六沖程汽車發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設(shè)計 學(xué)生姓名：學(xué) 號: 指導(dǎo)教師：所在學(xué)院：專 業(yè)：I摘 要本課題是曲軸的加工工藝的分析與設(shè)計進行探討。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、工藝裝備及生產(chǎn)場地等的合理利用，從而影響生產(chǎn)成本。所以，本次設(shè)計是在仔細分析曲軸零件加工技術(shù)要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經(jīng)過查閱相關(guān)參考書、手冊、圖表、標準等技術(shù)資料，確定各工序的定位基準、機械加工余量、工序尺寸及公差，最終制定出曲軸零件的加工工序卡片。關(guān)鍵詞：發(fā)動機 曲軸 工藝分析 工藝設(shè)計- 1 -AbstractThis 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, not only influence processing quality and productivity, and affect worker, equipment, and process equipment and production sites, which affect the reasonable utilization of production cost.Therefore, the design is in the careful analysis of the crankshaft parts processing technical requirements and machining precision, reasonably determine the blank type, after consulting relevant reference, manuals, charts, standards, technical data to determine the locating datum, mechanical process and procedure limits.but dimensions and tolerances, eventually developing a crank parts processing process card.Keywords: engine crankshaft process analysis and process design- 2 -目錄摘 要 IABSTRACT- 1 -前 言- 2 -1 發(fā)動機曲軸零件圖的分析- 3 -1.1 曲軸的功能和用途 - 3 -1.2 曲軸的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求 - 4 -2.工藝過程設(shè)計 - 5 -2.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 - 5 -2.2 審查零件圖樣工藝性 - 5 -2.3 選擇毛坯 - 5 -2.4 工藝過程設(shè)計 - 5 -2.5 確定加工余量及毛坯尺寸、設(shè)計毛坯圖 .- 10 -2.6 重要工序設(shè)計 .- 11 -2.7 確定切削用量及基本時間 .- 13 -3.夾具設(shè)計 .- 18 -3.1 機床夾具的分類、基本組成和功用 .- 18 -3.2 發(fā)動機曲軸夾具的設(shè)計思路 .- 19 -3.3 曲軸連桿鉆中心孔夾具設(shè)計 .- 20 -總結(jié) .- 27 -參考文獻 .- 28 -致 謝 .- 29 -- 3 -前 言曲 軸 的 材 料 是 由 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 或 球 墨 鑄 鐵 制 成 的 ， 有 兩 個 重 要 部 位 ： 主 軸 頸 ， 連桿 頸 ， （ 還 有 其 他 ） 。 主 軸 頸 被 安 裝 在 缸 體 上 ， 連 桿 頸 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(gòu) 。 曲 軸 的 潤 滑 主 要 是 指 與 搖 臂 間 軸瓦 的 潤 滑 和 兩 頭 固 定 點 的 潤 滑 ． 這 個 一 般 都 是 壓 力 潤 滑 的 ， 曲 軸 中 間 會 有 油 道 和 各個 軸 瓦 相 通 ， 發(fā) 動 機 運 轉(zhuǎn) 以 后 靠 機 油 泵 提 供 壓 力 供 油 進 行 潤 滑 、 降 溫 。 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 為 旋 轉(zhuǎn) 運 動 。 曲 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 是 發(fā) 動 機 的 動 力 源 。曲軸的結(jié)構(gòu)包括軸 頸 、 曲 軸 臂 、 曲 軸 銷 、 側(cè) 蓋 以 及 連 桿 大 端 軸 承 。 軸 頸 具 有 一 第一 油 路 。 曲 軸 臂 連 接 于 軸 頸 。 曲 軸 銷 設(shè) 置 于 曲 軸 臂 之 中 ， 并 且 抵 接 于 軸 頸 。 曲 軸 銷 具有 第 一 機 油 緩 沖 室 、 第 二 機 油 緩 沖 室 以 及 第 二 油 路 。 第 一 機 油 緩 沖 室 系 連 接 于 第 二 機油 緩 沖 室 ， 第 二 油 路 連 接 于 第 二 機 油 緩 沖 室 。 側(cè) 蓋 設(shè) 置 于 曲 軸 臂 中 ， 側(cè) 蓋 與 曲 軸 銷 之間 成 形 有 一 空 間 ， 該 空 間 連 接 于 第 一 油 路 與 第 一 機 油 緩 沖 室 之 間 。 