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摘 要
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中最難以保證加工質(zhì)量。其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，由于曲軸工作條件惡劣，因此對(duì)曲軸材質(zhì)以及毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量沒有得到保證，則可嚴(yán)重影響曲軸的使用壽命和整機(jī)的可靠性。曲軸有兩個(gè)重要部位：軸徑，拐徑，（還有其他）。軸徑被安裝在缸體上，拐徑與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程就是，活塞經(jīng)過混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。世界汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)曲軸的加工十分重視，并不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。
在曲軸零件的加工工藝過程中軸與軸中心線之間要有位置要求, 以毛坯軸兩端定位先加工兩中心孔,以兩端中心孔定位再粗、精加工各軸的表面，然后以粗、精后的兩軸徑定位，采用專用夾具加工直油孔和銑鍵槽最后粗、精磨各軸。
在夾具的設(shè)計(jì)過程中，主要以V形塊和支承板來定位，靠直壓板和螺母來夾緊，鉆直油孔時(shí)應(yīng)采用長(zhǎng)型快換鉆套，銑鍵槽時(shí)采用立式銑床，曲軸小頭處應(yīng)安裝一個(gè)對(duì)刀塊，夾具設(shè)計(jì)要方便、簡(jiǎn)單。
關(guān)鍵詞：曲軸；加工工藝；專用夾具；中心孔；對(duì)刀塊
III
Abstract
Engine crankshaft is subject to impact load, transmission power of the important parts, the five pieces in the engine are the most difficult to ensure quality processing. Its material is from the carbon structure which made of steel or ductile iron, as a result of the poor working conditions, the crankshaft and the rough material processing technology, precision, surface roughness, heat treatment and surface hardening, dynamic balancing requirements are very stringent. If any of these are not a part of quality assurance that can be seriously affected the life of the crankshaft and machine reliability. There are two important parts of the crankshaft: shaft diameter, Po Drive, (and others). Shaft has been installed in the cylinder block, the Po Drive and connecting rod big hole, connecting rod and cylinder head piston connecting hole, is a typical slider-crank mechanism. Engine working process is that the Pistons after the blasting compressed gas mixture to promote the piston to do linear motion and force through the connecting rod to the crankshaft will be from the crankshaft to linear motion into rotary movement. The rotation of the crankshaft is the engine power source. The world automobile industry in developed countries are attach great importance to improve the processing crankshaft and crankshaft processing technology.
In crankshaft machining process between the central axis, with the axis center line of the location of the requirements have to be rough-axis positioning processing at both ends of the two central hole to center hole location on both ends and then rough, finishing the surface of
the shaft, and then to crude, refined of the two shaft after positioning, the use of dedicated processing fixture straight hole and the final rough keyway milling, grinding of the shaft.
In the fixture design process, mainly V-shaped block and bearing plates to locate by direct plate and nut to clamp, drill hole should be directly used for drilling long set of fast, used vertical milling keyway milling, crankshaft head should be installed on a knife block, fixture design should be convenient and simple.
Key words: crankshaft; processing technology; dedicated fixture; central hole; the knife block
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒 論 1
