曲軸的加工工藝及夾具設(shè)計

1、明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計曲軸加工工藝與曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計專業(yè)學(xué)生姓名班級機(jī)電一體化技術(shù)鄭為山09機(jī)電一班620931382011年12月15日學(xué)號指導(dǎo)教師完成時間目錄摘要 21軸零件圖的分析 :31.1曲軸零件與其工藝特點(diǎn) .31.2曲軸的主要技術(shù)要求 41.3 曲軸零件加工要求4 1.4曲軸零件工藝特點(diǎn) ：42曲軸的機(jī)械加工 42.1曲軸的材料和毛坯 ：42.2曲軸的機(jī)械加工工藝過程 53曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計 .143.1機(jī)床夾具的分類、基本組成和功用 .143.2力口緊方案 153.3定位基準(zhǔn)的選擇15-3.4定位誤差分析 153.5夾具結(jié)構(gòu)簡圖 173.6夾具的使用方法 19總

2、結(jié) .20-參考文獻(xiàn) ：21致謝 .22曲軸的加工工藝與夾具設(shè)計曲軸加工工藝與曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計鄭為山【摘 要】曲軸是汽車發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零件之一 ,其性能好壞直接影響到汽車發(fā)動機(jī)的質(zhì)量和壽 命 .曲軸在發(fā)動機(jī)中承擔(dān)最大負(fù)荷和全部功率 ,承受著強(qiáng)大的方向不斷變化的彎矩與扭矩， 同 時經(jīng)受著長時間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磨損，因此要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性、疲勞強(qiáng)度和良好的 耐磨性能。發(fā)動機(jī)曲軸的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動通過連桿轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實(shí) 現(xiàn)發(fā)動機(jī)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的輸出。本課題是曲軸的加工工藝的分析與設(shè)計進(jìn)行探討。工藝路線的擬定是工藝規(guī)程制訂中 的關(guān)鍵階段，是工藝規(guī)程制訂的總體設(shè)計。所撰寫

3、的工藝路線合理與否，不但影響加工質(zhì) 量和生產(chǎn)率，而且影響到工人、設(shè)備、工藝裝備與生產(chǎn)場地等的合理利用，從而影響生產(chǎn) 成本。所以，本次設(shè)計是在仔細(xì)分析曲軸零件加工技術(shù)要求與加工精度后，合理確定毛坯類 型，經(jīng)過查閱相關(guān)參考書、手冊、圖表、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料，確定各工序的定位基準(zhǔn)、機(jī)械 加工余量、工序尺寸與公差，最終制定出曲軸零件的加工工序卡片。【關(guān)鍵詞】發(fā)動機(jī) 曲軸 工藝分析 工藝設(shè)計 夾具1 軸零件圖的分析1.1 曲軸零件與其工藝特點(diǎn)曲軸是組成發(fā)動機(jī)的重要零件之一， 它的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動， 這一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給其他工作機(jī)械。曲軸工作時的受力情況非常復(fù)雜。它不但受到很大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和

4、大小、方向都在周期 性變化的彎曲應(yīng)力的作用，而且還受到振動所產(chǎn)生的附加應(yīng)力的作用。因此曲軸應(yīng)具有足 夠的強(qiáng)度、剛度、抗疲勞度與抗沖擊韌性。同時，由于曲軸工作時的旋轉(zhuǎn)速度提高，所以 再設(shè)計曲軸時，應(yīng)使曲軸的主軸頸和連桿軸頸具有足夠的耐磨性，且曲軸的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)平衡 分布，以減少不平衡帶給曲軸的附加載荷。不同型式和功用的發(fā)動機(jī)， 為了保證曲軸能正常工作， 對曲軸規(guī)定了嚴(yán)格的技術(shù)要求。 對汽車、拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)和柴油機(jī)的曲軸，有關(guān)部門制定了部頒標(biāo)準(zhǔn)。1.2 曲軸的主要技術(shù)要求 所有主軸項(xiàng)頸和連桿軸頸尺寸公差等級不低于 IT6 ，軸頸的圓度和軸頸母線間 的平行度不大于 0.015mm，軸頸表面粗糙 Ra值為0

