468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設計【說明書+CAD+PROE】
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SY-025-BY-2
畢業(yè)設計（論文）任務書
學生姓名
張敏鍵
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B05-18
指導教師姓名
張德生
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設計
一、設計（論文）目的、意義
微型及普及型汽車在我國有很大市場,從起初的0.9L到現(xiàn)在的1.6L,價格適合我國國情,適合正在發(fā)展的中國的現(xiàn)況,尤其近在哈爾濱東安公司。
曲軸是曲柄連桿機構三大部分之一,了解曲軸的功用、工作條件、受力情況、材質、加工和使用特點，隨著現(xiàn)在設計加工制造技術的發(fā)展，曲軸結構及材料及加工手段等也在不斷發(fā)展，確定加工工藝與裝夾方案及設計，從而達到對曲軸在發(fā)動機運轉的原理與工況的了解，并對曲軸構造與加工工藝進一步更深了解；
該畢業(yè)設計可以加強常用工具AutoCAD2004和國內外流行三維PROE軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產工藝設計、制造及應用的過程。
二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法）
收集有關國內外微型及普及型汽車曲軸飛輪組相關資料,通過對曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況的了解，對曲軸的加工藝方案提出對加工藝的改進方案，提出問題，進行曲軸的加工工藝改進分析來解決問題，完成工藝改進及分析；從工藝設計方法、結構原理、材料及應用等方面分析曲軸工藝和加工技術，提出自己的看法。
通過對發(fā)動機曲軸鉆模夾具工作條件的了解，鉆模夾具方式與方案進行對比分析和設計，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，分析夾緊方式，確定裝夾方案，并實現(xiàn)自動夾緊曲軸鉆模的設計，從而達到對曲軸構造與加工工藝進一步更深了解。
技術要求：
1、分析零件圖，運用工藝知識選擇加工基準據實際生產條件確定工藝方案及相應加工方法(如:定位,夾緊,毛坯基準,孔徑等)；
2、零件的二維和三維圖；工藝規(guī)程一套
3、進行夾具的二維和三維圖及相應零件圖；
4、夾緊與定位對比分析，受力分析；
5、自動夾緊方案和工作原理及組成；
6、圖紙和說明書要符合規(guī)范、標準化、清晰；
三、設計（論文）完成后應提交的成果
1、鉆模夾具二維裝配圖一套；
2、鉆模夾具三維實體裝配圖一套；
3、一套實現(xiàn)自動移動液壓系統(tǒng)及工藝規(guī)程一套；
4、曲軸的零件三維視圖；
5、設計說明書1份(1.5萬字以上)；
5、所有設計資料的電子文稿；
四、設計（論文）進度安排
1、熟悉設計任務書，并了解相關材料(網上查閱)，準備資料，填寫開題報告：第1~3周（3月2日~3月22日）
2、熟悉零件圖紙(提出有相應問題)，熟練掌握CAD2005以上版本及工藝學、Pro/E：第4~5周（3月23日~4月5日）
3、據自已所學知識及實習工廠或其它修配廠提出改進加工方法，，鉆模夾具方式與方案進行對比分析和設計，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，輸助工具excel或word要有一定使用能力：第6~7周（4月6日~4月19日）
4、分析夾緊方式，確定裝夾方案，曲軸鉆模二維和三維的設計及中期檢查，工藝規(guī)程的設計：第8~9周（4月20日~5月2日）
5、曲軸的三維零件圖的設計和并實現(xiàn)夾緊方案設計和原理：第10~11周（5月3日~5月17日）
6、夾緊方案設計零件的設計：第12~14周（5月11日~6月7日）
7、總結畢業(yè)設計及說明書、后期檢查審核及修改不足：第15~16周（6月8日~6月21日）
8、畢業(yè)設計準備答辯及答辯：第17周 （6月22日~6月28日）
五、主要參考資料
[1]張雪.機床與夾具[M].機械工業(yè)出版社,2002.9
[2]丁豐榮.汽車材料及金屬加工[M].人民交通出版社,2000.4
[3]富成科.機械制造基礎[M].人民交通出版社,1999.1
[4]沈宜慧.機械工程材料[M].人民交通出版社,1998.1
[5]徐灝.機械設計手冊[M].機械工業(yè)出版社,2002.8
[6]王寶璽.汽車拖拉機制造工藝學[M] 機械工業(yè)出版社,2002.10
[7]成大先.機械設計手冊.化學工業(yè)出版社,2002.11
[8]臧杰.汽車構造機[M].機械工業(yè)出版社,2005.10
[9]熊志旺.SEAT發(fā)動機曲軸的結構及工藝性能分析研究[D].南京理工大學,2004
[10]岳陸游,胡天策,儲亞峰.基于Pro/E三維夾具設計研究[J].機械工程師,2006.03
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學生姓名
張敏鍵
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B05-18班
指導教師姓名
張德生
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設計
一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據和意義
1、研究現(xiàn)狀
目前汽車工業(yè)發(fā)達國家對曲軸的加工十分重視，并不斷改進曲軸加工工藝。隨著WTO的加入，國內曲軸生產廠家已經意識到形勢的緊迫性，引進了為數(shù)不少的先進設備和技術，以期提高產品的整體競爭力，使得曲軸的制造技術水平有了大幅提高，特別是近5年來發(fā)展更為迅猛。
? ? 目前國內曲軸生產線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質量穩(wěn)定性差，容易產生較大的內應力，難以達到合理的加工余量。
?國外工業(yè)的一個顯著特點是：新產品發(fā)展快，質量要求高，品種規(guī)格多，產品更新?lián)Q代周期短。反映在機械工業(yè)上，多品種、小批量生產在生產類型比例中，占了很大的比重。這樣，如果按照傳統(tǒng)方式進行生產技術準備工作，就不適應當前和發(fā)展的新形勢。
2、目的、依據和意義
輕型汽車在我國有很大市場,2008年輕型車占總量的35%左右，每臺發(fā)動機有曲軸一件，因此曲軸夾具的設計對所生產出的曲軸的功用有著重要的影響。
曲軸作為曲柄連桿機構三大部分之一, 是發(fā)動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件。因此我們必須要保證曲軸的功用、工作條件、受力情況、材質、加工和使用特點，隨著現(xiàn)在設計加工制造技術的發(fā)展，曲軸結構及材料及加工手段等也在不斷發(fā)展，確定加工工藝與裝夾方案及設計，從而達到對曲軸在發(fā)動機運轉的原理與工況的了解，并對曲軸構造與加工工藝進一步更深了解；
該畢業(yè)設計可以加強常用工具AutoCAD2004和國內外流行三維PRO/E軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產工藝設計、制造及應用的過程
二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題
1、研究的基本內容
（1）收集有關國內外輕型轎車曲軸飛輪組資料,通過對曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況的了解，對曲軸的加工藝方案提出對加工藝的改進方案，提出問題，進行曲軸的加工工藝改進分析來解決問題，完成工藝改進及分析；
（2）從工藝設計方法、結構原理、材料及應用等方面分析曲軸工藝和加工技術，提出自己的看法，設計工藝規(guī)程；
（3）通過對發(fā)動機曲軸鉆模夾具工作條件的了解，鉆模夾具方式與方案進行對比分析和設計，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，分析夾緊方式，確定裝夾方案，并實現(xiàn)自動移動，機械加緊曲軸鉆模的設計，從而達到對曲軸構造與加工工藝進一步更深了解。