連 桿 大 端 軸 承 設(shè) 置于 曲 軸 臂 之 中 ， 曲 軸 銷 套 設(shè) 于 連 桿 大 端 軸 承 之 中 ， 第 二 油 路 連 接 于 第 二 機 油 緩 沖 室 與連 桿 大 端 軸 承 之 間 。 本 實 用 新 型 可 將 機 油 內(nèi) 微 小 異 物 過 濾 掉 ， 減 少 了 連 桿 大 端 軸 承 遭受 微 小 異 物 侵 入 的 機 會 ， 并 避 免 連 桿 大 端 軸 承 損 壞 ， 進 而 可 延 長 曲 軸 結(jié) 構(gòu) 的 使 用 壽 命 。在曲軸的機械加工中，采用新技術(shù)和提高自動化程度都不斷取得進展。目前，國內(nèi)較陳舊的曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設(shè)備一般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，難以達到合理的加工余量。精加工普遍采用 MQ8260 等普通曲軸磨床進行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通?？咳斯げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)，尺寸一致性差?，F(xiàn)在加工曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸采用車拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動外銑，全部采用干式切削。在對連桿頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現(xiàn)往復(fù)擺動進給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進行磨削加工。- 4 -1 發(fā)動機曲軸零件圖的分析1.1 曲軸的功能和用途曲軸是發(fā)動機上極為重要的零件，他是將連桿傳來的徑向力轉(zhuǎn)變成饒其本身軸線旋轉(zhuǎn)的扭矩，并將此扭矩輸出給汽車或其他裝置。同時，曲軸還驅(qū)動配氣機構(gòu)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(fù)雜，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸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。1.2 曲軸的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求曲軸絕大部分是整體式，只有極少數(shù)柴油機采用組合式。大致結(jié)構(gòu)如圖所示，曲柄臂和連桿軸頸、主軸頸由圓角連接。通常在前端設(shè)有驅(qū)動附件、凸輪軸的軸頸，在后端設(shè)有輸出法蘭。曲軸內(nèi)設(shè)有主軸頸通向連桿軸頸的供油孔。- 5 -圖 1.1 曲軸結(jié)構(gòu)圖曲軸在低轉(zhuǎn)速時主要受到燃燒壓力的作用，在高轉(zhuǎn)速時主要受到慣性力和彎曲振動、扭轉(zhuǎn)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(fù)雜，所以常和實測并用。曲軸的主要要求1.主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關(guān)等級 IT6，連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關(guān)等級 IT6，表面粗糙度 Ra 值為 1.25～0.63μm。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之半。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(nèi)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.工藝過程設(shè)計2.1 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型發(fā)動機的曲軸，現(xiàn)在已知該產(chǎn)品為中型機械，可確定其生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。- 6 -2.2 審查零件圖樣工藝性曲軸零件圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)基本要求齊全。但油封軸頸端軸承孔的內(nèi)表面粗糙度未給出，一般 7 級孔的表面粗糙度為 即可。第四主軸頸，0.8Ram?齒輪軸頸和皮帶輪軸頸的表面粗糙度也未給，一般 7 級基準要求 即可。本零件的各表面加工并不困難。斜油孔傾斜較深，但由于只做儲油孔用，位置精度不需要太高的要求，只要鉆到軸頸的中間靠外就可以了，所以斜油孔的加工也不成問題。2.3 選擇毛坯曲軸是發(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。該零件的材料為整體軟氮化，輪廓尺寸不大且形狀比較復(fù)雜，又屬于大批量生產(chǎn)，因此采用模鍛成型。曲軸零件的形狀比較復(fù)雜，因此毛坯形狀要與零件的形狀盡量接近，即外形鍛成六拐形式，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。2.4 工藝過程設(shè)計2.4.1 定位基準的選擇（一）粗基準的選擇曲軸的毛坯一般都呈彎曲狀態(tài)，為保證兩端中心孔都能在兩端面的幾何中心上，粗基準應(yīng)選靠近曲軸兩端的軸頸。為保證其他軸頸外圓余量均勻，在鉆中心孔后，應(yīng)對曲軸進行校直。由于大批量生產(chǎn)的曲柄毛坯的精度高，曲柄不加工，所以軸向的定位基準一般選取中間主軸頸兩邊的曲柄。