汽車發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設計

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摘 要 在機械領域中，發(fā)動機曲軸是一類常用而且重要的曲軸類零件，其作用是連接和傳遞，特別是在連接過程中軸頸磨損，因此曲軸承受多變載荷，在保證優(yōu)良的結構設計以外，零件材料、工藝設計和夾具設計都是重要的組成環(huán)節(jié)。零件的技術要求相對較高，但自身的剛度較差，容易產(chǎn)生變形，此外，毛坯制造形式和熱處理方式對其機械性能影響尤為明顯，因此，加工過程中，必須將粗精加工分開進行。完整的工藝規(guī)程制定以及夾具設計是保證零件功能完整性、安全可靠性以及生產(chǎn)成本最小化的關鍵所在。該發(fā)動機曲軸的工藝設計包含材料分析和選用、確定毛坯的制造形式和熱處理方式、鉆孔、擴孔、絞孔、車銷等以及專用夾具設計的詳細流程，不斷學習和完善機械相關專業(yè)知識技能。 關鍵詞 發(fā)動機曲軸；工藝分析；工藝規(guī)程；夾具設計  Abstract In the mechanical field, the engine crankshaft is a kind of common and important crankshaft parts. Its function is connection and transmission, especially the journal wear in the connection process. Therefore, the crankshaft bears variable load. In addition to ensuring excellent structural design, the part material, process design and fixture design are important components. The technical requirements of the parts are relatively high, but the rigidity of the parts is poor, which is easy to produce deformation. In addition, the influence of the blank manufacturing form and heat treatment mode on their mechanical properties is particularly obvious. Therefore, in the process of machining, the rough and finish machining must be carried out separately. Complete process planning and fixture design are the key to ensure the functional integrity, safety and reliability of parts and minimize the production cost. The process design of the engine crankshaft includes material analysis and selection, determination of the manufacturing form and heat treatment method of the blank, drilling, reaming, reaming, turning pin, etc. as well as the detailed process of special fixture design, and continuous learning and improvement of mechanical related professional knowledge and skills. Keywords ：Engine crankshaft; Process analysis; Process specification; Fixture design III 目 錄 1 序 言 1 2 零件的工藝性分析 1 2.1 零件的作用 1 2.2 零件的技術要求分析 2 2.3 零件加工要求分析 3 3 工藝規(guī)程設計 5 3.1 毛坯的制造方法 5 3.2 毛坯圖的繪制 5 3.3 定位基準的選擇 6 3.4 加工順序的安排 6 3.5 擬定加工工藝路線 7 3.6 加工余量及工序尺寸的確定 9 3.7 加工設備的選擇 9 3.8 刀具的選擇 10 3.9 切削用量和基本工時 11 4 夾具設計 23 4.1 定位方案設計 23 4.2 夾緊方案 25 4.3 定位誤差分析 25 4.4 切削力和夾緊力的計算 26 4.5 主要零部件設計 27 4.5.2 夾具體 28 5 結論 29 參考文獻 29 致 謝 30 附 錄 31 1 序 言 曲軸的作用是連接連桿，在活塞零件上通過氣體的燃燒爆發(fā)的壓力轉換為機械動力。而后通過飛輪傳遞到汽車驅(qū)動系統(tǒng)。除此之外，此零件還要為輔助裝置 （水泵、發(fā)電機等）提供驅(qū)動傳遞。由于此零件的結構為多拐曲軸，且其工作環(huán)境和用途需求導致了此零件需要承受扭矩、彎矩、交變載荷、離心力等等。這就需要曲軸具備一定的剛度、強度。且表面粗糙精度要求變高，進而需要潤滑性， 耐磨性。曲軸的形狀是兩端軸段和連桿軸頸、平衡重、主軸頸組成。 優(yōu)化加工工藝的過程，使其在加工過程中有據(jù)可依并使其具有總結性的經(jīng)驗和理論根據(jù)。分析可以縮短加工工件的流程時間，提高加工的效率，可以減少工作 量。