曲軸機械加工工藝及鉆斜油孔夾具設(shè)計
曲軸機械加工工藝及鉆斜油孔夾具設(shè)計,曲軸,機械,加工,工藝,鉆斜油孔,夾具,設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計說明書
課題名稱：曲軸加工工藝及鉆夾具設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
指導(dǎo)教師
起訖時間： 年 月 日～ 年 月 日
II
摘 要
曲軸是用來支撐軸承的，固定軸承的外圈，僅僅 讓內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，外圈保持不動，始終與傳動的方向保持一致（比如電機運轉(zhuǎn)方向），并且保持平衡；,曲軸的概念就是軸承和箱體的集合體,以便于應(yīng)用,這樣的好處是可以有更好的配合,更方便的使用,減少了使用廠家的成本.至于形狀,多種多樣,通常是一個箱體,軸承可以安裝在其中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，它在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊，尤其是在汽車和電子電器等高速發(fā)展的領(lǐng)域。本次課程設(shè)計設(shè)計的課題就是曲軸的設(shè)計，是在學(xué)完汽車制造工藝學(xué)后進行的一項教學(xué)環(huán)節(jié)；在老師的指導(dǎo)下，要求在設(shè)計中能初步學(xué)會綜合運用以前所學(xué)過的全部課程，并且獨立完成的一項工程基本訓(xùn)練。
關(guān)鍵詞：曲軸 工藝規(guī)格設(shè)計 夾具設(shè)計 工序 工藝性
Abstract
The Crankshaft seat is used to support the Crankshaft outer ring, inner ring for fixing the Crankshaft outer ring rotation, let alone, keep still, always keep consistent with the direction of transmission (such as motor rotation direction), and keep the balance; and aggregate concept is Crankshaft and the Crankshaft seat, in order to facilitate the application, so that the benefits of cooperation can be better, more convenient to use, to reduce the use of cost for manufacturers. As for the shape, variety, is usually a box can be installed in the Crankshaft. With the continuous progress of science and technology, it plays a more and more important role in the national economy, the development prospect is very wide, especially in the automotive and electronic appliances such as the rapid development of the field. The course design is the subject of the Crankshaft seat design, is a teaching link in the completion of the manufacturing technology of automobile; under the guidance of the teacher, to a full course of primary learn the integrated use of previously learned in the design, the basic training and independence completion of an engineering.
Keywords: Crankshaft process specifications for design of fixture design process.
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 曲軸工藝規(guī)程 4
1.1分析曲軸零件圖 4
1.1.1曲軸使用的性能與工作條件 4
1.1.2曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求 4
1.2曲軸毛坯的選擇 5
1.2.1選擇毛坯 5
1.2.2確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差 6
1.3本章小結(jié) 6
第2章 曲軸機械加工工藝設(shè)計 7
2.1工藝基準(zhǔn)的選擇 7
2.2加工階段的劃分 7
2.3工序的集中與分散 8
2.4工序順序的安排 8
2.5確定工藝路線 9
2.6 加工余量、工序尺寸和公差的確定 10
2.7確定切削用量及時間定額 13
第3章 鉆孔夾具的設(shè)計 20
3.1部分基本件的選擇 20
3.2 主要零件的選擇 20
3.3 工步的制定 20
3.4 鉆模夾具應(yīng)注意的問題 21
3.5 鉆模夾具的定位及設(shè)計原則 21
3.6 斜孔鉆模夾具的改進思路 24
結(jié) 論 25
參考文獻 26
致 謝 27
27
第1章 曲軸工藝規(guī)程
1.1分析曲軸零件圖
1.1.1曲軸使用的性能與工作條件
曲軸是將直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動，或?qū)⑿D(zhuǎn)運動變成直線運動的零件。它是往復(fù)式發(fā)動機、壓縮機、剪切機與沖壓機械的重要零件。