因為中間主軸頸兩邊的曲柄處于曲軸的中間部位，用作粗基準可以減少其它曲柄的位置誤差。（二）精基準的選擇曲軸和一般的軸類零件相同，最重要的精基準三中心孔。曲軸軸向上的精基準，一般選取曲軸一端的端面或軸頸的止推面。但在曲軸加工的過程中，定位基準要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換。曲軸圓周方向上的精基準一般選取曲軸上的定位平- 7 -臺或法蘭上的定位孔。2.4.2 加工階段的劃分與工序順序的安排曲軸的主要加工部位是主軸頸和連桿軸頸，次要加工部位是法蘭盤、曲柄、斜油孔、螺孔和鍵槽等。除機械加工外還有軸頸淬火、磁探傷、動平衡等。在加工過程中還要安排校直、檢驗、清洗等工序。（一）加工階段的劃分曲軸的機械加工工藝過程大致可分為：加工基準面——粗加工主軸頸和連桿軸頸——加工斜油孔等次要表面——主軸頸和連桿軸頸的熱處理——精加工主軸頸和連桿軸頸——加工鍵槽和兩端孔等——動平衡——光整加工主軸頸和連桿軸頸。曲軸的主軸頸和連桿軸頸的技術(shù)要求都很嚴格，所以各軸頸表面加工一般安排為：粗車——精車——粗磨——精磨——超精加工。對于本發(fā)動機曲軸進行粗加工時，以中間主軸頸為輔助定位基準，所以先粗加工和半精加工中間主軸頸，然后再加工其他主軸頸。而連桿軸頸的粗、精加工，一般都要以曲軸兩端主軸頸定位，所以連桿的粗精加工都安排在主軸頸加工之后進行的。（二）工序安排斜油孔的進出口都安排在曲軸的軸頸上，所以在軸頸淬火之前加工。鉆斜油孔時，用加工過的軸頸定位，可以保證其位置精度。主軸頸是連桿軸頸的設(shè)計基準，所以，主軸頸與連桿軸頸的車削（銑削）和磨削，一般都是先加工主軸頸再加工連桿軸頸。在精磨主軸頸的過程中，先精磨第四主軸頸，這樣在精磨其他主軸頸、油封軸頸時就可以以第四主軸頸為輔助支撐面，因而可以大大降低曲軸精磨后的彎曲變形。在最后檢查后，以曲軸兩端的主軸頸為測量基準，測量其他軸頸的徑向跳動。鋼曲軸在加工的過程中，軸頸產(chǎn)生跳動的原因之一是，曲軸經(jīng)加工后應(yīng)力重新分布，從而造成變形，所以在曲軸的第一主軸頸精磨之后，應(yīng)緊接著安排齒輪軸、皮帶輪軸頸的精磨工序，在第七主軸頸精磨工序之后，應(yīng)緊接著安排油封軸頸的精磨工序，以免內(nèi)應(yīng)力重新分布，造成過大的影響。同時為了避免曲軸剛度降低造成這些軸頸磨削后徑向跳動增大，其他主軸頸的精磨應(yīng)該放在這些軸頸的精磨之后。校直對曲軸的疲勞強度有著不利的影響，在制定曲軸的加工工藝過程中，應(yīng)盡量減少曲軸的校直的次數(shù)。為了保證余量均勻、減少變形的影響，在關(guān)鍵工序上，如第四主- 8 -軸頸加工前、淬火后、動平衡去重后仍需安排校直。曲軸各軸頸的表面粗糙度要求較高，所以把各軸頸的超精密加工放在最后。如果在超精密加工后再安排其他工序，則有可能破壞已加工好的軸頸表面。2.4.3 制定工藝路線制定曲軸工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當使曲軸的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證，在大批量的生產(chǎn)情況下，可以考慮采用專用機床和專用夾具等，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟因素，以降低生產(chǎn)成本。由于曲軸在加工過程中塑性變形大，因此為了保證余量均勻、減少變形的影響，應(yīng)該在關(guān)鍵工序上安排一些校直工序，而方案一中只有一次校直。斜油孔口在淬火時由于受熱不均勻很容易發(fā)裂，因此必須在熱處理前對其進行壓堵處理，而方案一也忽略了這一點。方案二對方案一中的問題作了一些較大改進，但如果仔細分析其在工序安排上仍然存在問題，如連桿軸頸的粗、精銑最好安排在相鄰兩道工序中以減少工件的搬運，在一臺機器上進行加工完畢，提高生產(chǎn)效率。因此，經(jīng)過綜合考慮，最終確定曲軸加工工過程如下表 2-1。表 2-1 曲軸的加工工序序號 工序名稱 定位基準123456銑端面中心孔粗車第四主軸頸校直第四主軸頸半精車第四主軸頸粗磨第四主軸頸粗車第四主軸頸以外的主軸頸、齒輪軸頸和皮帶輪軸頸第一、七主軸頸及第四主軸頸側(cè)面，并以三、四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、油封軸頸，并以第二、六主軸頸為輔助支撐面第一、七主軸頸頂尖孔、油封軸頸，并以第二、六主軸頸為輔助支撐面頂尖孔，并以第四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔和第四主軸頸- 9 -7891011121314151617181920212223242526校直主軸頸擺差粗磨第一主軸頸和齒輪軸頸精車第二、三、五、六、七主軸頸、油封軸頸和法蘭粗磨第七主軸頸粗磨第二、三、五、六、七主軸頸在第一、十二曲柄上銑定位面內(nèi)銑六個連桿軸頸及過度圓角內(nèi)精銑六個連桿軸頸過度圓角清洗在連桿軸頸、主軸頸上锪球窩鉆一、二和六、七軸頸上兩道斜油孔鉆四、五和三、四軸頸上兩道斜油孔鉆五、六和二、三軸頸上兩道斜油孔各油孔口倒角攻各油孔口螺紋去除各油孔口銳邊毛刺清洗各油孔及螺孔各油孔口壓堵校直曲軸精磨第四主軸頸及其過度圓角第一、第七主軸頸頂尖孔、第七主軸頸，并以第一、第四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第一主軸頸，并以第六主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第一主軸頸，并以第三、五主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第七主軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面第一、第七主軸頸及第一連桿軸頸第一、第七主軸頸及曲柄定位面第一、第七主軸頸及曲柄定位面第一主軸頸和油封軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面第一主軸頸和油封軸頸，并以第三主軸頸為輔助支撐面第一主軸頸和油封軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面齒輪軸頸和油封軸頸第一、七主軸頸頂尖孔、油封軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面- 10 -2728293031323334353637383940414243444546精磨第七主軸頸及其過度圓角精磨第一主軸頸與齒輪軸頸及其圓角精磨油封軸頸和法蘭精磨二、三、五、六主軸頸及其過度圓角粗磨六個連桿軸頸精磨六個連桿軸頸在皮帶輪軸頸、齒輪軸頸上銑鍵槽鉆擴鉸中心孔 52?