年產(chǎn)3萬件發(fā)動機曲軸加工工藝規(guī)程及夾具設計【鉆扇板φ5油孔】【說明書+CAD+3D】,鉆扇板φ5油孔,說明書+CAD+3D,年產(chǎn)3萬件發(fā)動機曲軸加工工藝規(guī)程及夾具設計【鉆扇板φ5油孔】【說明書+CAD+3D】,年產(chǎn),發(fā)動機,曲軸,加工,工藝,規(guī)程,夾具,設計,鉆扇板,油孔,說明書,CAD 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第一章 前言 曲軸是發(fā)動機對外輸出動力的核心部件，是驅動車、船等運輸工具的重要動力來源。曲軸的功用是把活塞、連桿傳來的氣體力轉變?yōu)檗D矩，用以驅動汽車的傳動系統(tǒng)和發(fā)動機的配氣機構以及其他輔助裝置。曲軸的工作情況是極其復雜的，它是在周期變化的燃氣作用力、往復運動和旋轉運動慣性力及它們的力矩作用下工作的，因此承受著扭轉和彎曲的復雜應力。 曲軸是內燃機中承受沖擊載荷傳遞動力的關鍵零件，也是內燃機五大件（機體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿）中最難以保證加工質量的零件，發(fā)動機曲軸作為重要運動部件，同時因曲軸工況及其惡劣，因而對曲軸材料、曲軸尺寸精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求十分嚴格。其中任何一個環(huán)節(jié)的質量對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響。因此世界各國對曲軸的加工都十分重視，不斷地改進曲軸加工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。在大批量生產(chǎn)的條件下，傳統(tǒng)工藝已不能滿足當前設計和生產(chǎn)需求，在長時間、高速運轉下，曲軸極容易過早出現(xiàn)失效或斷裂，嚴重影響曲軸的壽命和整機可靠性。曲軸的主要失效形式是軸頸磨損和疲勞斷裂，內燃機曲軸部分的結構形狀和主要尺寸對內燃機曲軸的抗彎疲勞強度和扭轉剛度有重要影響，因而在內燃機曲軸設計時，必須對內燃機的結構強度問題予以充分重視。 第二章 曲軸的結構分析及毛坯圖繪制 2.1 分析曲軸的零件圖 零件的結構對其機械加工工藝過程的影響很大，使用性能完全相同而結構不同的兩個零件，他們的加工難易和制造成本可能有很大的差別。所謂良好的工藝性，首先是這種結構便于機械加工，即在同樣的生產(chǎn)條件下能夠采用簡便和經(jīng)濟的方法加工出來。此外，零件結構還應適應生產(chǎn)類型和生產(chǎn)條件的要求。 曲軸是內燃機中最重要的零件之一。它的功用是將活塞和連軸桿傳來的氣體力轉變?yōu)檗D矩輸出，以驅動與其相連的動力裝置，此外還驅動內燃機本身的配氣機構及各種附件。曲軸在工作中受到氣體力、往復慣性力以及它們產(chǎn)生的轉矩和彎矩的作用，受力情況十分復雜。其精度要求非常高，它的加工質量對內燃機的工作性能，對裝配勞動量都要很大的影響。曲軸中幾個主要加工表面、連桿表面、軸承軸頸及錐面鍵槽的精度要求都較高，連桿軸頸需經(jīng)過拋光。因此,各要素的尺寸精度、位置精度和表面質量要求相當高.其主要尺寸和精度要求見曲軸零件示意圖2.1。 圖2.1曲軸零件示意圖 根據(jù)曲軸的工作特點，對其設計要求如下： （1）合理的結構設計（結構已定）。 （2）足夠的剛度、強度。 （3）足夠的耐磨性、抗震性及尺寸穩(wěn)定性。 （4）一定的尺寸精度、形狀精度、位置精度和表面質量。 （5）由于曲軸在旋轉驅動連桿過程中承受交變載荷，因此它還應具有一定的抗疲勞強度。 以上其中第（2）、（3）、（5）項要求可以通過選擇曲軸的材料及熱處理工藝予以解決，曲軸的制造精度則由機械加工來加以保證。 2.2曲軸主軸頸的精度分析 （1）主軸頸的精度 曲軸在發(fā)電機中是以它的兩個支承軸頸與相應的軸承內孔相配合，從而確定了曲軸在發(fā)電機中的位置，同時其軸承的位置也被確定下來。曲軸的兩個主軸頸的尺寸精度一樣如圖2.2，長頭端軸頸尺寸，短頭端軸頸尺寸為 。曲軸主軸頸表面的形位誤差（圓度、同軸度、平行度、局部跳動）將直接影響到曲軸的工作精度，造成曲軸的徑向圓跳動、和端面圓跳動，這些跳動又影響其驅動活塞的壓縮平穩(wěn)性。曲軸的軸肩軸承端面對曲軸回轉軸心線的垂直度誤差是使曲軸產(chǎn)生端面圓跳動的原因之一。 圖2.2左主軸頸放大視圖 （2）曲軸工作表面的精度：曲軸工作表面是指安裝飛輪的錐面及連接連桿的拐頸，飛輪轉動帶動曲軸的轉動，從而驅動連桿帶動缸體中的活塞移動。安裝飛輪的工作表面是錐面，具有配合要求的尺寸精度、形狀精度、粗糙度和接觸精度。技術要求錐面對右端軸頸中心線同軸度公差為0.01。加工表面應光潔不得有裂紋、壓傷、刻痕和黑點等缺陷，如上圖1-2保證錐度為1：10。 