側(cè)面墊板，用來調(diào)整工件的中心線，最后裝上壓蓋、定