鉆中心孔 .鏜中心孔 及 內(nèi)環(huán)槽和中心孔 的 錐面25.06攻 L 螺紋71M?鉆油封軸頸 6 孔 ?攻 螺紋4.5?曲軸動平衡，去不平衡重去毛刺校直曲軸氮化拋光主軸頸和連桿軸頸清洗檢驗頂尖孔、第四主軸頸，并以第六主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第七主軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面頂尖孔、第一主軸頸，并以第四、七主軸頸為輔助支撐面油封軸頸、第一主軸頸，并以第四、七主軸頸為輔助支撐面頂尖孔，第一、七主軸頸，并以其他主軸頸為輔助支撐面頂尖孔，第一、七主軸頸，并以其他主軸頸為輔助支撐面齒輪軸頸，并以第二、七主軸頸為輔助支撐面第七主軸頸、皮帶輪軸頸第一、七主軸頸第七主軸頸、皮帶輪軸頸第二、六主軸頸第二、六主軸頸第二、六主軸頸第一、七主軸頸第一、七主軸頸第一、七主軸頸，并以第四主軸頸為輔助支撐面- 11 -2.5 確定加工余量及毛坯尺寸、設(shè)計毛坯圖2.5.1 確定機械加工余量鋼質(zhì)模鍛件的機械加工余量按 JB3835-85 確定，根據(jù)估算的鍛件質(zhì)量、加工精度及鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)，由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表 2.2-24 查得。表中余量值為單面余量。（1）鍛件質(zhì)量 根據(jù)零件成品質(zhì)量 76.4kg 估算為 92.5kg。（2）加工精度 零件除兩端孔外的各表面為磨削加工精度 。2F（3）鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù) 2S（2-2）12MS?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 Φ220mm，長965mmm2()96.57821487.mgkg????1.kg由《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表 2.2-10 可查得形狀復(fù)雜系數(shù) ，屬于一般級2S別。（4） 機械加工余量 根據(jù)鍛件質(zhì)量、 、 查《機械加工工藝手冊》第一卷表2FS3.1-56 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械加工表面粗糙度 Ra≥1.6μm，Ra＜1.6μm 的表面余量要適當增大。2.5.2 設(shè)計毛胚圖（一）確定毛胚尺寸公差本零件的鍛件質(zhì)量 92.5kg，形狀復(fù)雜系數(shù) ，含 C 為 0.42%～0.50%，按《機械制2S造工藝設(shè)計簡明手冊》表 2.2-11，鍛件的材質(zhì)系數(shù) M1，采取平直分模線，鍛件為精密精度等級，則毛坯的公差可從《機械制造工藝設(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- 12 -1.2mm。表 2-2 曲軸毛坯（鍛件）尺寸公差（mm）零件尺寸單面加工余量鍛件尺寸 偏差Φ85 3 Φ91 +2.1 Φ62 3 Φ68 +2.1 Φ54 3.5 Φ60 +2.1 Φ75 3.5 Φ90 +1.9 958 4 962 -2（二）確定毛坯熱處理鋼質(zhì)曲軸毛坯頸鍛造后應(yīng)安排正火，以消除殘留的鍛造應(yīng)力，并使不均勻的金相組織通過重新結(jié)晶而得到細化均勻的組織，從而改善了加工性。2.6 重要工序設(shè)計2.6.1 選擇加工設(shè)備和工藝裝備工序 1：選用 MP-73 銑鉆組合加床，使用 MP-73 銑鉆組合機床夾具，根據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表 10-39 選用鑲齒套式銑刀（GB1126-85）直徑=125mm，寬L=40mm 的中心鉆頭，據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表 10-21（GB6078-85）選用 B形帶護錐的中心鉆 d=8mm，l=100mm；量具選用 1000mm 鋼直尺和分度值 0.05 測量范圍0～125 的游標卡尺。工序 8：據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表 8-33 選用 MQ1350B 外圓磨床；使用頂尖定位、100～300JB3392-83 雞心卡頭夾緊，并使用中心架，保證加工效率和精度；由《金屬機械加工工藝人員手冊》表 10-76（GB127-84）選用 PSA150×16×40-A46-L5-B35 型砂輪；量檢具選用測量范圍為 75～100mm，分度為 0.01 的外徑千分尺，分度值0.05、0～125 的游標卡尺，同軸度、端面跳動檢具，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 9：根據(jù)曲軸的車削直徑和長度，為保證加工精度和加工效率，據(jù)《金屬機床加工工藝人員手冊》表 8-18 選用 CK6140 數(shù)控機床，采用精車主軸頸專用夾具，采用YT15 硬質(zhì)合金車刀，選用可轉(zhuǎn)位車刀（GB2078-87，GB2080-87） ，切槽刀亦選用高速鋼。