曲軸工作時要承受很大的扭應(yīng)力及大小和方向都在不斷變化的彎曲應(yīng)力的作用，因此曲軸應(yīng)具有足夠的強度和支承剛性。曲軸工作時的旋轉(zhuǎn)速度很高，曲軸的軸頸和連桿軸頸需要足夠的耐磨性，且曲軸的質(zhì)量分布應(yīng)當(dāng)平衡，以防因不平衡而產(chǎn)生離心力使曲軸承受附加載荷。
圖1.1曲軸鍛件的三維模型
多拐曲軸是多個曲柄連桿機構(gòu)的組合，主軸頸和連桿軸頸不在同一條在線，各連桿軸頸間應(yīng)有一定的角度位置要求，曲軸在各個連桿軸頸處形成了多個開檔，因此曲軸設(shè)計時應(yīng)根據(jù)這些特點，正確確定其結(jié)構(gòu)及尺寸、位置、形狀精度，滿足曲軸使用性能要求。
1.1.2曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求
1、曲軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)上述的使用要求及結(jié)構(gòu)特點，可以看出曲軸是一個形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)細(xì)長、多曲拐、剛性極差、技術(shù)要求高的異形軸類零件。
2、曲軸的主要技術(shù)要求
為了保證曲軸的正常工作，對曲軸規(guī)定了嚴(yán)格的技術(shù)要求。其主要技術(shù)要求如下：
主軸頸和連桿軸頸的尺寸精度通常為IT6~IT7，同軸度允許偏差0.015mm，表面粗糙度值為0.2~0.4um。軸頸長度公差等級IT9~IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之內(nèi)。本次設(shè)計圓柱度公差為0.005。
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，中大型低速軸為0.03～0.08mm；各連桿軸頸的位置度不大于±20°。
本設(shè)計中各連桿軸頸的軸心線應(yīng)與主軸頸中心線在同一平面內(nèi)，位置公差為0.2。
1.2曲軸毛坯的選擇
1.2.1選擇毛坯
曲軸工作時要承受很大的轉(zhuǎn)矩及交變的彎曲應(yīng)力，容易產(chǎn)生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求所用材料應(yīng)有較高的強度、疲勞強度和耐磨性。對于材料的選擇有一定的要求：一般曲軸為35、40、45鋼或球墨鑄鐵QT600-2；對于高速、重載曲軸，可采用35CrMoAl、42Mn2V等材料。該零件材料為QT800-2，考慮該工件形狀比較復(fù)雜，因此應(yīng)該選用鑄件，以最大限度減少金屬切屑量，保證高效率低消耗。
圖2.3曲軸鑄件圖
1.2.2確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差
由零件圖可知，該曲軸為球墨鑄鐵，牌號為QT800-2，鑄造，查《機械加工簡明手冊》表1.3-1知，CT9級，MA-G級，采用殼模鑄造。又由CT9級，MA-G級和曲軸基本尺寸查《機械加工簡明手冊》表2.2-4知其加工余量如下表1-1
表1-1曲軸鑄件毛坯各段尺寸公差以及加工余量
項目
曲軸前端
主軸頸
連桿軸頸
全部曲柄
法蘭端
公差等級CT
9
9
9
9
9
加工面尺寸
40
70
57
84
105
鑄件尺寸公差
3.6
3.6
3.6
3.6
3.6
機械加工余量等級
G
G
G
G
G
加工余量
2.5
2.5
3
3
2.5
毛坯基本尺寸
45
75
63
90
110
1.3本章小結(jié)
本章通過分析曲軸零件圖，了解了曲軸的使用性能與工作條件，知道了曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求，確定了零件的生產(chǎn)類型和加工余量，審查了零件的加工工藝性，選擇了適當(dāng)?shù)拿鳌?
第2章 曲軸機械加工工藝設(shè)計
2.1工藝基準(zhǔn)的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基面選擇得正確，合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴(yán)重的還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，再確定粗基準(zhǔn)。
⑴ 精基準(zhǔn)的選擇
選擇精基準(zhǔn)時應(yīng)遵循下列原則：①基準(zhǔn)重合原則；②基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；③自為基準(zhǔn)原則；④互為基準(zhǔn)原則；⑤便于裝夾原則。
加工齒輪軸，主軸和曲柄側(cè)面時，以第8側(cè)板右側(cè)面為精基準(zhǔn)，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
加工各軸面均一軸心為精基準(zhǔn)。
加工右端法蘭盤以以經(jīng)精加工后的軸肩為基準(zhǔn)。
法蘭銑缺口以法蘭上對應(yīng)兩孔為精基準(zhǔn)，遵循互為基準(zhǔn)原則。
鉆斜油孔以曲柄側(cè)面和軸心夾角為基準(zhǔn)、前端銑鍵槽。鉆孔和攻螺紋以已加工曲柄側(cè)面為基準(zhǔn)。
法蘭上鉆，擴定位孔，螺栓孔以法蘭圓盤中心為基準(zhǔn)。
⑵ 粗基準(zhǔn)的選擇
選擇粗基準(zhǔn)時應(yīng)遵循下列原則：①余量均勻原則；②保證加工表面位置正確的原則；③粗基準(zhǔn)只能有效使用一次的原則；④粗基準(zhǔn)平整光潔定位可靠的原則。
該曲軸粗選擇左端面和第8曲柄右側(cè)面為粗基準(zhǔn)進行加工。
2.2加工階段的劃分
曲軸為異形軸類零件，且加工精度要求比較高。
⑴ 粗加工階段；
① 鉆兩端中心孔,為方便后續(xù)工作定位安裝。
② 將精基準(zhǔn)準(zhǔn)備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的精度要求。
③銑外形,銑各主軸頸曲柄和連桿軸頸.達(dá)到半精加工前要求。
⑵ 半精加工階段：粗磨銑各主軸頸曲柄和連桿軸頸,精銑加工和銑螺紋，鉆，擴定位，斜油孔，法蘭定位孔，安裝孔孔。
⑶ 精加工階段；精磨各主軸頸曲柄和連桿軸頸，鏜孔。
⑷ 超精加工階段；拋光加工。
2.3工序的集中與分散