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據實際生產條件確定工藝方案及相應加工方法(如:定位,夾緊,毛坯基準,孔徑等)；
（2）繪制零件的二維和三維圖；
（3）夾緊與定位對比分析，受力分析；
（4）自動夾緊方案和工作原理及組成；
（5）繪制夾具的二維和三維圖及相應零件圖；
（6）圖紙和說明書要符合規(guī)范、標準化、清晰；
三、技術路線（研究方法）
調查曲軸及相應鉆模夾具資料
對資料收集、分析、處理
根據曲軸資料設計相應的夾具
液壓自動移動、定位、部分設計
夾具整體設計
利用PROE進行圖形繪制
工藝規(guī)程設計
細節(jié)處理與分析
畢業(yè)論文總結、整理相關文檔
四、進度安排
1、熟悉設計任務書，并了解相關材料(網上查閱)，準備資料，填寫開題報告：第1~3周（3月2日~3月22日）
2、熟悉零件圖紙(提出有相應問題)，熟練掌握CAD2005以上版本及工藝學、Pro/E：第4~5周（3月23日~4月5日）
3、據自已所學知識及實習工廠或其它修配廠提出改進加工方法，，鉆模夾具方式與方案進行對比分析和設計，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，輸助工具excel或word要有一定使用能力：第6~7周（4月6日~4月19日）
4、分析夾緊方式，確定裝夾方案，曲軸鉆模二維和三維的設計及中期檢查：第8~9周（4月20日~5月2日）
5、曲軸的三維零件圖的設計和并實現(xiàn)自動液壓移動和夾緊方案設計和原理：第10~11周（5月3日~5月17日）
6、夾緊方案設計零件的設計：第12~14周（5月11日~6月7日）
7、總結畢業(yè)設計及說明書、后期檢查審核及修改不足：第15~16周（6月8日~6月21日）
8、畢業(yè)設計準備答辯及答辯：第17周 （6月22日~6月28日）
五、參考文獻
(1). 曹春.斜孔鉆模設計[J]. 農機化研究.2004.5
(2). 宮培毅.三維軟件Pro_ENGINEER在機床夾具設計中的應用[J] 新技術新工藝.2008.5
(3).彭俊.鉆孔夾具的結構特點及改進[J].機床與液壓.2004.1
(4)張雪.機床與夾具[M].機械工業(yè)出版社,2002.9
(5)丁豐榮.汽車材料及金屬加工[M].人民交通出版社,2000.4
(6)富成科.機械制造基礎[M].人民交通出版社,1999.1
(7)李海國.鉆曲軸斜油孔工裝工藝參數(shù)的實用算法與研究[J]機械，2002（02）
(8)徐灝.機械設計手冊[M].機械工業(yè)出版社,2002.8
(9)王寶璽.汽車拖拉機制造工藝學[M] 機械工業(yè)出版社,2002.10
(10)王野牧．自動液壓夾緊器及其液壓控制系統(tǒng)設計[J]．機床與液壓，2005（02）
(11)臧杰.汽車構造[M].機械工業(yè)出版社,2005.10
(12)熊志旺.SEAT發(fā)動機曲軸的結構及工藝性能分析研究[D].南京理工大學,2004
(13)岳陸游,胡天策,儲亞峰.基于Pro/E三維夾具設計研究[J].機械工程師,2006.03
（14）E V Korobko，RG Oorodkin，M M Ragotner．ERF used for fix2ing blanks when
machining their surface[C】．Belarus Academy of Sciences ofBelarus，1993，1
（15）D J Kingenberg．Making fluids into solids with magnets[J]．Scientific
Americall，1993，112—1 131
（16）Lancelot A Fekete．Vortex tube separatormay solve weight／space limimtions[J】．
Wodd Oil，1 986，40---44
六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日
本科學生畢業(yè)設計
468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設計
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Design of Bored Fixture And Process for the 468 Crankshafts
摘 要
本文介紹了曲軸加工過程中定位、裝夾、加緊、鉆模以及曲軸加工方面、夾具設計上的相關知識。綜述了國內外目前微型車曲軸的制造技術及發(fā)展趨勢。通過對曲軸的使用性能、工作條件、結構、技術要求的了解，對曲軸的加工工藝規(guī)程進行研究改進,提出了在加工過程中常出現(xiàn)的問題及改進的辦法，使曲軸的精度和表面質量得到很大提高，降低了廢品率，提高了勞動生產率。并繪制夾具的二維與三維圖形。與在對國內外夾具的設計現(xiàn)狀進行分析的基礎上，針對中小企業(yè)廣泛使用夾具常出現(xiàn)的情況，我們有必要對夾具進行設計，具有現(xiàn)代機床夾具設計的相關知識，這樣可有效地提高夾具設計的速度和質量，從而提高企業(yè)效益。此外，本文順應現(xiàn)代機械設計發(fā)展趨勢，利用Pro/E繪出曲軸及重要工序夾具的三維圖。
關鍵詞：曲軸；夾具；設計；三維圖；Pro/E
ABSTRACT
This paper introduces the crankshaft machining process of location 、clamping、intensify、jig and the relevant knowledge on crankshaft processing and the design of fixture. Reviewed the current micro-car crankshaft manufacturing technology and development trends. Through the use of performance, working conditions, structure and understanding of the technical requirements of the crankshaft processing improvements in the processing of those problems and improving the method, so that the crankshaft precision and surface quality can be improved greatly, reduced the reject rate, improved labor productivity. Furthermore, I am conversing the size of the chain. In considering the reasonableness of the crankshaft design, stress analysis for the crankshaft and the related calculation and verification. In the domestic and international fixture design for the analysis of the status quo, based on extensive use of the regular fixture. We need to design fixture, fixture with modern design knowledge, This will effectively increase the speed fixture design and quality, there by improving enterprise efficiency. In addition, the paper conform to the modern mechanical design development trends, using the Pro/E to draw the 3D map of crankshaft and the important processes on the fixture.
