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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目: DA468發(fā)動機曲軸加工工藝
與專用機床夾具設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級:
學(xué) 生 姓 名:
導(dǎo) 師 姓 名:
開 題 時 間: 2011年3月11日
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛07-5班
指導(dǎo)教師姓名
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
DA468型發(fā)動機曲軸加工工藝與專用機床夾具設(shè)計
一、 課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1. 課題研究現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和市場需求的變化及競爭加劇，傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展到了一個嶄新的階段；隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，汽車已經(jīng)走進了我們的日常生活，漸漸成為一種普通消費品；隨著市場對汽車需要量的增加和制造技術(shù)的發(fā)展，到了本世紀(jì)初，小作坊的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足需要，而各種新的制造工藝和新式高效機床的出現(xiàn)，使汽車和發(fā)動機的制造技術(shù)出現(xiàn)了飛躍。因此，人們對汽車的性能要求也在不斷提高，不論是經(jīng)濟性、動力性，還是穩(wěn)定性、安全性，甚至是排放性等各方面都要逐一考慮。這就需要傳統(tǒng)制造技術(shù)和汽車專業(yè)技術(shù)相互結(jié)合，在滿足汽車動力性的同時滿足其經(jīng)濟性與生產(chǎn)效率，也就是工藝性。而要想使整車的工藝性完美，對各零件的加工也是最為重要的。
福特汽車公司在1908年建立第一條流水線生產(chǎn)單一品種廉價的A型車始，汽車和發(fā)動機生產(chǎn)進入第二發(fā)展階段。這時主要用各種高效專用及組合機床組織機械化流水生產(chǎn)。并出現(xiàn)了兩種不同的生產(chǎn)組織形式:一是以福特公司為代表，建立大型綜合廠，另一種是以通用公司為代表，采用高效專用機床組織多品種專業(yè)化生產(chǎn)。在這個階段，制造技術(shù)發(fā)展迅速，各種先進的工藝和高效生產(chǎn)機床如多軸立車，曲軸多刀車床，加工缸體和缸蓋等殼體零件的多軸鉆，憧，攻絲組合機床等相繼在生產(chǎn)中采用。發(fā)動機產(chǎn)量急劇增加，生產(chǎn)效率迅速提高，現(xiàn)代大量生產(chǎn)的雛形已初步形成。由于多品種專業(yè)化生產(chǎn)具有生產(chǎn)管理靈活，更換品種容易，能及時提供市場所需的產(chǎn)品等優(yōu)點，使得通用公司超過福特公司而成為世界上最大的汽車公司。
發(fā)動機作為汽車的心臟，其質(zhì)量的優(yōu)劣是衡量汽車性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。我國各汽車制造商也十分重視發(fā)動機的研發(fā)和制造，各汽油機、柴油機制造廠已掌握了較先進的技術(shù)，具備一定的生產(chǎn)能力。發(fā)動機零件精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但比較典型，制造工藝比較成熟，工藝水平普遍高于其它總成，生產(chǎn)工藝過程和組織形式具有一系列的特點，這表現(xiàn)在生產(chǎn)的專業(yè)化、系列化、多品種，產(chǎn)過程的自動化，包括自動線的廣泛采用和加工過程綜合自動化的發(fā)展等方面。產(chǎn)品的系列化是提高發(fā)動機制造技術(shù)水平的前提和條件，而自動化的流水生產(chǎn)又對生產(chǎn)專業(yè)化提出了迫切的要求。而曲軸是發(fā)動機中最重要的零件之一，是承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件，是在柴油機的機體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸5大件中最難以保證加工質(zhì)量的零件。它的作用是把活塞的往復(fù)直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動，將作用在活塞的氣體壓力變成扭矩，用來驅(qū)動工作機械和發(fā)動機各輔助系統(tǒng)進行工作。由于曲軸工況條件惡劣，在工作時承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此對曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化及動平衡等要求都十分嚴格。在大批量生產(chǎn)的前提下，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝已不能滿足當(dāng)前設(shè)計和生產(chǎn)的要求，在長時間、高速度運轉(zhuǎn)下，曲軸很容易過早地出現(xiàn)失效或斷裂現(xiàn)象，嚴重影響了曲軸的壽命和整機的可靠性。