2 零件分析 2
2.1 零件的作用 2
2.2 零件的技術(shù)要求分析 2
2.3 零件的結(jié)構(gòu)及其工藝性分析 2
2.4 零件的加工面的分析 3
3 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì) 5
3.1 定義 5
3.2 機(jī)械加工工藝過程的組成 5
3.3 工藝規(guī)程的作用 5
3.4 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則 5
3.5 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 5
3.6 確定毛坯的制造形式 6
3.7 基準(zhǔn)的選擇 7
3.8 材料及熱處理 8
3.9 分析并制訂工藝路線 8
3.10 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 10
3.11 確定切削用量及基本工時(shí) 13
4 夾具設(shè)計(jì) 17
4.1 打直油孔夾具設(shè)計(jì) 17
4.2 銑鍵槽夾具設(shè)計(jì) 25
5 加工方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 30
5.1工藝方案比較 30
5.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 31
5.3應(yīng)用舉例 31
結(jié) 論 34
致 謝 35
參考文獻(xiàn) 36
附錄 37
1 緒 論
曲軸的主要作用是將活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，然后通過飛輪傳遞到汽車底盤的傳遞系統(tǒng)，此外，還用來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)和水泵、發(fā)電機(jī)、空調(diào)機(jī)、風(fēng)扇等輔助裝置。所以說曲軸是機(jī)動(dòng)車動(dòng)力的核心來源。曲軸在工作中，要承受周期性變化的氣體壓力、往復(fù)的慣性力、離心力及扭矩和彎矩的共同作用，還要承受高溫，因此曲軸要有足夠的剛度、強(qiáng)度、各表面的潤(rùn)滑性要好、耐磨，各軸頸表面要達(dá)到必要的加工精度，達(dá)到較高的動(dòng)平衡要求。曲軸一般是由前端軸、平衡重、連桿軸頸、主軸頸、曲柄和后端軸組成。
曲軸按結(jié)構(gòu)型式分為整體式和組合式兩大類，整體式曲軸具有較高的強(qiáng)度和剛度、結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕；組合式曲軸的優(yōu)點(diǎn)是加工方便，便于系列產(chǎn)品通用，缺點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度差，裝配復(fù)雜。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品是型號(hào)為YC4108Q的柴油機(jī)曲軸，主要用于輕型汽車和農(nóng)用車，它很好的沿用了YC6108Q的技術(shù)。它為整體式曲軸，有4個(gè)曲拐，主軸頸和連桿頸分布在同一平面內(nèi)，4個(gè)連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布，相互夾角180°；主軸頸與連桿頸之間有4個(gè)斜油孔相通，以便對(duì)連桿軸頸潤(rùn)滑。
YC4108Q采用了強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性都比較高的球墨鑄鐵QT900-3材料。曲軸的工藝特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量要求較高；剛性特差，屬于易彎曲變形的異形軸類零件。制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)該是應(yīng)當(dāng)使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證。選用適當(dāng)?shù)臋C(jī)床，既保證生產(chǎn)進(jìn)度，又要考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)成本。此產(chǎn)品年生產(chǎn)綱領(lǐng)2500件/年。已經(jīng)達(dá)到了大批生產(chǎn)的水平，從生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的角度考慮，為YC4108Q產(chǎn)品設(shè)計(jì)一套專用機(jī)床夾具是非常必要的，曲軸在加工過程中要需要車、銑、鉆、磨等工藝裝備，本設(shè)計(jì)中涉及到鉆直油孔夾具和銑鍵槽夾具設(shè)計(jì)。
本設(shè)計(jì)的主要工作是：對(duì)YC4108Q曲軸進(jìn)行工藝分析、工藝規(guī)程的制訂及夾具的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行工藝論證，對(duì)關(guān)鍵工序的加工余量、工序尺寸、工序公差、切削用量和工時(shí)定額進(jìn)行計(jì)算。在夾具設(shè)計(jì)中，對(duì)夾具結(jié)構(gòu)及定位方案進(jìn)行論證分析，對(duì)定位誤差、夾緊力進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，最后是對(duì)夾具的評(píng)估。
2 零件分析
2.1 零件的作用
題目所給定的零件是YC4108Q曲軸（見圖2-1），曲軸零件是柴油機(jī)機(jī)體中一個(gè)重要的零件。在柴油機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力源是氣缸內(nèi)因受壓而使溫度劇增從而導(dǎo)致爆炸的霧化柴油與空氣的混合氣體，在這個(gè)過程中活塞受到強(qiáng)大的推力作用，被迅速的向外推出，在這個(gè)過程中氣體對(duì)活塞做功，但這只是柴油機(jī)工作四個(gè)沖程中的一個(gè)，接下來的三個(gè)沖程——排氣沖程、吸氣沖程和壓縮沖程中外界對(duì)活塞并不做功，為了使活塞能自行的完成四個(gè)沖程，就需要一個(gè)裝置將做功沖程的能量?jī)?chǔ)存下來，以便在其他三個(gè)沖程中為活塞提供足夠的能量，于是，飛輪便產(chǎn)生了。但是，活塞的運(yùn)動(dòng)形式是往復(fù)式的直線運(yùn)動(dòng)，而飛輪的運(yùn)動(dòng)形式是繞固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，在它們之間就需要一個(gè)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換元件，于是，曲軸就成為它們的媒介，同時(shí)曲軸還可以把這部分能量提供給柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行工作。