遵照曲軸的加工工序有理的選取或者設計切削加工所需要的刀具。最后， 設計專門用于此零件專用性夾具，此步驟意在證實設計夾具之可實用性。 汽車曲軸零件的加工標準是根據(jù)不同的加工路線抉擇一條成熟的加工工藝路線。常規(guī)的通用夾具以無法滿足曲軸復雜多面的加工。就個人而言，專用夾具的設計非常重要。一來能保證曲軸的加工成型的產(chǎn)品尺寸精度符合標準，二來增加生產(chǎn)綱領，減少資源的浪費。最后總結自己的機械制造知識。夯實自身的基礎。 （1）針對發(fā)動機曲軸的二維平面進行工藝分析； （2）確定發(fā)動機曲軸零件的毛坯制造方法； （3）綜合設計發(fā)動機曲軸的加工工藝標準； （4）根據(jù)發(fā)動機曲軸的加工步驟合理選擇或設計切削刀具； （5）根據(jù)以上合理選擇數(shù)值，進行計算其切削數(shù)值的可行性； （6）加工專用夾具裝夾的零件，滿足圖紙要求。 2 零件的工藝性分析 2.1 零件的作用 曲軸是發(fā)動機的一部分，也是零件當中最重要的零件之一。作用主要是承受來自連桿的軸向力。將其變?yōu)閯恿?。曲軸承受旋轉質(zhì)量的離心力、周期變化的氣體慣性力和往復慣性力的共同作用，承受彎曲扭轉載荷的作用。曲軸零件 CAD 圖如圖 2.1 和圖 2.2 所示： 圖2.1 CAD 零件圖 圖2.2 Solidworks 零件圖 2.2 零件的技術要求分析 2.2.1 發(fā)動機曲軸零件材料的分析 圖 2.1 CAD 零件圖確定此零件是異形軸類零件。此零件材質(zhì)為45鋼。是碳素結構鋼。 2.2.2 加工表面的粗糙度 左端Φ50 外圓加工表面為去除材料得到的粗糙度為Ra0.8mm ；右端Φ100 外圓加工表面為去除材料得到的粗糙度為Ra0.8mm 等。此外其他的加工表面有Ra0.4mm 、Ra1.6mm 等加工表面。由于此零件的工作環(huán)境確定此曲軸的轉速高達6000r / min 。所以個加工表面要求高。加工難度大。 2.2.3 結構工藝性分析 曲軸支撐著其它轉動件回轉并傳遞扭矩，同時又通過軸承與機器的機架連接。其長度大于直徑，由外圓柱面、螺紋及相應端面所組成。加工表面通常除了外圓表面、螺紋、端面外，還有內(nèi)孔。 此零件為四拐曲軸，曲軸的形狀較為復雜，全部連桿軸頸為Φ62 外圓，多拐的軸線相對夾角為 120°。能夠以外圓定位，并降低同軸度誤差。且所有孔和所有外圓的軸線和端面垂直。存在槽和階梯孔，易于排除廢屑，因此能夠發(fā)現(xiàn)該零件的內(nèi)孔、端面和臺階孔使其他工序內(nèi)容便于加工。 可以確定內(nèi)孔的軸線、外圓的軸線都與端面相垂直，便于進刀退刀加工。兩端面打中心孔，輔助定位，容易加工。 各尺寸精度要求達到一般尺寸公差，標注正確。 2.3 零件加工要求分析 2.3.1 發(fā)動機曲軸零件一共有 2 個加工基準面，要求如下： （1）兩端軸頸外圓為基準。抉擇 V 形塊或其他的加工表面加工端面、外圓； （2）中軸為定位基準。采抉擇專用夾具裝夾加工內(nèi)孔等加工表面。 2.3.2 熱處理要求 該零件沒有很難加工的表面，上述各表面的技術要求采用常規(guī)加工工藝均能可以保證。在擬定工藝路線時，首先要確定熱處理工序，此零件為軸類，適合熱處理有調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理的目的是繼續(xù)保持更高的機械綜合性，更加符合工作環(huán)境需要。 2.3.3 加工方案的選擇 根據(jù)零件圖上的各加工要求。經(jīng)檢查手冊以確定孔加工形位的精度要求。確定零件每個表面的加工方法。以下為各表面的加工方法大概路線。 左端Φ50端面：粗銑。 中軸Φ50Φ52Φ75Φ108：粗車半精車磨。 Φ52內(nèi)孔：粗鏜半精鏜。 Φ100外圓：粗車半精車磨。 上軸兩端側平面深度20：粗銑。 上軸2-Φ62：粗車半精車磨。 120°左下軸2-Φ62外圓：粗車半精車磨。 120°右下軸2-Φ62外圓：粗車半精車磨。 左端M27螺紋孔：鉆攻螺紋。 右端端面6-M14螺紋孔：鉆攻螺紋。 左端Φ12通孔：鉆擴鉸。 曲軸各段角度6-Φ5油孔：鉆。 6 3 工藝規(guī)程設計 3.1 毛坯的制造方法 在制訂曲軸零件關乎毛坯的制造方法前，首先確定此零件生產(chǎn)產(chǎn)量為 40000件/年。生產(chǎn)綱領如下表 3.1 所示。 表 3.1 生產(chǎn)性質(zhì)表 生產(chǎn)類別 重 型 （零件重>2000公斤） 中 型 （零件重100～2000公斤） 輕 型 （零件重<100公斤） 單 件 生 產(chǎn) 5以下 10以下 100以下 小 批 生 產(chǎn) 5～100 10～200 100～500 中 批 生 產(chǎn) 100～300 200～5000 500～5000 大 批 生 產(chǎn) 300～1000 500～5000 5000～50000 大 量 生 產(chǎn) 1000以上 5000以上 50000以上 曲軸零件為中型零件。所以直接確定大批大量生產(chǎn)零件。 從圖 2.1 CAD 零件圖確定個加工表面的精度高。經(jīng)查手冊基本上確定為模型鍛造的鍛造方法。原因如下：首先此零件精度高不適合單件生產(chǎn)且加工精度低的自由鍛。其次此零件的外形上臺階相差太大，軸線不重合。不適合棒料切削加工。所以抉擇為模型鍛造的鍛造方法為發(fā)動機曲軸零件的制造方法。 3.2 毛坯圖的繪制 相比曲軸零件的整體而言，左右端中心孔等孔小。因而為實心毛坯，切削成型即可。各段外圓的表面余量為 4.5mm，端面余量 2.5mm 等余量的確定。均如下圖所示。 圖3.1 毛坯圖 3.3 定位基準的選擇 選擇精基準時。往往考慮到發(fā)動機曲軸零件的加工精度以及夾具裝夾安裝方便為可靠的前提下，一般遵循基準重合原則。使基準與工序基準重合，消弭定位基準公差。