Key words：Crank；Fixture；Design；3D Map；Pro/E
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 選題背景 1
1.2 國內外曲軸制造技術的發(fā)展趨勢 1
1.2.1 國外曲軸制造技術的發(fā)展趨勢 1
1.2.2 國內曲軸制造技術的發(fā)展趨勢 2
1.3 選題的目的和意義 4
1.4 課題研究的主要內容 5
第2章 曲軸加工工藝研究及鉆模夾具的設計 6
2.1 概述 6
2.1.1 曲軸使用的性能與工作條件 6
2.1.2 曲軸的結構與技術要求 6
2.1.3 材料與毛坯 6
2.2 曲軸加工工藝分析 6
2.2.1 曲軸加工工藝過程 7
2.2.2 定位基準的選擇 8
2.2.3 加工工序的安排 9
2.3 夾具的設計 10
2.3.1 夾具的定義和作用 10
2.3.2 夾具的分類 10
2.3.3 進行夾具設計的意義 11
2.4 夾具設計中需注意的問題 11
2.4.1 清根問題 11
2.4.2 讓刀問題 11
2.4.3 更換問題 11
2.4.4 防松問題 12
2.4.5 對夾具體的要求 12
2.4.6 鉆模夾具體毛坯的類型 13
2.5 鉆模夾具的設計 13
2.5.1 部分基本件的選擇 13
2.5.2 主要零件的選擇 14
2.5.3 工步的制定 14
2.5.4 鉆模夾具應注意的問題 14
2.5.5 鉆模夾具的定位及設計原則 14
2.5.6 斜孔鉆模夾具的改進思路 18
2.6 本章小結 18
第3章 液壓系統(tǒng)的設計 19
3.1 滑板液壓系統(tǒng)的設計 19
3.2 液壓系統(tǒng)回路的設計 19
3.2.1 減速回路 19
3.2.2 鎖緊回路 19
3.2.3 液壓缸的設計計算 20
3.3 液壓系統(tǒng)的組成 20
3.3.1 液壓系統(tǒng)的組成 20
3.3.2 液壓缸的組成 21
3.3.3 齒輪泵 22
3.3.4 單向閥 22
3.3.5 溢流閥 22
3.3.6 濾油器 22
3.3.7 節(jié)流閥 23
3.3.8 油箱 23
3.4 油缸的計算與選型 23
3.4.1 液壓缸推力及行程的確定 23
3.4.2油缸直徑及行程的確定 23
3.4.3 滑板機構油缸直徑與行程的計算 24
3.4.4 油缸的選型 24
3.4.5 油缸殼體的設計 24
3.5 油泵的計算與選型 25
3.5.1 油泵工作壓力的計算 25
3.5.2 油泵理論流量的計算 25
3.5.3 油泵排量的計算 26
3.5.4 油泵功率的計算 26
3.5.5 油泵的選型 26
3.6 油箱與油管的計算與選型 26
3.6.1 油箱容積V的計算 27
3.6.2 油管內徑d的計算 27
3.7 本章小結 27
第4章 曲軸三維圖及夾具的設計圖 28
4.1 概述 28
4.1.1 PROE的主要特點及概念 28
4.1.2 Pro/E在機械設計中的應用 28
4.2 在Pro/E環(huán)境下生成曲軸 29
4.2.1 畫曲軸的方法及思路 29
4.2.2 畫曲軸的步驟 29
4.2.3 畫曲軸中使用到的幾種功能 29
4.2.4 Pro/E環(huán)境下的成型曲軸 31
4.3 主要夾具的建模 31
4.3.1 V型塊的建模 31
4.3.2 滑板的建模 32
4.3.3 底座的建模 32
4.3.4 鉆模板的建模 33
4.3.5 V型塊夾板的建模 33
4.3.6 定位凹槽的建模 34
4.3.7 支座的建模 34
4.4 本章小結 35
結論 36
參考文獻 37
致謝 38
附錄 39
第1章 緒 論
1.1 選題背景
微型汽車在我國有很大的市場，從0.9L到1.3L，價格也適合我國國情，同時適合正在發(fā)展的中國的現(xiàn)況，曲軸飛輪組結構、材料及加工手段等也在不斷發(fā)展。
曲軸是內燃機中承受沖擊載荷傳遞動力的關鍵零件，也是在內燃機5大件(機體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸)中最難以保證加工質量的零件。由于曲軸工況條件惡劣，因此對曲軸的材質、毛坯加工技術、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。
曲軸質量約占內燃機質量的10%，成本約占整機的10%~12%，其材質大體可分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。球墨鑄鐵中的內摩擦所耗功比鋼大，減小了工作時的扭轉振動的振幅和應力，應力集中也沒有鋼質曲軸敏感，所以球墨鑄鐵曲軸在國內外得到了廣泛的應用。近年來，我國內燃機曲軸專業(yè)生產廠家通過引進技術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燃機工業(yè)技術發(fā)展的要求。我們只有充分了解國內外內燃機曲軸制造技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，及時改進和提高曲軸制造技術水準，才能制造出具有世界一流水平的內燃機曲軸，以實力參與市場競爭。
1.2 國內外曲軸制造技術的發(fā)展趨勢
1.2.1 國外曲軸制造技術的發(fā)展趨勢
1、鍛造技術
隨著鍛壓技術的進步，在變形理論上采用有限元法借助電子計算機應力和變形狀態(tài)。在20世紀70年發(fā)達國家對新建或改建的大的專業(yè)鍛造廠點，大都是以微機數(shù)控和群控的模鍛壓力機或電動液壓錘及螺旋壓力機為主機的生產線大批量生產曲軸等鍛件。近年來，隨著計算機輔助設計（Computer Aided Design，簡稱CAD）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，簡稱CAM）的廣泛采用，管理信息系統(tǒng)和集成生產系統(tǒng)的引入，鍛造生產軟件、硬件和數(shù)據庫的研究，以實現(xiàn)鍛造生產從原材料、工藝和工藝裝備最佳方案的選擇和整個過程的控制，推動著鍛造生產向合理化、自動化方向發(fā)展。
2、機加工技術
由于數(shù)控技術的飛速發(fā)展，國外的機加工自動線將具有更高的適應性和靈活性,大批量生產的曲軸軸頸粗加工，國外采用車削、銑削和車拉三種方式，其中數(shù)控內銑和車拉逐漸顯示出其高效和經濟性，是曲軸粗加工的發(fā)展趨勢。曲軸的磨削廣泛在全數(shù)控、全封閉自動在線進行。
廣泛采用圓角滾壓工藝強化圓角，軸頸拋光廣泛采用砂帶拋光機。曲軸動平衡采用自動線，一般均為計算機控制，進行自動測量和修正。
曲軸的檢測將廣泛采用在線自動檢測和終檢相結合的方式，關鍵設備設有電子量儀，能連續(xù)監(jiān)控加工精度，提高生產率，保證產品質量。
3、熱處理技術
主要是表面強化技術的進一步發(fā)展和材質的開發(fā)和選擇。
非調質鋼、微量合金鋼、高強度貝氏體鑄鐵等將廣泛的應用于曲軸。