該曲軸的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，且工序較多。因此選用工序集中原則安排曲軸的加工工序。采用高效專用設(shè)備及工藝裝備，以提高生產(chǎn)率，工序裝夾的次數(shù)少，易于保證表面間位置精度，還能減少工序間運輸量，縮短生產(chǎn)周期。
2.4工序順序的安排
1.機械加工工序的安排
① 遵循“基面先行”原則，先加工精基準(zhǔn)-銑第8曲柄外側(cè)面。
② 遵循“先粗后精”原則，先進行粗加工工序，后安排精加工工序。
③ 遵循“先主后次”原則，先加工主要表面。各段主軸和曲柄斷面，直徑，后加工次要表面-法蘭面等。
④ 遵循“先面后孔”原則，先加工各平面，最后進行螺紋孔的加工。
2.熱處理工序的安排
由于毛坯為鑄件，壁厚不均勻，在加熱冷卻及相變過中。會產(chǎn)生效應(yīng)力和組織應(yīng)力，應(yīng)采用回火消除這種應(yīng)力，毛坯在出廠前已經(jīng)過相應(yīng)熱處理，在此工藝路線中將省略。
在精磨加工前，為提高球墨鑄鐵的表面機械性能和磨削精度，應(yīng)安排淬火工藝，本加工采用電熱淬火。
淬火后，為消除淬火帶來的殘余應(yīng)力。應(yīng)安排回火處理。
3.輔助工序的安排
① 校直工序：由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工序較多，為嚴(yán)格控制加工質(zhì)量，保證直線度精度，減少廢品率，應(yīng)在加工階段安排多次校直工序，本加工工藝規(guī)程安排在第03，14，23，28，35，47工序，采用液壓壓床設(shè)備。
② 檢驗工序：同樣由于工序較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原因，為控制廢品率，安排多處檢驗，本規(guī)程竟檢驗安排在第5，7，13，26，44，51工序。
③清洗和去毛刺：為便于后續(xù)工序的準(zhǔn)確定位，消除切屑對后工序表面質(zhì)量的影響，在重要加工工序和檢驗前都應(yīng)該清洗和去毛刺。
綜上所述，該換工件工序的安排順序為：基準(zhǔn)加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面加工——主要表面半精加工及次要表面加工——熱處理——主要表面精加工，超精加工。
2.5確定工藝路線
曲軸的工藝路線，機床設(shè)備及工藝裝備見表3-1。
表3.1 工序目錄表
工序號
工序名稱
設(shè)備名稱
001
檢查
002
熱處理
003
批量毛坯檢驗
004
銑兩端面
數(shù)控銑床
005
鉆中心孔
專用鉆中心孔機床
006
銑工藝定位面
雙柱銑床
007
粗車第三主軸頸
數(shù)控車床
008
粗車第一、二、四、五主軸頸
數(shù)控車床
009
半精車第三主軸頸
數(shù)控車床
010
半精車第一、二、四、五主軸頸
數(shù)控車床
011
銑定位基準(zhǔn)面
銑床
012
粗車一、二連桿軸頸
數(shù)控車床
013
粗車三、五連桿軸頸
數(shù)控車床
014
半精車一、四連桿軸頸
數(shù)控車床
015
半精車三、五連桿軸頸
數(shù)控車床
016
鉆、鉸工藝孔
專用鉆床
017
鉆油孔
深孔組合鉆床
018
粗磨第三主軸頸
數(shù)控磨床
019
粗磨第一、二、四、五主軸頸
數(shù)控磨床
020
粗磨第一、四連桿軸頸
數(shù)控磨床
021
粗磨第二、三連桿軸頸
數(shù)控磨床
022
精磨第三主軸頸
數(shù)控磨床
023
精磨第一、二、四、五主軸頸
數(shù)控磨床
024
精磨第一、四連桿軸頸
數(shù)控磨床
025
精磨第二、三連桿軸頸
數(shù)控磨床
026
銑鍵槽
鍵槽銑床
027
動平衡檢查
動平衡機
028
粗拋光各軸頸
拋光機床
029
精拋光各軸頸
拋光機床
030
清洗
清洗機
031
最終檢查
2.6 加工余量、工序尺寸和公差的確定
工序尺寸及公差的確定有兩種情況；一種是工序尺寸及其公差與零件上某設(shè)計尺寸或其他工序尺寸相關(guān)，需要通過解算尺寸鏈的方法來確定。另一種是工序尺寸及其公差僅與工序余量有關(guān)，如加工過程中不存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的情況。此時，可按如下方法確定個工序尺寸和公差：
⑴ 確定該加工表面的總余量，再根據(jù)加工路線確定各工序的基本余量，并核對第一道工序的加工余量是否合理。
⑵ 自終加工工序起，即從設(shè)計尺寸開始，至第一道工序，逐次加上（對被包容面）或減去（對包容面）個工序的基本余量，便可得到各工序的基本工序尺寸。
⑶ 除終加工工序外，根據(jù)各工序的加工方法及其經(jīng)濟加工精度，確定其工序公差和表面粗糙度。
⑷ 按“入體原則”以單向偏差方式標(biāo)注工序尺寸，并可作適當(dāng)調(diào)整。
加工余量、工序尺寸和公差的計算：
⑴ 圓柱面加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度，
由《機械設(shè)計簡明手冊》得出：曲軸上各圓柱面加工余量，工序尺寸以及公差和粗糙度如表3.2(a)、(b)、(c)。
表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（a）
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
Ra(μｍ)
M36X2螺紋
鑄件
車螺紋
精車
半精銑
粗銑
5
0.4
1.0
3.6
CT9
IT6
IT10
IT12
Ф41±1.0
0.8
6.3
12.5
1：8圓錐面
鑄件
磨削
半精銑
粗銑
5
0.4
1.0
3.6
CT9
IT6
IT10
IT12
0.8
6.3
12.5
Ф45油封檔
鑄件
研磨
磨削
半精車
5
0.4
1.0
CT9
IT6
IT10
Ф50±1.0
0.8
0.8
6.3
表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（b）
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
Ra(μｍ)
Ф45油封檔
粗銑
3.6
IT12
12.5
Ф40主軸頸
鑄件
精磨
粗磨
半精銑
粗銑
5
0.2
0.6
1.1
3.1
CT9
IT6
IT7
IT10
IT12
Ф55±1.0
0.8
0.8
6.3
12.5
Ф60
鑄件
半精銑