- 13 -量檢具選用 24-240C 型氣動量具和手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 13：查 CFM 公司曲軸內(nèi)銑機床號及技術(shù)參數(shù)表選用 FKP20/1 型單刀盤內(nèi)銑床，使用內(nèi)銑自帶卡座和中心定位和夾緊；選用刀盤型號為 MKJ，內(nèi)徑 Φ300mm，刀片號16/8；量檢具選 24-240C 型氣動量儀，曲軸自動檢驗機和圓規(guī)卡規(guī)，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 29：據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表 8-33 選用 MO1350B 外圓磨床，使用頂尖定位、100～130JB3392-83 雞心卡頭夾緊，并使用中心架，由表 10-76（GB4127-84）選用 PSA150×16×40-A46-L5-B35 型砂輪；量檢具選用分度值 0.05 測量范圍0～125mm 的游標卡尺，24-240C 型氣動測量儀，圓柱度、端面跳動檢具和圓規(guī)卡規(guī)，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 35：據(jù)連桿軸頸磨削直徑和曲軸長度，由《金屬機械加工工藝人員手冊》表8-33 選用 MB1350B 外圓磨床；使用精磨連桿軸頸專用夾具；由表 10-76（GB4127-84）選用 PSA150×16×40-A46-L5-B35 型砂輪；量檢具選用分度值 0.05 測量范圍 0～125mm的游標卡尺，24-240C 型氣動測量儀，曲軸自動檢驗機和圓規(guī)卡規(guī)，手提式曲軸表面粗糙度檢驗儀。工序 36：據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表 9.1-1 選用 XQ6125 臥式銑床；使用銑鍵槽專用夾具定位夾緊；據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表 10-39 選用直徑D=50mm、內(nèi)徑 d=16mm，L=6mm，齒數(shù)為 14 的直齒三面銑刀（GB1121-85） ；選用分度值0.05 的測量范圍 0～125mm 的游標卡尺和鍵槽尺寸專用夾具。2.6.2 確定工序尺寸確定工序尺寸的一般方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標注。當無基準轉(zhuǎn)換時，統(tǒng)一表面多次加工的工序尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關(guān)，當基準不重合時，工序尺寸應(yīng)用工藝尺寸鏈解算。1. 確定主要圓柱面的工序尺寸圓柱表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關(guān)。前面根據(jù)有關(guān)資料已查出本零件各圓柱面的總加工余量（毛坯余量） ，應(yīng)將總加工余量分為各工序加工余量，然后往前計算工序尺寸。中間工序尺寸的公差按加工方法的經(jīng)濟加工精度確定。參照《機械加工工藝手冊》表 3.2-21、3.2-22，表 3.2-2 由最后工序的尺寸可一次算得本零件各圓柱表面的加工余量、工序尺寸及公差以及表面粗糙度。如表 2-3 所示- 14 -（另附） 。2. 確定主要軸向工序尺寸參照《機械加工工藝手冊》表 3.2-21、3.2-22，由零件圖上的軸向尺寸及所設(shè)計的毛坯尺寸可以一次算得本零件的工序的軸向尺寸。本零件各主要端面的加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度。如表 2-4 所示（另附） 。3. 銑鍵槽零件圖樣要求鍵槽精度為 IT7，槽寬 。0.56?2.7 確定切削用量及基本時間切削用量一般包括切削深度、進給量及切削速度三項，確定方法是先確定切削深度、進給量，再確定切削速度。2.7.1 工序 1（銑端面鉆中心孔）切削用量及時間的確定本工序為粗加工工序。已知材料為 QT800-2， =650 ，鍛件，有外皮；機床型b?Mpa號為 銑鉆組合機床，工件裝夾在銑鉆專用夾具上。MP-73銑端面確定切削深度 ： p?由于單邊余量為 2.5mm，參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-68，可在一次走刀內(nèi)切完，故（2-3）9612.5pm??(2) 確定進給量 ：zf參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-69，銑刀為高速鋼套式鑲?cè)忻驺姷叮瑱C床的功率為 kw,系列剛度為中等，可查得 =0.13mm/r。5~10zf（3）確定切削速度 v ：切削速度 v 可以根據(jù)公式計算，也可以由表中直接查出。參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-70，由銑刀直徑 d=125mm,銑刀齒數(shù) z=6 和 =0.13mm/r 查得 zfv=261m/min。- 15 -(4) 確定銑端面的基本時間 1fT（2-4）12403.28min.67fmlTif??????2.鉆中心孔（1）確定切削深度 ： pa鉆中心孔一次行程即可完成， =22mm。p（2）確定進給量 f ： 參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-49，選用的中心空鉆，為帶護錐 60°復(fù)合中心鉆，由 d=8mm 可查得 f=0.08mm/r。