因而加工純須要調(diào)整刀具與零件之間的公差等誤差。選擇精基準時。往往考慮到軸發(fā)動機曲軸零件的加工精度以及夾具裝夾安裝方便為可靠的前提下，一般遵循基準重合原則。使基準與工序基準重合，消弭定位基準公差。因而加工純須要調(diào)整刀具與零件之間的公差等誤差。其中位置精度公差需要靠機床的本身切削精度確定 的。這樣一來不增加制造難度。確定采用以中軸及 75 兩側面為精基準。加工其余各工序表面。 選擇粗基準時。為了使軸發(fā)動機曲軸裝夾定位快速且兼顧精準。采用毛坯的大尺寸表面或者平坦的表面為粗基準。作為粗基準的端面用專用夾具定位夾緊裝夾時，使夾具結構簡單，操作方便。因此選擇發(fā)動機曲軸的兩端外圓為作為粗基準。 3.4 加工順序的安排 （1）基面先加工：毛坯的粗基準要先加工。因而一次為基準面定位加工其余重要和次要加工表面。 （2）先粗后精：根據(jù)發(fā)動機曲軸零件的表面達到圖紙加工要求，其中各端面的粗糙度精度要求相差不多，因而根據(jù)加工確定精加工。 （3）先主后次：發(fā)動機曲軸零件的加工有主要加工表面和次要加工表面之分，所以先加工主表面，后加工次表面，也就是孔和槽等。 （4）先面后孔。先加工粗基準的端面。后續(xù)加工內(nèi)孔。這樣的話可以提高工作效率，減少定位基準移動或轉角誤差等等優(yōu)點。 3.5 擬定加工工藝路線 加工路徑計劃的對照是為了能夠達到加工面的粗糙程度和加工精細程度的加工條件，按照上面描述的加工路徑準則合乎情理的做出兩套設計的計劃，并進行合規(guī)合矩的辨析與選取使用。 兩個方案如下表 3.2 和表 3.3 所示： 表 3.2 方案一 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 01 鍛造 鍛造毛坯 02 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)處理 03 銑 銑左端Φ50端面見光，打中心孔 04 車 夾右端頂左端，粗車中軸Φ50Φ52Φ75Φ108留量0.5mm，倒角 05 車 掉頭夾左端架右端，平端面保證總長980.4，預鉆Φ50孔深30 車內(nèi)孔Φ52至尺寸，車60°x3倒角，車Φ56x4空刀槽 粗車外圓Φ100留量0.5mm 06 銑 銑上軸兩端側平面深度20，寬度75mm 07 車 以中軸及75兩側面為基準粗車上軸2-Φ62留量0.5mm 08 車 以中軸及75兩側面為基準粗車120°左下軸2-Φ62留量0.5mm 09 車 以中軸及75兩側面為基準粗車120°右下軸2-Φ62留量0.5mm 10 車 鉆左端M27螺紋底孔，車60°倒角，攻M27x1.5螺紋 11 車 雙頂半精車中軸Φ50Φ52Φ75Φ108Φ100留量0.2mm， 車Φ90x3mm空刀槽 12 車 以中軸及75兩側面為基準半精車上軸2-Φ62留量0.2mm 13 車 以中軸及75兩側面為基準半精車120°左下軸2-Φ62留量0.2mm 14 車 以中軸及75兩側面為基準半精車120°右下軸2-Φ62留量0.2mm 15 鉆 鉆右端端面6-M14螺紋底孔，攻6-M14螺紋深20mm 16 鉆 鉆擴絞左端Φ12通孔 17 鉆 鉆曲軸各段角度6-Φ5油孔 18 銑 銑Φ50Φ52外圓Φ25圓弧鍵槽寬6mm 19 淬火 淬硬深度2.5～4.5mm，硬度HRC55～63 20 磨 雙頂磨中軸Φ50Φ52Φ75Φ108Φ100至尺寸，保證粗糙度Ra0.8 21 磨 以中軸及75兩側面為基準磨上軸2-Φ62，保證粗糙度Ra0.8 22 磨 以中軸及75兩側面為基準磨120°左下軸2-Φ62， 保證粗糙度Ra0.8 23 磨 以中軸及75兩側面為基準磨120°右下軸2-Φ62， 保證粗糙度Ra0.8 24 鉗 去毛刺 25 檢驗 按圖紙檢驗工件 表3.3 方案二 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 01 鍛造 鍛造毛坯 02 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)處理 03 銑 銑左端Φ50端面見光，打中心孔 04 車 夾右端頂左端，粗車中軸Φ50Φ52Φ75Φ108留量0.5mm，倒角 05 車 掉頭夾左端架右端，平端面保證總長980.4車內(nèi)孔Φ52至尺寸，車60°x3倒角，車Φ56x4空刀槽 粗車外圓Φ100留量0.5mm 06 銑 銑上軸兩端側平面深度20，寬度75mm 07 車 以中軸及75兩側面為基準粗車上軸2-Φ62留量0.5mm 08 車 以中軸及75兩側面為基準粗車120°左下軸2-Φ62留量0.5mm 09 車 以中軸及75兩側面為基準粗車120°右下軸2-Φ62留量0.5mm 10 車 鉆左端M27螺紋底孔，車60°倒角，攻M27x1.5螺紋 11 車 雙頂半精車中軸Φ50Φ52Φ75Φ108Φ100留量0.2mm， 車Φ90x3mm空刀槽 12 車 以中軸及75兩側面為基準半精車上軸2-Φ62留量0.2mm 13 車 以中軸及75兩側面為基準半精車120°左下軸2-Φ62留量0.2mm 14 車 以中軸及75兩側面為基準半精車120°右下軸2-Φ62留量0.2mm 15 鉆 鉆右端端面6-M14螺紋底孔，攻6-M14螺紋深20mm 16 鉆 鉆擴絞左端Φ12通孔 17 鉆 鉆曲軸各段角度6-Φ5油孔 18 銑 銑Φ50Φ52外圓Φ25圓弧鍵槽寬6mm 19 淬火 淬硬深度2.5～4.5mm，硬度HRC55～63 20 磨 雙頂磨中軸Φ50Φ52Φ75Φ108Φ100至尺寸，保證粗糙度Ra0.8 21 磨 以中軸及75兩側面為基準磨上軸2-Φ62，保證粗糙度Ra0.8 22 磨 以中軸及75兩側面為基準磨120°左下軸2-Φ62， 保證粗糙度Ra0.8 23 磨 以中軸及75兩側面為基準磨120°右下軸2-Φ62， 保證粗糙度Ra0.8 24 鉗 去毛刺 25 檢驗 按圖紙檢驗工件 經(jīng)過表 3.2和表 3.3 的加工方案的對比，發(fā)現(xiàn)方案一和方案二都符合加工工序的原則，但是最大的不同就是方案二缺乏預鉆Φ50 孔深 30 的加工。