為了給工作機(jī)械和柴油機(jī)各輔助系統(tǒng)提供足夠的能量，需要一根曲軸與多個(gè)氣缸相連接，這就需要曲軸有相應(yīng)個(gè)數(shù)的曲柄。在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了滿足點(diǎn)火順序，及運(yùn)行無死點(diǎn)等要求，就需要曲軸有相應(yīng)的形狀改變，例如，曲柄之間成120°夾角和曲柄之間成180°夾角等。
2.2 零件的技術(shù)要求分析
1．加工表面的尺寸精度
2．主要加工表面的形狀精度
3．主要加工表面之間的相互位置精度
4．各加工表面粗糙度以及表面質(zhì)量方面的其它要求
5．熱處理要求及其它技術(shù)要求（如動(dòng)平衡等）
6．零件的視圖、技術(shù)要求是否齊全——主要技術(shù)要求和加工關(guān)鍵
7．零件圖所規(guī)定的加工要求是否合理
8．零件的選材是否恰當(dāng)，熱處理是否合理
另外，曲軸在工作時(shí)承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強(qiáng)度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確，且潤(rùn)滑可靠。
2.3 零件的結(jié)構(gòu)及其工藝性分析
曲軸是柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)重要的零件。曲柄和連桿，活塞等組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞向下的推力經(jīng)連桿傳到曲軸，由曲軸將活塞的直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并向外輸出功率，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)其它部件的運(yùn)動(dòng)。曲軸一般由曲軸前端，連桿軸頸，曲柄，主軸頸，曲軸后端組成。
本次設(shè)計(jì)的曲軸（圖2-1）為整體式曲軸，有4個(gè)曲拐，主軸頸和連桿頸分布在同一平面內(nèi)，4個(gè)連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布，相互夾角180°；主軸頸與連桿頸之間有4個(gè)斜油孔相通，以便對(duì)連桿軸頸潤(rùn)滑。
機(jī)構(gòu)工藝性——保證使用要求的前提下，能否以高生產(chǎn)率和低成本制造。
曲軸的工藝特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量要求較高；剛性特差，屬于易彎曲變形的異形軸類零件。
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)該是應(yīng)當(dāng)使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證。選用適當(dāng)?shù)臋C(jī)床，既保證生產(chǎn)進(jìn)度，又要考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)成本。
2.4 零件的加工面的分析
曲軸加工主要有五組加工面，他們相互有一定位置度的要求?，F(xiàn)分述如下：
1．五個(gè)φ85軸頸
要求：徑向跳動(dòng)公差0.060mm，圓度公差為0.010mm。
2．四個(gè)φ66連桿軸頸
要求：與B面的平行度公差為0.020mm。
3．φ100大頭
要求：徑向跳動(dòng)公差0.040mm。
4．φ45小頭
要求：徑向跳動(dòng)公差0.080mm。
5．曲柄
要求：端面跳動(dòng)公差0.030mm。
圖2-1 YC4108Q曲軸零件圖
43
3 機(jī)械加工工藝過程設(shè)計(jì)
3.1 定義
機(jī)械加工工藝過程是機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程的一部分，是直接生產(chǎn)過程，其原意是指采用金屬切削刀具或磨具來加工工件，使之達(dá)到所要求的形狀、尺寸、表面粗糙度和力學(xué)物理性能，成為合格零件的生產(chǎn)過程。由于制造技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在所說的加工方法除切削和磨削外，還包括其他加工方法，如電加工、超聲波加工、電子束加工、激光束加工，以及化學(xué)加工等幾乎所有的加工方法。
它是在具體的生產(chǎn)條件下，把最合理或較合理的工藝過程和操作方法，并按規(guī)定的形式寫成工藝文件，經(jīng)審批后用來指導(dǎo)生產(chǎn)的。工藝規(guī)程中包括各個(gè)工序的排列順序、加工尺寸、公差及技術(shù)要求、工藝設(shè)備及工藝措施、切削用量及工時(shí)定額等內(nèi)容。
3.2 機(jī)械加工工藝過程的組成
機(jī)械加工工藝過程由若干個(gè)按一定順序排列的工序組成，每道工序又包括若干工步，每個(gè)工步又包括幾次走刀。
1．工序——一個(gè)工人或一組工人在一個(gè)工作地點(diǎn)，連續(xù)完成一個(gè)或幾個(gè)零件的工藝過程中的某一部分。
2．安裝——工件經(jīng)一次裝夾后完成的那一部分工序內(nèi)容。
3．工位——一次裝夾后，工件在機(jī)床上所占的每個(gè)位置
4．工步——工序中加工表面、切削工具、切削用量均保持不變的部分
5．走刀——切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步內(nèi)容。
3.3 工藝規(guī)程的作用
1．指導(dǎo)生產(chǎn)
2．組織生產(chǎn)和管理生產(chǎn)
3．新建、擴(kuò)建和改建工廠和車間
3.4 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則
1．技術(shù)上的新近性
2．經(jīng)濟(jì)上的合理性
3．良好的勞動(dòng)條件
3.5 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型
企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)需求和自身的生產(chǎn)能力決定生產(chǎn)計(jì)劃。在計(jì)劃期內(nèi)，應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃成為生產(chǎn)綱領(lǐng)。計(jì)劃期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)稱為年生產(chǎn)綱領(lǐng)。