如下圖2.3連桿軸頸要求精度磨至，并要求保證靠長頭端扇板兩側軸肩間距離為37.5，表面粗糙度為6.3。同時技術要求軸頸表面必須光潔不得有裂痕、壓痕、黑點等缺陷。 圖2.3連桿軸頸局部示意圖 （3）曲軸其他表面及孔的精度：其他表面指扇板內側、鍵槽，過油孔。扇板精度要求表面粗糙度為6.3，兩扇板內側面之間的距離為82。鉆過油孔要求尺寸表面粗糙度為6.3，油孔要求表面粗糙度為6.3。 （4）曲軸各表面的表面層： 所有曲軸的支承軸頸表面、工作表面及其他配合表面都受到不同程度的摩擦作用，曲軸采用滾動軸承、軸頸可以不要求很高的耐磨性，因為摩擦轉移給軸承環(huán)和滾動體，但是它仍然要求適當提高其硬度以改善它的裝配工藝性和裝配精度。 2.3 零件毛坯圖的材料以及成型方法的選定 由于生產(chǎn)規(guī)模大，宜采用高精度和高生產(chǎn)率的毛坯制造方法。精度較高的毛坯制造方法的生產(chǎn)率一般也較高，即節(jié)約原材料又減少機械加工勞動量，又可簡化工藝和工藝設備、降低產(chǎn)品的總成本。選擇毛坯時應考慮工件結構形狀和尺寸大小、對零件的機械性能的要求及本廠現(xiàn)有的設備和技術水平，還應考慮可能性和經(jīng)濟性等因素。 本次設計曲軸材料選用為QT600鑄件。根據(jù)制造廠現(xiàn)有的毛坯生產(chǎn)條件和曲軸生產(chǎn)數(shù)量屬于大批量生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領，考慮到經(jīng)濟因素，采用殼型鑄造的生產(chǎn)方法，性能高、成本低、效率高、毛坯精度高、加工余量小且組織均勻無脹砂、縮砂、縮孔等缺陷，表面尺寸精度高，可達到GB/T 6414-1999 中公差等級CT8。 2.3.1 零件毛坯圖的繪制 由于零件圖曲軸扇板內側沒有任何表面粗糙度要求，故兩扇板處切削余量留在外側，根據(jù)GB/T 6414-1999鑄件尺寸可繪制如下圖2.4和圖2.5毛坯零件圖，剖面線為切削余量。 圖2.4曲軸零件毛坯主視圖 圖2.5曲軸零件毛坯K向視圖 從上圖2.5零件毛坯K向視圖可知，扇板邊緣沒有任何加工要求，不需要設置工序加工。 技術要求： 1)鑄件不得有砂眼裂紋氣孔等缺陷。 2)表面噴丸處理。 3)熱處理：硬度HB229-302。 第三章 制訂加工工藝過程 3.1 基準的確定 基準是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面或其組合,在機器零件的設計和加工過程中,按不同要求選擇哪些點、線、面作為基準,是直接影響零件加工工藝性和表面間尺寸、位置精度的主要因素之一。 定位基準的選擇與工藝過程的制訂有密切的關系，故有必要多設想幾種定位方案比較他們的優(yōu)缺點，周密地考慮定位方案與工藝過程的關系，尤其對加工精度的影響。合理選擇定位基準對保證加工精度和確保加工順序都有決定性的影響，基準的選擇其實就是基面的選擇。 根據(jù)作用的不同，基準可分為： （1）設計基準：零件設計圖樣上所采用的基準，稱為設計基準。這是設計人員從零件的工作條件、性能要求出發(fā)，適當考慮加工工藝性而選定的。一個零件圖上可以有一個也可以有多個設計基準。 （2）工藝基準：零件在工藝過程中所采用的基準，成為工藝基準。其中又包括工藝基準、定位基準、測量基準和裝配基準。 （3）定位基準：工件在機床上或夾具中進行加工時用作定位的基準，稱為定位基準。當加工主軸頸時，其位置是由夾具上定位相接的面確定的，故該接觸面即是本道工序的定位基準。 （4）工序基準：在工序圖中，用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準，稱為工序基準。應對各工序中的工件加工面作具體分析、確定某面或線作為該工序的基準。工序基準采用工件上實際表面的點、線、面以外，還可以是工件表面的幾何中心、對稱面或對稱線等。例，加工主軸頸時以主軸中心線為加工的工序基準。 （5）測量基準：在測量時所采用的基準，稱為測量基準。根據(jù)不同工序要求測量已加工平面位置時使用不同的測量基準，如測量曲軸總長時應以曲軸兩端面為測量基準。 （6）裝配基準：在機器裝配時，用來確定零件或部件在產(chǎn)品中所采用的基準，稱為裝配基準。 3.2定位基準的選擇 正確選擇定位基準是設計工藝過程的一項重要內容。在最初的工序中只能選擇未加工的毛坯表面作為定位基準，這種表面稱為粗基準。用加工過的表面作為定位基準稱為精基準。另外，為了滿足工藝需要在工件上專門設計的定位面，稱為輔助基準。 3.2.1粗基準的選擇 粗基準的選擇影響各加工面的余量分配及不需加工表面之間的位置精度。這兩方面的要求常相互矛盾，因此在選擇粗基準時，必須首先明確那一方面是主要的，一般可遵循如下原則： （1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，則應以不加工表面作為粗基準。