此內(nèi)孔需要初步鉆孔切削成型，換刀走刀切削時對孔壁損傷小。所以確定表 3-2作為發(fā)動機曲軸的加工工藝路線。 3.6 加工余量及工序尺寸的確定 機加工余量是加工過程從加工表面去除的金屬層的厚度。根據(jù)上述材料和加工工藝。由前向后計算尺寸。如表 3.4 所示。 表 3.4 工序余量，工序尺寸及偏差 加工表面 加工精度 工序內(nèi)容 單邊余量 工序尺寸 左端Φ12內(nèi)孔 IT12 鉆 11 Φ11 IT9 擴 0.4 Φ11.8 IT7 鉸 0.1 Φ12 左端端面Φ50 IT12 粗銑 2.5 982.9 右端端面Φ100 IT12 粗車 2.5 980.4 各段角度6-Φ5油孔 IT12 鉆 2.5 Φ5 左端M27螺紋底孔 IT12 鉆 12.75 Φ25.5 右端6-M14螺紋底孔 IT12 鉆 6.25 Φ12.5 左下軸2-Φ62外圓 右下軸2-Φ62外圓 IT12 粗車 2.25 Φ62.5 IT9 半精車 0.15 Φ62.2 IT6 磨 0.1 Φ62 3.7 加工設備的選擇 3.7.1 選擇機床 根據(jù)切削零件的定位角度和刀具切削的角度可以確定性價比較高的機床。主要選擇如下所示： 首先銑左端平面打光， 擇選 X61臥式銑床 加工。上軸兩側平面可選X51立式銑床加工。切削Φ50Φ52 外圓Φ25 圓弧鍵槽時選擇，可選X61臥式銑床加工。 右端端面 6-M14 螺紋底孔，攻 6-M14 螺紋深 20mm，鉆擴絞左端Φ12 通孔以及曲軸各段角度 6-Φ5 油孔確定Z525立式鉆床加工。其中該立式鉆床切削性能好，滿足要求。 切削外圓和大端面時選擇最廣泛的CA6140 臥式車床切削加工。最后磨削用M1220B 磨床切削加工。 3.7.2 夾具的選擇 確定此零件的生產(chǎn)產(chǎn)量。標準的通用夾具無法滿足曲軸常規(guī)的裝夾，且加工精度低。抉擇專用夾具進行裝夾加工。缺點也很明顯。就是設計周期長。需要額外的成本費用等。但是瑕不掩瑜。專用夾具的作用還是非常大的。 3.8 刀具的選擇 刀具的選擇至關重要。其中材質(zhì)是一個很重要的因素。該零件的材質(zhì)確定他的加工硬度高，在進行車削的過程中，防止刀具過高的轉速導致斷裂、壽命急減等故障的發(fā)生。選擇硬質(zhì)合金材質(zhì)的刀具、復合型等刀具。最后是根據(jù)標準型號選擇刀具。這樣可避免刀具缺失不夠耽誤每日產(chǎn)量故障的缺點。應根據(jù)實際情況綜合選擇刀具。 表 3.5 刀具表 刀具號 刀具規(guī)格 加工表面 T01 端銑刀Φ63 左端面Φ50 T02 中心鉆A4 中心孔 T03 外圓車刀16×25 各段外圓 T04 端面車刀16×25 右端面 T05 莫氏錐柄麻花鉆Φ50 Φ52孔 T06 內(nèi)孔車刀25×20 T07 內(nèi)切車刀10×16寬4mm Φ56x4空刀槽 T08 立銑刀Φ20 上軸兩端側平面 T09 鋸片銑刀Φ80 Φ25圓弧鍵槽寬6mm T10 莫氏錐柄麻花鉆Φ25.5 M27螺紋底孔 T11 60°倒角刀 T12 機用絲錐M27 T13 內(nèi)切車刀10×16寬3mm Φ90x3mm空刀槽 T14 莫氏錐柄麻花鉆Φ12.5 6-M14螺紋底孔 T15 機用絲錐M14 T16 直柄麻花鉆Φ11 左端Φ12通孔 T17 直柄麻花鉆Φ11.8 T18 鉸刀Φ12 T19 直柄麻花鉆Φ5 各段角度6-Φ5油孔 T20 Φ400×40砂輪 各段外圓 3.9 切削用量和基本工時 （1）工序03-1銑左端Φ50端面見光 切削余量2.5mm 確定每轉進給量：，擇選， 確定進給量： 確定切削速度：，擇選=60m/min 主軸轉速： 機床的轉速。切削速度： 垂直進給速度： 基本工時：被切削長度57mm，因此切入長度9mm，抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （2）工序03-2打中心孔 切削余量2mm 確定進給量，擇選 確定切削速度：，擇選=18m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度，因而切入長度擇選切出長度，擇選，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （3）工序04夾右端頂左端，粗車中軸Φ50Φ52Φ75Φ108留量0.5mm，倒角 切削余量1.75mm 確定進給量：，擇選 確定切削速度：，擇選=60m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：走刀長度5mm，切入長度，取切出長度，取，大批量時，進給次數(shù)是。 基本時間： 輔助時間： （4）工序05-1掉頭夾左端架右端，平端面保證總長980.4 切削余量1.75mm 確定進給量：，擇選 確定切削速度：，擇選=60m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：走刀長度105mm，切入長度，取切出長度，取，大批量時，進給次數(shù)是。 基本時間： 輔助時間： （5）工序05-2預鉆Φ50孔深30 切削余量25mm 確定進給量，抉擇 確定切削速度：，抉擇=28m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度30mm，因而切入長度抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （6）工序05-3車內(nèi)孔Φ52至尺寸，車60°x3倒角 切削余量1mm 確定進給量，擇選 確定切削速度：，擇選=40m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度30mm，切入長度，取切出長度，取，大批量時，進給次數(shù)是。 