粗銑
5
1.1
3.9
CT9
IT10
IT12
Ф65±1.1
6.3
12.5
Ф60
鑄件
半精車
粗車
5
1.1
3.9
CT9
IT10
IT12
Ф65±1.1
6.3
12.5
Ф50主軸頸
鑄件
精磨
粗磨
半精銑
粗銑
5
0.2
0.6
1.1
3.1
CT9
IT6
IT7
IT10
IT12
Ф55±1.0
0.8
0.8
6.3
12.5
Ф40圓柱面
鑄件
精磨
粗磨
半精銑
粗銑
5
0.2
0.6
1.0
3.2
CT9
IT6
IT7
IT10
IT12
Ф45±1.0
0.8
0.8
6.3
12.5
表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（c）
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
Ra(μｍ)
Ф45連桿頸
鑄件
研磨
精磨
粗磨
半精銑
粗銑
5
0.2
0.6
1.0
3.2
CT9
IT5
IT6
IT7
IT10
IT12
Ф50±1.0
0.4
0.8
0.8
6.3
12.5
4—Ф8孔
鉸孔
鉆孔
0.2
7.8
IT8
IT12
Ф7.8
1.6
12.5
2—M10X1.25
攻絲
鉆孔
8.8
IT12
Ф8.8
12.5
Ф19孔
鉸孔
鉆孔
0.5
18.5
IT8
IT12
Ф18.5
1.6
12.5
2—M6
攻絲
鉆孔
5
IT12
Ф5
12.5
Ф14.2斜孔
鉆孔
14.2
IT12
Ф14.2
12.5
Ф5斜油孔
拋光
鉆孔
5
IT8
IT12
Ф5
0.8
12.5
2.7確定切削用量及時間定額
1.銑各軸頸切削用量及時間
本工序選用數(shù)控銑床，撥盤、頂尖裝夾，分三個工步：工步1為銑Ф40h6，工步2為銑Ф50k6主軸頸，工步3為銑Ф60。加工后表面粗糙度為Ra≤12.5μｍ。
(1) 工步1粗銑Ф40h6
1）選擇刀具
① 選擇外圓車刀。
② 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于銑床的中心高為200mm（表1.30），故選刀桿尺寸BXH=16mmX25mm，刀片厚度為4.5mm。
③ 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。
④ 車刀幾何形狀（見表1.3），選擇平面帶倒棱前刀面，κr=60°，κr′=10°，α。=6°，γ。=12°，λs= —10°，γε=0.8mm， =—10°，=0.4mm。
2）選擇切削用量
① 確定切削深度αp 由于粗加工余量僅為1.6mm，可在一次走刀內(nèi)切完，故：
αp=（45—41.8）/2mm=1.6mm
② 確定進給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.6，在粗銑鑄鐵、表面粗糙度Ra=12.5μm時：
f=0.25～0.40mm/r
按數(shù)控銑床說明書選擇：
f=0.36mm/r
③ 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.9，銑刀后刀面最大磨損量取為1.0mm，車刀壽命T=60min。
④ 確定切削速度Vc 切削速度Vc可根據(jù)公式計算，也可直接由表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.27
(1—1)
式中 ：=
故由公式(1-1)得：
Vc=69.6m/min
n=492r/min
按數(shù)控銑床說明書，選擇n=500r/min，這時Vc=110m/min。
最后決定的銑削用量為：
αp=1.6mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，Vc=110m/min。
3）計算基本工時：
（1—2）
式中L=l+y+△，l=12mm，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.26，銑削時的入切量及超切量y+△=2.1mm，則L=12+2.1mm=14.1mm，故由公式(1-2)得：
tm=0.08min
(2) 工步2粗銑Ф50k6主軸頸
1）選擇刀具
① 選擇外圓銑刀。
② 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于銑床的中心高為200mm（表1.30），故選刀桿尺寸BXH=16mmX25mm，刀片厚度為4.5mm。
③ 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。
④ 銑刀幾何形狀（見表1.3），選擇平面帶倒棱前刀面，κr=60°，κr′=10°，α。=6°，γ。=12°，λs= —10°，rε=0.8mm，=—10°，=0.4mm。
2）選擇切削用量
① 確定切削深度αp 由于粗加工余量僅為1.55mm，可在一次走刀內(nèi)切完，故：
αp=（55—51.9）/2mm=1.55mm
② 確定進給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.6，在粗銑鑄鐵、表面粗糙度Ra=12.5μm時：
f=0.25～0.40mm/r
③ 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.9，銑刀后刀面最大磨損量取為1.0mm，車刀壽命T=60min。
④ 確定切削速度Vc 切削速度Vc可根據(jù)公式計算，也可直接由表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.27
（1—1）
式中：=
故由公式(1-1)得：
Vc=69.9m/min
n=405r/min
按數(shù)控銑床說明書，選擇n=500r/min，這時Vc=86m/min。
最后決定的車削用量為：
αp=1.55mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，Vc=86m/min。
3）計算基本工時
(1—2)
式中L=l+y+△，l=21mm，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.26，銑削時的入切量及超切量y+△=2.1mm，則L=21+2.1mm=23.1mm，故由公式(1-2)得：
tm=0.13min
(3) 工步3粗車Ф60
1）選擇刀具
選擇R3成形車刀。
2）選擇切削用量