目前，世界各國的發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)對曲軸加工都十分重視，都在不斷更新曲軸加工設(shè)備．改進加工工藝，以提高曲軸加工質(zhì)量，延長使用壽命。我國的各大發(fā)動機生產(chǎn)廠經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和探索，已經(jīng)掌握了很多較為先進的血軸加工技術(shù)，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)線中的大部分設(shè)各也已國產(chǎn)化。發(fā)動機曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。曲軸在發(fā)動機中是承受載荷傳遞動力的重要零部件，也是發(fā)動機五大零部件中最難以保證加工質(zhì)量的零部件，其性能、水平直接影響整機的性能水平及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達國家十分重視曲軸生產(chǎn)，不斷改進其材質(zhì)及加工手段，以提高其性能水平，滿足發(fā)動機行業(yè)的需要。近幾年來，國內(nèi)曲軸加工發(fā)展十分迅速。尤其是發(fā)動機曲軸。先進的加工工藝加工出的曲軸質(zhì)量好、效率高且穩(wěn)定。而歐美等汽車工業(yè)發(fā)達的國家，經(jīng)過多年的積累，通過計算機三維設(shè)計，利用有限元分析方法對曲軸的各項強度指標(biāo)進行分析，使曲軸在初期達到完美的設(shè)計。在加工工藝方面，由于國外大多采用了先進的數(shù)控設(shè)備，而國內(nèi)大多以手動設(shè)備為主，精度差，這就要求我們在實際設(shè)計加工工藝的過程中充分考慮各方面的因素，在借鑒國外先進的工藝方案的同時充分考慮現(xiàn)有設(shè)備資源的利用和改造，達到少投入，大收益。
2. 選題目的和意義
發(fā)達國家的發(fā)展經(jīng)驗告訴我們，工業(yè)化是邁向現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。而制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)是實現(xiàn)工業(yè)化的主力軍，是實現(xiàn)現(xiàn)代化的原動力，發(fā)展制造業(yè)始終是振興經(jīng)濟、實現(xiàn)現(xiàn)代化的最佳路徑。曲軸是發(fā)動機中用于傳遞動力的核心零件，由于工況條件惡劣，且承受復(fù)雜的沖擊載荷，因此對曲軸的材質(zhì)、NI精度、表面質(zhì)量、動平衡等的要求都十分嚴格。又由于曲軸的材料為高強度合金鋼，難于加工和斷屑，而且曲軸主軸頸和連桿軸頸幾何形狀復(fù)雜，因此作為發(fā)動機五大零件之一的曲軸，其加工難度、加工工藝復(fù)雜程度在發(fā)動機各零部件中都首屈一指，它的結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工工藝水平直接影響著整機的尺寸和重量，以及發(fā)動機的可靠性和壽命。世界各國的發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)對曲軸。加工都十分重視，都在不斷更新曲軸加工設(shè)備．改進加工工藝，以提高曲軸加工質(zhì)量，延長使用壽命。我國的各大發(fā)動機生產(chǎn)廠經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和探索．已經(jīng)掌握了很多較為先進的血軸加工技術(shù)，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)線中的大部分設(shè)各也已國產(chǎn)化。但是，在一些關(guān)鍵工序所采用的關(guān)鍵工藝上，我們還是非常依賴國外的技術(shù)，需要使用國外的設(shè)備和刀具。因此，我們還需進一步研究曲軸加工工藝，尤其是要深入研究關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵設(shè)備，這對提升曲軸乃至發(fā)動機的生產(chǎn)水平都是相當(dāng)重要的。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1.基本內(nèi)容
1).選題的背景、目的及意義；
2).分析曲軸零件圖和繪制毛坯圖；
3).制定零件加工工藝路線；
4).進行工序設(shè)計；
5).制定二套夾具設(shè)計方案；
6).繪制夾具圖紙；
7).編寫設(shè)計說明書。
2. 擬解決的主要問題
1).分析零件圖，運用工藝知識選擇加工基準(zhǔn)據(jù)實際生產(chǎn)條件確定工藝方案及相應(yīng)加工方法；
2).夾緊與定位對比分析，受力分析與夾緊方案和工作原理及組成；
3).使用AUTOCAD軟件，繪制專用車床夾具，提高用軟件制圖本領(lǐng)；
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研和查閱資料
選定樣本并用CAD繪制發(fā)動機曲軸零件圖
掌握曲軸加工方法、所用工裝夾具
工藝卡片填寫
專用夾具設(shè)計
工藝過程設(shè)計
利用CAD繪圖
完成設(shè)計說明書
四、進度安排
1.第1～2周（2.28～3.11） 知識準(zhǔn)備、調(diào)研、收集資料、完成開題報告。
2.第3～5周（3.14～4.1） 整理資料、提出問題、撰寫設(shè)計說明書草稿、繪制圖紙草圖。
3.第6～8周（4.4～4.22） 理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題，完成分析零件圖和繪制毛坯圖、制定曲軸加工工藝路線、進行工序設(shè)計、制定夾具設(shè)計方案、CAD繪制夾具裝配圖等部分設(shè)計內(nèi)容，中期檢查。
4.第9～12周(4.25～5.20) 改進完成設(shè)計，改進完成設(shè)計說明書，指導(dǎo)教師審核，學(xué)生修改。
5.第13周（5.23～5.27） 評閱教師評閱、學(xué)生修改。
6.第14周（5.30～6.34） 畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯。
7.第15～16周（6.6～6.17）畢業(yè)設(shè)計修改。
8.第17周（6.20～6.24） 畢業(yè)設(shè)計答辯。
五、參考文獻
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17.車削曲軸連桿頸的可調(diào)整夾具，2002.12