基本時間： 輔助時間： （7）工序05-4車Φ56x4空刀槽 切削余量2mm 確定進給量，，擇選 確定切削速度： 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：切入長度，車槽時，進給次數(shù)是，計算走刀長度則。 基本時間： 輔助時間： （8）工序05-5粗車外圓Φ100留量0.5mm 切削余量1.75mm 確定進給量：，擇選 確定切削速度：，擇選=60m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：走刀長度30mm，切入長度，取切出長度，取，大批量時，進給次數(shù)是。 基本時間： 輔助時間： （9）工序06銑上軸兩端側平面深度20，寬度75mm 切削余量3.3mm 確定每轉進給量：，擇選， 確定進給量： 確定切削速度：，擇選=21m/min 主軸轉速： 機床的轉速。切削速度： 垂直進給速度： 基本工時：被切削長度75mm，因此切入長度4mm，抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （10）工序07以中軸及75兩側面為基準粗車上軸2-Φ62留量0.5mm 切削余量2.25mm 確定進給量：，擇選 確定切削速度：，擇選=60m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：走刀長度38mm，切入長度，取切出長度，取，大批量時，進給次數(shù)是。 基本時間： 輔助時間： （11）工序08以中軸及75兩側面為基準粗車120°左下軸2-Φ62留量0.5mm 計算同工序07相同，故省略。 （12）工序09以中軸及75兩側面為基準粗車120°右下軸2-Φ62留量0.5mm 計算同工序07相同，故省略。 （13）工序10-1鉆左端M27螺紋底孔 切削余量12.75mm 確定進給量，抉擇 確定切削速度：，抉擇=22m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度48mm，因而切入長度抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （14）工序10-2車60°倒角 切削余量1.5mm 確定進給量，抉擇 確定切削速度：，抉擇=23m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深度3mm，因此切入長度1~2mm；選2mm，進給次數(shù)是。則 基本時間： 輔助時間： （15）工序10-3攻M27x1.5螺紋 切削余量1.5mm 確定進給量：，是螺距 確定切削速度：，擇選 換算成主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深，刀具切入長度，， 取，，取，為絲錐或工件回程的每分鐘轉數(shù)（ r/min ），取，，則 基本時間： 輔助時間： （16）工序11-1雙頂半精車中軸Φ50Φ25Φ75Φ108Φ100留量0.2mm 切削余量0.15mm 確定進給量：，擇選 確定切削速度：，擇選=90m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：走刀長度30mm，切入長度，取切出長度，取，大批量時，進給次數(shù)是。 基本時間： 輔助時間： （17）工序11-2車Φ90x3mm空刀槽 切削余量3mm 確定進給量，，擇選 確定切削速度： 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：切入長度，車槽時，進給次數(shù)是，計算走刀長度則。 基本時間： 輔助時間： （18）工序12以中軸及75兩側面為基準半精車上軸2-Φ62留量0.2mm 切削余量0.15mm 確定進給量：，擇選 確定切削速度：，擇選=90m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：走刀長度38mm，切入長度，取切出長度，取，大批量時，進給次數(shù)是。 基本時間： 輔助時間： （19）工序13以中軸及75兩側面為基準半精車120°左下軸2-Φ62留量0.2mm 計算同工序12相同，故省略。 （20）工序14以中軸及75兩側面為基準半精車120°右下軸2-Φ62留量0.2mm 計算同工序12相同，故省略。 （21）工序15-1鉆右端端面6-M14螺紋底孔 切削余量6.25mm 確定進給量，抉擇 確定切削速度：，抉擇=18m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度22mm，因而切入長度抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （22）工序15-2攻6-M14螺紋深20mm 切削余量1.5mm 確定進給量：，是螺距 確定切削速度：，擇選 換算成主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深，刀具切入長度，， 取，，取，為絲錐或工件回程的每分鐘轉數(shù)（ r/min ），取，，則 基本時間： 輔助時間： （23）工序16-1鉆左端Φ12通孔至Φ11 切削余量5.5mm， 確定進給量，抉擇 確定切削速度：，抉擇=18m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度15mm，因而切入長度抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （24）工序16-2擴左端Φ12通孔至Φ11.8 切削余量0.4mm， 確定進給量，從Z525進給量表擇選 