（3）確定切削速度 v： 同進給量，可查得 v=12~25mm/min,本工序中取 v=20m/min。（4）確定主軸轉(zhuǎn)速 n 按 MP-73 銑鉆組合機床的轉(zhuǎn)速，取 n=655r/min。（5）確定鉆中心孔的基本時間 （2-5）12230.84min65jlTfn?????故工序 1 的基本時間是=0.28+0.24=1.12min （2-6）12jjj2.7.2 工序 8（粗磨第一主軸頸）切削用量及時間的確定1. 粗磨第一主軸頸（1）確定磨削深度 ： pa由于雙邊余量僅為 0.2mm，參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-128，工作臺一次往復(fù)行程橫向進給量 mm,取為 mm,故可在兩次行程內(nèi)完成0.25~.48tf?0.5tf?（2-7）0.21pam?（2）確定進給量 ：Bf參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-128，可算得縱向進給量 =（0.5~0.8）Bf- 16 -=（ 0.5~0.8） 16mm=8~12.8mm/r,取 =10mm/r。Mb?Bf（3）確定切削速度 v ：切削速度 v 可以根據(jù)公式計算，也可以直接由表中查出。參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-128，工件磨削表面的直徑 d=75mm, 查得 =13~16min,本工序去wv=13m/min;由《機械加工工藝手冊 》表 13.4-5 取砂輪輪速為 =25m/s。wv sV（4）確定主軸轉(zhuǎn)速 n：（2-8）106sVnd???按 MQ1350B 外圓磨床的轉(zhuǎn)速，n=3200r/min。（5）確定粗磨第一主軸頸的基本時間：參照《金屬機械加工人員手冊》表 15-27 可查得外圓磨床的機動時間為：（2-9）1(43.92.5)01.20.3min48jwBtLhKTinf????其中 K—外圓磨系數(shù)，據(jù)表 15-27 取 1.1；—工件每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min ）,w（2-10）100135/min.47wvnrd????粗磨齒輪軸頸確定切削深度 ： ea由于雙邊余量為 0.3mm,參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-128，工作臺一次往復(fù)行程橫向進給量 ,取為 ，故可在 2.5 次行程內(nèi)完成。0.236~.47tfm?0.5tfm?0.3152eam?（2）確定進給量 ：Bf參照《金屬機械加工人員手冊》表 14-128，可算得縱向進給量，取 。(0.5~8)(0.5~8)16~2.8/BMfbmr????12/Bfmr?（3）確定切削速度 v： 切削速度 v 可以根據(jù)公式計算，也可直接由表中查出。參照《金屬機械加工人員手- 17 -冊》表 14-128，工件磨削表面的直徑 d=52mm,查得 ，本工序 v=12m/min;據(jù)12~4/minv?《機械加工工藝手冊》表 13.4-5 取砂輪速度為 。5s（4）確定主軸轉(zhuǎn)速 n=3184.7r/min （2-11）102560/mi3.14svnrd???據(jù) MQ1350B 外圓磨床的轉(zhuǎn)速，取 n=3200r/min.（5）確定粗磨齒輪軸項的基本時間 同上可知（2-12）2(3521)0.52.03in7.47jwBtLhKTinf????工序的基本時間為 120.30.6minjjj??2.7.3 工序 9（精車第二、三、五、六、七主軸頸、油封軸頸和法蘭）切削用量即基本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 。10rk??1.0rm??精車軸項部分： 1.5072pam?3/inv.fr10/in?mjT切槽（采用 高速鋼車刀）：84rWCv4.95pa?1/inv0.3fmr59/i?2.4njT工序的基本時間：- 18 -（2-13）120.431minjjjT???2.7.4 工序 13（內(nèi)銑六個連桿軸頸）切削用量即基本時間的確定本工序為粗加工工序。已知條件同工序 1，查 GFM 公司曲軸內(nèi)銑床型號及技術(shù)參數(shù)表選用 FKP20/1 型單刀盤內(nèi)銑床，選用刀盤型號為 MKJ，內(nèi)徑 ，刀片號 16/8。30m?各數(shù)據(jù)計算方法同 2.7.1、2.7.2，步驟從略。2.5pam?1/inv0.fr6/i?17.9njT2.7.5 工序 29（精磨第四主軸頸及其過渡圓角）切削用量及基本時間的確定本工序為精加工工序，選用 MQ1350B 外圓磨床，是用頂尖定位、雞心頭夾緊，并使用中心架，所選砂輪的寬度為 。10~39283JB? 32Mbm?.pam?5/inWv3s20/Bfr?45minn.3jT2.7.6 工序 35（精磨六個連桿軸頸）切削用量及基本時間的確定本工序為精加工工序，連用 MB0350B 外圓磨床，使用精磨連桿曲軸專業(yè)夾具，所選砂輪的寬度 16Mbm?各數(shù)據(jù)計算方法同 2.7.1、2.7.2，步驟從略。0.25ea- 19 -30/vms?1bfr85/inn2.6jT?2.7.7 工序 36（銑鍵槽）切削用量及基本時間的確定各數(shù)據(jù)計算方法同 2.7.1、2.7.2，步驟從略。7.5pam?0/inv.zfr35/i?T0.21nj3.夾具設(shè)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。