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DEUTZ1013柴油機(jī)曲軸加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 柴油機(jī)工作原理
發(fā)動(dòng)機(jī)本身是一種能夠把其他形式的能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。那么，發(fā)動(dòng)機(jī)是如何完成這個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程的呢?換而言之它是如何將其他形式能（熱能）轉(zhuǎn)換為機(jī)械能呢？完成此過(guò)程需進(jìn)行進(jìn)氣，將可燃?xì)怏w（或者新鮮的空氣）放入汽缸；隨后把氣缸內(nèi)的混合氣體（或者新鮮的空氣）壓縮，快臨近終點(diǎn)的時(shí)候點(diǎn)燃可燃?xì)怏w（或者把柴油機(jī)的高壓油壓如氣缸內(nèi)并形成壓縮氣體然后點(diǎn)燃）；混合氣體燃燒產(chǎn)生熱量，氣體膨脹推動(dòng)活塞做功；最終排出氣缸內(nèi)的廢氣。故共四個(gè)過(guò)程：進(jìn)氣、壓縮、做工、排氣，即為一個(gè)工作循環(huán)。不斷重復(fù)此循環(huán)從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，發(fā)動(dòng)機(jī)得以運(yùn)轉(zhuǎn)。循環(huán)完成一次，對(duì)應(yīng)活塞不間斷做四次上下往返運(yùn)動(dòng)，曲軸連轉(zhuǎn)兩圈，我們把這種類型的柴油機(jī)稱作四沖程柴油機(jī)。工作循環(huán)完成一次，對(duì)應(yīng)曲軸旋轉(zhuǎn)一圈，活塞上下做兩次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這類柴油機(jī)稱作二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。這里主要介紹四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作的原理和過(guò)程。
四沖程柴油機(jī)和四沖程汽油機(jī)工作原理及過(guò)程大體相似，即每一個(gè)工作循環(huán)行程相同，但是因?yàn)椴裼偷恼承院艽螅蝗菀渍舭l(fā)，燃點(diǎn)低，與汽油相比差異較大，因此可燃混合氣體的產(chǎn)生、氣體溫度壓力變化、燃燒形式及過(guò)程與汽油相比有很大差異。這里主要比較柴油機(jī)與汽油機(jī)工作時(shí)的異同。
⑴進(jìn)氣
四沖程柴油機(jī)進(jìn)氣過(guò)程中與汽油機(jī)不同的是，柴油機(jī)進(jìn)入氣缸的工質(zhì)是純空氣而非混合可燃?xì)怏w且柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小。終點(diǎn)壓力pa=0.85~0.95MPa。與汽油溫度相比略高；終點(diǎn)溫度Ta=300~340k。故與汽油相比略低。
⑵壓縮
與進(jìn)氣工質(zhì)相同，壓縮的也為純空氣壓縮過(guò)程接近終點(diǎn)時(shí)，將高壓柴油噴入氣缸內(nèi)，進(jìn)氣門排氣門同時(shí)封閉，活塞不停向上移動(dòng)，使缸內(nèi)體積不斷減小達(dá)到終點(diǎn)，缸內(nèi)溫度上升體積減小。缸內(nèi)壓力pc=800~2000kpa，溫度Ta=600~750k，高于汽油機(jī)。
⑶做功
在壓縮氣體達(dá)到終點(diǎn)時(shí)高壓油泵將高壓油噴入燃燒室，與空氣接觸隨即便會(huì)燃燒。和、這與汽油機(jī)不同，柴油機(jī)的可燃混合氣是在進(jìn)入汽缸后混合而成的。而汽油機(jī)則是在外面的化油器里完成的。在燃燒過(guò)程中，柴油機(jī)氣缸內(nèi)氣體膨脹，容積不變導(dǎo)致壓力迅速上升，最高可到6000~9000kpa，最高溫度可到1800~2000k。
⑷排氣
柴油機(jī)與汽油機(jī)的排氣過(guò)程大體相同，即廢氣經(jīng)排氣管排到外面。氣體排凈時(shí)，溫度比汽油機(jī)略低，一般為Tr=700~900k。
與汽油不同的是，柴油機(jī)的動(dòng)力性能優(yōu)越、燃燒率高、可燃?xì)怏w消耗率低并且價(jià)格便宜。所以柴油機(jī)燃料性價(jià)比高；柴油機(jī)環(huán)保（排出的廢氣少）。但是它體積大、轉(zhuǎn)速低、制造成本高、震動(dòng)噪音大等等。隨著技術(shù)的不斷提高，這些缺點(diǎn)也將會(huì)被消除，變得越來(lái)越完美。
上述介紹的為單杠發(fā)動(dòng)機(jī)，但是現(xiàn)代的汽車大多為多缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。二者有何區(qū)別呢？二者都需進(jìn)行四個(gè)行程，即進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣。然而單缸工作過(guò)程中只有一個(gè)行程做功，其他三個(gè)不做功。也就是說(shuō)在曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈的過(guò)程中僅有半圈做功。因而運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)性差，但是在過(guò)程中消耗功率較大。為使轉(zhuǎn)速均勻，通常裝有大飛輪。但多缸的行程為彼此岔開(kāi)，交替進(jìn)行的。也就是說(shuō)曲軸旋轉(zhuǎn)交替做功。故轉(zhuǎn)速均勻，振幅小。因此缸數(shù)與運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性成正比，同時(shí)也間隔角成反比。
1.2 柴油機(jī)曲軸的結(jié)構(gòu)特性
曲軸的基本構(gòu)成如下圖所示，由自由端、功率輸出端和曲拐構(gòu)成。
曲拐6由主軸頸4、連桿軸徑3和曲柄2構(gòu)成。
自由端1由曲柄、連桿軸徑、主軸頸、功率輸出端、曲拐和平衡塊7構(gòu)成。
圖1.1
曲軸功率輸出端（飛輪端）：飛輪安裝在除最后曲拐以外的部分，用以驅(qū)動(dòng)機(jī)械的銜接和軸端的密封。
曲軸的自由端（前端）：是在第一個(gè)曲拐以前的部分安裝傳動(dòng)裝置，它包括：軸端密封裝置、正時(shí)齒輪、柴油機(jī)輔助系統(tǒng)。此外，高速柴油機(jī)的汽缸中還布置了渦流室或預(yù)燃室。