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六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 設(shè)計的意義和目的 1
1.2 研究方向及發(fā)展趨勢 2
1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容 3
第2章 曲軸毛坯的選擇 5
2.1 分析曲軸零件圖 5
2.1.1 曲軸使用的性能與工作條件 5
2.1.2 曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求 6
2.2 曲軸毛坯的選擇 6
2.2.1 選擇毛坯 6
2.2.2 確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差 7
2.3 本章小結(jié) 8
第3章 曲軸加工工藝設(shè)計 9
3.1 工藝基準(zhǔn)的選擇 9
3.2 加工階段的劃分 9
3.3 工序的集中與分散 10
3.4 工序順序的安排 10
3.5 確定工藝路線 11
3.6 加工余量、工序尺寸和公差的確定 12
3.7確定切削用量及時間定額 15
3.8 本章小結(jié) 20
第4章 鉆床夾具的設(shè)計 22
4.1 夾具的概念 22
4.2 鉆斜油孔專用夾具設(shè)計 25
4.2.1 部分基本件的選擇 25
4.2.2 主要零件的選擇 25
4.2.3 工步的制定 25
4.2.4 鉆模夾具應(yīng)注意的問題 26
4.2.5鉆模夾具的定位及設(shè)計原則 26
4.2.6 斜孔鉆模夾具的改進思路 30
4.2.7液壓系統(tǒng)的設(shè)計 30
4.3 鉆中心孔專用夾具設(shè)計 35
4.3.1 明確設(shè)計任務(wù)、收集分析原始資料 35
4.3.2 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 35
4.3.3 繪制夾具結(jié)構(gòu)簡圖 38
4.4 本章小結(jié) 39
結(jié)論 40
參考文獻 41
致謝 42
附錄 43
摘 要
本設(shè)計主要圍繞發(fā)動機曲軸的工藝規(guī)程和專用夾具設(shè)計進行研究，其內(nèi)容包括了解曲軸結(jié)構(gòu)，確定曲軸的生產(chǎn)類型及相關(guān)的技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，選擇毛坯，確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量，繪制毛坯圖。并在認真詳細分析零件圖后，進行基準(zhǔn)的選擇，制定了表面加工方法，劃分加工階段，根據(jù)生產(chǎn)類型確定工序的集中和分散，合理地安排工序，編排合適的工藝路線；進行詳細計算，包括：加工余量、工序尺寸和公差的確定、切削用量的計算及時間定額的計算。從而制定出一套合理的機械加工工藝卡片和機械加工工序卡片。
第二部分主要圍繞專用鉆床類夾具進行設(shè)計。首先明確夾具設(shè)計的主要任務(wù)，通過確定定位元件，導(dǎo)向裝置，夾緊機構(gòu)得出夾具的結(jié)構(gòu)方案，查閱相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，繪畫夾具裝配圖。
總之，曲軸加工工藝的安排以及專用夾具的設(shè)計是一項非常復(fù)雜的高難度工作，它是一種需大批量生產(chǎn)的零件，且技術(shù)要求比較高，為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量和水平，設(shè)計工作按照科學(xué)的程序進行，分清主次。
關(guān)鍵詞：曲軸；加工工藝；定位；夾緊；鉆孔；夾具設(shè)計
ABSTRACT
In this paper the technological procedure and proprietary drilling fixture design of the engine crankshaft were studied, whose contents included that the use of crankshaft, the production type of crankshaft of and the relevant technical requirements. On this basis, the rough was chosen, and the size of the rough was determined, and the mechanical allowances were determined. A rough map was drawn. After carefully detailed analysis of the parts, the reference was chosen, the development of surface processing methods was determined, and the demarcation of the processing stages was divided. According to the production process the type of centralization and decentralization was determined, the process was reasonably arranged, and the order and orchestrates a suitable process line were set up. Then some detail was calculated, such as allowance, processes size and the determination of tolerance. The amount of calculation and the calculation of the fixed time was cut. Thus a set of reasonable card processing machinery and mechanical processes cards were drawn up.