① 確定切削深度αp 由于粗加工余量僅為1.95mm，可在一次走刀內(nèi)切完，故：
αp=（65—61.1）/2mm=1.95mm
② 確定進給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.6，在粗銑鑄鐵、表面粗糙度Ra=12.5μm時：
f=0.25～0.40mm/r
③ 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.9，銑刀后刀面最大磨損量取為1.0mm，車刀壽命T=60min。
④ 確定切削速度Vc 切削速度Vc可根據(jù)公式計算，也可直接由表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.27
（1—1）
式中：=
故由公式(1-1)得
Vc=59.7m/min
n=271r/min
按數(shù)控銑床說明書，選擇n=500r/min，這時Vc=110m/min。
最后決定的銑削用量為：
αp=1.95mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，Vc=110m/min。
3）計算基本工時
（1—2）
式中L=l+y+△，l=6mm，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.26，銑削時的入切量及超切量y+△=3.6mm，則L=6+3.6mm=9.6mm，故由公式(1-2)得：
tm=0.05min
2. 鉆孔切削用量及時間
（1）選擇刀具
選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑d。=14.2mm。
鉆頭幾何形狀為：雙錐修磨橫刃，β=30°，2φ=118°，2φ1=70°，bε=3.5mm，α。=12°，ψ=55°，b=2mm，l=4mm。
（2）選擇切削用量
1）決定進給量f
① 按加工要求決定進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7，當(dāng)加工要求為H12～H13精度，鑄鐵的硬度大于200HBS，d。=14.2mm時，f=0.37～0.45mm/r。
由于l/d=47/14.2=3.3>3，故應(yīng)乘孔深修正系數(shù)k1f=0.915，則：
f=（0.37～0.45）X0.915mm/r=0.34～0.41mm/r
② 按鉆頭強度決定進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.8，當(dāng)灰鑄鐵硬度大于213HBS，d。=14.2mm，鉆頭強度允許的進給量f=1.0mm/r。
③ 按機床進給機構(gòu)強度決定進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.9，當(dāng)灰鑄鐵硬度大于210HBS，d?！?4.5mm，機床進給機構(gòu)允許的軸向力為8830N時，進給量為0.81mm/r。
從以上三個進給量比較可以看出，受限制的進給量是工藝要求，其值為f=0.34～0.41mm/r。根據(jù)Z5125鉆床說明書，選擇f=0.36mm/r。
2）決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 由《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)d。=14.2mm時，鉆頭后刀面最大磨損量取為0.8mm，壽命T=60min。
3）決定切削速度
由《切削用量簡明手冊》表2.15，當(dāng)f=0.36mm/r時，Vt=13m/min。
切削速度的修正系數(shù)為：kTv=1.0，kcv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，故：
v=vt·kv=13X1.0X1.0X0.85X1.0m/min=11.1m/minп
n=1000v/(пd。)=248.8r/min
根據(jù)Z5125鉆床說明書，可考慮選擇n=272r/min,但因所選轉(zhuǎn)數(shù)較計算轉(zhuǎn)數(shù)為高，會使刀具壽命下降，故可將進給量降低一級，即取f=0.28mm/r；也可選擇較低一級轉(zhuǎn)數(shù)n=195r/min,仍用f=0.36mm/r，比較這兩種方案：
第一方案 f=0.28mm/r,n=272r/min
nf=272×0.28mm/min=76.16mm/min
第二方案 f=0.36mm/r,n=195r/min
nf=195×0.28mm/min=70.2mm/min
因為第一方案nf的乘積較大，基本工時較少，故第一方案較好。這時Vc=12m/min;f=0.28mm/r。
（3）計算基本工時
（1—2）
式中L=l+y+△，l=47mm，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.29，入切量及超切量y+△=6mm，則L=47+6mm=53mm，故由公式(1-2)得：
tm=0.70min
3.工序銑端面切削用量及時間
（1）選擇刀具
1）根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.2，選擇YG6A硬質(zhì)合金刀片。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.1，銑削深度αp≤4mm時，圓盤銑刀直徑d。為80mm，a為60mm。但已知銑削寬度ae為70mm，故應(yīng)根據(jù)銑削寬度ae≤49mm，選擇d。=80mm。由于采用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金圓盤銑刀，故齒數(shù)z=12。
2）銑刀幾何形狀（表3.2）；由于鑄鐵硬度大于200HBS，故選擇κr=60°，
κrε=30°，κr′=5°，α。=8°（假定αcmax>0.08mm）, α。′=10°, λs= —10°，
γ。1=—5°。
（2）選擇切削用量
1）決定銑削深αp 由于加工余量不大，故可在一次走刀內(nèi)切完，則：
αp=h=3mm
2)決定每齒進給量fz 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.3，當(dāng)使用YG6A，銑床功率為4.5KW時：
fz=0.20～0.30mm/z
?。?