3.5.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)
該產(chǎn)品年產(chǎn)量為20000件/年，備品率為10％，廢品率為1％
N=Qn1+a%+b%
=20000 ×1×(1+10%+1%)
=22200件/年
式中 N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）；
Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺(tái)/年）；
n——每臺(tái)產(chǎn)品中，該零件的數(shù)量（件/臺(tái)）；
a%——備品率；
b%——廢品率。
3.5.2 確定生產(chǎn)類型
不同的生產(chǎn)類型，其生產(chǎn)過程和生產(chǎn)組織、車間的機(jī)床布置、毛坯的制造方法、采用的工藝裝備、加工方法以及工人的熟練程度等都有很大的不同，因此在制定工藝路線時(shí)必須明確該產(chǎn)品的生產(chǎn)類型。
表3－1 各種生產(chǎn)類型的規(guī)范表
已知零件為中型零件，根據(jù)上表可確定其生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。
本零件為重型零件的成批生產(chǎn)中的大量生產(chǎn)，適應(yīng)相應(yīng)的生產(chǎn)特點(diǎn)。
3.6 確定毛坯的制造形式
選擇毛坯時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：
1．零件材料的工藝性（如可鑄性和可塑性）以及零件對(duì)材料組織和性能的要求。例如鑄鐵和青銅不能鍛造，只能選鑄件。
2．零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸。
3．生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小。它在很大程度上決定了所采用毛坯制造的方法。
4．現(xiàn)場(chǎng)的條件。這里主要現(xiàn)場(chǎng)的毛坯制造的實(shí)際工藝水平、設(shè)備狀況以及外協(xié)的可能性和經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)也要考慮生產(chǎn)發(fā)展而采用較先進(jìn)的毛坯制造方法，如近凈鑄造方法等。
零件材料為QT900-3。考慮到曲軸在工作時(shí)承受這不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強(qiáng)度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確，且潤(rùn)滑可靠。因此應(yīng)選鑄造件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件的年產(chǎn)量為20000件，已達(dá)到大量生產(chǎn)的水平，而且零件輪廓較大，用球墨鑄鐵代替鋼材來做曲軸，因?yàn)椴牧媳緛砭捅阋?，再加上可以省曲鍛打工序，故可以大幅的降低成本，故可采用鑄造成型。這是從提高生產(chǎn)率、降低成本上考慮的，也是應(yīng)該的。
3.7 基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一?；鶞?zhǔn)選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中會(huì)問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
3.7.1 粗基準(zhǔn)的選擇
1．保證相互位置要求的原則
選擇與加工表面有相互位置要求的不加工表面為粗基準(zhǔn)。有加工表面和不加工表面時(shí)，選取不加工表面做基準(zhǔn)。
2．保證加工表面加工余量合理分配的原則
選擇要求加工余量均勻的重要表面為粗基準(zhǔn)。都是加工表面時(shí)，選加工余量最小的面為基準(zhǔn)
3．便于工件裝夾的原則
應(yīng)選取大的平整光華的面為基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)盡可能平整、光潔，有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆口、冒口或其他嚴(yán)重缺陷。以使定位準(zhǔn)確，裝夾牢固可靠。
4．粗基準(zhǔn)只能使用一次。
3.7.2 精基準(zhǔn)的選擇
1．基準(zhǔn)重合原則
盡可能選擇被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)。
2．基準(zhǔn)統(tǒng)一原則
應(yīng)盡可能在多個(gè)工序中采用同一組精基準(zhǔn)定位。
精基準(zhǔn)要盡早加工出來，并達(dá)到一定的精度?？墒构ぜ谝淮味ㄎ恢心芗庸けM量多的表面，減少工件搬動(dòng)和翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，有利于提高各加工表面的位置精度，簡(jiǎn)化夾具設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)率。
3．互為基準(zhǔn)原則
為了使加工表面間有較高的相互位置度，并使加工余量均勻，采用互為基準(zhǔn)原則，反復(fù)加工的方法。
4．自為基準(zhǔn)原則
旨在減小表面粗糙度，減小加工余量和保證加工余量均勻的工序，常以加工本身為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，稱為自為基準(zhǔn)原則。
5．便于裝夾原則
所選擇的精基準(zhǔn)，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、可靠，夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,這稱為便于裝夾原則。
根據(jù)上述粗基準(zhǔn)選擇原則可選擇兩中心孔的連線作為粗基準(zhǔn)，因?yàn)檫@樣可使重要的加工面，例如曲軸各軸頸和連桿軸頸達(dá)到較高的精度。
3.8 材料及熱處理
曲軸材料選用QT900-3有很高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，可以替代原來昂貴的合金鋼材料，保證在工作時(shí)不變形。鑄鐵要經(jīng)過時(shí)效處理，以消除應(yīng)力，并做噴丸處理，在完全加工完后還要蘸防銹油，以防止表面生銹。
3.9 分析并制訂工藝路線
3.9.1 加工階段的劃分
1．荒加工階段：安排在粗加工之前，若毛坯的余量特別大，表面及其粗糙時(shí)，為粗加工做準(zhǔn)備。
2．粗加工階段：去除各加工表面的大部分余量，使毛坯在形狀上盡快接近成品，給后面的工序留下適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?