The second part of the design was the focus of this issue which was difficult, who was mainly centered on proprietary drilling fixture design, Z525-use vertical drilling, drilling middle-hole design process by which a drilling fixture. Firstly fixture was designed to clear the major tasks identified by positioning components, guidance devices, clamping body fixture structure, access to the relevant national standards, painting fixture assembly.
In short, the processing arrangements of crankshaft and the design of special fixture are a very complex difficult work. It is required in mass production. The technical requirements are relatively high. In order to ensure the quality and level of design the design work was carried out in accordance with the procedures of science, the relation between primary and secondary was distinguished.
Keywords: Bent axle； Processing technical； Cutting parameters； FixtureDesign
第1章 緒 論
1.1設(shè)計的意義和目的
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和市場需求的變化及競爭加劇，傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展到了一個嶄新的階段；隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，汽車已經(jīng)走進了我們的日常生活，漸漸成為一種普通消費品；隨著市場對汽車需要量的增加和制造技術(shù)的發(fā)展，到了本世紀(jì)初，小作坊的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足需要，而各種新的制造工藝和新式高效機床的出現(xiàn)，使汽車和發(fā)動機的制造技術(shù)出現(xiàn)了飛躍。因此，人們對汽車的性能要求也在不斷提高，不論是經(jīng)濟性、動力性，還是穩(wěn)定性、安全性，甚至是排放性等各方面都要逐一考慮。這就需要傳統(tǒng)制造技術(shù)和汽車專業(yè)技術(shù)相互結(jié)合，在滿足汽車動力性的同時滿足其經(jīng)濟性與生產(chǎn)效率，也就是工藝性。而要想使整車的工藝性完美，對各零件的加工也是最為重要的。
曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷，傳遞動力的重要零件，在發(fā)動機五大件中最難以保證加工質(zhì)量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對曲軸工藝規(guī)程的編制、夾具的選擇都要有嚴格的要求。如果其中任何一個環(huán)節(jié)質(zhì)量沒有得到保證，則可嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性，因此我們應(yīng)不斷改進曲軸加工工藝。
我國曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家不是很多，且整體規(guī)模小、專業(yè)化程度低、企業(yè)設(shè)備陳舊、產(chǎn)品設(shè)計和工藝落后、性能壽命和可靠性差、品種雜亂和“三化”程度低，這些都影響了整機適應(yīng)國內(nèi)及國際市場的能力。隨著我國加入WTO，內(nèi)燃機零部件行業(yè)將面臨更加激烈的市場競爭，也將迎來新的發(fā)展機遇。我們只有充分了解國內(nèi)外內(nèi)燃機曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，及時改進和提高曲軸制造技術(shù)水準(zhǔn)，才能制造出具有世界一流水平的內(nèi)燃機曲軸，以實力參與市場競爭。
本次設(shè)計題目為“發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設(shè)計”，它運用了機械加工設(shè)計的基礎(chǔ)內(nèi)容，囊括了幾年來所學(xué)的理論知識，使我了解曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況，及了解相關(guān)零部件的材質(zhì)及加工和使用特點。并確定加工工藝方案，通過對加工工藝方案的改進及加工工藝分析，提出相應(yīng)加工方案，從而達到對曲軸飛輪組在發(fā)動機運轉(zhuǎn)的工況了解和原理認知，為將來設(shè)計發(fā)動機打下堅實基礎(chǔ)。同時了解機床夾具的功用、組成和分類。以及機床夾具設(shè)計的步驟和方法，夾具總圖的設(shè)計和繪制方法。
1.2研究方向及發(fā)展現(xiàn)狀