曲軸結(jié)構(gòu)類型分為整體式和組合式。組合式是把分成若干個(gè)零件的曲軸分別進(jìn)行加工，最后拼裝在一起構(gòu)成完整曲軸。優(yōu)點(diǎn)是便于加工，產(chǎn)品可以通用；缺點(diǎn)是它的結(jié)構(gòu)剛度低、強(qiáng)度小且組裝復(fù)雜。整體式是把自由端，功率輸出端和曲拐連接成一個(gè)完整的零件。優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量小和結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)是難于加工。故綜合比較后，選擇整體式曲軸。
主軸頸、連桿頸：工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，在軸承內(nèi)受到載荷作用。所以，對(duì)表面粗糙度和精度要求精準(zhǔn)。為了提高耐磨性，常用處理方法為淬火和氮化處理。
曲柄：受力最薄弱和復(fù)雜的部分，所以它的結(jié)構(gòu)和連接要特別注意。以下是常見(jiàn)曲軸，如圖2.2示：α圓形、β橢圓形、θ矩形。
圖2.2
曲柄連接著連桿頸與主軸頸，它是核心部件。由于曲柄形狀，它的應(yīng)力過(guò)于集中，因此非常容易產(chǎn)生斷裂。為減小應(yīng)力集中，在小曲軸軸徑和曲柄銜接處增大強(qiáng)度，增大弧度，使應(yīng)力減小。但是，過(guò)度增大，則軸承受力面積變小從而應(yīng)力變小，或者加大了柴油機(jī)的軸向尺寸。 2 設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1 DEUTZ1013參數(shù)說(shuō)明
2.2 DEUTZ1013曲軸作用
曲軸是活塞往返運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)二者之間的介質(zhì)，在做功行程里將能量傳遞出去。傳遞能量通過(guò)飛輪裝置，由于飛輪裝置位于軸末端，這樣曲軸可以勻速旋轉(zhuǎn)并且其余行程得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為增強(qiáng)慣性力的均衡、縮小內(nèi)燃機(jī)耗能，還可以在曲柄處加裝平衡裝置。
曲軸,作為發(fā)動(dòng)機(jī)里最重要的部分，可以說(shuō)是“引擎的心臟”。曲軸執(zhí)行的準(zhǔn)確程度決定著引擎是否可以正常發(fā)揮。每一個(gè)相對(duì)角度都必須精準(zhǔn)，否則會(huì)嚴(yán)重影響氣門正時(shí)、點(diǎn)火正時(shí)準(zhǔn)確度，從而每個(gè)汽缸就不能正常運(yùn)作。另一個(gè)重點(diǎn)則是DEUTZ1013曲軸的軸承之間的間隙。為了達(dá)到足夠的潤(rùn)滑性和冷卻性，在連桿軸承與主軸承之間必須留有適當(dāng)?shù)拈g隙令機(jī)油流動(dòng)。否則磨損增大，機(jī)件損傷很大。但是間隙距離如果過(guò)大，會(huì)使軸承內(nèi)活塞做功增加，從而造成了燃燒室內(nèi)剩余機(jī)油過(guò)多影響其他行程。因此為DEUTZ1013曲軸工作得以正常進(jìn)行，在加工DEUTZ1013曲軸的是要確保誤差、強(qiáng)度、剛度等等。
2.3 DEUTZ1013曲軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
曲軸的特點(diǎn)是每一個(gè)軸心不在一條直線，在機(jī)體的中心孔內(nèi)安裝的軸叫做主軸。然而它只能通過(guò)座孔繞本身運(yùn)動(dòng)；此外，通過(guò)曲柄、主軸相連的軸叫做連桿軸，它只繞主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。曲軸，作為最重要與負(fù)荷最大的部件，主要作用是活塞往返運(yùn)動(dòng)及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間的介質(zhì)。顯而易見(jiàn)DEUTZ1013曲軸除了周期性扭矩和彎矩，還有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)帶來(lái)的附加應(yīng)力，因此曲軸受力極為復(fù)雜。綜上所述，根據(jù)以上曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在加工時(shí)要高強(qiáng)度、高剛度、強(qiáng)沖擊韌性及強(qiáng)耐磨性等等。在加工工藝過(guò)程中，增大突變面積以減小應(yīng)力集中，選用高強(qiáng)度材料，經(jīng)過(guò)熱處理增大耐磨性……以避免斷裂。
主軸與連桿軸的形狀誤差、定位誤差和表面粗糙度要求精度很高。為不影響每個(gè)汽缸之間行程的相位配合，對(duì)齒輪偏移量提一點(diǎn)要求。
2.4 DEUTZ1013曲軸技術(shù)要求
（1）42CrMoADEUTZ1013曲軸經(jīng)淬火硬度HRC48~53。連桿軸徑、主軸頸進(jìn)行淬火處理，溫度在830~850℃。淬火深度為3.5~7.0mm。此外每個(gè)DEUTZ1013曲軸剛度差須在四個(gè)單位以內(nèi)。
（2）42CrMoADEUTZ1013曲軸再進(jìn)行回火處理，以消除淬火過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力與脆性，增加DEUTZ1013曲軸的韌性和塑性。硬度HRC48~53，溫度260~300。
（3）42CrMoADEUTZ1013曲軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使鋼件有良好的性能。
（4）主要化學(xué)成分：C0.38~0.45％，Si0.17~0.37％，Mn0.50~0.80％，Cr0.90~1.20％，Mo0.15~0.25％。
（5）疲勞強(qiáng)度、韌性、淬透性和強(qiáng)度比40Cr高，熱處理無(wú)過(guò)熱傾向，狀態(tài)為細(xì)晶粒鋼，淬火過(guò)程中形變小。
（6）自身有第一回火脆性，焊接性差、冷變形塑性一般、切削加工性好。
（7）DEUTZ1013曲軸磨光加工后的表面不應(yīng)有黑點(diǎn)、刻痕。加工表面須光潔，不應(yīng)有壓痕、氣孔、毛刺、裂紋、凹痕、廢舊金屬夾雜物及發(fā)裂。
（8）DEUTZ1013曲軸非加工面須光潔，不得有夾灰、分層、非金屬夾雜物、硬傷、裂縫及夾渣等，不可以使用焊補(bǔ)消除。
（9）DEUTZ1013曲軸應(yīng)按CA498-12型柴油機(jī)規(guī)定做拋光、磁力探傷及退磁處理。
（10）DEUTZ1013曲軸加工后要進(jìn)行平衡實(shí)驗(yàn)。
3 DEUTZ1013柴油機(jī)曲軸工藝路線