確定切削速度：，抉擇=20m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度15mm，因而切入長度抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （25）工序16-3絞左端Φ12通孔至尺寸 切削余量0.1mm， 確定進給量，抉擇 確定切削速度：，抉擇=5m/min 主軸轉速 機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深長度15mm，因而切入長度抉擇切出長度，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （26）工序17鉆曲軸各段角度6-Φ5油孔 切削余量2.5mm， 確定進給量：，擇選 確定切削速度：，擇選=18m/min 主軸轉速 由于轉速過高。則機床的轉速。切削速度： 基本工時：孔深平均長度86mm，因而切入長度抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （27）工序18銑Φ50Φ52外圓Φ25圓弧鍵槽寬6mm 切削余量6mm 確定每轉進給量：，擇選， 確定進給量： 確定切削速度：，擇選=40m/min 主軸轉速： 機床的轉速。切削速度： 垂直進給速度： 基本工時：被切削長度36mm，因此切入長度22mm，抉擇切出長度，抉擇，進給次數(shù)是， 基本時間： 輔助時間： （28）工序20雙頂磨中軸Φ50Φ25Φ75Φ108Φ100至尺寸，保證粗糙度Ra0.8 確定背吃刀量： 砂輪主軸轉速： 確定砂輪圓周速度： 確定單行程磨削進給量： 確定縱向進給量： 基本工時：，—單面加工余量，—修磨系數(shù) 修磨系數(shù)表得知則有： 基本時間： 輔助時間： （29）工序21以中軸及75兩側面為基準磨上軸2-Φ62，保證粗糙度Ra0.8 計算同工序20相同，故省略。 （30）工序22以中軸及75兩側面為基準磨120°左下軸2-Φ62，保證粗糙度Ra0.8 計算同工序20相同，故省略。 （31）工序23以中軸及75兩側面為基準磨120°右下軸2-Φ62，保證粗糙度Ra0.8 計算同工序20相同，故省略。 4 夾具設計 對工序 18.銑Φ50Φ52 外圓Φ25 圓弧鍵槽寬 6mm 設計一套專用夾具設計。為了保證槽的精度確定此零件加工切削成型。 4.1 定位方案設計 作為精基準的端面用專用夾具定位夾緊裝夾時，使夾具結構簡單，操作方便。選擇內(nèi)孔Φ12進行精加工。遵循重要表面的原則和加工精度要求高的表面原則。 選擇粗基準時。為了使曲軸箱定位快速且兼顧精準。選擇曲軸的兩端同軸外圓Φ75可做夾具定位。減少基準重合產(chǎn)生的誤差。 通過工件兩端Φ75和右端端面為定位基準，定位元件的擇選。有V型塊和支承釘、支承釘。定位限制自由度如下。 （1）V型塊限制左端Φ75外圓2自由度。 （2）V形塊限制右端Φ75外圓2自由度。 （2）支承釘限制右端面1自由度。 （3）菱形銷限Φ12定位1自由度。 共6個自由度。定位元件限制如下圖4.1所示： 圖 4.1 定位元件示意圖 菱形銷的材質(zhì)是 T8 鋼，具有很高的硬度以及耐磨性，它的最大的作用就是定位 2-Φ12 孔，使定位銷和菱形銷保持相對的準確位置進行加工，而且防止該工件的旋轉。如圖 4.2 所示； 圖 4.2 菱形銷設計圖 V 形塊的好處是在其軸線上的相反的夾緊得當時，就可以做到完全的夾緊得當，不會發(fā)生偏移移動基準誤差。而且安裝比較方便。如圖 4.3 所示。 圖 4.3 V 形塊設計圖 支承釘?shù)淖饔檬瞧鸬街С卸ㄎ幻?，其型號為平?A 型。如圖 4.4 所示。 圖 4.4 支承釘設計圖 4.2 夾緊方案 銑Φ50Φ52 外圓Φ25 圓弧鍵槽寬 6mm 夾具：通過工件兩端Φ75 和右端端面為定位基準，定位元件的擇選。有 V 型塊和支承釘。然后用鉸鏈壓板壓緊， 各定位元件的限制自由度。首先把夾具體安裝在機床上獲得正確的位置，由六角螺母通過螺桿進行鎖緊，然后安裝對刀塊，夾具體要與機床面相平行。工件定位后，采用鉸鏈壓板對工件進行壓緊。 其中鉸鏈壓板夾緊機構中標準件為鉸鏈支座和鉸鏈壓板 A 型、六角螺母-C 型，非標準準件有鉸鏈支架和螺桿。 鉸鏈壓板如圖 4.5 所示。 圖 4.5 夾緊裝置 此夾緊力鉸鏈杠桿高，具備自鎖性，可實現(xiàn)在切削過程中自動夾緊。相比壓板夾緊，此鉸鏈壓板可防止脫出。松開螺母即可鉸鏈壓板旋轉到一邊，可具備快速裝夾的作用。 4.3 定位誤差分析 定位的元件的設計是在夾具上獲得位置。前提的要求是同一工序下能夠切削加工的夾具。在夾具位置正確與否是要達到圖紙的精度要求。若不能滿足。那么此夾具是不合格的。當然了沒有事事周全的位置。不必要求完全一致。只要控制在圖紙加工可允差內(nèi)即可。 此零件的定位方式為 V 型塊定位，由《機械制造技術基礎書》對外圓分析工件的定位誤差分析，以下為V型塊分析圖及公式計算如下圖4.6。 式中 ——V型塊與工件的夾角（mm）； ——工件外圓公差（mm）； 圖4.6 V形塊定位誤差分析 4.4 切削力和夾緊力的計算 4.4.1 切削力的計算： （1）切削力的計算： 查《機床夾具設計手冊》得： 圖4.7 切削力計算簡圖 ──修正系數(shù)，由得 參數(shù):= 669 參數(shù): =6 參數(shù):= 0.15 參數(shù): =80 參數(shù):=5 參數(shù):=20 計算結果 =1839.774N （2）夾緊力 1）由于工件以外圓和壓板定位防止工件移動因此選擇進行夾緊力計算： 式中 ——軸向切削力（N） ——安全系數(shù) ——工件與壓板間的圓周方向的摩擦因數(shù) ——工件與V型塊間的圓周方向的摩擦因數(shù) 2）摩擦系數(shù)經(jīng)軟件分析確定 夾緊力：=4966.132N 由《機床夾具設計手冊》得： 由于采用鉸鏈壓板進行夾緊，從運算顯示的結果可以剖析出，其所需的實際的夾緊力并不是很大。