fz=0.30mm/z
3）選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.8，由于銑刀直徑d。=80mm，故刀具壽命T=180min。
4）決定切削速度Vc和每分鐘進給量Vf 切削速度Vc可根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.27中的公式計算，也可直接由表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.27的公式進行計算。
各修正系數(shù)為：kMv=0.72，ksv=0.8 (見表1.28)
kv= kMv ksv=0.576
故 ：
Vc=14.5m/min
n=58r/min
根據(jù)X62W型銑床說明書選擇：
n=60r/min,Vfc=235mm/min
因此實際切削速度和每齒進給量為：
vc=πd。n/1000=3.14*80*60/1000m/min=15m/min
fzc=Vfc/n z=235/(60*12)mm/z=0.33mm/z
（3）計算基本工時
（1—3）
式中L=l+y+△，l=40mm，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.25，入切量及超切量y+△=17mm，則L=40+17mm=57mm，故由公式(1-3)得：
tm=0.32min
其余工序切削用量及基本時間見工序卡片。
2.8本章小結(jié)
本章對曲軸加工工藝進行分析與設(shè)計，在工藝路線確定之后，確定各工序的的具體內(nèi)容，并通過手冊確定加工余量及工序尺寸、設(shè)備與工藝設(shè)備、切削用量與時間定額。
第3章 鉆孔夾具的設(shè)計
3.1部分基本件的選擇
鉆模類型的選擇：鉆模的類型有很多種，在設(shè)計鉆模時，需要根據(jù)工件的形狀尺寸、重量、加工要求和批量來選擇鉆模的結(jié)構(gòu)類型。本文選擇固定式鉆模。
鉆套類型的選擇：鉆套和鉆模板是鉆床夾具的特殊原件。鉆套裝配在鉆模板上，其作用是確定被加工孔的位置和引導(dǎo)刀具加工。在本文選擇可換鉆套。當(dāng)鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。其中螺釘能防止加工時鉆套轉(zhuǎn)動和退刀時隨刀具拔出。
鉆套的尺寸、公差及材料的選擇：鉆套導(dǎo)向孔的基本尺寸取刀具的最大極限尺寸，采用基軸制間隙配合。座套的導(dǎo)向高度取的要大一點，這樣導(dǎo)向性能可增強，刀具強度高，則加工精度高，但鉆套和刀具的磨損加劇。一般取(為鉆套孔直徑)。對于加工精度要求高的孔或者是被加工孔中心較小且其鉆頭剛度較差時，則應(yīng)取較大值，反之取較小值。鉆套底面應(yīng)與工件表面留一定空間，方便排屑[5]。
鉆模板的選擇：應(yīng)具有足夠的剛度來保證鉆套位置的準(zhǔn)確性。
3.2 主要零件的選擇
在進行鉆斜油孔時，由于要完成鉆2個油孔，因此在設(shè)計時就要完成零件的鉆第1油孔-放松曲軸-旋轉(zhuǎn)-加緊-移動-停止-鉆第2油孔的步驟，利用底座作為滑板的與支架的支撐，滑板完成移動的功能，V型塊和V型塊夾板保證曲軸的定位與加緊，因此主要零件包括V型塊、V型塊夾板、滑板、支架、底座等。
3.3 工步的制定
在進行鉆斜油孔時，主要由2個工步組成，第一個工步為鉆第一個斜油孔，首先將曲軸安放在V型塊上，利用活節(jié)螺栓和螺母將V型塊和V型塊夾板進行手動機械加緊，鉆第一個油孔，第2工步步驟為，放松螺母，旋轉(zhuǎn)V型塊夾板，將曲軸旋轉(zhuǎn)180°，利活節(jié)螺栓和螺母手動機械加緊，利用液壓機構(gòu)推動滑板帶動曲軸運動到第2個油孔位置，利用液壓缸的自動鎖至機構(gòu)保證滑板上的曲軸在底座上的位置保持不動，鉆第2個斜油孔。
3.4 鉆模夾具應(yīng)注意的問題
1、鉆削過程中切削力不大且主切削力向下，所以鉆床夾具不一定要固定在機床上。
2、鉆床夾具應(yīng)具有確定刀具位置和方向的導(dǎo)向組件——鉆套和導(dǎo)套以及安裝鉆套的鉆范本。鉆套和導(dǎo)套孔就以刀具導(dǎo)向部分尺寸為依據(jù)確定其尺寸。鉆套高度一般為加工孔徑的1.5~2倍。鉆套下端面與所加工孔端面的距離不宜過小或過大，過小了不宜排屑；過大了影響刀具導(dǎo)向精度，一般為1/3~1倍加工孔徑。