3.1 批量、年產(chǎn)量確定
⑴生產(chǎn)綱領(lǐng)40000臺(tái)/每年柴油機(jī)
Q＝40000*1*（1+2％）*（1+2％）＝41616
月產(chǎn)量＝Q/12=3468
Days=（365-52-14）/12=25天
日產(chǎn)量（一天3班）＝月產(chǎn)量/Days=3468/25=138
①生產(chǎn)類型
查手冊(cè)知，100公斤以內(nèi)生產(chǎn)性質(zhì)：
DEUTZ1013曲軸生產(chǎn)性質(zhì)為大批
②選擇三班制
第一班：2070小時(shí) 第二班：2070小時(shí) 第三班：1560小時(shí)
注：女工人占25%以下，分別為1664小時(shí)、1664小時(shí)、1248小時(shí)
總計(jì)時(shí)為4556小時(shí)
③
其中,－損失系數(shù)
-工作時(shí)段設(shè)備修理?yè)p失
-工人缺勤以及自然需求損失
-清理設(shè)備所耗的損失
-工人休息的損失
平均流水線節(jié)拍=4576*60*（1-15%）/52020=4.5min
為保證產(chǎn)品按時(shí)完成，任何一道工序單個(gè)產(chǎn)品的計(jì)算時(shí)間要小于該產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍；如果大于，將不能定時(shí)完成指標(biāo)。
注：填寫工藝卡時(shí)，考慮到客觀因素，按80%的生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)算。
⑵生產(chǎn)間隔和批量
當(dāng)最長(zhǎng)的工序時(shí)間和整體加工的時(shí)間確定時(shí)，生產(chǎn)率與生產(chǎn)間隔、批量成正比。但與資金周轉(zhuǎn)的快慢與生產(chǎn)率、生產(chǎn)間隔等有關(guān)系，因此要多方面考慮。
3.2 毛坯選擇
選擇毛坯時(shí)要遵循四項(xiàng)原則，即適用性原則、經(jīng)濟(jì)性原則、可行性原則及環(huán)保性原則。這四項(xiàng)原則是相互聯(lián)系的，應(yīng)在保證第一原則的前提下，力求做到質(zhì)量好，成本低，制造周期短和環(huán)保的原則。并且毛坯的制造方法也同樣重要。對(duì)于曲軸的特殊性，要注意材料本身的加工性能、力學(xué)性能。
曲軸毛坯的類型主要包括鍛件、焊接件、鑄件和型材等?？紤]到零件的特殊性，所以采用鍛件，主要流程采用鍛造。鍛造可以消除冶煉時(shí)產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松，內(nèi)部通過(guò)氣孔與縮孔鏈接，故密封性極強(qiáng)。此外使組織機(jī)構(gòu)內(nèi)金屬纖維合理分布，疲勞強(qiáng)度高、延伸性好及抗沖壓性能高。材料主要有：50Mn、45鋼、20Cr等。
這里采用模鍛，材料選用42CrMoA。因?yàn)樵诖笈可a(chǎn)中，對(duì)毛坯要求余量小、精度要求高。
模鍛后，為提高機(jī)械性能和加工方便，毛坯需調(diào)質(zhì)處理和去除氧化膜。
3.3 定位基準(zhǔn)
3.3.1 DEUTZ1013柴油機(jī)曲軸加工工藝
影響曲軸制造的兩個(gè)重要因素為：摩擦副和震動(dòng)副。摩擦副是主要作用于連桿及連桿軸徑二者間的摩擦；震動(dòng)副是做功行程中受力的作用或者DEUTZ1013柴油機(jī)在引燃爆炸過(guò)程里對(duì)曲軸的沖擊的震動(dòng)。曲軸雖然形狀復(fù)雜，但是也有一定規(guī)律性，根據(jù)曲軸的特點(diǎn)，可以進(jìn)行如車、鏜、鉆、銑等工藝方法。下面簡(jiǎn)要分析一下幾個(gè)方面的工藝特點(diǎn)。
形狀
由于主軸徑連桿軸徑分布在不同的軸線上，所以受力不平衡，使加DEUTZ1013曲軸加工工藝變得復(fù)雜。為消除不平衡現(xiàn)象，主要采取措施為使用平衡重，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意在連桿軸定位時(shí)用偏心夾具。對(duì)于像大型曲軸這類的不平衡現(xiàn)象明顯的，應(yīng)使刀具旋轉(zhuǎn)，曲軸不轉(zhuǎn)。在曲柄臂端面處銑兩處平面，用來(lái)當(dāng)做確定曲軸角度精確度的輔助基準(zhǔn)；軸向定位用齒輪銷孔。
剛度
DEUTZ1013曲軸長(zhǎng)徑比（I/D）大，故剛度低。在切削力和自身重力作用下，產(chǎn)生極強(qiáng)的扭矩和彎矩，尤其是單動(dòng)機(jī)床。故注意一下幾點(diǎn)：
⑴制造加工過(guò)程中，如粗加工，余量大，切除余料較多。因此機(jī)床車刀、夾具等剛度要求高。
⑵曲軸加工時(shí)，為增加剛度，中間用支撐架以降低振幅和形變。
⑶為減少扭矩和彎矩，采取高強(qiáng)度機(jī)床。傳動(dòng)方式采取中間傳動(dòng)或者兩邊傳動(dòng)。
⑷加工時(shí)應(yīng)盡量減小切削力的影響。
⑸在可能產(chǎn)生形變誤差的工序處，后面添加校正工序
⑹工序要安排合理。
技術(shù)要求
上述兩個(gè)方面已經(jīng)闡述，剛度差、結(jié)構(gòu)形狀的復(fù)雜性、生產(chǎn)方式及規(guī)模等諸多方面考慮，DEUTZ1013柴油機(jī)曲軸的工藝路線要細(xì)致周密，工序繁多。其中，磨削占主要工序。
綜上，DEUTZ1013柴油機(jī)曲軸技術(shù)要求很高。如何提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)中如何實(shí)現(xiàn)高效率自動(dòng)化是一個(gè)待解救問(wèn)題。
3.3.2 定位基準(zhǔn)
由上述DEUTZ1013曲軸工藝特點(diǎn)分析知，剛度、形狀的復(fù)雜度以及各運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)關(guān)系，定位基準(zhǔn)的選擇尤為重要，直接影響著零件的尺寸精度、形變量等。主要加工面包括：端面、端軸頸、主軸頸、曲軸臂以及連桿軸頸等等。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，主軸及連桿軸頸的軸線不在一條線上，所以在加工時(shí)應(yīng)注意以連桿軸頸為基準(zhǔn)。
⑴基準(zhǔn)選擇原則
①粗基準(zhǔn)
a、基準(zhǔn)面盡量選擇精確度高的表面
b、余量分配均勻
c、非加工面作粗基準(zhǔn)時(shí)，選擇位值誤差盡量小的表面。
d、使用原則不可重復(fù)
e、粗基準(zhǔn)面盡可能光潔，面積足夠大利于裝甲。
②精基準(zhǔn)
a、基準(zhǔn)不變?cè)瓌t，即統(tǒng)一基準(zhǔn)。