5、.40.2 gm ; 連桿軸頸軸線對主軸頸軸線的平行度允差為 0.02/100mm; 長度小于 1.5m 的曲軸，以兩端的主軸頸支撐時，中間主軸頸的徑向跳動允差為 0.03mm; 裝飛輪法蘭盤的端面跳動允差為 0.02/100mm ，法蘭盤的端面只允許凹入，不允許凸起，以保證和飛輪端面可靠貼合； 曲柄半徑公差為± 0.05mm; 主軸頸、連桿軸頸與曲柄連接圓角的表面粗糙度Ra值不大于0.4呵； 多缸發(fā)動機(jī)曲軸、各連桿軸頸軸線之間的角度偏差不大于± 30° 精加工后的曲軸必須經(jīng)過動平衡，所要求的平衡精度決定于發(fā)動機(jī)的用途、軸 頸數(shù)目和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)； 曲軸的主軸頸和連桿

6、軸頸，應(yīng)經(jīng)過表面淬火或氮化，根據(jù)材料與熱處理規(guī)范的 不同，其硬度為 5062HRC ； 曲軸經(jīng)精加工后需進(jìn)行磁力探傷，磁力探傷技術(shù)條件由制造廠規(guī)定，并應(yīng)做退 磁處理。在我國，汽車、拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家眾多，各生產(chǎn)廠家對曲軸加工的技術(shù)要求不 盡相同。1.3 曲軸零件加工要求 所有主軸頸和連桿軸需經(jīng)高頻淬火，其硬度為 55-62HRC ，淬火層深度不小于3mm; 曲軸的動力不平衡量不得大于 120g.cm; 已加工表面上不得有碰痕、裂紋、發(fā)紋、黑點(diǎn)、夾渣、毛刺、凹陷等缺陷； 油道孔內(nèi)不允許有鐵屑和臟物，要用煤油清洗，并用壓縮空氣吹干凈； 非加工表面應(yīng)清潔，不得有氧化皮、疊縫、結(jié)疤、分層和裂縫，不允

7、許用錘輾或 焊補(bǔ)法消除缺陷； 未注尺寸公差：加工尺寸按 Q/SB123 64 ，鍛造尺寸按 Q/SB125 64 。曲軸的加工工藝與夾具設(shè)計圖 1-1 所示曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：主軸頸和連桿軸頸分布在同一平面內(nèi)。四個連桿軸頸 在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布。由此可見，曲軸是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高、剛性特別差的軸類零件。1.4 曲軸零件工藝特點(diǎn) 零件的工藝特點(diǎn)主要取決于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求。作為曲軸加工，其主要問題就是工 件本身的剛性差、零件技術(shù)要求高。這就需要在加工過程中采取一系列相應(yīng)的措施，以使 加工后的零件符合圖紙的設(shè)計要求。應(yīng)采取的措施大致有： 盡量減少或抵消切削力； 提高曲軸的支承剛性，以減小受力

8、變形； 在工藝路線中設(shè)置校直工序，以減少前工序的彎曲變形對后續(xù)工序的影響； 加工工藝路線要分階段，以減少粗加工對經(jīng)精加工的影響；2 曲軸的機(jī)械加工2.1 曲軸的材料和毛坯曲軸材料一般采用 45 鋼（精選含碳量為 0.42%0.47% ），45Mn2 ，50Mn ，40Cr ， 35CrMo 鋼、 QT800-2 球墨鑄鐵等。根據(jù)不同的生產(chǎn)類型和工廠的具體條件，鋼制曲軸毛坯，在單件、 小批生產(chǎn)中常采 用自由鍛造；在大批、大量生產(chǎn)中一般采用模鍛法壓制。在我國，還廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。近年來， 很多工廠廣泛使用具有中國特點(diǎn)的稀 土球墨鑄鐵曲軸。圖 1-1 所示曲軸采用精選 QT800-2 模鍛毛坯

9、。其鍛造工藝過程為：將坯料加熱 至11801240 C；經(jīng)模鍛錘彎曲預(yù)鍛與終鍛；在壓床上切邊；再在模鍛錘上進(jìn)行熱校 正；最后經(jīng)熱處理消除其內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整其硬度值到 207241HBS 。對曲軸為了保證曲軸毛坯具有良好的機(jī)械加工性能與各加工表面余量均勻等要求，毛坯規(guī)定了嚴(yán)格的技術(shù)要求，其主要要求如下。 熱處理：調(diào)質(zhì)硬度為 207241HBS 。 法蘭端面對主軸中心線的垂直度：當(dāng)法蘭厚度小于等于 26.5mm 時，不大于1mm; 當(dāng)法蘭厚度大于 26.5mm 時，不大于 2.5mm 。 法蘭上孔中心對主軸頸中心不同軸度不大于 2mm 。 曲軸彎曲不大于 1mm 。 錯模誤差：縱向，當(dāng)連桿軸頸長小于等