3、鉆模與多軸頭配合使用時，鉆床夾具應(yīng)設(shè)計導(dǎo)柱或?qū)Э诪槎噍S頭導(dǎo)向用。兩面導(dǎo)柱和導(dǎo)孔距離應(yīng)一致，并驗算多軸頭與夾具在鉆床上的封閉尺寸[6]。
3.5 鉆模夾具的定位及設(shè)計原則
本文設(shè)計的鉆模夾具，主要有兩個作用。首先它是曲軸在鉆油路孔時的鉆模夾具。另外可以用作油路孔檢驗夾具。當(dāng)然這兩個部分，它的定位是有區(qū)別的。主要體現(xiàn)在夾緊和量具方面。
1、鉆模夾具的定位
在鉆斜油路孔時，采用底座支撐，由于曲軸斜油孔與水平面具有25°的夾角，為了保證在鉆孔時鉆頭能夠豎直鉆入曲軸中，因此在設(shè)計底座時，把底座設(shè)計成斜面，并與水平面成25°的夾角。左右采用兩個V形塊在下面起支撐作用，他們上面采用V型塊夾板機械夾緊，這樣的設(shè)計的底座和V型塊可以使曲軸在自身重力的作用下對于V型塊有個壓力，使曲軸實現(xiàn)定位。使V型塊完成加緊、定位、支撐這3個作用。由于在進行斜油孔鉆模時要完全限制住曲軸的6個自由度，左右2個V型塊及V型塊夾板互相配合可以限制曲軸除在X方向轉(zhuǎn)動以外的5個自由度，因此我們在設(shè)計時還要限制曲軸X方向轉(zhuǎn)動的自由度，根據(jù)曲軸自身加工基準(zhǔn)選擇在第2個曲柄處設(shè)計一個定位裝置，用來限制曲軸X方向轉(zhuǎn)動，可以設(shè)計一個類似于凹形槽的裝置即可，這樣便完全限制住了曲軸的6個自由度，保證加工時的準(zhǔn)確性。在底座上、曲軸旁安裝一個支座。它的作用主要是支撐鉆模板，為它和鉆頭提供一個較好的角度和高度。它的位置在之前根據(jù)所要鉆的油路孔的位置來進行調(diào)節(jié)。另外是鉆模板的固定以及鉆套的定位。主要是為刀具提供導(dǎo)向作用。而用于檢驗夾具時，只需要選擇量具。對于量具的選擇，主要體現(xiàn)在直徑和角度方面。直徑的檢驗，可以用心軸。而角度的檢驗，則需用一個角度量具。如圖4.1所示為鉆模夾具布置方案。鉆孔時加一個夾緊裝置，檢驗油路孔時加一個量具。在檢驗孔時，用心軸插入油路孔即可。這里的心軸的直徑是根據(jù)孔的直徑及上下偏差來設(shè)計的。檢驗兩個孔之間的角度時，采用滑塊連桿機構(gòu)，在兩個心軸都插入孔時，用量具來測量之間的角度，即可知道油路孔之間的角度是否合規(guī)范以及偏差的多少。
2、V形塊的設(shè)計
設(shè)計一個V形塊，結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。V型塊的設(shè)計主要為了完成曲軸定位、支撐的作用，以及配合V型塊夾板對曲軸進行加緊，在設(shè)計時要考慮到這3方面進行設(shè)計。V型塊要與滑板進行連接這樣左右2個V型塊與夾板都連接在一起并且配合V型塊夾板就能完成對曲軸的定位和支撐，因此在V型塊上要設(shè)計2個定位銷進行定位同時設(shè)計4個孔利用螺栓將V型塊與滑板連接在一起。V形塊兩斜面的夾角選用90°。圖中可知，V形塊的基本尺寸為：
——V形塊的標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑；
——V形塊高度；
——檢驗時，V形塊放標(biāo)準(zhǔn)心軸的標(biāo)準(zhǔn)定位高度。
根據(jù)曲軸零件圖，可知工件直徑=50mm，尺寸mm，取=59mm。
當(dāng)=90°時，
(4-1)
(4-2)
式中：
a=(0.14~0.16)=(0.14~0.16)×50mm=(7~8)mm
此處?。篴=7.5mm
則由公式(4-2)得：
mm
由公式(4-1)得：
=60+0.707×50-0.5×55.5=71mm
基本尺寸確定。用定位塊對曲軸主軸頸進行定位，上面采用V型塊夾板配合采用機械夾緊。
圖4.2 V形塊
3、滑板的設(shè)計
設(shè)計一個滑板如圖2.3所示，滑板選用燕尾式結(jié)構(gòu)，滑板的設(shè)計主要是為了完成曲軸在底座上平穩(wěn)的移動，在設(shè)計上選用燕尾式，這樣的結(jié)構(gòu)能夠更好的與支座的燕尾式凹槽配合固定住滑板，限制滑板在底座上的自由度，保證滑板能夠沿著導(dǎo)軌穩(wěn)定的移動。此外由于V型塊以及定位凹槽都要固定在滑板上，因此在滑板上要鉆出6個定位孔及12個螺栓孔，用來與V型塊和定位凹槽進行配合固定。
圖4.3 燕尾滑板
4、支座的設(shè)計