b、基準(zhǔn)重合原則，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合。
c、自為基準(zhǔn)原則，即對(duì)工件兩個(gè)相互位置精確度要求高的表面相互為基準(zhǔn)。
⑵基準(zhǔn)的選擇
①主軸頸及同軸心軸頸
設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：主軸頸中心孔
定位基準(zhǔn)：對(duì)于主軸頸和同軸心軸頸，既要遵循基準(zhǔn)選擇原則又要保證軸端面和軸的精確度，選用中心孔定位。首先，先銑端面和中心孔（先粗銑再精銑）。為保證DEUTZ1013曲軸毛坯外徑的軸線與中心孔重合主，故以毛坯外圓端面為粗基準(zhǔn)；為減少系統(tǒng)誤差和測(cè)量誤差，把3號(hào)主軸（中間軸）作為粗基準(zhǔn)，余量?jī)啥藢?duì)稱分配。這樣保證了徑向和軸向余量分布的均勻性。
②連桿軸頸
曲柄臂平面的兩個(gè)工藝平面作為輔助精基準(zhǔn)，工藝平面距離主軸頸軸心與連桿軸的連線根據(jù)尺寸公差表查出公差值，保證各個(gè)方向余量的分布。
連桿的精加工，既要滿足連桿軸曲柄半徑值和主軸的不平衡度又要遵循基準(zhǔn)選擇原則，所以選用磨削過(guò)的最遠(yuǎn)端的主軸作為精基準(zhǔn)。這樣一方面便于安裝，滿足技術(shù)要求并且形變量小；另一方面連桿軸不在同一平面，1號(hào)軸和5號(hào)軸裝有定位銷，故運(yùn)動(dòng)受限。
對(duì)于各軸頸的軸向尺寸公差，定位基準(zhǔn)通常采用主軸任意一個(gè)端面。
3.4 工藝路線
3.4.1 機(jī)械加工工序安排
⑴先基準(zhǔn)后其他
⑵先平面后孔
⑶先粗后精
⑷先主后次
3.4.2 確定工藝路線
⑴加工基準(zhǔn)面
⑵車、半精車主軸頸
⑶粗車、半精車連桿頸
⑷鉆、擴(kuò)定位銷孔
⑸鉆擴(kuò)齒輪定位銷
⑹檢查
⑺感應(yīng)淬火
⑻校正
⑼粗磨、精磨主軸頸
⑽粗磨、精磨連桿軸頸
⑾鉆油孔
⑿檢查
⒀鉆軸端孔
⒁動(dòng)平衡、去重
⒂拋光
⒃檢查
3.4.3 DEUTZ1013曲軸表面加工方法的選擇
DEUTZ1013曲軸加工面有端面、質(zhì)量中心孔、主軸頸、螺紋、連桿軸頸、中心孔及鍵槽等。
⑴Φ86mm大端軸頸：尺寸公差 表面粗糙度Ra0.8μm，公差等級(jí)為IT6。需粗車→半精車→磨削。
⑵Φ71主軸頸：尺寸公差 公差等級(jí)為IT5，表面粗糙度Ra0.4μm。
需粗車→半精車→粗磨→半精磨→精磨。
⑶Φ60連桿軸頸：尺寸公差公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度為Ra0.4μm。
⑷兩端Φ25質(zhì)量中心孔：無(wú)尺寸公差，公差等級(jí)為IT7，表面粗糙度為Ra6.3μm。需鉆。
⑸小端螺紋M24×1.5：直徑為Φ24，無(wú)尺寸公差要求，表面粗糙度為Ra6.3μm。螺紋需攻。螺紋直徑需粗車→半精車→精車。
⑹兩端端面：本零件為軸端端面，故無(wú)尺寸公差要求，表面粗糙度為Ra6.3μm。
⑺Φ64小端軸頸：尺寸公差公差等級(jí)為IT11，表面粗糙度為Ra6.3μm。需粗車→半精車
⑻Φ43齒輪軸軸頸：尺寸公差 公差等級(jí)為IT7，表面粗糙度為Ra0.8μm。需粗車→半精車
⑼Φ16齒輪軸鍵槽：尺寸公差 公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度為Ra3.2μm。需粗銑→半精銑。
⑽大端M14×1.5-6H螺紋孔,無(wú)尺寸公差，表面粗糙度為Ra3.2μm。需鉆→擴(kuò)→攻。
3.4.4 最終工藝路線
⑴工序
工序10：粗銑兩端端面
工序20：半精銑兩端端面
工序30：鉆Φ25質(zhì)量中心孔
工序40：粗車Φ86大端軸頸
工序50：粗車5號(hào)主軸頸→粗車第八曲臂止推臺(tái)階
工序60：粗車M24×1.5螺紋直徑→粗車Φ43齒輪軸軸頸→粗車Φ64小端軸頸 →粗車1號(hào)主軸頸→第一曲臂止推臺(tái)階
工序70：粗車封油軸頸→齒輪軸直徑→螺紋直徑
工序80：半精車1號(hào)、5號(hào)主軸頸→半精車M24×1.5螺紋直徑→車推刀槽
工序90：粗銑→半精銑第一曲臂對(duì)稱定位面
工序100：粗銑、半精銑2~4號(hào)主軸頸→擋寬→止推臺(tái)階→粗銑、半精銑1~4號(hào)連桿軸頸→擋寬
工序110：人工時(shí)效
工序120：粗磨全面主軸頸→2~5號(hào)主軸擋寬→1號(hào)主軸擋寬
工序130：半精車大端端面→鉆、擴(kuò)大端端面孔
工序140：半精車大端軸頸→半精車小端軸頸→刀檢2、3曲柄臂
工序150：鉆大端Φ10×18定位銷
工序160：粗磨連桿軸頸→粗磨擋寬→粗磨行程
工序170：槍鉆Φ7油道孔→槍鉆Φ8斜油孔
工序180：油孔噴沙
工序190：中檢
工序200：中間清洗
工序210：熱處理
工序220：中間探傷
工序230：精車Φ43齒輪軸軸頸→精車M24×1.5螺紋直徑
工序240：半精磨2~4號(hào)主軸頸→半精磨擋寬
工序250：半精磨1、5號(hào)主軸頸→半精磨擋寬
工序260：精磨Φ86大端軸頸
工序270：精磨1、4號(hào)連桿軸頸→精磨2、3號(hào)連桿軸頸
工序280：粗銑、半精銑齒輪軸鍵槽
工序290：精磨1、5號(hào)主軸軸頸→擋寬
工序300：精磨2~4號(hào)主軸軸頸→擋寬
工序310：精車大端端面→大端倒角→精車螺紋端面→主軸頸倒角
工序320：中檢
工序330：成品探傷
工序340：鉆、擴(kuò)、攻大端螺紋孔→攻小端螺紋
工序350：油孔倒角、全部油孔拋光
工序360：動(dòng)平衡測(cè)試
工序370：清理毛刺
工序380~390：拋光
工序400：成品檢查
工序410：入庫(kù)
3.5 計(jì)算余量及設(shè)計(jì)毛坯圖
3.5.1 計(jì)算機(jī)械加工余量
鍛造工件的加工余量，根據(jù)鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)、質(zhì)量及表面粗糙度等和孔的加工余量，都查表得之。
⑴鍛件的質(zhì)量。根據(jù)毛坯估算其值約為20kg。
⑵鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)s
設(shè)毛坯件長(zhǎng)650mm，直徑Φ170mm
查表知，形狀復(fù)雜系數(shù)為，較復(fù)雜級(jí)別。
⑶鍛件加工表面粗糙度參考值Ra≥0.4μm。
⑷對(duì)于機(jī)械加工余量，查表知各個(gè)軸頸余量為0.25~0.5；其他加工面余量為0.5~6。
⑸由于是批量生產(chǎn)并且為提高生產(chǎn)效率、毛坯質(zhì)量，這里采用模鍛。
3.5.2 設(shè)計(jì)毛坯圖
⑴毛坯公差尺寸的確定