在提高曲軸的彎曲疲勞性能方面圓角滾壓最為有效；曲軸的感應處理采用中頻圓角—軸頸淬火能同時提高耐磨性和疲勞強度；曲軸的表面化學熱處理以德國的二段式氣體軟氮化法(Deganit法)較先進，可獲得單相化合物層，大大提高產品的質量和性能，估計將會得到廣泛的應用；曲軸化學復合表面熱處理強化、中頻淬火、圓角滾壓復合強化等也將會得到廣泛應用。
1.2.2 國內曲軸制造技術的發(fā)展趨勢
目前國內曲軸生產線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質量穩(wěn)定性差，容易產生較大的內應力，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?？渴止げ僮鳎庸べ|量不穩(wěn)定。
曲軸的熱處理關鍵技術是表面強化處理。球墨鑄鐵曲軸一般均采用正火處理，為表面處理做好組織準備，表面強化處理一般采用感應淬火或氮化工藝。鍛鋼曲軸則采用軸頸與圓角淬火工藝。引進的設備有AEG全自動曲軸淬火機床、EMA淬火機床等。而在近幾年里，國內制造技術將向以下方向發(fā)展：
1、鍛造藝術
（1）計算機技術的應用
計算機將廣泛應用于生產過程的自動化控制，能實現(xiàn)鍛造溫度控制，過熱和欠熱棒料的自動化分選、潤滑油點溫監(jiān)控、設備公稱力顯示、自動噴霧冷卻模具、設備操縱系統(tǒng)控制、故障自動診斷、報警、工藝編程、模具設計與制造。計算機的廣泛應用對工藝過程的規(guī)范化管理、促進曲軸乃至內燃機鍛造行業(yè)的生產技術進步,發(fā)揮著重要的作用[1]。
（2）形成柔性制造系統(tǒng)
以熱模鍛壓力機、電液錘為主機的自動線是今后生產曲軸的發(fā)展方向，這些生產線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛(楔橫軋)制坯、中頻感應加熱、精整液壓機精壓等先進工藝，同時配有機械手、輸送帶、帶回轉臺的換模裝置等輔機，形成柔性制造系統(tǒng)。通過FMS可自動更換工件和模具以及自動進行參數(shù)調節(jié)，在工作過程中不斷測量。顯示和記錄鍛件厚度和最大壓力等資料并與定值比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質產品。由中央控制室監(jiān)控整個系統(tǒng)，實現(xiàn)無人化操作。
（3）發(fā)展電液錘鍛造生產線
隨著市場競爭的激烈,質量價格在市場競爭中的作用日顯重要，電液對擊錘也就應運而生了。出現(xiàn)了以行程、打擊能量、速度可控與預選的電液錘為主機的曲軸現(xiàn)代化水平生產線。由于電液錘鍛造生產線投資小，技術水準高，適應性強，所以21世紀電液錘與熱模鍛壓力機將同時得到發(fā)展，都將為各種新型或改進型內燃機提供合格的精密鍛造毛坯。
2、機械加工技術
曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、CNC(Computerized numerical control)數(shù)控內銑床、CNC車削、拉削機床等先進設備對主軸頸、連桿軸頸進行數(shù)控車削、內銑削、車削、拉削加工，以有效的減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用CNC控制的曲軸磨床對其軸頸進行精磨加工，此種磨床將配備砂輪自動動平衡裝置、中心架自動跟蹤裝置、自動測量、自動補償裝置,實現(xiàn)砂輪自動修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質量的穩(wěn)定。
工件的輸送，將廣泛采用帶自動編碼識碼的機動滾道輸送，龍門式機械手上下工件，減少輸送中的人為碰撞，實現(xiàn)曲軸的自動加工。
曲軸超精加工將廣泛采用砂帶拋光機拋光加工，以改善曲軸表面粗糙度和提高曲軸抗疲勞強度。
3、熱處理技術和表面強化技術
（1）曲軸中頻感應淬火
曲軸中頻感應淬火，將采用微機監(jiān)控死循環(huán)中頻感應加熱裝置，該裝置的特點主要為：能動態(tài)的顯示系統(tǒng)工況，具有多任務、多窗口及動態(tài)數(shù)據交換等功能，操作方便；多幅畫面，各畫面之間以動態(tài)圖像實時顯示中頻設備運行過程中各重要參數(shù)狀態(tài)、各點溫監(jiān)控畫面，具有顯示曲軸多點溫度、時間等情況及根據不同直徑、材質選用加熱溫度的功能；記錄實時及歷史趨勢曲線，記錄打印裝置運行過程中某一范圍內的各項參數(shù)，主要用于檔案管理及過程分析；報警功能，當某項關鍵參數(shù)達到相應極限值時自動報警。
該裝置具有高效率，質量穩(wěn)定，運行可靠等特點，今后將得到廣泛應用。
（2）曲軸軟氮化
為了提高產品質量，對于大批量生產的曲軸將采用微機控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產線是今后的發(fā)展方向。氮基氣氛氣體軟氮化生產線由前清洗機(清洗干燥)、預熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機(清洗干燥)、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成[2]。
該工藝具有安全、節(jié)能、工藝控制可靠、氣源成本低、產品質量穩(wěn)定、性能重現(xiàn)性好、易實現(xiàn)自動化、計算機管理、生產率高等顯著特點，具有較高的實用性和應用推廣前景。
（3）曲軸表面強化技術
為了大幅度提高曲軸的抗疲勞強度，圓角滾壓強化將大量應用于曲軸加工中。另外，曲軸圓角滾壓強化和軸頸表面淬火等復合強化工藝也將大量應用于曲軸加工中。
1.3 選題的目的和意義
了解曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況，及了解相關零部件的材質及加工和使用特點。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，提出相應加工方案，從而達到對曲軸飛輪組在發(fā)動機運轉的工況了解和原理認知，為將來設計發(fā)動機打下堅實基礎。同時了解機床夾具的功用、組成和分類。以及機床夾具設計的步驟和方法，夾具總圖的設計和繪制方法，及了解曲軸三維圖的畫法。
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，因此我們應不斷改進曲軸加工工藝。
我國曲軸專業(yè)生產廠家不是很多，且整體規(guī)模小、專業(yè)化程度低、企業(yè)設備陳舊、產品設計和工藝落后、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國內及國際市場的能力。隨著我國加入WTO，內燃機零部件行業(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外內燃機曲軸制造技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，及時改進和提高曲軸制造技術水準，才能制造出具有世界一流水平的內燃機曲軸，以實力參與市場競爭。
1.4 課題研究的主要內容