3．半精加工階段：為精加工作準(zhǔn)備，留有一定的加工余量，加工精度為IT8~IT9，表面粗糙度為Ra6.3。
4．精加工階段：使零件的形狀尺寸達(dá)到圖紙要求，滿足各公差、配合、表面粗糙度等要求。
5．各加工面孔：在工序完成后達(dá)到圖樣技術(shù)要求，精度為IT7，表面粗糙度為Ra1.6—0.8。
加工工藝路線劃分的原則：先粗后精，先面后孔，基準(zhǔn)先行，先主后次，往往是反復(fù)加工互為基準(zhǔn)而達(dá)到逐漸精確。
曲軸加工分為：粗、半精、精三個(gè)階段。
3.9.2 工序的集中與分散
3.9.2.1 工序集中：
零件的加工集中在少數(shù)工序內(nèi)完成，每一工序的加工內(nèi)容較多,因而使總的工序數(shù)目減少，使夾具的數(shù)目和工件的安裝次數(shù)也減少。
特點(diǎn)：
1．可減少工件裝夾次數(shù)，減少裝夾及搬運(yùn)時(shí)間。一次裝夾，可加工較多的平面，縮短輔助時(shí)間，易于保證加工表面的位置精度。
2．可減少工序數(shù)量、設(shè)備數(shù)量、操作人員與生產(chǎn)場(chǎng)地便于生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度工作有利于采用高效專用設(shè)備（如多工位組合機(jī)床等），提高生產(chǎn)率。
3．有利于采用高效專用設(shè)備及自動(dòng)化程度高的機(jī)床（如多工位組合機(jī)床、加工中心等），以提高生產(chǎn)率。
4．使用的設(shè)備及投資大，轉(zhuǎn)換產(chǎn)品較困難，要求工人的技術(shù)水平較高。
3.9.2.2. 工序分散
工藝路線中的工步內(nèi)容分散在更多的工序中完成，每一工序的加工內(nèi)容少。
特點(diǎn)：
1．工件工序多，內(nèi)容簡(jiǎn)單，往往一個(gè)工序只有一些簡(jiǎn)單的工作內(nèi)容，可以采用最合理的切削用量，減少機(jī)動(dòng)時(shí)間，對(duì)操作工人技術(shù)水平要求不高。
2．設(shè)備與工藝簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，工人易于掌握，容易適應(yīng)產(chǎn)品的變化。
3．設(shè)備數(shù)目多，生產(chǎn)場(chǎng)地大，操作工人多，管理工作量較大。
3.9.3 制訂工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及其位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用專用機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
工藝路線方案：
表3-2 工藝路線方案表
工序號(hào)
工序名稱
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
1
毛坯下料
2
正火處理，消除內(nèi)應(yīng)力
3
粗銑、半精銑兩端面以及打中心孔
銑端面，打中心孔專用機(jī)床
CE6163
4
粗車、半精車大小端外圓
普通車床
CW6136A
5
粗車、半精車第三主軸頸
曲軸車床
S1—217
6
粗磨第三主軸頸及其大盤側(cè)面
外圓磨床
GZ073
7
粗車、半精車1、2、4、5主軸頸
曲軸車床
S1—130B
8
粗車，半精車連桿頸
曲軸車床
S1—130B
9
粗磨1、2、4、5主軸頸及其大盤側(cè)面
外圓磨床
GZ073
10
粗磨連桿頸及其大盤側(cè)面
外圓磨床
GZ073
11
中間檢查主軸頸、連桿頸尺寸
12
對(duì)主軸進(jìn)行磁力探傷
探傷機(jī)
CLN-4000A
13
修研中心孔
14
精車大端面及外圓
普通車床
CW6136A
15
精磨小頭
外圓磨床
MB1632
16
精磨大頭
外圓磨床
MB1632
17
精磨連桿軸頸及大盤側(cè)面
外圓磨床
GZ073
18
精磨主軸頸及其大盤側(cè)面
外圓磨床
GZ073
19
中間檢查
20
銑定位面
普通銑床
MB1632
21
銑鍵槽
立式升降臺(tái)銑床
X5030A
22
鉆直油孔
搖臂鉆床
Z3040
23
鉆斜油孔
搖臂鉆床
Z3040
24
動(dòng)平衡試驗(yàn)
動(dòng)平衡機(jī)
YQW—160
25
對(duì)曲軸外表面拋光
自動(dòng)沙袋拋光機(jī)
MBA1632/1
26
清洗
27
終檢
28
防銹
29
包裝