機床夾具的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(chǎn)時更是大量采用機床夾具，它們是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(shè)計是裝備設(shè)計中的一項重要工作。3.1 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(diào)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(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；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- 20 -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(zhì)量；2）提高生產(chǎn)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(chǎn)；5）減輕工人勞動強度，保證生產(chǎn)安全。3.2 發(fā)動機曲軸夾具的設(shè)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(fù)雜，剛性差及技術(shù)要求高，針對這些特點應(yīng)采取相應(yīng)的措施，分析如下：3.2.1 形狀復(fù)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(shè)計中應(yīng)解決以下幾點問題：a.設(shè)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(zhuǎn) 180 度，加工另一連桿軸頸。b.為消除加工時的不平衡力的產(chǎn)生，設(shè)計夾具時應(yīng)精確設(shè)計平衡重。3.2.2 剛性差因本曲軸長徑比較大，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(chǎn)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(shè)計中應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生變形的工序后面增設(shè)校直工序。3.2.3 技術(shù)要求高曲軸技術(shù)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。加工時應(yīng)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。- 21 -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(shè)計時定位基準應(yīng)盡量與設(shè)計基準一致。綜上分析，鑒于磨削連桿軸頸夾具的典型性和特殊性，決定設(shè)計六個連桿軸頸的粗磨夾具，本夾具將用于 MQ1350B 外圓磨床。本夾具可同時粗磨位于同一軸心線上的連桿軸頸、兩側(cè)面及過度圓角。其中，各連桿軸心線的相位差要求控制在 之內(nèi)對夾具的分度裝置精度要求較高，同時連桿軸頸30?有較高的尺寸和位置精度，對夾具的定位夾緊機構(gòu)精度要求較高。連桿軸頸側(cè)面有較高的端面跳動要求，并同時滿足和磨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。由于只能同時磨削在同一軸心線上的連桿軸頸，所以在每一組磨削完兩道軸頸之后都要將工件進行 角度調(diào)整使待磨削的連桿軸頸和012機床中心線能夠在同一條軸心線上，這就可以考慮在夾具上設(shè)計出專用的 分度盤進012行分度來提高生產(chǎn)效率，不過 分度裝置的精度等級要高出連桿軸頸精度等級 1 級以上。綜合分析以上問題，本夾具的設(shè)計存在特殊之處，對各部分的要求都相對較高，在設(shè)計時必須認真思考和全面地衡量，盡可能地減少夾具導(dǎo)致的加工誤差和降低精度的因素。在保證加工質(zhì)量的前提下，還要考慮提高生產(chǎn)率和降低成本，減輕工人的勞動強度。3.3 曲軸連桿鉆中心孔夾具設(shè)計3.3.1 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(shè)計中，由零件圖可知，曲軸六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、七主軸頸和止推面為定位基準面的夾具。- 22 -采用翻轉(zhuǎn)壓蓋式機械夾緊，具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、夾緊可靠、增力比大等特點。3.3.2 鉆削力及夾緊力的計算計算切削力（3-1）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， =0.76， =0.8， =0.62；由《機械加工工藝手冊》表FCa????13.4-5 取 =35m/s；已知 =0.1，工件磨削表面直徑 =62mm，由《機械加工工藝手冊》svpawd表 13.4-6 可查得 =24m/min；砂輪寬度 =8mm， ，本wsb(0.5~8)0.4~6af m???工序取 ，由此算得：0.5afm?.60.7.60.238213451.497tntFNN???在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù) （3-2）1234KK??式中 ------基本安全系數(shù)，1.5；1K------加工性質(zhì)系數(shù)，1.2；2------磨具鈍化系數(shù)，1.2；3------斷續(xù)切削系數(shù)，1.1；4則： 1.52.132.14.8tFKN????