本設計主要是通過了解曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況，以及了解相關零部件的材質及加工和使用特點。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的分析，提出相應加工方案。通過了解機床夾具的功用，分類，組成以及在設計中應注意的問題，完成機床夾具總圖與零件圖的設計和繪制。另外，了解目前曲軸制造業(yè)的一些情況及其未來的發(fā)展趨勢，熟悉曲軸夾具設計的相關知識。從設計方法、結構原理、材料及應用等方面分析曲軸加工技術，提出自己的設計思想、加工方法及改進方法。
第2章 曲軸加工工藝研究及鉆模夾具的設計
2.1 概述
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運動，或將旋轉運動變成直線運動的零件。它是往復式發(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力及大小和方向都在不斷變化的彎曲應力的作用，因此曲軸應具有足夠的強度和支承剛性。曲軸工作時的旋轉速度很高，曲軸的軸頸和連桿軸頸需要足夠的耐磨性，且曲軸的質量分布應當平衡，以防因不平衡而產生離心力使曲軸承受附加載荷。
多拐曲軸是多個曲柄連桿機構的組合，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，因此曲軸設計時應根據這些特點，正確確定其結構及尺寸、位置、形狀精度，滿足曲軸使用性能要求。
2.1.2 曲軸的結構與技術要求
1、曲軸的結構
根據上述的使用要求及結構特點，可以看出曲軸是一個形狀復雜、結構細長、多曲拐、剛性極差、技術要求高的異形軸類零件。
2、曲軸的主要技術要求
為了保證曲軸的正常工作，對曲軸規(guī)定了嚴格的技術要求。其主要技術要求如下：
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。本次設計圓柱度公差為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°。
本設計中各連桿軸頸的軸心線應與主軸頸中心線在同一平面內，位置公差為0.2。
2.1.3 材料與毛坯
曲軸工作時要承受很大的轉矩及交變的彎曲應力，容易產生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求所用材料應有較高的強度、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。本次設計曲軸所采用的材料為45鋼。
曲軸是發(fā)動機的重要零件，在工作時承受很大的扭矩以及大小和方向都在變化的彎曲應力。為增強曲軸的強度，其毛坯一般采用鍛造毛坯，對于復雜的曲軸也可采用鑄造毛坯。曲軸的毛坯根據批量大小、尺寸、結構及材料品種來決定。本次設計的曲軸是批量較大的小型曲軸，采用模鍛。
2.2 曲軸加工工藝分析
2.2.1 曲軸加工工藝過程
曲軸的材料為45鋼，經模鍛和調質處理，發(fā)動機為4缸驅動，因此曲軸可分為4段曲軸，小頭連齒輪及凸輪：大頭為動力輸出。其加工工藝過程如表2.1所示。
表2.1 工序目錄表
工序號
工序名稱
設備名稱
110
銑兩端面、鉆中心孔
銑端面鉆中心孔機床
130
檢查
150
銑工藝定位面
雙柱銑床
170
粗車各主軸頸
數(shù)控車床
190
半精車各主軸頸
數(shù)控車床
210
銑定位基準面
銑床
230
粗車各連桿軸頸
數(shù)控車床
250
半精車各連桿軸頸
數(shù)控車床
270
鉆、鉸工藝孔
專用鉆床
290
鉆油孔
深孔組合鉆床
310
清洗
330
中間檢查并熱校正
350
粗磨各主軸頸
數(shù)控磨床
370
粗磨各連桿軸頸
數(shù)控磨床
390
精磨各主軸頸
數(shù)控磨床
410
精磨各連桿軸頸
數(shù)控磨床
430
銑鍵槽
鍵槽銑床
450
磁力探傷
470
倒角、去毛刺
490
中間檢查
510
校直
油壓機
530
動平衡檢查
動平衡機
550
粗拋光各軸頸
拋光機床
570
精拋光各軸頸
拋光機床
590
清洗
清洗機
610
尺寸檢驗
630
最終檢查
2.2.2 定位基準的選擇
1、基準的概念：在構成零件形狀的點、線、面中，總有這樣的一些點、線、面是用以確定其它點、線、面相對位置或方向的，這樣的一些點、線、面稱作基準。選擇基準是加工的第一步。
2、粗基準的選擇：精基準選定之后，就應在最初的工序中把這些精基準的基面加工出來。這時，工件的各個表面均為經過加工，選擇粗基準時，主要要求保證各加工表面有足夠的余量，一般應考慮下列原則：
（1）如果必須首先保證工件上各表面加工余量均勻，則應選擇此種表面為粗基準。
（2）若在設計上要求保證加工面與不加工面間的相互位置精度，則應選不加工面為粗基準。
（3）作為粗基準的表面，應盡量平整光潔，有一定面積，不能有飛邊、澆口、冒口或其它缺陷，以使工件定位可靠、夾緊方便。
（4）粗基準一般只在第一工序中使用一次，以盡量避免重復使用。因為毛坯面粗糙且精度低，重復使用將產生較大的誤差。
3、精基準的選擇：選擇精基準時，考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準確、牢固、方便。其選擇的原則有：
（1）基準重合原則：應盡量選用零件的設計基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合而引起的定位誤差。
（2）基準統(tǒng)一原則：應盡可能采用同一組基準定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準統(tǒng)一的原則。
（3）互為基準原則：當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要用兩個表面互相作為基準，反復加工，以保證位置精度要求。
（4）自為基準原則：某些加工工序，加工余量小而不均勻，常選擇加工表面本身作為定位基準。
4、基準的選擇
曲軸本身的結構特點是主要表面的位置精度要求都決定了以軸線為定位基準是最理想的。這樣既基準統(tǒng)一，又基準重合。在曲軸加工工藝過程中，除了主要表面的加工外，還有基準的準備與轉換的有關工序。在機加工開始，先以第二、四主軸頸定位（粗基準）加工兩端面和中心孔，就是為后續(xù)工序準備精基準，用曲軸的兩中以孔來定位即可。
在選擇第一道工序的定位基準時，應考慮以后各道工序中都應保持基準不變的原則。在不能保持各工序基準統(tǒng)一的情況下，對有關工序應通過計算工藝尺寸，并根據尺寸鏈原理給出它們的極限偏差。工藝基準選定后，還應考慮夾緊方式，并用定位、夾緊符號在工藝簡圖上標明。
5、選擇工藝定位基準必須遵循的原則
（1）盡可能選用設計基準作為工藝定位基準，以保證基準統(tǒng)一，避免或減少定位誤差。
（2）在工件的各個主要加工工序中，盡可能使各加工表面選用同一基準，尤其是有相互位置精度要求的表面更應如此。
（3）粗加工后定位基準應盡量選用不加工或加工余量小的平整面，可提高加工精度。
（4）精加工工序定位基準應是已加工表面。