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應以其中精度要求較高的表面作粗基準。 （2）如果必須首先保證工件某重要表面的余量均勻，應該選擇該表面作粗基準。 （3）選作粗基準的表面，應平整，沒有澆口、冒口或飛邊等缺陷，以便定位可靠。 （4）粗基準一般只能使用一次，即不應重復使用，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。 3.2.2精基準的選擇 選擇精基準時應考慮如何保證加工精度和裝夾準確方便等因素，一般遵循如下原則： （1）用設計基準作為精基準，以便消除基準不重合誤差，即所謂“基準重合”原則。 （2）當工件以某一組精基準定位可以較方便的加工其他各表面時，應盡可能在多數(shù)工序中采用此組精基準定位，即所謂“基準統(tǒng)一”原則。 選作統(tǒng)一基準的表面，一般都應是面積較大、孔以及其他距離較遠的幾個面的組合。 （3）當精加工或光整加工工序要求余量盡可能小而且均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準，而該加工表面與表面之間的位置精度則要求由先行工序保證，即遵循“自為基準”原則。 （4）為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，在選擇精度基準時，可遵循“互為基準”的原則。 （5）精基準的選擇應使定位準確，夾緊可靠。為此，精基準的面積與被加工表面相比，應有較大的長度與寬度，以提高其位置精度。 因此曲軸的設計加工應采用統(tǒng)一基準原則，交替或共同使用中心孔和外表面作為定位基準。 3.2.3 加工順序的安排 零件表面的加工方法確定之后，就要安排加工的先后順序，同時還要安排熱處理、檢驗等其他工序在工藝過程中的位置。零件加工順序安排的是否合適，對加工質量、生產(chǎn)效率率和經(jīng)濟性有較大的影響?，F(xiàn)將有關加工順序安排的原則和應注意的問題分述如下。 按加工性質和作用的不同，工藝過程可以劃分如下幾個階段： （1）粗加工階段：這個階段主要任務是除去大部分加工余量，為半精加工提供定位基準，因此主要是提高生產(chǎn)率的問題。 （2）半精加工階段：這階段的作用是為零件主要表面的精加工做好準備（達到一定的精度和表面粗糙度，的精加工余量），并完成一些次要表面的加工（如鉆孔、攻絲、銑鍵槽等），一般在熱加工以前進行。 （3）精加工階段：對于零件上的精度和表面粗糙度要求高（精度在IT7級或以上，表面粗糙度在Ra0.8以下）的表面，還要安排精加工階段。曲軸3個軸頸都需要精加工，其余表面要求不高，這個階段的任務主要是提高加工表面的各項精度要求和降低表面粗糙度。此外，對零件上的精度和表面粗糙要求特高的表面還應在精加工后進行光整加工。稱為光整加工階段。 （4）機械加工順序的安排：一個零件上往往有幾個加工表面需要加工，這些表面不僅本身有一定的精度要求，而且各表面間還有一定的位置要求。為了達到這些精度要求，各表面的加工順序就不能隨便安排，而必須遵循一定的原則，這就是定位基準的選擇和轉換決定著加工順序，以及前工序為后續(xù)工序準備好定位基準的原則。 3.2.4熱處理工序的安排 熱處理工序在工藝過程中的安排是否恰當，是影響零件加工質量和材料使用性能的重要因素。熱處理的方法、次數(shù)和在工藝過程中的位置，應根據(jù)零件材料和熱處理的目的而定。 (1)退火或正火：為了得到較好的表面質量、減少刀具磨損，需要對毛坯預先進行熱處理，以消除組織的不均勻，降低硬度、細化晶粒，提高加工性。 (2)時效：為了消除殘余應力應進行時效處理（其中包括人工時效和自然時效）。 (3)淬火：淬火可提高材料的機械性能（硬度和抗拉強度等）。 (4)滲碳：由于滲碳的溫度高，容易產(chǎn)生變形，因此一般滲碳工序安排在精加工之前進行。 (5)氮化處理:是為了提高零件的表面硬度和抗腐蝕性，一般安排在工藝過程的后部、該表面的最終加工之前。氮化處理前應調質。 (6)表面處理:為了提高零件的抗腐蝕能力、耐磨性、抗高溫能力和導電率等，一般都采用表面處理的方法。如在零件的表面鍍上一層金屬鍍層（鉻、鋅、鎳、銅以及金、銀、鉬等）或使零件表面形成一層氧化膜。表面處理工序一般均安排在工藝過程的最后進行。 3.2.5輔助工序的安排 輔助工序種類很多，包括中間檢驗、洗滌、防銹、特種檢驗和表面熱處理等。 （1）檢驗：檢驗工序一般安排粗加工全部結束之后，精加工之前；送往外車間加工的前后（特別是熱處理前后）；化費工時用于工序和重要工序的前后。以便及時控制質量，避免浪費工時。 （2）特種檢驗：X射線、超聲波探傷等多用于工件材料內部質量的檢驗，一般安排在工藝過程的開始。熒光檢驗、磁力探傷主要用于工件表面質量的檢驗，通常安排在精加工階段。如果用于檢驗毛坯的裂紋，則安排在加工前進行。 （3）清洗、涂防銹油：一般安排在最后工序。 