毛坯的公差尺寸要依據(jù)鍛件質(zhì)量m、形狀復(fù)雜系數(shù)s、鍛件材質(zhì)系數(shù)以及分模線形狀種類，查表得之。
表3.5.1 DEUTZ1013曲軸毛坯尺寸
零件尺寸
單面加工余量
鍛件尺寸
Φ71
Φ60
Φ86
Φ64
Φ43
Φ24
633.5
54.5
33
46.5
76
38
19
1.5
4
1
2
3.4
4.4
3.5
0.6
0.46
0.4
0.6
4
0.5
Φ73
Φ61.7
Φ95
Φ66
Φ46.4
Φ32
637
55.1
33.46
46.9
76.6
42
19.5
鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)、鍛件質(zhì)量，42CrMoA的C含量為0.38~0.45%，查表得鍛件材質(zhì)系數(shù)為，采用不對(duì)稱彎曲分模線。錯(cuò)差公差查表的1.4mm，殘留飛邊公差查表的1.4mm。
表3.5.2 毛坯尺寸公差
鍛件尺寸
偏差
依據(jù)
厚度
637
31
+3.3
-1.7
+1.9
-0.9
《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》
表2.2-14
內(nèi)表面
Φ66
+1.9
-0.9
外表面
Φ73
Φ61.7
Φ95
Φ46.4
Φ32
+1.9
-0.9
+1.9
-0.9
+2.1
-1.1
+1.9
-0.9
+1.7
-0.8
臺(tái)階
55.1
76.6
+1.9
-0.6
+1.9
-0.6
《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》
表2.2-16
⑵毛坯圖
3.6 加工裝備選擇及安排
3.6.1選擇機(jī)床
⑴選擇機(jī)床注意事項(xiàng)
①加工面的精度和機(jī)床精度相符合。
②選擇機(jī)床時(shí)，應(yīng)盡可能發(fā)揮機(jī)床作用及負(fù)荷平衡。
③選擇與工件尺寸、形狀相符合的機(jī)床規(guī)格。
④這里選擇的生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)，故應(yīng)選高產(chǎn)率的機(jī)床。
⑵選擇機(jī)床
①具體機(jī)床選擇
1) 工序10~20是粗銑和半精銑，各個(gè)工序步驟少且為大批量生產(chǎn)，零件的外廓尺寸適中并且精度要求 適中，因此選用ZBT8261型臥式雙面銑床。
2) 質(zhì)量中心孔尺寸小，它的精度要求適中，故選擇SM-002質(zhì)量定心機(jī)。
3) 工序40~90主要是粗車，所以精度要求不是很高且加工零件是回轉(zhuǎn)體，故選CW6163型臥式車床。
4) 工序100~120需要半精車，精度要求比較高，考慮到尺寸及加工要求，選用V36數(shù)控車床。
5) 工序130為銑第一曲臂定位基準(zhǔn)面，所以要求精度精準(zhǔn)，另外還需要去除毛刺，故選X1532單柱臥式銑床。
6) 工序130~150只要為內(nèi)銑，加工復(fù)雜，表面粗糙度小，精度要求高，故選GPM240F2-3型內(nèi)銑機(jī)床。
7) 工序170為磨削及工序28中的1號(hào)、5號(hào)主軸頸，精度要求高，故選擇MQ1350型外圓磨床。
8) 工序190~210主要為半精車，考慮到鍛件材質(zhì)等，選用CA6140型普通車床
9) 工序220定位銷，需用專門的定位銷孔專機(jī)，這里選用的型號(hào)為JS274。
10) 工序230為內(nèi)部粗磨，加工復(fù)雜，要求精度高，故選MQ8260型外圓磨床。
11) 工序240，對(duì)于加工油孔，需用專門的油孔專機(jī)，這里選用MS-U028型油孔專機(jī)。
12) 工序260~270及350~380主要為精車，因此精度要求高，故選C620普通車床。
13) 工序280~290主要是精磨，表面粗糙度較小，宜用磨床，故選H173數(shù)控外圓磨床。
14) 工序300~310工序?yàn)閮?nèi)部精磨，所以加工復(fù)雜，故選5SEGV100C型外圓磨床。
15) 工序320齒輪軸鍵槽，加工尺寸小，考慮到加工面，故選X6020B臥式升降臺(tái)銑床。
16) 工序330，由于1號(hào)、5號(hào)主軸頸在兩端外部，考慮到結(jié)構(gòu)，故選TOYODAGL100MT數(shù)控外圓磨床。
17) 工序340,2~4號(hào)主軸頸在中間，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，故選TOYODAGL7P數(shù)控外圓磨床。
18) 工序390~400主要為鉆孔等，加工復(fù)雜，為了保證精度，故選YNC-027雙端面加工中心。
3.6.2 量具的選擇
由于生產(chǎn)方式是批量生產(chǎn)模式，故通常選用通用量具。這里采用按計(jì)量器的測(cè)量方法極限誤差選擇。
如粗磨各Φ71主軸頸，查表得T=0.05，K=0.25，極限誤差為12.5
表3.2 加工面所用量具
加工面尺寸
尺寸公差
量具
Φ86
0.022
測(cè)量范圍0~300的游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍0~125的游標(biāo)卡尺，分度值為0.02
Φ71
0.013
Φ64
0.2
Φ60
0.02
Φ43
0.025
633.5
0.3
分度值為0.1，測(cè)量范圍0~1000的游標(biāo)卡尺
554
0.3
74
0.3
分度值為0.05，測(cè)量范圍0~150的游標(biāo)卡尺
55
0.3
38
0,2
33
0.2
30
0.2
19
0.2
25
0.03
分度值為0.05，測(cè)量范圍0~100的深度千分尺
3.6.3 選擇夾具
夾具的設(shè)計(jì)與使用有提高產(chǎn)率、擴(kuò)大機(jī)床使用范圍、保證加工制造的質(zhì)量及減緩勞動(dòng)力很大作用。另外，夾具的正確使用還有促進(jìn)精密零件的掌握情況和解決繁多復(fù)雜的工藝等等。具體分析請(qǐng)見(jiàn)后面夾具設(shè)計(jì)。
3.6.4 刀具選擇
選擇刀具的過(guò)程主要包括刀具材料、構(gòu)造及類型?？紤]因素主要包括：加工精度、粗糙度、加工方法、生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性及加工件形狀等等。
原則是主要采用標(biāo)準(zhǔn)刀具，特殊情況采用專用刀具。
⑴銑端面工序選用YT15右車刀；粗車工序：粗車大端軸頸、5號(hào)主軸頸、螺紋直徑、齒輪軸軸頸、小端軸頸1號(hào)主軸、第一曲臂止推臺(tái)階、封油軸頸，及半精車工序：半車大端端面，查表后選用右車刀YT15；考慮到加工精度及角度等因素，半精車兩端軸頸選用右車刀YT15；精車小端螺紋端面選用右車刀。