借此可以確定選取并使用手動螺旋夾緊的機械結構，這樣做的緣由是因為能讓它的夾具結構更為簡易同時操作更為容易且快速。此外，手動的螺旋夾緊力的夾緊元件中的六角螺母M=12mm。理論上夾緊力：。 則本夾具可安全工作。 4.5 主要零部件設計 4.5.1 直角對刀塊 直角對刀塊對刀塊有校準高度和水平度的誤差。方形對刀塊校準垂直度和水平度的誤差。定此夾具主要切削鍵槽。所以選擇直角對刀塊。該對刀塊的作用對準銑刀的高度和水平方向的尺寸。搭配塞尺滿足切削加工。此零件的材料為20鋼，這樣其材質(zhì)的強度以及剛度的作用可以支撐刀具的定位基準之用。 通常是螺釘和銷孔定位。因此在直角對刀塊表面上建立階梯孔和圓孔，方便內(nèi)六角圓柱頭螺釘和圓柱銷連接角鐵。 如圖 4.8 所示。 圖4.8 直角對刀塊 4.5.2 夾具體 結構上兩側有兩組 U 型槽，此設計是安裝 T 螺栓與機床連接且固定。在其主體的表面上設計凸臺連接各元件例如 V 形塊，例如夾具體表面上兩組長方凸臺和兩個圓形凸臺。下端面開出貫穿槽用來安放打定位鍵螺紋孔。設計兩處角鐵是為了安裝直角對刀塊和支承釘、B 型固定式定位銷。故在此角鐵上端鑄出螺紋孔和銷孔。角鐵左邊鑄出圓凸臺和內(nèi)孔。由于此零件需要很好的被切削性質(zhì)和抗壓強度，故而選擇 HT200。鑄造完畢時檢測所有平行度等要求。且期間的誤差要根據(jù)零件的位置度和粗糙度等確定。 4.6 簡要操作說明 夾具設計的主要意義在于提供工作效率，減少工作時間，夾具主要是針對銑削的工序，實際加工中其切削力小，采用多點支承的定位方式，定位則采用 V 形塊和支承釘、定位銷配合定位，其優(yōu)點是結構簡單，能夠快速的完成工件的裝夾，提高了生產(chǎn)力。其具體的工作原理如下。 首先夾具通過定位鍵槽找準在機床的位置并安裝放置穩(wěn)定，然后進行定位。旋轉六角螺母螺旋將鉸鏈壓板旋轉到另一邊，工件在夾具體上定位元件安裝好， 在將鉸鏈壓板旋轉復位，用扳手擰緊，其中注意鉸鏈壓板頂住工件的表面上，調(diào)整好位置即可切削加工。如圖 4.9 所示。 圖 4.9 裝配圖 5 結論 本文的不足之處： 比如專業(yè)基礎知識不牢固，繪圖軟件操作不熟練，對工藝知識的缺乏。畢業(yè)設計最重要的部分就是工藝的確定了，基本上工藝一確定，就是畢業(yè)設計開了個頭，其他圍繞著工藝一步一步展開。比如公差的與工藝的實際結合，粗糙度，實際加工環(huán)境的了解。認識到理論須要和實際想結合。 本文的創(chuàng)新點： 在確定發(fā)動機曲軸零件的原理和圖紙要求，具有一定創(chuàng)造性地提出了包括毛坯、定位基準、加工工藝過程以及夾具設計。在此基礎之上，針對我國目前發(fā)動機曲軸零件的發(fā)展現(xiàn)狀，參考了一些現(xiàn)存的相關文獻，設計了一種優(yōu)化的零件的加工工藝過程。 參考文獻 [1] 艾興，肖詩綱. 切削用量簡明手冊，機械工業(yè)出版社，2015． [2] 陳家芳，潘建偉，鞠平．實用金屬切削計算手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，2010． [3] 李益民．機械制造工藝設計簡明手冊第2版[M]，機械工業(yè)出版社，2015． [4] 鄒青．機械制造技術基礎課程設計指導教程[M]，機械工業(yè)出版社，2010． [5] 尹成湖，周湛學．機械加工工藝簡明速查手冊[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2019．6． [6] 楊叔子. 機械加工工藝師手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2004. 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International Journal of Advanced Manufacturing Technology.2009,(9):731-748 致 謝 在畢業(yè)設計的過程中，我受到了老師的不吝嗇的建議和批評，在他的指點下， 使我的論文的開頭順利地開展，也感謝老師提出意見和建議，他用自己的科學精神和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度激勵著我。在此向指導老師說聲感謝。 在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，也留下了許多難忘的回憶。所以在這里非常感謝幫助我的同學。 同時，在這次完成論文過程中，我的團隊和同學們給了我很大的幫助，使我在這次過程中學會了很多，感慨頗多。也感謝我的親人，他們在背后默默地支持我。在此，對老師和各位同學以及幫助過我的人表示由衷的感謝！ 30 附 錄 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 曲軸 零件名稱 共 2 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 45# 毛 坯 種 類 鍛造 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每 臺 件 數(shù) 1 備 注 工 序號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 01 鍛造 鍛造毛坯 一 鍛造 游標卡尺 02 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)處理 一 調(diào)質(zhì) 03 銑 銑左端Φ50 端面見光，打中心孔 二 機加工 X61 專用夾具，端銑刀，中心鉆，游標卡尺 04 車 夾右端頂左端，粗車中軸Φ50Φ52Φ75Φ108 留量 0.5mm，倒角 