3.2.6加工余量的確定及工序尺寸的確定 零件在機械加工工藝過程中，各個加工表面本身的尺寸及各個加工表面相互之間的距離尺寸和位置關系，在每一道工序中是不同的，它們隨著工藝過程的進行而不斷改變，一直到工藝過程結束，達到圖紙上所規(guī)定的要求。在工藝過程中，某工序加工達到應達到的尺寸稱為工序尺寸。 工序尺寸的正確確定不僅和零件圖上的設計尺寸有關系，還與各工序的工序余量有關系。 （1）加工余量的確定：加工余量是指在加工過程中，從被加工表面上切除的金屬層厚度。加工余量分工序余量和加工總余量（毛坯余量）二種。相鄰兩工序的工序尺寸之差稱為工序余量。毛坯尺寸與成品零件圖的設計尺寸之差就稱為加工總余量即毛坯余量，其值等于各工序的工序余量總和。 由于加工表面的形狀不同，加工余量又可分為單邊余量和雙邊余量兩種。如平面的加工余量則是單邊余量，即實際所切除的金屬層厚度。對于外圓和孔等旋轉表面而言，加工余量是從直徑上考慮的，故稱雙邊余量。實際切除的金屬厚度是從直徑上的加工余量的一半。 因各工序尺寸都有公差，故實際切除的金屬層厚度不等，就產(chǎn)生了工序余量的最大值和最小值。在工藝過程中，用極值法還是用調整法計算工序余量的最大值和最小值，它們的概念是不同的。極值法是按試切加工原理計算，調整法是按加工過程中誤差復原的原理來計算。為了便于加工和計算，工序尺寸一般按“如體原則”（指向工件材料體內的方向）標注極限偏差。對于外表面的工序尺寸取上偏差為零，而對于內表面的工序尺寸取下偏差為零。 極值法計算的工序最大余量偏大，工序余量偏小，使得工序余量波動較大，工序余量的偏差過大。所以在制訂機械加工工藝規(guī)程中，單件或小批量生產(chǎn)時用極值法計算，大批量生產(chǎn)和生產(chǎn)穩(wěn)定時用調整法計算，這樣可節(jié)約材料、降低成本。 加工總余量的大小，對零件的加工質量和生產(chǎn)率以及經(jīng)濟性均有較大的影響。余量過大不但增加機械加工的勞動量，也增加材料、工具、電力等的消耗從而增加了成本，并使切削力增大而引起工件的變形較大。相反，余量過小不能保證零件的加工質量。確定加工余量的基本原則是在保證加工質量的前提下盡量減小加工余量。目前，工廠中確定加工余量的方法一般有兩種，一種是靠經(jīng)驗缺定，但這種方法不夠準確，為了保證不出廢品，余量總是偏大，多用于單件小批生產(chǎn)。另一種方法是查閱有關加工余量的表格來確定，這種方法應用比較廣泛。 比較合理的方法是加工余量的分析計算法。這種方法是在了解和分析影響加工余量基本因素的基礎上，加以綜合計算來確定余量的大小。 加工總余量的數(shù)值，一般與毛坯制造精度有關。同樣的毛坯制造方法，總余量的大小又與生產(chǎn)類型有關，批量大的總余量可以小一些。由于粗加工的工序余量的變化范圍很大，半精加工和精加工的加工余量較小，所以在一般情況下加工總余量的分配是足夠的。 （2）工序尺寸的確定：在零件的機械加工工藝過程中，各工序的工序尺寸及工序余量在不斷地變化，其中一些工序尺寸在零件圖上往往不標出或不存在，需要在制定工藝過程時予以確定。而這些不斷變化的工序尺寸之間又存在著一定的聯(lián)系，需要用工藝尺寸鏈原理去分析它們的內在聯(lián)系，掌握它們的變化規(guī)律，正確地計算出各工序的工藝尺寸。 本設計的曲軸毛坯是球墨鑄鐵鑄件，查閱《金屬機械加工工藝人員手冊》可知鑄造件的毛坯厚度約2~5㎜，表面層有缺陷，其特點是有較高的硬度，如果刀具的刀刃切在表面層，將使刀具加速磨損，因此刀具切入金屬的厚度應大于表面層的厚度，大批量生產(chǎn)類型用砂型鑄造查得機械加工余量約為2.5㎜。 3.3 加工工藝過程的確定 設計工藝過程時所涉及的主要問題是劃分工藝過程的組成、選擇定位基準、選擇零件表面加工方法、安排加工順序和組合工序等。 由于零件的加工質量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟性和工人的勞動強度等，都與工藝過程有著密切關系，為此應在進行充分調查研究的基礎上，多設計一些方案經(jīng)分析比較，最后確定一個最合理的工藝過程。經(jīng)過以上問題的分析、研究、評比和估算以后，就可盡量考慮工序的集中，減少裝夾和調整的次數(shù)，以利于保證加工表面間的位置精度。經(jīng)過綜合分析和調整，就得到大批量生產(chǎn)條件下的曲軸零件機械加工工藝過程如表4-1： 表3-1加工工藝過程表 工序號 工序 車間 機床及編號 夾具及編號 01 鑄造 鑄造 02 退火 熱處理 03 探傷檢驗 04 表面噴丸處理 10 粗銑兩端面 機加 雙面銑 V型塊 20 鉆中心孔 機加 車床 三爪卡盤 30 粗車左扇板外側、主軸頸左端 機加 車床 三爪卡盤 40 粗車右扇板外側、主軸頸右端 機加 車床 三爪卡盤 50 粗車錐面 機加 CA6140 三爪卡盤、頂尖 60 鉆連桿軸頸中心孔 機加 CA6140 鉆床夾具 70 粗車連桿軸頸 機加 CA6140 鉆床夾具 80 半精車錐面 機加 CA6140 三爪卡盤、頂尖 90 半精車主軸頸左端 機加 