（5）所選用的定位基準應保證必須使工件定位、夾緊方便、加工時穩(wěn)定可靠。主要定位基準面應盡量選用工件上較大的表面。
（6）所選用的定位基準面應保證工件在一次安裝中能加工出盡可能多的表面，以保證各加工表面間的位置精度和提高加工效率。
2.2.3 加工工序的安排
1、加工順序的安排
先粗后精：先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。本文的曲軸是先粗加工、半精加工各軸頸，然后再安排精加工和光整加工。
先主后次：先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。曲軸的主要加工表面為主軸頸、連桿軸頸、各軸頸與軸肩端面間的圓角等；次要加工端面為鍵槽、斜油孔、法蘭端面螺栓孔及回油螺紋等。
先基面后其它面：加工開始，首先應該把精基準加工出來。如果精基準不只一個，應該按照基準轉換的順序逐個進行加工。曲軸的工藝基準依次為中心孔、曲柄上的定位平臺及法蘭上的定位孔、作軸向定位的軸肩。作為精基準的中心孔應該首先加工，加工兩端面及中心孔時以兩端主軸頸和中間軸頸開檔作為粗基準。曲柄定位平臺應在連桿軸頸加工之前進行。粗加工主軸頸時要以中間主軸頸作為輔助支承，所以中間主軸頸的加工應該在其它軸頸之前，進行粗加工和半精加工。
2、熱處理及輔助工序的安排
包括軸頸淬火、平衡、探傷、校直、檢驗、清洗等工序。淬火放在軸頸精加工之前，平衡放在精加工之后，毛坯探傷放在粗加工之前，磁力探傷主要用來檢查零件的細微裂紋和其它缺陷。磁力探傷一般安排在精加工之后。校直放在容易引起彎曲變形的工序后進行。檢查分中間檢查和最終檢查，中間檢查放在重要工序之后。零件全部加工完畢后，進行最終檢驗。最后清洗一般放在曲軸光整加工之后，最終檢驗工序之前進行。
3、加工階段的劃分
曲軸的結構比較復雜，精度要求高，表面粗糙度值小，所以不能在幾個工序內全部完成所有表面的加工。對于曲軸，總是先粗加工而后再精加工。粗加工主要是用來高效地切掉大部分余量，精加工是為了達到規(guī)定的精度和表面粗糙度。因此，按加工性質的不同，將主要表面的加工，一般劃分為粗加工、半精加工、精加工和光整加工四個階段。
2.3 夾具的設計
2.3.1 夾具的定義和作用
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；保證安全生產等[3]。
2.3.2 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：能較好地適應加工工序和加工對象的變換，一般結構均已定型，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計的夾具。 我們設計的鉆模夾具就是專用夾具的一種。
3、可調夾具：通過調整或更換個別零、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計前并不非常確定，通用性范圍大。
4、成組夾具：根據成組技術原理設計的用于成組加工的夾具。設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整或更換，即可用于加工成組內的所有零件。
5、組合夾具：由可循環(huán)使用的標準夾具零、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。
2.3.3進行夾具設計的意義
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計。
2.4 夾具設計中需注意的問題
在夾具設計過程中，對于被加工零件的定位、夾緊等主要問題，設計人員一般都會考慮的比較周全，但是，夾具設計還經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，甚至會影響到工件的加工精度。在此歸納一下在夾具設計中經常遇到的一些小問題，具體如下：
2.4.1 清根問題
在設計端面和內孔定位的夾具時，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，應根據工件的結構而定。如果零件定位內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。
2.4.2 讓刀問題
在設計圓盤類刀具（如銑刀、砂輪等）加工的夾具時，會存在讓刀問題。設計這類夾具時，應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，其位置大小應根據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。
2.4.3 更換問題
在設計加工結構相同或相似，尺寸不同的系列產品零件夾具時，為了降低生產成本，提高夾具的利用率，往往會把夾具設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計一螺孔，用一螺桿擰入螺孔內，定位件就能順利地被頂出。當然，此螺孔直徑應小于夾具體孔。
2.4.4 防松問題
在夾具設計中，經常會使用雙頭螺柱，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[4]。
2.4.5 對夾具體的要求
1、有適當?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、導向組件的表面以及夾具體的安裝基面等，應有適當?shù)某叽绾托螤罹?，他們之間應有適當?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。為保證夾具體不產生不允許的變形和振動，夾具體應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、結構工藝性好
夾具體應便于制造、裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種組件的表面應鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體毛面與工件之間應留有足夠的間隙。夾具體結構型式應便于工件的裝卸，分為開式、半開式和框架式結構等。
4、排屑方便
切屑多時，夾具體上應考慮排屑結構。可以在夾具體上開排屑槽或在夾具體下部設置排屑斜面。
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表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，重心越高則支承面應越大；夾具底面四邊應凸出，使夾具體的安裝基面與機床的工作臺面接觸良好。