曲軸是內(nèi)燃機中承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件，也是在內(nèi)燃機5大件(機體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸)中最難以保證加工質(zhì)量的零件。由于曲軸工況條件惡劣，因此對曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。其中任何一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量對曲軸的壽命和整機的可靠性都具有很大的影響。因此世界各國對曲軸的加工都十分重視，都在不斷地改進曲軸加工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。
曲軸質(zhì)量約占內(nèi)燃機質(zhì)量的10%，成本約占整機的10%~12%，其材質(zhì)大體可分2類：一類是鍛鋼，一類是球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，并可通過各種熱處理和表面強化處理來提高曲軸的抗疲勞強度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比鋼大，減小了工作時的扭轉(zhuǎn)振動的振幅和應(yīng)力，應(yīng)力集中也沒有鋼質(zhì)曲軸敏感，所以球墨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，我國內(nèi)燃機曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家通過引進技術(shù)消化吸收和自行開發(fā)，總體水平有了較大的提高。但是我國距世界先進水平仍相差很遠，甚至于還滿足不了我國內(nèi)燃機工業(yè)技術(shù)發(fā)展的要求。我們只有充分了解國內(nèi)外內(nèi)燃機曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，及時改進和提高曲軸制造技術(shù)水準(zhǔn)，才能制造出具有世界一流水平的內(nèi)燃機曲軸，以實力參與市場競爭。
目前，世界各國的發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)對曲軸加工都十分重視，都在不斷更新曲軸加工設(shè)備．改進加工工藝，以提高曲軸加工質(zhì)量，延長使用壽命。我國的各大發(fā)動機生產(chǎn)廠經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和探索，已經(jīng)掌握了很多較為先進的血軸加工技術(shù)，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)線中的大部分設(shè)各也已國產(chǎn)化。國內(nèi)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)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通?？渴止げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。而發(fā)動機曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。曲軸在發(fā)動機中是承受載荷傳遞動力的重要零部件，也是發(fā)動機五大零部件中最難以保證加工質(zhì)量的零部件，其性能、水平直接影響整機的性能水平及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達國家十分重視曲軸生產(chǎn)，不斷改進其材質(zhì)及加工手段，以提高其性能水平，滿足發(fā)動機行業(yè)的需要。近幾年來，國內(nèi)曲軸加工發(fā)展十分迅速。尤其是發(fā)動機曲軸。先進的加工工藝加工出的曲軸質(zhì)量好、效率高且穩(wěn)定。而歐美等汽車工業(yè)發(fā)達的國家，經(jīng)過多年的積累，。在加工工藝方面，由于國外大多采用了先進的數(shù)控設(shè)備，而國內(nèi)大多以手動設(shè)備為主，精度差，這就要求我們在實際設(shè)計加工工藝的過程中充分考慮各方面的因素，在借鑒國外先進的工藝方案的同時充分考慮現(xiàn)有設(shè)備資源的利用和改造，達到少投入，大收益。
發(fā)達國家的發(fā)展經(jīng)驗告訴我們，工業(yè)化是邁向現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。而制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)是實現(xiàn)工業(yè)化的主力軍，是實現(xiàn)現(xiàn)代化的原動力，發(fā)展制造業(yè)始終是振興經(jīng)濟、實現(xiàn)現(xiàn)代化的最佳路徑。曲軸是發(fā)動機中用于傳遞動力的核心零件，由于工況條件惡劣，且承受復(fù)雜的沖擊載荷，因此對曲軸的材質(zhì)、NI精度、表面質(zhì)量、動平衡等的要求都十分嚴格。又由于曲軸的材料為高強度合金鋼，難于加工和斷屑，而且曲軸主軸頸和連桿軸頸幾何形狀復(fù)雜，因此作為發(fā)動機五大零件之一的曲軸，其加工難度、加工工藝復(fù)雜程度在發(fā)動機各零部件中都首屈一指，它的結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工工藝水平直接影響著整機的尺寸和重量，以及發(fā)動機的可靠性和壽命。世界各國的發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)對曲軸。