CA6140 三爪卡盤、頂尖 100 半精車主軸頸右端 機加 CA6140 三爪卡盤、頂尖 110 半精車連桿頸軸 機加 CA6140 偏心夾具 120 銑主軸頸左端錐面鍵槽 機加 立式銑床 銑鍵槽夾具 130 精車主軸頸左端 機加 CA6140 雞心夾頭 140 精車主軸頸右端 機加 CA6140 雞心夾頭 150 精車連桿軸頸 機加 CA6140 偏心夾具 160 鉆第二扇板底油孔 機加 Z520 鉆床夾具 170 鉆第二扇板側油孔 機加 Z520 鉆床夾具 180 鉆連桿軸頸油孔 機加 Z520 鉆床夾具 190 鉆主軸頸油孔 機加 Z520 鉆床夾具 200 擴Φ10孔 機加 專用車床 專用夾具 210 擴扇板底孔 機加 專用車床 專用夾具 220 擴扇板側孔 機加 Z520 專用夾具 230 中心孔倒角 機加 鉆床 三爪卡盤 240 攻扇板油孔螺紋 機加 Z512-2 螺孔鉆模 250 檢測 260 氮化及表面噴丸處理 270 拋光各主軸頸 機加 車床 拋光夾具 第四章 確定切削用量 4.1 切削用量的確定 在切削加工時，根據(jù)不同的工件材料、刀具材料和其他技術經(jīng)濟要求來選擇適宜的切削用量。切削用量的大小，反映了單位時間內金屬切除量的多少，它是衡量生產(chǎn)率的重要參數(shù)之一。正確的選擇切削用量，對保證零件的加工精度、提高生產(chǎn)率、降低刀具的損耗以及降低工藝成本都有很大的意義。 在單件小批生產(chǎn)中，為了簡化工藝文件，常不具體規(guī)定切削用量，而是由操作工人根據(jù)具體情況自己確定。在大批大量生產(chǎn)中，對組合機床和自動機床、多刀加工以及加工精度和表面質量要求很高的工序，則應科學地、嚴格地選擇切削用量，并填入工藝文件切實執(zhí)行，以便充分發(fā)揮這些高生產(chǎn)率設備的潛力和高精度機床的作用。 切削力：切削力對切削機理的研究，對計算功率的消耗，對刀具、機床夾具的設計，對制定合理的切削用量、優(yōu)化刀具幾何參數(shù)，都有重要的意義。金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生形成切削所需的力，其來源有： （1） 克服被加工材料對彈性變形的抗力。 （2） 克服被加工材料對塑性變形的抗力。 （3） 克服切屑對刀具前刀面的磨擦和刀具后刀面對過渡表面和已加工表面的之間的摩擦力。 切削力的指數(shù)公式： （4.1） （5.1）式中 CFZ——決定于被加工金屬和切割條件的系數(shù)； ,,——分別是三個切削用量、被吃刀量ap、進給量f、切削速度v的指數(shù)。 KFZ——當實際加工條件與所要求的經(jīng)驗公式的條件不符時，各種因素對切削力的修整系數(shù)的積。 單位切削力P：指單位切削面積上的切削力，見公式（4.2） （4.2） 現(xiàn)就幾道工序計算切削力： 工序：粗車長端外圓 引用（4.1）切削力公式： CFZ=270 YFZ =0.75 XFZ=1.0 nFZ=-0.15 ap=1.5 f=0.5 v=8 所以 =9.81×270×1.51.0×0.50.75（60×86）-0.15KFZ =655.32 KFZ λF=0.75 δb=0.588GPa = =638.12 (N) 切削用量：是指切削速度v、進給量f和背吃刀量ap三者的總稱。 （1）切削速度v:它是切削加工時,刀刃上選定點相對于工件的主運動的速度，刀刃上各點的切削速度是不同的。 當主運動為旋轉運動時，刀具或工件最大直徑處的切削速度由下式確定 v=π*d*n/1000 (m/s 或 m/min) （4.3） 式中：d——完成主運動的刀具或工件的最大直徑 (mm) n——主運動的轉速(r/s或 r/min) （2）進給量f:它是工件或刀具的主運動每轉或每一行程時，工件或刀具兩者在進給運動方向上的相對位移量。 （3）背吃刀量ap ：對外圓切削和平面刨削、背吃刀量ap等于工件已加工表面與待加工表面間的垂直距離，其中外圓車削的背刀量： (mm) （4.4） （4.4）式中：dw——工件待加工表面的直徑（mm） dm——工件已加工表面的直徑（mm） 對于鉆孔 （4.5） 對于鏜孔 （4.6） 本設計中，切削用量在工藝卡上各個工序中都已規(guī)定。因為大批量生產(chǎn)需流水線作業(yè)，要保證各工序的生產(chǎn)節(jié)奏均衡。 各工序的具體切削用量，見機械加工工序卡。 曲軸加工中各道工序的具體加工方法、及步驟，在機械加工工序卡中有明確的體現(xiàn)。 第五章 曲軸夾具設計要求 曲軸加工過程中,其加工面較多、定位、裝夾較為復雜，因此設計合理的夾具結構是非常重要的。 夾具設計一般是在零件的機械加工工藝過程制訂之后按照某一工序的具體要求進行的。制訂工藝過程，應充分考慮夾具實現(xiàn)的可能性，而設計夾具時，如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見。