10、于 48mm 時，不大于 1mm ，軸頸長大 于48mm，不大于2.5mm ;徑向，當(dāng)連桿軸頸小于等于3mm，不大于1mm , 軸頸大于3mm 時，不大于 2mm。 表面缺陷深度：不加工表面，允許有不大于 2mm 的凹坑與鏟除休整的痕跡; 加工表面允許有不大于實(shí)際余量 1/2 的凹坑、發(fā)裂與氣孔。 周邊除注明處外，毛刺不大于 8mm ; B處毛刺不大于4mm ; 0166圓周縱向 毛刺不大于 8mm 。 不加工表面不允許有氧化皮、折疊、裂紋等缺陷。 0166 和052 不充滿處允許焊補(bǔ)并磨光，具體按焊接技術(shù)條件進(jìn)行。2.2 曲軸的機(jī)械加工工藝過程 為某中批大量生產(chǎn)類型工廠加工圖 1-1 所示鋼

11、制發(fā)動機(jī)曲軸的機(jī)械加工工藝過程。1P611口”血一陽口 口一驚朗|).re/ioo冊C1*+D.3566J5-0rsbmmJgtO.p 郭 rjaiQJ,15己=um3-Nqblnoael寸-1FC一丄呻-LIUL4RV 一畀亦4|卜0|SHA41匚</12511i的E-br蘋0+D.F_h如仃廠畐' q?' f sO-Ofi-口-呂-?r.- lIPIErldclll一和用9矗X/|Q0?/lO01#|0.0?/100f-BGlca產(chǎn) 00 a-orlp和 4S0*一曲軸示意圖圖1-1中批量生產(chǎn)類型曲軸的加工工藝過程工序號工 序 名 稱工序簡圖與說明設(shè)備1熱處理正火锪、

12、八刖端面,并 從 兩面 鉆 中 心 孔切第四、五側(cè)板面,車第Vc=7m/minf=0.06mm/r 87 夕卜圓：Vc=11.8m/min 105 外圓：Vc=14.2 m/minf=0.4mm/rf=0.1mm/r側(cè)板：Vc=35m/min臥 式 雙 面 中 心 孔 鉆 床特 種 多 刀 車 床主軸頸4校校直時，曲軸的彎曲撓度允許在5mm范圍內(nèi)壓直床5粗Vc=20.3m/minf=0.005mm/粗糙度 6.3外磨圓第磨三床主軸頸6檢86外圓上偏差0下偏差-0.14 ,長度65.95上偏差0.12下偏差0,粗糙在驗(yàn)度6.3工(作抽地檢）占八'、車、 、 四、 五 主 軸 頸 和、八刖

13、 后 端I、II、IV、V 主軸頸 Vc=6m/minf=0.6mm/r法蘭外圓與端面 Vc=11.2m/minf=0.5mm/r42 外圓 Vc=2.9m/minf=0.1mm/r檢驗(yàn)（抽檢5%）特 種 多 刀 車 床占八、9粗 磨 第第五主軸 頸粗磨第 軸頸外圓86 0-o.14長度為60.85上偏差為0.12，下偏差為0 粗磨第五軸頸外圓86 0-0.14長度為84.6上偏差為0.12，下偏差為0 倒圓角為R6Vc=24.3m/mi nf=0.005mm/r外 圓 磨 床10粗 磨 第、第 四 主 軸 頸粗磨第一軸頸外圓86 0-o.14長度為59.75上偏差為0.2，下偏差為0 粗磨第

14、 軸頸外圓86 0-0.14長度為60.85上偏差為0.2，下偏差為0 倒圓角為R6Vc=24.3m/mi nf=0.005mm/r外 圓 磨 床11銑疋位面Vc=29.8m/min12七、八 側(cè) 板,并粗II-IIf=0.158mm/rE:士87 外圓：高速 Vc=11.8m/minf=0.4mm/r低速 Vc=6.1m/minf=0.2mm/r臥 式 銑 床特 種 多 刀 車 床13四連桿軸頸切 第三、四、五、六 側(cè) 板,并 粗 車 第車87外圓：高速 Vc=11.8m/minf=0.4mm/r低速 Vc=6.1m/minf=0.2mm/r連桿 軸 頸14檢檢驗(yàn)11、12工序尺寸精度，與粗