⑵粗車5號(hào)主軸頸以及曲臂止推臺(tái)階采用專用車刀。
⑶在數(shù)控車是。車1號(hào)、5號(hào)主軸頸、小端軸頸及其推刀槽時(shí)，選用多方向切割桿車刀、機(jī)夾刀片。
⑷精車螺紋直徑以及齒輪軸直徑，分別選用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀。
⑸精車大端端面采用專門的端面車刀YT30。
⑹銑第一曲臂基準(zhǔn)面，由于精度要求高，選用機(jī)夾銑刀盤。
⑺內(nèi)銑2~4號(hào)主軸及連桿軸頸，選用主軸刀盤和連桿軸刀盤。
⑻粗磨工序。粗磨主軸頸選用P750×34×305A46M6V35砂輪；連桿軸頸選用P900×35×305A46M6V35。
⑼半精磨工序。2~4號(hào)主軸頸，選用P11×34×305A46M6V35；1號(hào)和5號(hào)主軸頸P750×33×305A46M6V35。
⑽精磨工序。大端軸頸選用P900×50×305A46M6V35；連桿軸頸p1100/1065×34×35砂輪；1號(hào)和5號(hào)主軸頸選用P500×350×30CBN砂輪；2~4號(hào)主軸頸選用P915×34×305砂輪
⑾銑齒輪鍵槽，查表知采用B16×5、齒數(shù)8的半圓鍵槽銑刀。
⑿鉆質(zhì)量中心孔選用B6.3/20中心鉆；鉆大端定位銷選用錐柄麻花鉆Φ10鉆、擴(kuò)、攻；大端螺紋孔分別采用Φ12.5×60×107鉆頭、Φ12.5擴(kuò)孔鉆、M14×1.5絲錐；槍鉆油道孔Φ7選用Φ7槍鉆；直油孔劃窩Φ10及Φ8，深度2，根據(jù)查表選用劃窩鉆；槍鉆連桿軸斜油孔Φ6選用Φ6槍鉆。
3.6.2 工序尺寸確定
通常來(lái)說(shuō)，確定工序尺寸的方法為由后推前，既有最后加工工序先前推，零件尺寸標(biāo)注要按工序尺寸標(biāo)注?；A(chǔ)不重合時(shí)，選擇工藝尺寸鏈計(jì)算；無(wú)轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)時(shí)，同一加工面的工序尺寸只與加工余量相關(guān)。
規(guī)定寬度為垂直刀具的方向；長(zhǎng)度為沿刀具的方向。
注：工件為回轉(zhuǎn)體或者加工圓面時(shí)，長(zhǎng)度等于寬度。
例如圖3.6.1，由寬度知，工件直徑小于刀劍直徑可方便進(jìn)行銑削。機(jī)動(dòng)時(shí)間通過(guò)切入超出、長(zhǎng)度來(lái)確定。
圖3.6.1
注：加工圓面時(shí)，對(duì)于車、磨等其他工序直徑為未加工時(shí)的尺寸；長(zhǎng)度為工件進(jìn)給的尺寸。
動(dòng)機(jī)時(shí)間（基本時(shí)間）由加工面的切入超出、長(zhǎng)度確定，關(guān)于切入超出的詳細(xì)計(jì)算在后面進(jìn)行詳細(xì)論述。
3.7 切削用量與基本時(shí)間確定
⑴工序10。本工序?yàn)榇帚姾桶刖?，加工材料?2CrMoA，鍛件。機(jī)床為ZBT8261型臥式雙面銑床，專用夾具裝夾。
①確定粗銑兩端面的切削用量 選用刀具為材料W18Cr4V、=50mm、齒數(shù)z=10，查表知，，，，。
a.確定切削深度
考慮到公差和模鍛斜度等，可以走到次數(shù)為1,則
確定進(jìn)給量f。查表知，=3.5，故進(jìn)給量f范圍為0.03~0.3mm/r。根據(jù)根據(jù)直徑，取進(jìn)給量f=0.068mm/r。根據(jù)進(jìn)給量f，查表得切入和超出量為24，f=34mm/min。
b.確定切削速度。
其中，t-刀具耐用度
f-進(jìn)給量
-切削深度
根據(jù)上面表格，查得t=200。代入上面公式，解得v251min/s。
在計(jì)算轉(zhuǎn)速 n=497，
按ZBT8261型臥式車床轉(zhuǎn)速表查得，n=500
注：根據(jù)實(shí)際情況，驗(yàn)算是否在主軸轉(zhuǎn)數(shù)的級(jí)數(shù)之內(nèi)，理論值是否可以達(dá)到，根據(jù)相應(yīng)機(jī)床轉(zhuǎn)速表選擇相近數(shù)值即可。
c.計(jì)算切削力。
查表的切削力
其中-側(cè)吃刀量
-進(jìn)給方向吃刀量
- 背吃刀量
Z-銑刀齒數(shù)
-銑刀直徑
故=9,81×101×××10×=5.50N
②基本時(shí)間
a.單個(gè)工件的時(shí)間組成如下，
其中， —服務(wù)時(shí)間是指工作地方的時(shí)間。如刀具的更換和變調(diào)、去除切削、等。一般可按照=（3.0%~5.0%）估算。本次工藝卡填寫按照5%估算。
—基本時(shí)間。因?yàn)檫@里設(shè)計(jì)的加工工序，故也叫機(jī)動(dòng)時(shí)間。機(jī)動(dòng)時(shí)間是直接影響加工零件的尺寸、形狀、表面質(zhì)量等方面的時(shí)間變化值。
—輔助時(shí)間。在保證基礎(chǔ)時(shí)間的基礎(chǔ)上，完成輔助動(dòng)作所用的時(shí)間。如測(cè)量、操作機(jī)床、裝卸工件、切削用量的變化等等。此時(shí)間可查表選擇，也可依據(jù)公式=（10.0%~20.0%）計(jì)算。這里按照10.0%估算。
—準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間。在了解工件內(nèi)容、領(lǐng)取毛坯、選擇并安裝設(shè)備等一系列工作中，一個(gè)工序完成后單件額定時(shí)間不計(jì)入其中。由于這里生產(chǎn)方式為批量生產(chǎn)，所以為零。
b.基本時(shí)間計(jì)算
其中，—加工長(zhǎng)度(mm)
—加工切入(mm)
—加工超出(mm)
===3.50
將=3.50代入下列式中，
=0.1×=0.350
=0.05×=0.181
=3.50+0.350+0.181=4.03min
故，=3.55min
圖3.7.1 銑端面
⑵工序20。本工序?yàn)榘刖?，加工材料?2CrMoA，鍛件。機(jī)床為S3X-5021型臥式雙面銑床，專用夾具裝夾。
①半精銑兩端的切削用量 選用刀具為材料W18Cr4V、=50mm、齒數(shù)z=10，查表知，，，，。
a.確定切削深度
考慮到公差和模鍛斜度等，可以走到次數(shù)為1,則
b.確定進(jìn)給量f。查表知，=2，故進(jìn)給量f范圍為0.12~0.18mm/r。根據(jù)根據(jù)直徑，取進(jìn)給量f=0.18mm/r。根據(jù)進(jìn)給量f，查表得切入和超出量為24，f=0.30mm/min。
c.確定切削速度。
根據(jù)（1）中耐用度表格，查得t=200。代入上面公式，解得v=113min/s。
在計(jì)算轉(zhuǎn)速 n=181，
按S3x-5021型臥式車床轉(zhuǎn)速表查得，n=180
d.計(jì)算切削力。
其中-側(cè)吃刀量
-進(jìn)給方向吃刀量