夾具設計質量的高低，應以能否穩(wěn)定的保證工件的加工質量，生產(chǎn)效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、維修容易為其衡量指標。 5.1 夾具設計的要求 5.1.1 夾具的組成 一般的夾具由以下幾個部分組成： （1）定位元件：用來確定工件在夾具中的位置元件。如：V型塊、定位銷。 （2）夾緊裝置：用來夾緊工件，使其保持在正確的位置的定位位置上的夾緊裝置和夾緊元件，如：偏心輪、活動的V型塊、開口墊圈和螺母。 （3）對刀和引導元件：用來確定刀具為位置和引導刀具方向的元件。如：對刀塊、快鉆套。 （4）連接元件：用來確定夾具和機床間正確位置的元件，如：定向鍵。 （5）其他元件及裝置：如分度裝置、為便于卸下工件而設置的頂出器、動力裝置的操作系統(tǒng)。 （6）夾具體：將上述元件和裝置連成整體的基礎件。 以上組成部分，并非所有機床夾具都缺一不可。但是，通常定位、夾緊和夾具體三部分是夾具的主要組成部分。 5.1.2 夾具的功用 （1）保證加工質量：如相互位置精度的保證，精度一致性的保證等。由于采用了能直接定位的夾具，因此，可以準確地確定工件相對刀具和機床切削成形運動中的相對位置關系，不受或少受各種主觀因素的影響，可以穩(wěn)定可靠地保證加工質量。 （2）提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)加工成本：提高勞動生產(chǎn)率，降低單件時間定額的主要技術措施是增大切削用量和壓縮輔助時間。采用機床夾具，即可以提高工件相對刀具和刀具加工時的剛度，有利于采用較大的切削用量，又可以省去逐件劃線找正和對刀等，縮短了安裝工件的時間；容易實現(xiàn)多件、多工位加工，提高了勞動生產(chǎn)率，使安裝工件的輔助工時大大減小，因此能顯著地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。例如，采用氣壓、液壓等傳動裝置，只需幾秒針就可以完成夾緊動作；采用各種快速的聯(lián)動夾緊裝置，只需操作一個手柄即可同時夾緊多個工件，或者在幾個方位上同時夾緊一個工件，這都可以大幅度縮短輔助時間。 由于采用與生產(chǎn)規(guī)模相適應的夾具，使工件質量穩(wěn)定，廢品大大減少，勞動生產(chǎn)率提高，可使用低技術等級的工人等，皆可大大降低加工成本。 （3）擴大機床的工藝范圍或改變機床用途：在單件小批量生產(chǎn)的條件下，工件的種類、規(guī)格較多，而機床的數(shù)量品種卻有限，為了解決這種矛盾，可設計制造專用夾具，使機床“一機多用”。在機床上安裝夾具可以擴大其工藝范圍，在車床上或鉆床上安裝鏜模后可以進行箱體孔系的鏜削加工，使車床、鉆床具有鏜床的功能。 （4）改善工人勞動條件：采用夾具后，工件的裝夾顯然比不用夾具方便、省力、安全。如：采用液壓閥便可完成壓緊或松開動作；或使用一個夾具就可完成幾個孔的加工，而工件只要裝卸一次。使用專用夾具安裝后，定位方便、迅速，夾緊可采用增力、機動等裝置，因此可以減輕工人的勞動強度。還可以設計保護裝置，確保操作者的安全。 （5）在流水線生產(chǎn)中，便于平衡生產(chǎn)節(jié)拍：工藝過程中，當某些工序所需工序時間特別長時，可以采用多工位或高效夾具等，可以提高生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)節(jié)拍能夠比較平衡。 5.1.3 夾具設計工作的特點 （1）針對性強，設計人員必須全面掌握工藝和生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況。 （2）保證加工質量和勞動生產(chǎn)率是加工設計的兩項主要任務，而保證加工質量又是第一位的。 （3）夾緊機構對整個夾具結構起決定性作用。 （4）夾具的制造多屬單件生產(chǎn)，因此，設計時應考慮采用組合加工、修配和調整等措施來保證夾具的制造精度，盡可能地考慮設置修配和調整環(huán)節(jié)，而不能完全依靠完全互換的方法保證制造精度。 （5）設計周期短，一般不進行強度、剛度的計算 5.1.4 夾具設計的基本要求 夾具設計的原則是經(jīng)濟和適用，它可以概括為“好用、好造、好修”，其中好用是主要的，但好用也必須以不脫離生產(chǎn)現(xiàn)場的實際制造和維修水平為前提。具體要求如下： （1）能保證工件的加工要求 （2）能提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本 （3）操作方便、省力同時保證安全性 （4）便于排屑 （5）有良好的工藝性 所設計的夾具應便于制造、裝配、調整和維修等。 5.1.5 機床夾具設計原理 （1）確定工件的定位方案：工件在夾具中定位就是要確定工件與夾具定位元件的相對位置，并通過引導元件或對刀裝置來保證工件于刀具之間的相對位置，從而滿足加工精度的要求。