2.4.6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，可鑄出各種復雜形狀，具有較好的抗壓強度、剛度和抗振性，但生產周期長，需進行時效處理，以消除內應力。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、生產周期短、成本低、重量輕。但焊接夾具體的熱應力較大，易變形，需經退火處理，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。鍛造后也需要經退火處理。此類夾具體應用較少。在設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、精度穩(wěn)定等優(yōu)點，有利于夾具標準化、 系列化，也便于夾具的計算機輔助設計。
2.5 鉆模夾具的設計
2.5.1 部分基本件的選擇
鉆模類型的選擇：鉆模的類型有很多種，在設計鉆模時，需要根據工件的形狀尺寸、重量、加工要求和批量來選擇鉆模的結構類型。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刀具加工。在本文選擇可換鉆套。當鉆套磨損后，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。座套的導向高度取的要大一點，這樣導向性能可增強，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，則應取較大值，反之取較小值。鉆套底面應與工件表面留一定空間，方便排屑[5]。
鉆模板的選擇：應具有足夠的剛度來保證鉆套位置的準確性。
2.5.2 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，因此在設計時就要完成零件的鉆第1油孔-放松曲軸-旋轉-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。
2.5.3 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V型塊夾板，將曲軸旋轉180°，利活節(jié)螺栓和螺母手動機械加緊，利用液壓機構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。
2.5.4 鉆模夾具應注意的問題
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、鉆床夾具應具有確定刀具位置和方向的導向組件——鉆套和導套以及安裝鉆套的鉆范本。鉆套和導套孔就以刀具導向部分尺寸為依據確定其尺寸。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，鉆床夾具應設計導柱或導孔為多軸頭導向用。兩面導柱和導孔距離應一致，并驗算多軸頭與夾具在鉆床上的封閉尺寸[6]。
2.5.5 鉆模夾具的定位及設計原則
本文設計的鉆模夾具，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，因此在設計底座時，把底座設計成斜面，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方向轉動以外的5個自由度，因此我們在設計時還要限制曲軸X方向轉動的自由度，根據曲軸自身加工基準選擇在第2個曲柄處設計一個定位裝置，用來限制曲軸X方向轉動，可以設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所要鉆的油路孔的位置來進行調節(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2.1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孔的直徑及上下偏差來設計的。檢驗兩個孔之間的角度時，采用滑塊連桿機構，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。
圖2.1 鉆模夾具布置方案
1.液壓缸 2.底座 3.左V型塊夾板 4. 左V型塊 5. 定位凹槽 6. 鉆模板 7. 支座 8.滑板
9. 右V型塊夾板 10. 右V型塊
2、V形塊的設計
設計一個V形塊，結構如圖2.2所示。V型塊的設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，在設計時要考慮到這3方面進行設計。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型塊上要設計2個定位銷進行定位同時設計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形塊的標準心軸直徑；
——V形塊高度；
——檢驗時，V形塊放標準心軸的標準定位高度。
根據曲軸零件圖，可知工件直徑=50mm，尺寸mm，取=59mm。
當=90°時，
(2.1)
(2.2)
式中
a=(0.14~0.16)=(0.14~0.16)×50mm=(7~8)mm
此處取a=7.5mm
則mm
帶入數(shù)據得=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2.2 V形塊
3、滑板的設計
設計一個滑板如圖2.3所示，滑板選用燕尾式結構，滑板的設計主要是為了完成曲軸在底座上平穩(wěn)的移動，在設計上選用燕尾式，這樣的結構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2.3 燕尾滑板
4、支座的設計
設計一個支座如圖2.4所示，設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2.4 支座
4、底座的設計
設計底座如圖2.5所示，設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。根據曲軸油孔角度的設定，設計要求底座具有一定的角度，根據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。
圖2.5 底座
5、設計的原則
首先要保證夾具設計的合理性；第二，要保證曲軸的全方位定位，以避免在加工過程中所產生的誤差來提高油路孔的精度。第三，要保證生產效率[7]。
2.5.6 斜孔鉆模夾具的改進思路
設計選用可換鉆套。當鉆套磨損后，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合金，增強耐磨性，可延長夾具使用壽命。鉆套內孔基本尺寸應是所用刀具的最大極限尺寸；鉆套與刀具是間隙配合，一般應根據被加工孔的尺寸精度和選用刀具確定鉆套內孔的公差。
2.6 本章小結
本章重點介紹了曲軸工藝規(guī)程，鉆模夾具的的設計以及夾具設計時的要求及其相關的注意事項及夾具體毛坯的類型。另外，還介紹了鉆模機床夾具設計的要點，為夾具的設計提供現(xiàn)實的理論依據。提出了斜孔鉆模夾具中應注意的問題及設計的改進思路。此處只是簡單闡述，所以還有待加強。
第3章 液壓系統(tǒng)的設計
3.1 滑板液壓系統(tǒng)的設計
滑板設備液壓系統(tǒng)，要求滑板能夠在底座上能夠左右滑動，并且能在特定的位置保持穩(wěn)定。
3.2 液壓系統(tǒng)回路的設計
滑板液壓回路如圖3.1所示，共由2部分組成：減速回路、鎖緊回路。