- 背吃刀量
Z-銑刀齒數(shù)
-銑刀直徑
故=9,81×101×××10×=2.81N
②計(jì)算基本時(shí)間
其中，—加工長(zhǎng)度(mm)
—加工切入(mm)
—加工超出(mm)
===3.46
將=3.46代入下列式中，
=0.1×=0.346
=0.05×=0.173
=3.46+0.346+0.173=3.979min
=3.66min
⑶工序30。
鉆兩端質(zhì)量中心孔。切削用量=3，進(jìn)給量=0.08mm/r，=40mm/min,轉(zhuǎn)速n=500，切削速度=9.4m/min。=0.53。
⑷工序40。
粗車大端軸頸。 切削用量=4.5，進(jìn)給量f=0.3mm/r，f=53.4mm/min,轉(zhuǎn)速n=178，切削速度=57m/min。=1.32。
⑸工序50。
粗車第八曲臂止推臺(tái)階。切削用量=3.5，進(jìn)給量f=0.54mm/r，f=71.3mm/min,轉(zhuǎn)速n=132，切削速度36=m/min。=0.68。
粗車5號(hào)主軸頸。切削用量=3.5，進(jìn)給量f=0.54mm/r，f=71.3mm/min,轉(zhuǎn)速n=132，切削速度=36m/min。=0.68。
其余工序參數(shù)值請(qǐng)見(jiàn)工序卡。
4 機(jī)床夾具
4.1 夾具分析
4.1.1 夾具功能
⑴加工時(shí)確保精度。加工工件是通過(guò)夾具來(lái)固定、加工。加工的精度通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)保證。一方面，運(yùn)用定位元件確定準(zhǔn)確位置；另一方面，運(yùn)用加緊機(jī)構(gòu)來(lái)保證加工過(guò)程中零件的固定。
⑵提高工件產(chǎn)率。夾具的使用可以大大的減少輔助時(shí)間，如對(duì)刀、劃線、找正等。
⑶即加強(qiáng)了安全，又減小了勞動(dòng)強(qiáng)度。
4.1.2夾具設(shè)計(jì)分析
夾具的分類方式主要依據(jù)其特點(diǎn)和機(jī)床。依據(jù)機(jī)床可包括鏜床夾具、車床夾具及鉆床夾具等；銑床夾具依據(jù)使用特點(diǎn)可包括：可調(diào)夾具、組合夾具、通用夾具及專用夾具等。本設(shè)計(jì)為批量生產(chǎn)，故多用專用夾具。（專用夾具：為加工工件某一工序而專門設(shè)計(jì)的夾具，通常用在批量生產(chǎn)中）
關(guān)于裝夾方法，一是先在圖樣上劃線，再在裝夾的時(shí)候通過(guò)指示表或者劃針找正之后，再裝夾于工作臺(tái)（或者花盤）上。這種裝夾方式通常用于小批量（或者單件）生產(chǎn)；二是加工工件通過(guò)夾具再安裝在機(jī)床上。這種方式一般適用于成批量（大批量）生產(chǎn)中。
4.1.3確定定位與夾緊方案
這里采用的是無(wú)需反復(fù)定位的夾具，這樣可以大大地提高了生產(chǎn)率。因?yàn)?號(hào)軸、1號(hào)軸的軸心與銷孔中心線共線的原因，所以定位時(shí)主軸中心及1、4曲拐是關(guān)鍵。
依據(jù)定位夾緊的選擇原則以及確保定位銷的順利加工，定位曲拐中心時(shí)，選用自動(dòng)定心夾緊裝置，用主軸中心軸線定位來(lái)限制旋轉(zhuǎn)方向自由度；主軸軸線選用兩端頂尖定位孔，采用的是活頂尖，因此可以限制4個(gè)自由度；大端端面緊靠夾具體，軸向自由度可以限制。它的工作原理是先把工件預(yù)定，通過(guò)液壓控制使夾緊機(jī)構(gòu)中上下夾板以相同速度向中心運(yùn)動(dòng)，使得主軸中心線與機(jī)床中心線組成的平面一直和夾具面始終平行。機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論曲軸軸徑尺寸是否精準(zhǔn)，都不會(huì)產(chǎn)生影響。
軸向旋轉(zhuǎn)定位選擇5號(hào)曲軸，這樣可以使切削力與夾緊點(diǎn)距離更近，直徑大的軸離定位點(diǎn)遠(yuǎn)，可以使加工精準(zhǔn)。
4.1.4夾具設(shè)計(jì)
⑴預(yù)定位
正式定位之前，要先進(jìn)行工件預(yù)定位。預(yù)定位元件選擇的是圓柱形擋棍及兩個(gè)短V形塊。擋塊放于1號(hào)曲拐下處，短形V形快放在2、4號(hào)主軸頸處，三者要略低于曲軸下面。
⑵主軸中心線定位與夾緊
①定位
主軸中心線定位方式選用頂尖定位，頂尖選擇浮動(dòng)頂尖。定位裝置用液壓控制，左端液壓缸直徑比右端直徑小，二者工作時(shí)運(yùn)動(dòng)方向是從右向左推進(jìn)，大端端面靠近夾具體，從而限制方向自由度。
②夾緊
夾緊機(jī)構(gòu)選擇自動(dòng)化夾緊機(jī)構(gòu)，通過(guò)等速位移來(lái)消除尺寸誤差。
⑶曲軸定位與夾緊
①定位
在整個(gè)設(shè)計(jì)制造中，最重要且最有難度的是曲軸定位加工。因?yàn)榍S的中心 線與主軸回轉(zhuǎn)中心線不同，定位元件選擇錐度心軸，限制以及Y、Z的旋轉(zhuǎn)。
②夾緊
曲軸夾緊裝置選擇自動(dòng)夾緊裝置。通過(guò)兩夾板將將工件向軸心雙向夾緊以保證孔的加工精度。兩個(gè)夾板分別在兩個(gè)絲杠上，絲杠螺紋的旋向相反，絲杠由二級(jí)齒輪來(lái)傳遞。其中，第一級(jí)齒輪是通過(guò)與液壓缸活塞相連的齒條傳遞，齒條被活塞推動(dòng)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，，再由齒輪傳遞給絲杠。如圖4.1.1所示。
圖4.1.1
注：夾緊機(jī)構(gòu)基本條件：夾緊時(shí)，工件既要保持既定位置不變又要不離開(kāi)定位支撐。夾緊力的選擇要保證工件的定位又要避免工件變形、位移及振動(dòng)，保證夾緊行程順利進(jìn)行。自動(dòng)化夾緊機(jī)構(gòu)中的自動(dòng)化程度、復(fù)雜程度要與成產(chǎn)方式相匹配。
4.1.5夾緊行程確定
本設(shè)計(jì)采用的夾緊機(jī)構(gòu)是由液壓缸控制，所以與活塞桿有密切聯(lián)系。預(yù)定位時(shí)存在距離差，差值為4。為消除差值在兩個(gè)夾板處移動(dòng)6。故絲杠中二級(jí)齒輪模數(shù)M為2；齒數(shù)為18、58、21。
故第二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)數(shù)：
第二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)過(guò)距離： =40.91
4.1.6計(jì)算夾緊力
①確定夾緊力