對單個工件而言，就是使工件準確地占據(jù)由定位元件所規(guī)定的位置；對一批工件而言，則是使沒一個工件都占據(jù)同一個位置。 （2）工件在夾具中的定位：六點定位原理 工件在沒有采取定位措施時，它在夾具中的位置是任意的，即對一個工件來說，其位置是不固定的，對一批工件來說其位置是變動的。工件空間的這種不確定性可用自由度（或不定度）來描述。把工件看作空間直角坐標系OXYZ中的一個剛體，在沒有采取定位措施時，它有六個自由度，即沿X、Y、Z軸的移動自由度，和繞這三個軸的轉動自由度，要使工件沿某一方向有確定的位移，就必須設法限制該方向的自由度。當工件的六個自由度完全被控制后它在空間的位置就完全確定了。 在實際定位中，定位支承點并不一定就是一個真正的點，也可能是一線段或一小面積；定位支承點數(shù)量及布置需要從定位元件所限制的自由度數(shù)目來分析它是幾點定位。軸類零件用圓柱面在長V型塊上定位，因為V型塊限制了工件的四個自由度，這時就把V型塊簡化為在圓柱面上的布置的四個定位支承點，工藝過程第一道工序的V型塊定位，如下圖5.1，用V型塊緊靠住扇板增加定位一個自由度，總共定位5個自由度。 圖5.1粗銑端面夾緊定位示意 （3）工件在夾具中定位的幾種定位情況 根據(jù)夾具上定位元件限制工件自由度的不同，工件在夾具中的定位，有以下幾種定位情況： 1）完全定位：合理選擇并布置定位元件，使工件的六個自由度完全被限制而在夾具中占有完全確定的唯一位置，稱為完全定位，在實際生產(chǎn)加工過程中很少完全定位工件6個自由度。 2）不完全定位：沒有完全限制工件的六個自由度，但已能滿足加工要求的定位，稱為不完全定位。在生產(chǎn)中有些加工工序，并不要求工件完全定位，如圖5-1所示工序，只要求部分定位即限制部分自由度。這里有兩種情況：一種是由于工件的幾何形狀特點，限制工件某些方向的自由度沒有意義。因為該自由度存在并不影響一批工件在夾具中位置的一致性。另一種情況是由于加工特點，工件某些方向的自由度錯的存在并不影響加工要求。 考慮定位方案時，應首先分析必須限制哪些自由度，然后以相應的定位支承點去限制這些自由度。分析需要限制那些自由度時，首先考慮工件的形狀特點。完整的球形，可不必考慮限制繞三根軸轉動的自由度；對光滑的軸、套及盤形零件，則不必考慮限制繞本身軸心線的轉動自由度。然后再根據(jù)工序的加工要求確定必須限制的自由度，選擇或設計適當?shù)亩ㄎ辉ぜM行定位，以保證限制這些自由度。 有時夾具上增設支承點，限制工件余下的自由度是為了承受切削力、夾緊力等的需要。有時為了安全可靠，在工件前方和側面也加支承是必要的。 3）欠定位 工件實際定位所限制的自由度數(shù)目不少于按其加工要求所必須限制的自由度數(shù)目，稱為欠定位。 4）過定位 幾個定位支承點重復限制同一自由度，這種重復定位現(xiàn)象叫過定位（重復定位）。 大多數(shù)情況下，應避免過定位，但在一定條件下也是允許的。該條件就是要求工件定位基準與夾具定位元件都有較高的形狀和位置精度。 5.1.6 定位方式及其所用的定位元件 工件在夾具中定位時，除了正確運用六點定位原理和合理選擇定位基面外，還要合理選用定位元件。各類定位元件結構雖然不同，但在設計時應滿足以下共同要求：定位工作面精度要求高。如尺寸精度常為IT6~IT8級，表面粗糙度 Ra一般為0.8~0.2um；要有足夠的強度和剛度；定位工作表面要有較好的耐磨性，以便長期保持定位精度。一般定位元件多采用低碳鋼滲碳淬火或中碳鋼淬火，淬火硬度為HRC58~62；結構工藝性要好，以便于制造、裝配、更換和排屑。 工件定位基面的形狀通常是平面、外圓柱面、內孔、錐面和成形表面（如漸開線）。下面分析各種類型表面的定位方式極其所用的定位元件。 （1）工件以平面定位 這種情況下所用的定位元件，根據(jù)是否起限制自由度的作用和能否調整可分為以下幾種： 1）主要支承 起限制自由度作用的支承。 固定支承：屬于此類的有各種支承釘和支承板。在大中型零件用精確定位時，多采用支承板。平頭支承釘或支承板一般在安裝到夾具體上后，需將工件表面最終磨平，以保證它們在同一平面上，切與夾具體底面保持必要的位置精度故需在高度尺寸方向上預留磨量。 可調支承：即支承位置可在一定范圍內調整，并用螺母鎖緊。當定位基面是成型面、臺階面等，或各批毛坯的尺寸及形狀變化較大時，用這類支承?？烧{支承一般對一批工件只調整一次，調整后它的作用相當于一個固定支承。 自位支承（浮動支承）：在定位過程中自位支承的位置是隨著定位基準面的變化而自動與之相適應。因此盡管每一個自位支承與工件可能不止一點接觸，實際上它只能限制一個自由度，即只起一個定位支承點的作用。在夾具設計中，為使工件支承穩(wěn)定，或為避免過定位，常采用自位支承。 2）輔助支承 輔助支承不起定位作用。 輔助支承在形式上與可調支承相似，但他們的作用不同，輔助支承對每一個工件都需要重新調整，它不起定位作用，必須在工件被放到主要支承上后才參與工作。