3.2.1 減速回路
減速回路是使執(zhí)行元件由泵供給全流量的速度平緩地降低，以達到實際運行速度要求的回路，減速回路由液壓缸、溢流閥、換向閥、行程閥，單向調速閥組成。其中起到減速作用的主要是通過行程閥和單向調速閥完成的，如圖在液壓缸回路接入行程閥和單向調速閥，活塞右行時，快速運行，當檔塊碰到行程閥凸輪后，壓下行程閥，液壓缸回油只能通過調速閥回油箱，此時為慢速進行?；爻虝r，液壓油通過單向閥進入右腔，快速退回。
圖3.1 滑板液壓控制回路
1.液壓缸 2.液控單向閥 3.行程閥 4.調速閥 5.電磁換向閥 6. 液壓泵 7濾油器8. 油箱9. 溢流閥
3.2.2 鎖緊回路
該回路采用兩個液控單向閥組成的鎖緊回路，可以實現(xiàn)活塞在任意位置的鎖緊。只有在換向閥切換時，壓力油向液壓缸供給，液控單向閥被反向打開，液壓缸活塞才能運動。
3.2.3液壓缸的設計計算
要保證滑板以及上面夾具和曲軸能夠沿著滑軌向上移動，由于滑板與底座之間存在摩擦，并且滑板與夾具及曲軸有自身的重力，與水平面存在著25°的夾角，滑板要克服這個摩擦力與重力沿滑板方向的分力才能向上運動。
設缸01流出的流量為Q1，油缸的截面積為S1，油缸的內徑為D1，活塞桿的直徑為d1，活塞運行的速度為V1。則Q1=V1S1=V1(D21-d21)π/4。
3.3 液壓系統(tǒng)的組成
3.3.1 液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機構、液壓執(zhí)行機構、液壓控制調節(jié)機構和輔助裝置等四大部分組成。
1、液壓發(fā)生機構—油泵
它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動的機械動力。它的作用是將原動機輸入的機械能轉換為流動液體的壓力能。液壓發(fā)生機構在液壓系統(tǒng)中的位置和作用如圖3.2所示。
2、液壓執(zhí)行機構—油缸
它是液壓傳動的執(zhí)行機構又稱液壓機，其作用是將液能變?yōu)闄C械能的轉換裝置，這種裝置有兩種。此滑板液壓系統(tǒng)所采用的是液體壓力能轉變?yōu)橹本€往復運動機械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動力、又能頻繁地進行換向[8]。
液壓發(fā)生裝置
泵
液壓執(zhí)行機構
缸——活塞
液壓控制裝置
方向閥
圖3.2 液壓系統(tǒng)方框圖像
3、液壓控制調節(jié)裝置—各種液壓控制閥
它是由來控制和調解液壓系統(tǒng)中液油流動，方向、壓力、流量和滿足工況要求的裝置。根據用途和特點控制可分為三類。方向控制閥用來控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經由路徑；根據實際情況利用單向閥或換向閥的作用來改變執(zhí)行機構的運動方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來控制液壓系統(tǒng)的壓力以滿足執(zhí)行機構所需要的動力或對液壓系統(tǒng)起安全保護作用；流量控制閥（包括節(jié)流閥、調速閥、分流和集流閥），用來控制和調節(jié)液壓系統(tǒng)中的流量，以滿足執(zhí)行機構工作時運動速度的要求。
由于液壓系統(tǒng)控制閥種類很多，為使用方便和結構緊湊，在設計時合理的將各種閥類元件組合在一起構成組合閥。
4、輔助裝置—管道、油箱、過濾器及控制儀表
液壓管道是連接液壓泵和液壓動力機的通道，它們對液壓機械的使用性能有很大的影響，在工藝安裝過程上，除了進行細致的檢查外，對管道布局必須平行垂直正齊。對液壓系統(tǒng)中的任何一段管道或管件要求都能自由拆裝，也必須按照其工藝過程和技術要求進行。
關于壓力控制回路和速度控制回路，是由液壓元件所組成，可起到完成運動速度調節(jié)壓力等特定作用。任何一種液壓機械，不論其結構怎樣復雜，它都是由基本回路構成的液壓系統(tǒng)，只要熟悉和掌握這些基本回路，才能正確的使用和分析事故及故障發(fā)生的原因。
關于液壓油的選擇，一般液壓傳動系統(tǒng)都是選用普通液壓油。常用的是20#機油，當氣溫低于-15oC時，應采用25#變壓油或有條件的可選用14#稠化液壓油。
3.3.2 液壓缸的組成
1、缸筒和缸蓋
一般地說，缸筒和缸蓋的結構形式和其使用的材料有關。工作壓力p100105Pa時使用鑄鐵，在p200105Pa時使用無縫鋼管，在p200105Pa時使用鑄鋼或鍛鋼。
2、活塞和活塞桿
活塞和活塞桿的結構很多，常見的除一體式、錐銷式連接外，還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式。
螺紋式連接結構簡單，裝拆方便，但在高壓大負載下需備有螺母放松裝置。半環(huán)式連接結構較復雜，拆裝不便，但工作較可靠。
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結構的，但它只適用于尺寸較小的場合?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實心的，大多用鋼料制造。
3、密封裝置
對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把贓物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一段。
4、緩沖裝置
液壓缸中緩沖裝置的工作原理，是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時在活塞和缸筒之間封住一部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，產生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
3.3.3 齒輪泵
齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結構上可分為外嚙合式和內嚙合式兩類。
外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結構簡單，尺寸小，質量輕，制造方便，價格低廉，工作可靠，自吸能力強（容許的吸油真空度大），對油液污染不敏感，維護容易。它的缺點是一些機件承受不平衡徑向力，磨損嚴重，泄露大，工作壓力的提高受到限制。此外，它的流量脈動大，因而壓力脈動和噪聲都較大。
內嚙合擺線齒輪泵的優(yōu)點是結構緊湊，零件少，工作容積大，轉速高，運動平穩(wěn)，噪聲低。由于齒數(shù)較少（一般為4～7個），其流量脈動比較大，嚙合處間隙泄漏大，所以此泵工作壓力一般為2.5～7MPa，通常作為潤滑、補油等輔助泵使用。
3.3.4 單向閥
單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分
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