- 23 -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 。tF計算夾緊力：夾緊工件所需的夾緊力i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：（3-3）12DWfNfM???式中 N------V 型塊工作面對工件的反作用力， （3-4）2sinGN???G------工件自重；D------工件定位基準直徑；M------切削力矩；， ------夾緊面和夾具定位面上的摩擦系數(shù)。1f2將 N 值帶入上世的實際夾緊力為：（3-5）21sini2MGfDWf????其中已知 D=75.1mm，G=748.7N， = =0.25， ，1f209??，算得：314.87598.32FDMNm?????0592.7.sin6.5.45W???：壓蓋夾緊機構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力i查《機床夾具設(shè)計手冊》表 1-2-13 螺母夾緊力可得用扳手的 M20 六角螺母許用夾緊力 =7950N，顯然 ，故本夾具可以安全的工作。002W＞- 24 -3.3.3 定位誤差分析因為工件的定位基準和定位元件均有制造誤差，所以工件在夾具中定位后的實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）定位基準和工序基準不重合；2）定位基準位移。定位誤差就是由基準不重合誤差和基準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。（3-6）2DwBgj???????本夾具的主要定位元件為 V 型塊，軸向定位時定位基準——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，即不存在基準位移公差也不存在基準不重合誤差，所以 。0??求工序尺寸 的定位誤差，定位基準為主軸頸與 V 型塊接觸母線 A 和 B，工0.4623??序基準為主軸中心線，當主軸頸直徑存在誤差 時，定位基準 A 或 B 沿 V 型塊工作面的g?位移為（3-7）12cotgA????所以基準不重合誤差為（3-8）12cosctos2gw??????基準位移誤差為（3-9）12csBA????則總的定位誤差為（3-10）12singwBO?????已知本工序中 ， ，故0.34g09?（3-11）0.34.22sin5.7m?????- 25 -3.3.4 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17 57.15?0.05圖圖φ3圖104-φ2圖B-圖圖245- 26 -C-C圖圖102454-φ2圖圖圖φ3圖10D-D圖圖157圖 3-2MQ1350B 外圓磨床曲軸連桿軸頸夾具裝備圖該夾具主要由左夾具體 1、右夾具體 7、左夾具 V 型塊 10、右夾具 V 型塊 11、分度盤 6、壓蓋 2、定位塊 14 和翻轉(zhuǎn)塊 19 等零件組成。左右夾具的一端分別和磨床的頭架和尾架主軸相連接，用 V 型塊定位。左右夾具體的中心線即為主軸的回轉(zhuǎn)中心線。翻轉(zhuǎn)塊整體淬火處理，分度盤的 3 個齒面和 M16 螺孔淬火處理，以保證耐磨性。分度盤的分度精度等級要高出連桿軸頸等級 1 級以上。012- 27 -3.3.5 夾具的使用方法將左右夾具體固定在頭架和尾架中的主軸上，然后把定位銷（4 個）打入夾具體，再把左右兩 V 型塊固定到各自的夾具體上。V 型塊的定位靠定位銷 8 來實現(xiàn)。V 型塊的下面和側(cè)面分別墊一塊兒底面墊板 9 和側(cè)面墊板 18，用來調(diào)整工件的中心線，最后裝上壓蓋 2、定位塊 14 和活結(jié)螺栓 15 等零件。加工時，將精磨后的第七主軸頸和第一主軸頸只與夾具的左右 V 型塊上，用百分表調(diào)整第 1 或第 6 連桿軸頸軸心線，使其處于磨床主軸回轉(zhuǎn)中心位置，然后夾緊曲軸，再將分度盤套在曲軸皮帶輪軸頸上，使 3 個齒面中的一個緊靠在翻轉(zhuǎn)塊上，然后用內(nèi)六角螺釘將其固在皮帶輪軸頸上，這樣就可以磨削第 1、6 連桿軸頸了。當磨削第 2、5 和3、4 連桿軸頸時，只需要將翻轉(zhuǎn)塊掀起，曲軸順時針旋轉(zhuǎn)一定角度( )再返向旋轉(zhuǎn)曲01軸，是分度盤的另一個齒面緊靠在翻轉(zhuǎn)快上，然后夾緊曲軸就又可以磨削了。由于分度盤的 3 個齒面為 精確分度，因此保證了個連桿軸頸的角度偏差并滿足了工藝要求。012由于用 V 型塊定位，零件支撐軸頸的偏差會引起曲軸軸頸的變化和產(chǎn)生錐度，因此要嚴格控制支撐軸頸的偏差。3.3.6 夾具的調(diào)整（1）調(diào)整曲軸連桿軸頸軸心線的平行度誤差采用修磨側(cè)面墊板來實現(xiàn)（2）調(diào)整曲軸的回轉(zhuǎn)中心半徑采用修磨地面板來完成（3）加工回轉(zhuǎn)半徑不同的曲軸時，可以通過更換不同厚度的地面板來實現(xiàn)總體來說，該夾具能夠大大提高生產(chǎn)效率，因為可以調(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，能夠為新產(chǎn)品的順利生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。- 28 -總結(jié)在好的產(chǎn)品設(shè)計的前提下，汽車的質(zhì)量和可靠性就取決于工藝工作的好壞。當然，目前國際上還有更加先進的曲軸加工工藝和機床設(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)控機床進行一系列的加工。類似這樣的新技術(shù)，目前國內(nèi)汽車發(fā)動機曲軸的加工還處于研究階段，從經(jīng)濟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，這就需要我們當代的青年和科技工作者的不斷努力。