多用于增加工件的剛度、夾具的剛度以及工件的預定位。有時也用來承受工件重力、夾緊力或切削力。 （2）、工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面定位有支承定位和定心定位兩種。 支承定位：有平頭支承定位、V形塊定位。 V形塊不僅做定位元件用，有時也做夾緊元件用。鉆Φ5扇板底孔的夾具中，曲軸零件除以壓板和螺栓定位外，曲軸固定在V形塊上定位，一共限制6個自由度。 V形塊的結構尺寸已標準化，其兩斜面的夾角α一般有60°、90°、120°三種。以90°為最常用。V形塊也可以自行設計，根據(jù)所需定位的外圓直徑來計算，先設定夾角α、V形塊的開口大小N、和V形塊的高度H只值，再求V形塊的標準定位高度T值。T值必須標注，以便加工檢驗。 尺寸N：當α=90°時， N=1.41D-（0.28~0.32）D=（1.09~1.13）D； 當α=120°時，N=2D-（0.48~0.55）D=（1.45~1.52）D。 尺寸H：對于工件為大直徑H≤0.5D，對于工件為小直徑H≤1.2D。 尺寸D可以計算如下： （5.1） V形塊用四個內六角頭螺釘和兩個圓柱銷固定在夾具體上。 定心定位：外圓柱面非常容易采用動定心裝置，將其軸線確定在要求上的位置上。如常見的三爪自定心卡盤和彈簧夾便是最普通的實例。 （3）工件以圓孔定位 1）心軸定位 心軸用來定位回轉體零件，它的種類很多。 圓柱心軸過盈配合，由于要依靠過盈量產(chǎn)生的加緊力來傳遞扭矩，心軸定位外圓和工件內孔常采用H7/r6配合。導向部分與定位孔作間隙配合便于定位孔開始壓入心軸時起正確引導作用。兩側銑扁的傳動部分，帶有凸肩的起軸向定位作用，可以限制五個自由度；不帶有凸肩的結構，只限制工件的四個自由度，但可同時加工工件的兩個端面，在工件壓入時需另外采取措施保證軸向位置。過盈配合的心軸容易破壞工件的內孔表面且裝卸費時，一般采用幾根心軸交替作用。間隙配合的心軸，靠螺母鎖緊的磨擦力來抵抗切削力。工件裝卸方便，單必須有凸肩軸向定位，且定心精度較差。以上幾類心軸都用前后頂尖與機床的前后頂尖相連接，有時（特別是短心軸）傳動部分也可以做成與機床主軸錐孔相配合的錐柄，利用錐體連接，實現(xiàn)定心與轉動。 錐度心軸 錐度心軸，將心軸做成小錐度，可提高定心精度，又不破壞工件內表面，為了防止工件在心軸上傾斜，故用小錐度。這種心軸定心精度很高，可達0.005~0.01mm。但它是靠工件與心軸上一小段配合，由斜鍥作用的摩擦力來抵抗切削力，因此切削力不能太大，只能在精度加工中使用。由于錐度小，工件定位孔的微小變化都會使工件在心軸上的軸向位置產(chǎn)生很大的變化，因此工件定位孔的精度不能低于IT7級。 自動定心裝置 工件以圓孔定位易采用自動定心加緊裝置，它可使工件同時定位并加緊，減少定位和加緊的時間。常用的彈性心軸如彈簧頭（漲胎式）心軸，液性塑料心軸。其特點是定位精度高，工件裝卸方便。 2）定心銷 主要用于零件上的中小孔定位，一般直徑不超過50 mm。定位銷有兩類，一是圓柱形定位銷，限制兩個自由度（短柱銷）；另一類是菱形銷，限制一個自由度。 3）錐銷 固定錐銷，限制工件三個自由度；活動錐銷，限制工件兩個自由度；固定錐銷與活動錐銷組合定位，限制工件五個自由度。 （4）工件以圓錐孔定位 工件以圓錐孔定位時，最常用的定位方式是用圓錐心軸，限制工件五個自由度。作為圓錐孔定位的特例是用頂尖定位，固定頂尖限制工件的三個自由度，活動頂尖限制工件的兩個自由度。 （5）組合定位 1）一個平面及其垂直的兩個孔的組合 這種定位方式所用的定位元件是一個平面和兩個定位銷（為避免過定位，其中一個為削邊銷），俗稱“一面兩銷”定位，是一種非常典型和常見的定位方式。大批大量生產(chǎn)的流水線、自動線上所用的夾具廣泛采用這種定位方式。 2）一個平面及其垂直的孔的組合 這種情況大多用于帶臺階的心軸定位，即一個定位銷和一個與它垂直的環(huán)行平面的組合。為了避免過定位，用長銷小平面或短銷大平面的方案。如果工件的孔和端面不垂直度，則要用球面墊圈，以保證長銷和大端面的接觸。如果工件的孔和端面的垂直度很好，夾具上定位銷和環(huán)行平面垂直度很好，則可以允許用長銷大平面，這時的過定位對加工精度無影響。 5.1.7 定位誤差分析 在機械加工中產(chǎn)生誤差的因素可歸納為以下兩類：一類與所有夾具有關的誤差，包括工件在夾具中定位誤差、夾緊誤差、夾具在機床上的安裝誤差、夾具的幾何誤差及刀具調整誤差；另一類是加工過程誤差，如加工誤差、工藝系統(tǒng)受力變形等。這些誤差引起的被加工工件在加工尺寸上的誤差總和，若在工件公差允許范圍內，即為合格，用公式表示為： （5.2） 式中： ——加工總誤差 ——定位誤差 ——除定位誤差外，與夾具有關的其他誤差； ——加工過程誤差 T（K）——工件誤差 在夾具設計時，一般取 =NT（K） 1/3

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