15、糙讀在驗(yàn)工(作抽地檢占八'、5%)15校校直時，允許曲軸被壓彎撓度不得大于5mm壓直床16粗軸頸外圓86 0o.14 ,長度59.75 +0-2 q特磨倒圓角R6種第Vc=21.6m/mi nf=0.004mm/r外、圓、磨三、床四連桿17精車法、蘭外 圓 與 端 面, 車 油 封 軸 頸 并 倒 角160.8外圓：Vc=146.5m/min手動進(jìn)給110 外圓：Vc=102m/min手動進(jìn)給85.6外圓：Vc=78m/min手動進(jìn)給法蘭內(nèi)，外端面：Vc=146.5m/mi n手動進(jìn)給2021精磨第四主軸頸精磨法、蘭端面. 11 rfVc=20m/minf=0.003mm/r精磨法蘭端

16、面至要加工尺寸Vc=50.3m/mi nf=0.005mm/r外 圓 磨 床外 圓 磨 床22在 后 端 擴(kuò)、 鏜、-+六角車床鉸 軸 承 孔擴(kuò)孔 58Vc=10m/minf=0.56mm/r鏜孔 62Vc=62.7m/mi nf=0.17mm/r鉸孔 62 +0.014 0.032 Vc=62.7m/minf=0.17mm/r23精磨四個連桿軸頸Vc=21.4m/minf=0.003mm/r特種外圓磨床3曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計一個機(jī)床的機(jī)械制造工藝系統(tǒng)由機(jī)床、工件、刀具和夾具組成。機(jī)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(jī)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

17、，可以看出夾具在機(jī)械加工中占有很重要的地位，尤其是在成批生產(chǎn)時更是大量采用機(jī)床夾具，它們是機(jī)床和工件之間的連接裝置，使工件相對機(jī)床或刀具獲得正確 的位置。機(jī)床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機(jī)床夾具設(shè)計是裝備 設(shè)計中的一項(xiàng)重要工作。3.1 機(jī)床夾具的分類、基本組成和功用 機(jī)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(diào)整夾具和成組夾具，組合夾具，隨行夾具。機(jī)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(dǎo)向原件或裝置，用以引導(dǎo) 刀具或用以調(diào)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

18、； 4 ）連接原 件，用以確定工件在機(jī)床上的正確位置并與機(jī)床相連接；5）夾具體，用以連接各夾具元件與裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機(jī)床上；6 ）其他元件與裝置，如分度裝置、防錯裝置等。機(jī)床夾具的功用一般為： 1 ）保證加工質(zhì)量； 2）提高生產(chǎn)率，降低成本； 3）擴(kuò)大機(jī)床 工藝范圍，做到一機(jī)多能； 4）平衡各工序時間，以便組織流水生產(chǎn)； 5 ）減輕工人勞動強(qiáng) 度，保證生產(chǎn)安全。3.2 夾緊方案 曲軸在定位之后，為使其在加工過程中不因切削力的作用，而失去正確的定位位置，還必 須設(shè)計夾緊機(jī)構(gòu)，找取設(shè)計的夾緊機(jī)構(gòu)主要是由壓板將力傳給壓緊螺釘，再由壓緊螺桿將 力施加于壓塊，從而使工件牢牢地

19、固定在 V 型塊上。3.3 定位基準(zhǔn)的選擇 工件在機(jī)床上的定位，實(shí)際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機(jī)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(shè)計中，由零件圖可知，曲軸四個連桿軸 頸中心線對主軸中心線有平衡度要求， 其設(shè)計基準(zhǔn)為主軸頸中心線。 為了使定位誤差為零，應(yīng)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(shè) 計以第一、五主軸頸和止推面為定位基準(zhǔn)面的夾具。以曲軸的第一、五主軸頸為定位基準(zhǔn)用兩個 V型塊來限制曲軸y、y、z、z四個自由 度，在第一主軸頸的軸肩平面貼靠 V型塊的側(cè)面限制曲軸的軸向移動一個 x自由度，剩下 一個回轉(zhuǎn)x自由度由防轉(zhuǎn)塊得