加工都十分重視，都在不斷更新曲軸加工設(shè)備．改進加工工藝，以提高曲軸加工質(zhì)量，延長使用壽命。我國的各大發(fā)動機生產(chǎn)廠經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和探索．已經(jīng)掌握了很多較為先進的血軸加工技術(shù)，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)線中的大部分設(shè)各也已國產(chǎn)化。但是，在一些關(guān)鍵工序所采用的關(guān)鍵工藝上，我們還是非常依賴國外的技術(shù)，需要使用國外的設(shè)備和刀具。因此，我們還需進一步研究曲軸加工工藝，尤其是要深入研究關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵設(shè)備，這對提升曲軸乃至發(fā)動機的生產(chǎn)水平都是相當(dāng)重要的。
1.3設(shè)計的主要內(nèi)容
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?yōu)樾D(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。
第2章 曲軸毛坯的選擇
2.1分析曲軸零件圖
2.1.1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2.1曲軸鍛件的三維模型
圖2.2曲軸零件圖
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。
2.1.2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。
2.2曲軸毛坯的選擇
2.2.1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
2.2.2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2-1
表2-1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
2.3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3章 曲軸機械加工工藝設(shè)計
3.1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。
3.2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。
3.3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。
3.4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。
3.5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
3.6 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
3.7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。
3.8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4章 鉆床夾具的設(shè)計
4.1夾具的概念
1、 夾具的定義
夾具是用以裝夾工件的裝置。機械制造過程中廣泛地使用各種夾具，包括機床夾具、裝配夾具、焊接夾具、熱處理夾具、檢驗夾具等。機床夾具用于切削加工。在切削加工中，用以固定加工對象，使之定位。機床、夾具、刀具、工件在加工時組成加工系統(tǒng)，工件實現(xiàn)定位和夾緊。
2、 夾具的作用
保證加工精度；減少安裝工件的輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率；改善勞動條件，減少勞動量和勞動強度；降低加工成本，擴大機床的使用范圍；保證安全生產(chǎn)等。
3、夾具的分類
機床夾具一般按適用對象、使用特點、使用機床和動力源分類。具體說來，有：
1）通用夾具：用以加工兩種或兩種以上工件的同一夾具。特點：能較好地適應(yīng)加工工序和加工對象的變換，一般結(jié)構(gòu)均已定型，尺寸、規(guī)格系列化。
2）專用夾具：專為某一工件的某一工序而設(shè)計的夾具。 我們設(shè)計的鉆模夾具就是專用夾具的一種。
3）可調(diào)夾具：通過調(diào)整或更換個別零、部件，能適用多種工件加工的夾具。特點：夾具的使用對象在設(shè)計前并不非常確定，通用性范圍大。
4）成組夾具：根據(jù)成組技術(shù)原理設(shè)計的用于成組加工的夾具。設(shè)計成組夾具的前提是成組工藝。特點：只需對個別定位和夾緊組件進行調(diào)整或更換，即可用于加工成組內(nèi)的所有零件。
5）組合夾具：由可循環(huán)使用的標(biāo)準(zhǔn)夾具零、部件組裝成易于聯(lián)接和拆卸的夾具。
6）隨行夾具：用以裝夾工件，并由工件輸送帶送至自動線各工位的裝置。
4、進行夾具設(shè)計的意義
夾具是機械制造廠里使用的一種工藝裝備。對工件進行機械加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相對于刀具及機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。為此，在進行機械加工之前，先要對其進行夾具設(shè)計。
5.夾具設(shè)計中需注意的問題