設(shè)計一個支座如圖2.4所示，設(shè)計支座主要是為了支撐鉆模板，因此支座上下面采用2面支撐，為了節(jié)省材料，因此上下2個面與中間鋼板采用焊接連接在一起。此外為了保證鉆模板的穩(wěn)定，支座要固定在底座上，這樣在支座的下底面上要鉆2個定位孔進行定位此外還要鉆4個孔利用螺栓和底座進行固定。而在支座上端面由于要與鉆模板進行連接，因此在上端面要鉆2個定位孔以及4個螺栓孔與鉆模板配合進行固定。
圖4.4 支座
5、底座的設(shè)計
設(shè)計底座如圖4.5所示，設(shè)計底座主要是為了支撐支座、液壓缸等具有穩(wěn)定的位置，此外還要保證滑板在底座燕尾凹槽上能夠穩(wěn)定的移動，底座采用鑄造完成，使用HT150作為材料。根據(jù)曲軸油孔角度的設(shè)定，設(shè)計要求底座具有一定的角度，根據(jù)曲軸斜油孔角度選擇底座角度為25°，以保證鉆頭能夠在豎直方向上準(zhǔn)確的鉆入要求的斜油孔位置。為了保證支座以及液壓缸能夠固定在底座上，在底座上要鉆出4個定位孔分別定位支座以及液壓缸，還要鉆出8個螺栓孔用來和液壓缸和支座配合進行固定。
6、設(shè)計的原則
首先要保證夾具設(shè)計的合理性；第二，要保證曲軸的全方位定位，以避免在加工過程中所產(chǎn)生的誤差來提高油路孔的精度。第三，要保證生產(chǎn)效率。
3.6 斜孔鉆模夾具的改進思路
設(shè)計選用可換鉆套。當(dāng)鉆套磨損后，隨時可以更換。為了保證鉆套在使用過程中不破壞鉆模板，故在鉆套外配裝襯套。鉆模板與襯套之間采用H7/g6過盈配合，襯套與鉆套之間采用H7/r7間隙配合。鉆套材料的選擇主要從鉆套耐磨性考慮，為此可選擇9SiCr，淬火硬度為HRC62-64。將鉆模板上限位元部分鑲上硬質(zhì)合金，增強耐磨性，可延長夾具使用壽命。鉆套內(nèi)孔基本尺寸應(yīng)是所用刀具的最大極限尺寸；鉆套與刀具是間隙配合，一般應(yīng)根據(jù)被加工孔的尺寸精度和選用刀具確定鉆套內(nèi)孔的公差。
結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計中，主要完成了曲軸加工工藝分析設(shè)計與專用機床夾具設(shè)計。
加工工藝方面，通過分析曲軸零件圖，確定了零件的生產(chǎn)類型和加工余量，了解了曲軸的詳細(xì)加工過程、技術(shù)要求，審查了零件加工工藝。通過分析設(shè)計加工工藝，確定各工序的安裝工位和該工序需要的工步，加工該工序的機車及機床的進給量，切削深度，主軸轉(zhuǎn)速和切削速度，該工序的夾具，刀具及量具，還有走刀次數(shù)和走刀長度，最后計算該工序的基本時間，輔助時間和工作地服務(wù)時間。
夾具方面，首先需要對工件的定位基準(zhǔn)進行確定，然后選擇定位元件及工件的夾緊，為了提高整個工藝加工的生產(chǎn)效率，在保證定位夾緊要求和零件的各項技術(shù)要求的前提下，對于夾具的選擇也要滿足一定的經(jīng)濟性：1.在夾具設(shè)計中，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件或推薦的元件，這樣在夾具需更換元件時，可避免重復(fù)設(shè)計、重復(fù)制造帶來的麻煩和浪費，減少更換時間，且降低了夾具成本。2.盡量減小需精加工的平面的面積，降低夾具的制造成本。3.為提高生產(chǎn)率，夾具安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上，實行連續(xù)加工。每個夾具同時安裝正反兩個工件，機動時間與輔助時間完全重合，從而提高生產(chǎn)率。4.為提高生產(chǎn)率，應(yīng)盡量采用機動控制裝置，避免采用手動裝置，這樣不僅可以減少勞動強度，還可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱與控制，為今后的技術(shù)改革做準(zhǔn)備。
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致 謝
感謝所有任課老師四年來對我的培養(yǎng)。是你們在我有困難的時候幫我們解決困難。借此，感謝大學(xué)四年中我的班主任和任課老師們給予的教誨，你們的教誨，不僅讓我學(xué)到了書本的基礎(chǔ)知識，更重要的是讓我學(xué)會了如何做一名優(yōu)秀的大學(xué)生，如果沒有你們的辛勤教誨，也不會有我今天的成長。也感謝學(xué)院為我們提供了一次這樣好的機會，使自己在學(xué)習(xí)的同時也鍛煉了自己的實踐能力。
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