20、以限制，對照六點(diǎn)定位原則，使曲軸得到完全定位。采用翻轉(zhuǎn)壓蓋式機(jī)械夾緊，具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、夾緊可靠、增力比大等特點(diǎn)。3.4定位誤差分析因?yàn)楣ぜ亩ㄎ换鶞?zhǔn)和定位元件均有制造誤差，所以工件在夾具中定位后的實(shí)際位置 將在一定范圍內(nèi)變動，即存在一定的定位誤差，設(shè)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(nèi)。產(chǎn)生定位誤差的原因有以下兩個方面： 1）定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合； 2 ）定位基準(zhǔn) 位移。定位誤差就是由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)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。D w B g j"2-本夾具的主要定位兀件為 V型塊，軸向定位時定位基準(zhǔn)右夾

21、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85°.°80.1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 g時，定位基準(zhǔn)A或B沿V型塊工作面的位移為所以基準(zhǔn)不重合誤差為w A1A2 cos g cot cos 2 2 2 2 2基準(zhǔn)位移誤差為則總的定位誤差為w BO1O22 sin2已知本工序中g(shù) 0.034，90°，故0.0342 sin 45°0.0342 0.7070.024mm3.5夾具結(jié)構(gòu)簡圖SZOrO+9/

22、0QZDrD79/:1-二曲軸連桿軸頸磨床夾具件號名稱件數(shù)材料備注1防轉(zhuǎn)塊1Q2352過渡盤2HT2003V形架2HT2004雙頭螺柱2455帶肩螺母2456壓緊螺釘2457螺母2458擺動壓塊2455055HRC9U形壓板2454045HRC10支撐板4T104045HRC11防轉(zhuǎn)塊1Q23512配重塊HT2003.6夾具的使用方法1 .本夾具用于M8230夕卜圓磨床，半精磨汽油機(jī)曲軸的連桿軸頸。通過擰緊螺母，經(jīng)V形壓板帶動擺動塊夾緊工件。2 .工件通過兩個V形架3上的支撐板10作為主定位支撐，由防轉(zhuǎn)塊1或11作為防轉(zhuǎn)支 撐進(jìn)行定位。通過擰緊螺母 5，經(jīng)U形壓板9帶動擺動壓塊8夾緊工件。3.

23、磨削完1、4連桿軸頸后，松幵工件，使其轉(zhuǎn) 180。，當(dāng)工件的工藝定位面C與另 一防轉(zhuǎn)塊11接觸后，將工件夾緊，即可磨削 2、3連桿軸頸?？傮w來說，該夾具能夠大大提高生產(chǎn)效率，因?yàn)榭梢哉{(diào)整，所以其加工范圍增大，能 夠解決設(shè)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(jié)構(gòu)簡單。制造 方便、快捷，能夠?yàn)樾庐a(chǎn)品的順利生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)?？偨Y(jié)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(zhì)量要達(dá)到產(chǎn)品的設(shè) 計要求；二是生產(chǎn)時消耗的物質(zhì)和勞動量最少。在達(dá)到這兩項(xiàng)要求的情況下，才能使產(chǎn)品 的質(zhì)量可靠，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益好。對大量生產(chǎn)的汽車制造業(yè)來說，這兩個基本要求尤為重 要。在好的產(chǎn)品設(shè)計的

24、前提下，汽車的質(zhì)量和可靠性就取決于工藝工作的好壞。當(dāng)然，目 前國際上還有更加先進(jìn)的曲軸加工工藝和機(jī)床設(shè)備，只鉆一對質(zhì)量中心孔，選用日本的 Mazak 五軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一系列的加工。類似這樣的新技術(shù)，目前國內(nèi)汽車發(fā)動機(jī) 曲軸的加工還處于研究階段，從經(jīng)濟(jì)效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于新 技術(shù)、新工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當(dāng)代的青年和科技工作者的不斷努力。參考文獻(xiàn)1 徐灝 .機(jī)械設(shè)計手冊 M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,1995.2 吳宗澤 .機(jī)械設(shè)計師 M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2006.3 薛源順 .機(jī)床夾具設(shè)計 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2008.4 李海國 . 曲軸制造技術(shù)進(jìn)展與未來 .汽車制造業(yè)， 20055 王茂元.機(jī)械制造技術(shù) .北京:機(jī)械工業(yè)出版社 , 20016 王曉娟 .汽車制造工藝技術(shù) .北