3.10 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
進(jìn)行機(jī)械加工余量的分析計(jì)算，是為了確定最有利的加工余量，以節(jié)省材料。利用分析計(jì)算法，必須要有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，否則難以進(jìn)行。
影響機(jī)械加工余量的因素：
①前工序（或毛坯）加工后其表面粗糙度及表面缺陷。
②前工序（或毛坯）的尺寸公差。
③前工序（或毛坯）各表面相互位置的空間偏差，如彎曲度、垂直度和同軸度誤差等等。
④本工序裝夾誤差。
確定毛坯的形狀和尺寸——盡量與零件接近
毛坯加工余量——毛坯制造尺寸與零件相應(yīng)尺寸的差值——加工總余量
毛坯公差——毛坯制造尺寸的公差
YC4108Q曲軸零件材料為QT900-3，硬度為HBS270～321，同一根曲軸硬度差小于30HBS，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用鑄造毛坯，鑄造好后要安排人工時(shí)效，以消除殘余應(yīng)力。
3.10.1 鑄件尺寸公差
鑄件尺寸公差分為16級(jí)，由于是大量生產(chǎn)，毛坯制造方法采用人工砂箱造型，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》選取鑄件尺寸公差等級(jí)為CT11，根據(jù)表3.1-21，選取錯(cuò)箱值為6mm。
3.10.2 鑄件機(jī)械加工余量
對(duì)于成批生產(chǎn)的鑄件加工余量由《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》查得，根據(jù)表3.1-26，和上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:
表3-3 毛坯加工余量表
加工表面
加工余量
毛坯尺寸
大頭
6
106
小頭
6
51
主軸頸
6
91
連桿軸頸
6
72
⑴大頭工序尺寸：
粗車：φ101.9 2Z=4.1mm
精車：φ100.1 2Z=1.8mm
精磨：φ100 2Z=0.1mm
⑵小頭工序尺寸：
粗車：φ47.3 2Z=3.7mm
精車：φ45.5 2Z=1.8mm
精磨：φ45 2Z=0.1mm
⑶主軸頸工序尺寸：
粗車： φ87.1 2Z=3.9mm
半精車：φ85.1 2Z=2.0mm
精磨： φ85 2Z=0.1mm
⑷連桿軸頸工序尺寸：
粗車：φ69 2Z=3mm
粗磨：φ66.1 2Z=2.9mm
精磨：φ66 2Z=0.1mm
3.10.3 零件－毛坯綜合圖
零件毛坯綜合圖一般包括以下內(nèi)容：鑄造毛坯形狀、尺寸及公差、加工余量與工藝余量、鑄造斜度及圓角、分型面、澆冒口殘根的位置、工藝基準(zhǔn)及其它有關(guān)技術(shù)要求等。本次設(shè)計(jì)的零件的澆冒口位置在零件小頭上方，具體采用的澆注系統(tǒng)為頂澆注式的一般形式。具體要求見《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》和《金屬工藝學(xué)實(shí)習(xí)教材》第一章。分型面選在軸頸的軸線與連桿軸頸的軸線所構(gòu)成的平面上，這樣分型，零件的上下箱對(duì)稱，容易作砂箱。拔模斜度取2.5°，圓角取R8～10。
零件－毛坯綜合圖上的技術(shù)條件一般包括以下內(nèi)容：合金牌號(hào)、鑄造方法、鑄造的精度等級(jí)、未注明的鑄造斜度及圓角半徑、鑄件的檢驗(yàn)等級(jí)、鑄造綜合技術(shù)條件、鑄造交貨狀態(tài)、鑄件是否進(jìn)行氣壓或液壓試驗(yàn)、熱處理硬度。具體的標(biāo)記見零件－毛坯綜合
圖。
圖3-1 YC4108Q曲軸鑄造毛坯圖
3.11 確定切削用量及基本工時(shí)
本次以第5道工序粗車、半精車第三主軸頸工序、第15道打直油孔工序和第30道銑鍵槽工序?yàn)槔?，以確定切削用量及基本工時(shí)。
3.11.1 工序5 粗車、半精車第三主軸頸
工步1 檢查毛坯件大小頭尺寸
工步2 清除夾具定位面上的鐵屑、雜物
工步3 裝夾如圖所示，以大端外圓及小端中心孔定位
工步4 精車各主軸頸，保證圖示尺寸，及中間主軸跳動(dòng)
工步5 檢查本工序尺寸及跳動(dòng)
圖3-2 YC4108Q曲軸粗車、半精車主軸頸工序圖
3.11.1.1 加工條件
工件材料：QT900-3
加工要求：保證如圖尺寸
刀具：主軸車刀、R刀
3.11.1.2 計(jì)算切削用量
3.11.1.3 切削深度