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 05 車 掉頭夾左端架右端，平端面保證總長 980.4，預鉆Φ50 孔深 30 車內(nèi)孔Φ52 至尺寸，車 60°x3 倒角，車Φ56x4 空刀槽 粗車外圓Φ100 留量 0.5mm 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 06 銑 銑上軸兩端側平面深度 20，寬度 75mm 二 機加工 X51 專用夾具，立銑刀，游標卡尺 07 車 以中軸及 75 兩側面為基準粗車上軸 2-Φ62 留量 0.5mm 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 08 車 以中軸及 75 兩側面為基準粗車 120°左下軸 2-Φ62 留量 0.5mm 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 09 車 以中軸及 75 兩側面為基準粗車 120°右下軸 2-Φ62 留量 0.5mm 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 10 車 鉆左端 M27 螺紋底孔，車 60°倒角，攻 M27x1.5 螺紋 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 11 車 雙頂半精車中軸Φ50Φ52Φ75Φ108Φ100 留量 0.2mm， 車Φ90x3mm 空刀槽 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 12 車 以中軸及 75 兩側面為基準半精車上軸 2-Φ62 留量 0.2mm 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 13 車 以中軸及 75 兩側面為基準半精車 120°左下軸 2-Φ62 留量 0.2mm 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 14 車 以中軸及 75 兩側面為基準半精車 120°右下軸 2-Φ62 留量 0.2mm 二 機加工 CA6140 專用夾具，硬質(zhì)合金車刀，游標卡尺 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 陳奕達 2020.5.25 徐學東 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 31 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 曲軸 零件名稱 共 2 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 45# 毛 坯 種 類 鍛造 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 1 每 臺 件 數(shù) 1 備 注 工 序號 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段 設 備 工 藝 裝 備 工 時 準終 單件 15 鉆 鉆右端端面 6-M14 螺紋底孔，攻 6-M14 螺紋深 20mm 二 機加工 Z525 專用夾具，麻花鉆，絲錐，外徑千分尺 16 鉆 鉆擴絞左端Φ12 通孔 二 機加工 Z525 專用夾具，麻花鉆，鉸刀，塞規(guī) 17 鉆 鉆曲軸各段角度 6-Φ5 油孔 二 機加工 Z525 專用夾具，麻花鉆，外徑千分尺 18 銑 銑Φ50Φ52 外圓Φ25 圓弧鍵槽寬 6mm 二 機加工 X61 專用夾具，鋸片銑刀，游標卡尺 19 淬火 淬硬深度 2.5～4.5mm，硬度 HRC55～63 一 淬火 20 磨 雙頂磨中軸Φ50Φ52Φ75Φ108Φ100 至尺寸，保證粗糙度 Ra0.8 二 機加工 M1220B 專用夾具，砂輪，外徑千分尺 21 磨 以中軸及 75 兩側面為基準磨上軸 2-Φ62，保證粗糙度 Ra0.8 二 機加工 M1220B 專用夾具，砂輪，外徑千分尺 22 磨 以中軸及 75 兩側面為基準磨 120°左下軸 2-Φ62， 保證粗糙度 Ra0.8 二 機加工 M1220B 專用夾具，砂輪，外徑千分尺 23 磨 以中軸及 75 兩側面為基準磨 120°右下軸 2-Φ62， 保證粗糙度 Ra0.8 二 機加工 M1220B 專用夾具，砂輪，外徑千分尺 24 鉗 去毛刺 二 機加工 銼刀 25 檢驗 按圖紙檢驗工件 二 機加工 游標卡尺 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 陳奕達 2020.5.25 徐學東 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 32 機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 曲軸 零件名稱 共 23 頁 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 一 01 鍛造 45# 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 鍛造 1 1 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數(shù) 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉速 切削速度 進給量 切削深度 進給次數(shù) 工步工時 r/min mm/min mm/r mm 機動 輔助 1 鍛造毛坯 游標卡尺 2 調(diào)質(zhì)處理 3 4