在夾具設(shè)計過程中，對于被加工零件的定位、夾緊等主要問題，設(shè)計人員一般都會考慮的比較周全，但是，夾具設(shè)計還經(jīng)常會遇到一些小問題，這些小問題如果處理不好，也會給夾具的使用造成許多不便，甚至?xí)绊懙焦ぜ募庸ぞ?。在此歸納一下在夾具設(shè)計中經(jīng)常遇到的一些小問題，具體如下：
1）清根問題
在設(shè)計端面和內(nèi)孔定位的夾具時，會遇到夾具體定位端面和定位外圓交界處清根問題。端面和定位外圓如不連接就無此問題。
夾具要不要清根，應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)而定。如果零件定位內(nèi)孔孔口倒角較小或無倒角，則必須清根；如果零件定位孔孔口倒角較大或孔口是空位，則不需要清根，而且交界處可以倒為圓角。端面與外圓定位時，也采取一樣的規(guī)則。
2）讓刀問題
在設(shè)計圓盤類刀具（如銑刀、砂輪等）加工的夾具時，會存在讓刀問題。設(shè)計這類夾具時，應(yīng)考慮銑刀或砂輪完成切削或磨削后，銑刀或砂輪的退刀位置，其位置大小應(yīng)根據(jù)所使用的銑刀或砂輪的直徑大小，留出超過刀具半徑的尺寸位置即可。
3）更換問題
在設(shè)計加工結(jié)構(gòu)相同或相似，尺寸不同的系列產(chǎn)品零件夾具時，為了降低生產(chǎn)成本，提高夾具的利用率，往往會把夾具設(shè)計為只更換某一個或幾個零件的通用型夾具。
定位件外圓與夾具體孔之間的配合不能有間隙，若有了間隙就會影響夾具的定位精度；但是，兩者之間也不能有太大的過盈量，如果過盈量太大，就使得零件更換困難。所以，設(shè)計時一般采用較緊的過渡配合。為了使定位件能夠順利拆下來，可以在定位件中心設(shè)計一螺孔，用一螺桿擰入螺孔內(nèi)，定位件就能順利地被頂出。當(dāng)然，此螺孔直徑應(yīng)小于夾具體孔。
.4）防松問題
在夾具設(shè)計中，經(jīng)常會使用雙頭螺柱，雙頭螺柱一端固定于夾具上，另一端用螺母壓緊于加工的零件。雙頭螺柱與夾具的固定端一般采用六角薄螺母鎖緊，然而用螺母鎖緊后，在使用中常常會出現(xiàn)松動。如果把螺柱的固定端與夾具體背面基本擰平（螺柱頭略低于夾具體），在背面（即左端面）螺紋旋合處，沿圓周均勻鉚三點，就能夠起到防松作用。而且省去鎖緊螺母，需要時還可以進行更換。
6.對夾具體的要求
1）有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位工件的表面、導(dǎo)向組件的表面以及夾具體的安裝基面等，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤罹?，他們之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取?
為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具要進行退火處理。
2）有足夠的強度和剛度
加工過程中，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力。為保證夾具體不產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應(yīng)該有足夠的強度和剛度。因此夾具體須有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體常設(shè)置加強肋，或在不影響工件裝卸的情況下采用框架式夾具體。
3）結(jié)構(gòu)工藝性好
夾具體應(yīng)便于制造、裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種組件的表面應(yīng)鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體毛面與工件之間應(yīng)留有足夠的間隙。夾具體結(jié)構(gòu)型式應(yīng)便于工件的裝卸，分為開式、半開式和框架式結(jié)構(gòu)等。
4）排屑方便
切屑多時，夾具體上應(yīng)考慮排屑結(jié)構(gòu)?？梢栽趭A具體上開排屑槽或在夾具體下部設(shè)置排屑斜面。
5）在機床上安裝穩(wěn)定可靠
夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上相應(yīng)表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應(yīng)盡量低，重心越高則支承面應(yīng)越大；夾具底面四邊應(yīng)凸出，使夾具體的安裝基面與機床的工作臺面接觸良好。
7.鉆模夾具體毛坯的類型
1）鑄造夾具體
鑄造夾具體的優(yōu)點是工藝性好，可鑄出各種復(fù)雜形狀，具有較好的抗壓強度、剛度和抗振性，但生產(chǎn)周期長，需進行時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。常用材料為灰鑄鐵，要求強度高時用鑄鋼，要求重量輕時用鑄鋁。 在底座毛坯類型選擇時，考慮到鑄造。
2）焊接夾具體
它由鋼板、型材焊接而成，這種夾具體制造方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕。但焊接夾具體的熱應(yīng)力較大，易變形，需經(jīng)退火處理，以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性。 對于一些工型或者凹槽類的夾具，可以考慮到使用焊接，這樣可以節(jié)省所用的材料，降低成本。
3）鍛造夾具體
它適用于形狀簡單、尺寸不大、要求強度和剛度大的場合。鍛造后也需要經(jīng)退火處理。此類夾具體應(yīng)用較少。在設(shè)計滑板時考慮要首先考慮到這種類型。
4）型材夾具體
這類夾具體取材方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕。
5）裝配夾具體
此類夾具體具有制造成本低、周期短、