Z=6mm，分三刀，Z1=3mm,Z2=2mm,Z3=1mm
3.11.1.4 進(jìn)給量
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表8.4-2，當(dāng)?shù)稐U尺寸為25mm×40mm，ap≤3mm以及加工軸頸為100mm（實(shí)際加工軸頸為87mm，與100mm最為接近）時(shí),進(jìn)給量f=1.0~1.4mm/r，在此選用f=1.2mm/r
3.11.1.5 計(jì)算切削速度
按《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表8.4-8，切削速度的計(jì)算公式為
v=x=CvTmapxvfyv(m/min)
其中ap1=3mm,ap2=2mm,ap3=1mm,f=0.25mm/r,Cv=208,xv=0.40,yv=0.20,m=0.28,T=60,見《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表8.4-8 有V1=56.20m/min,V2=66.10m/min,V3=87.22m/min
3.11.1.6 確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，選擇n=260r/min
3.11.1.7切削工時(shí)
l=229.6-97.6X2=34.4mm
3.11.2 工序15 鉆直油孔
工步1 裝夾如圖所示
工步2 以1、5主軸頸和一個(gè)連桿頸定位來鉆四個(gè)直油孔
圖3-3 YC4108Q曲軸鉆直油孔工序圖
3.11.2.1 加工條件
工件材料：QT900-3
加工要求：保證如圖尺寸
刀具：φ6錐柄加長(zhǎng)麻花鉆
3.11.2.2 鉆削深度
l=75mm
3.11.2.3 進(jìn)給量
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表10.4-1，當(dāng)鉆頭直徑為6mm～8mm，鑄鐵硬度＞200HB時(shí)，進(jìn)給量f=0.22—0.26mm/r，在此選用f=0.25mm/r
3.11.2.4 計(jì)算切削速度
v=cvd0ZvTmapxvfyvkv(m/min)
式中， cv=8.1， Zv=0.25， xv=0， yv=0.55， m=0.125, d0=6, T=20,見《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表10.4-9
v=18.69m/min
3.11.2.5 確定主軸轉(zhuǎn)速
n=1000vπd=992.04r/min
在實(shí)際生產(chǎn)中，我們選用n實(shí)際=1020r/min
3.11.2.6 計(jì)算切削工時(shí)
鉆削工時(shí)t=4×ln實(shí)際f=1.21min
3.11.3 工序21銑鍵槽
工步1 檢查精磨小頭軸頸尺寸
工步2 裝夾工件，夾1、5主軸并使1連桿定位
工步3 銑鍵槽，保證鍵槽長(zhǎng)度、深度、寬度、對(duì)稱度
工步4 松開夾具，取下工件，去處毛刺
工步5 檢查合格后，轉(zhuǎn)下道工序。
圖3-4 YC4108Q曲軸銑鍵槽工序圖
3.11.3.1 加工條件
工件材料：QT900-3氮化
加工要求：保證如圖尺寸
刀具：直柄鍵槽銑刀
3.11.3.2 計(jì)算切削用量
3.11.3.3切削深度
Z=4.5mm
3.11.3.4 進(jìn)給量
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表9.4-1，和系統(tǒng)特性例如圓柱形銑刀、系統(tǒng)剛度大、功率<5等，選擇進(jìn)給量0.12mm/r
5844.168N
因此本夾具安全可靠。
4.1.8 夾具精度分析
夾具放在機(jī)床上必然會(huì)有一定的夾具定位誤差，所謂的定位誤差是由于定位不準(zhǔn)造成的某工件在工序尺寸（通常是指加工表面對(duì)工序基準(zhǔn)的距離尺寸）或位置度要求表面的加工誤差。夾具的定位誤差通常包括兩方面：
⒈夾具各元件之間的位置誤差；
⒉夾具中各定位元件的磨損。
曲軸在定為時(shí)，主要依靠定位支柱來定為，而定為支柱在定為過程中又包括兩部分配合，襯套2和夾具體的配合和襯套2與定為支柱的配合，定為誤差關(guān)鍵就在這兩部分的配合公差。
φ26H7的公差為φ260+0.021
φ26p6的公差為φ26+0.022+0.035
則，其公差為φ26-0.022-0.014；
φ16H8的公差為φ160+0.027
φ16h7的公差為φ16-0.0180