夾緊力是依據(jù)切削力估算得出來(lái)的，所以計(jì)算夾緊力的時(shí)候結(jié)合切削力以及夾緊力結(jié)構(gòu)列出靜平衡方程，求出安全系數(shù)k，進(jìn)而求出實(shí)際夾緊力。在計(jì)算時(shí)，要把夾具和加工工件看作統(tǒng)一的剛性系統(tǒng)，工件受力情況要在切削力方向、大小和作用點(diǎn)最不利的情況考慮。
其中，—計(jì)算夾緊力
—實(shí)際夾緊力
K—安全系數(shù)
其中，一般安全系數(shù)
—加工性質(zhì)系數(shù)
—刀具頓化系數(shù)
—斷續(xù)切削系數(shù)
查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表格，計(jì)算k=2.5
粗加工鉆孔時(shí)力矩最大，可以求出和
其中，M—切削扭矩
f—進(jìn)給量
—修正系數(shù)
—鉆頭直徑
由于工件材料為結(jié)構(gòu)鋼、刀具材料為高速鋼，所以代入上式得:
=1.233
綜上，將代入解得：
圖4.1.2 受力分析
列靜平衡方程
→
其中，N=2840N
列力矩平衡方程
→
其中，
解得
其中，
②檢驗(yàn)
計(jì)算最大夾緊力P
其中，
注：工作壓力p取值范圍為1.0~5.0，這里取3.5
將以上計(jì)算值代入上式解得
綜上，符合設(shè)計(jì)要求。
4.2 夾具裝配
⑴整體裝配
二級(jí)傳動(dòng)齒輪中的齒條與活塞桿連接后，再把二級(jí)齒輪裝配于齒輪箱，齒輪軸再和絲杠相連。將液壓缸緊固于夾具。先把油缸底座、鉆模支架套安裝在夾具之上，再把頂尖放于二者之上后裝入鉆模。最后安裝擋塊和短V形塊。
安裝檢查后再把夾具緊固于機(jī)床上。
⑵局部裝配
將圓螺母和壓板與齒輪軸和齒條兩兩相連，完畢后連接齒條。齒輪軸上的推力軸承與絲杠安裝完畢后與夾具固定。
4.3 夾具經(jīng)濟(jì)性能
在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了要考慮工藝方面的性能，也要對(duì)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。
⑴控制裝置應(yīng)多選取機(jī)動(dòng)控制裝置而非手動(dòng)裝置，這樣有利于提高產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)力；也有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制。
⑵夾具中應(yīng)多選用標(biāo)準(zhǔn)件，這樣有利于降低成本；也有利于避免更換零件時(shí)的重復(fù)設(shè)計(jì)，從而減少更換用時(shí)。
⑶夾具設(shè)計(jì)時(shí)盡量使精加工面面積最小，以降低成本。
5 檢驗(yàn)零件
5.1 氣動(dòng)量?jī)x
曲軸的主軸頸用用氣動(dòng)量?jī)x檢測(cè)，如圖5.1.1所示為氣動(dòng)量?jī)x的工作原理。過(guò)濾壓縮的空氣通過(guò)穩(wěn)壓室1經(jīng)由主噴嘴2進(jìn)到測(cè)量氣室內(nèi)，從輸出管道6溢出，這樣管內(nèi)壓強(qiáng)產(chǎn)生變化。利用U形管的前后差值，反應(yīng)管內(nèi)壓強(qiáng)變化值，繼而間接測(cè)量出主噴嘴處流速的變化值，其函數(shù)關(guān)系式為P=f(S)。其數(shù)值通過(guò)刻度尺9來(lái)記錄。
圖5.1.1
5.2氣動(dòng)卡規(guī)
該器件用作曲軸生產(chǎn)之用，如圖所示。被測(cè)工件的尺寸變化產(chǎn)生的彈性形變使噴嘴1二者之間間隙發(fā)生變化，變化值通過(guò)氣動(dòng)量?jī)x的刻度尺記錄。
5.3檢驗(yàn)夾具
首先，先把曲軸放于支架1、5之上，皮帶輪端的頂尖孔用頂尖6頂住。使3號(hào)主軸頸的右端臺(tái)肩靠在軸向定位件3處，通過(guò)百分表9記錄數(shù)據(jù)。
圖5.3.1
6 結(jié)論
通過(guò)DEUTZ1013柴油機(jī)曲軸加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，使我感受頗多。由于學(xué)校組織安排實(shí)習(xí)的地方是大連機(jī)車車輛有限公司，參觀過(guò)生產(chǎn)曲軸的車間。因此可以讓我和生產(chǎn)實(shí)踐可以完美結(jié)合，在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上并結(jié)合前端科技技術(shù)，設(shè)計(jì)更高產(chǎn)率、更小勞動(dòng)強(qiáng)度的工藝。結(jié)合在實(shí)習(xí)期間做的筆記以及圖書(shū)館相關(guān)資料，還有最重要的是甄恒洲老師的耐心指導(dǎo)，讓我的規(guī)程設(shè)計(jì)得以順利的完成。
在設(shè)計(jì)中，充分體現(xiàn)了理論結(jié)合實(shí)踐的道理。首先，任何工序都必須要滿足可操作性。這個(gè)設(shè)計(jì)最大的特色是在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上融入先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)模式。其次，這讓我把這四年學(xué)的全部知識(shí)可以綜合應(yīng)用。耗時(shí)五個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我有有一個(gè)自己完整地獨(dú)立設(shè)計(jì)、思考機(jī)會(huì)，大到工序編排小到每個(gè)工步。這不僅是我學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)，也是我毅力的磨練！
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51
附錄1：外文翻譯
基于ANSYS的一二缸曲軸諧波分析
talikoti巴薩瓦拉杰醫(yī)師研究學(xué)者 機(jī)械工程系。K. Pillai博士M.瓦大學(xué)工程媒體研究，新本韋爾，馬哈拉施特拉，印度
S. N. Kurbet博士教授和機(jī)械工程帶頭人。機(jī)械工程系。basveshwar大學(xué)工程系，Bagalkot，卡納塔克邦，印度
V. V. Kuppast博士教授在機(jī)械工程。機(jī)械工程系。basveshwar大學(xué)工程，Bagalkot，卡納塔克邦，印度
Arvind M. Yadwad教授，機(jī)械工程系副教授，國(guó)家工程mysore-570008，卡納塔克邦研究所，印度
摘要---曲軸是內(nèi)燃機(jī)的主要部分，它在汽車工業(yè)中起著舉足輕重的作用。由于曲軸的失效造成巨大的損失，其市場(chǎng)的穩(wěn)定和可靠