則，其公差為φ16+0.018+0.027
所以其最大間隙為：
?bmax=0.027--0.022=0.049mm
通常，對(duì)某一定位方案，經(jīng)分析計(jì)算其可能產(chǎn)生的定位誤差，只要小于有關(guān)尺寸或位置公差的，一般即認(rèn)為定位方案能滿足該工序的加工要求。
而曲軸在該夾具上的允許誤差為43.8+0.05+0.25，因此，該夾具定為滿足要求。
工件在夾具中的位置是由定位元件確定的，當(dāng)工件上的定位表面一旦與夾具上的定位元件相接觸或相配合，作為一個(gè)整體的工件的位置也就確定了。當(dāng)對(duì)于一批工件來說，由于在各個(gè)工件的有關(guān)表面之間，彼此在尺寸及位置上均有著在公差范圍內(nèi)的差異，但每個(gè)被定位元件的某些表面都會(huì)有自己的位置變動(dòng)量，從而造成在工序尺寸和位置要求上的加工誤差。
該零件在本工序的精度要求為自由公差，而本工序的主要定位面主軸頸3，尺寸精度要求也為自由公差，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其對(duì)加工誤差的影響在要求范圍內(nèi)。
4.1.9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)首先著眼于定位精確，裝卸方便。在定位過程中，由于主軸頸3及其主側(cè)面已經(jīng)粗磨過，已經(jīng)達(dá)到較高的精度（43.8-0.100），以其作為定位基準(zhǔn)，以定位鐵2作為定位部件，對(duì)其進(jìn)行定位能夠達(dá)到要求的定位精度（43.8+0.05+0.25）；再把它放在其工作平臺(tái)墊鐵1上，然后通過手柄與壓板螺栓驅(qū)動(dòng)壓板推動(dòng)曲軸向墊鐵2移動(dòng)并將其壓緊。鉆孔的過程是通過鉆模板的定位，在襯套1內(nèi)的襯套的導(dǎo)向作用下，采用φ6高速鋼錐柄加長(zhǎng)麻花鉆對(duì)曲軸進(jìn)行鉆削，形成通孔，從而完成打直油孔工序。
4.2 銑鍵槽夾具設(shè)計(jì)
本夾具用于X6132銑床，刀具為 直柄銑刀，對(duì)工件小頭進(jìn)行銑削，從而形成鍵槽。
4.2.1 問題的提出
本夾具用于大批量生產(chǎn)YC4108Q曲軸第30道工序銑鍵槽，應(yīng)利用已加工面來實(shí)現(xiàn)本工序加工的定位，提高加工精度。夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以降低成本；應(yīng)使夾具操作方便，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；但最重要的是，夾具的夾緊要可靠、剛度要強(qiáng)，以保證工件在加工過程中定位精確，以避免產(chǎn)生相對(duì)位置移動(dòng)或撓度，從而產(chǎn)生不必要的廢品。
4.2.2 夾具設(shè)計(jì)基本要求
在大量生產(chǎn)中，應(yīng)用專用夾具，是合理的；但要以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度為前提，同時(shí)還要適當(dāng)?shù)目紤]成本，因?yàn)閵A具的費(fèi)用也是要計(jì)算在被加工產(chǎn)品的成本中。
4.2.3 定位基準(zhǔn)的選擇
在以前的工序中主軸、連桿軸頸、止推都經(jīng)過精磨工序，各種尺寸都已達(dá)到較高的精度，可以作為本道工序的定位基準(zhǔn)。
本道工序定位選擇裝夾1、5主軸頸并使1連桿定位。夾持1、5主軸的兩個(gè)V型塊，限制了工件的4個(gè)自由度，車間自配小頭端面定位鐵限制了工件的1個(gè)自由度，定位柱80限制了工件的1個(gè)自由度，這樣工件的6個(gè)自由度就被完全限制住了，工件就被牢固的定位在夾具上。
4.2.4 刀具的選擇
銑削鍵槽可用直柄鍵槽銑刀、莫氏錐柄鍵槽銑刀和半圓鍵槽銑刀。在實(shí)際生產(chǎn)中，常根據(jù)實(shí)際情況來選擇，本道工序在考慮提高銑削效率、裝刀方便等綜合條件后，在實(shí)際中應(yīng)用的是φ12-0.05-0.03直柄鍵槽銑刀。
4.2.5 工件的夾緊及夾緊裝置
4.2.5.1 夾緊裝置的組成
1．力源裝置
本夾具仍采用手動(dòng)夾緊。
2．夾緊機(jī)構(gòu)
本次采用螺旋壓板機(jī)構(gòu)。
3．相關(guān)加緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介