曲轴加工工艺及夹具设计.pdf

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1摘摘要要本设计主要围绕发动机曲轴的工艺规程和专用夹具设计进行研究，其内容包括了解曲轴结构，确定曲轴的生产类型及相关的技术要求。

在此基础上，选择毛坯，确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量，绘制毛坯图。

并在认真详细分析零件图后，进行基准的选择，制定了表面加工方法，划分加工阶段，根据生产类型确定工序的集中和分散，合理地安排工序，编排合适的工艺路线；进行详细计算，包括：

加工余量、工序尺寸和公差的确定、切削用量的计算及时间定额的计算。

从而制定出一套合理的机械加工工艺卡片和机械加工工序卡片。

第二部分主要围绕专用钻床类夹具进行设计，用卧式双面中心孔钻床，为锪前端面打中心孔这道工序设计一专用夹具。

首先明确夹具设计的主要任务，通过确定定位元件，导向装置，夹紧机构得出夹具的结构方案，查阅相关国家标准，绘画夹具装配图。

总之，曲轴加工工艺的安排以及专用夹具的设计是一项非常复杂的高难度工作，它是一种需大批量生产的零件，且技术要求比较高，为了确保产品的质量和水平，设计工作按照科学的程序进行，分清主次。

关键词：

曲轴，加工工艺，切削用量，夹具本设计来自：

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81910402AbstractInthispaperthetechnologicalprocedureandproprietarydrillingfixturedesignoftheenginecrankshaftwerestudied,whosecontentsincludedthattheuseofcrankshaft,theproductiontypeofcrankshaftofandtherelevanttechnicalrequirements.Onthisbasis,theroughwaschosen,andthesizeoftheroughwasdetermined,andthemechanicalallowancesweredetermined.Aroughmapwasdrawn.Aftercarefullydetailedanalysisoftheparts,thereferencewaschosen,thedevelopmentofsurfaceprocessingmethodswasdetermined,andthedemarcationoftheprocessingstageswasdivided.Accordingtotheproductionprocessthetypeofcentralizationanddecentralizationwasdetermined,theprocesswasreasonablyarranged,andtheorderandorchestratesasuitableprocesslineweresetup.Thensomedetailwascalculated,suchasallowance,processessizeandthedeterminationoftolerance.Theamountofcalculationandthecalculationofthefixedtimewascut.Thusasetofreasonablecardprocessingmachineryandmechanicalprocessescardsweredrawnup.Thesecondpartofthedesignwasthefocusofthisissuewhichwasdifficult,whowasmainlycenteredonproprietarydrillingfixturedesign,Z525-useverticaldrilling,drillingmiddle-holedesignprocessbywhichadrillingfixture.Firstlyfixturewasdesignedtoclearthemajortasksidentifiedbypositioningcomponents,guidancedevices,clampingbodyfixturestructure,accesstotherelevantnationalstandards,paintingfixtureassembly.3Inshort,theprocessingarrangementsofcrankshaftandthedesignofspecialfixtureareaverycomplexdifficultwork.Itisrequiredinmassproduction.Thetechnicalrequirementsarerelativelyhigh.Inordertoensurethequalityandlevelofdesignthedesignworkwascarriedoutinaccordancewiththeproceduresofscience,therelationbetweenprimaryandsecondarywasdistinguished.Keywords:

Bentaxle,Processingtechnical,Cuttingparameters,FixtureI目录摘摘要要11前言前言41.1设计目的和意义41.2研究的方向及存在的问题41.3设计指导思想62曲轴毛坯的选择曲轴毛坯的选择72.1计算生产量及确定生产类型72.2选择毛坯，确定毛坯尺寸82.2.1选择毛坯82.2.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差82.2.3绘制毛坯图93机械加工工艺路线的制定机械加工工艺路线的制定93.1工艺基准的选择103.2加工阶段的划分错误错误！

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3.3工序的集中与分散错误错误！

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3.4工序顺序的安排错误错误！

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3.5确定工艺路线错误错误！

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3.6加工余量、工序尺寸和公差的确定错误错误！

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3.7切削用量的计算及基本时间的确定错误错误！

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II3.7.1工序1的切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.2工序2、6、11、12的切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.3工序4、8、9、15切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.4工序30、32切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.5工序31、33、34切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.6工序10切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.7工序16切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.8工序17切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.9工序19切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.10工序21切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.11工序22切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.12工序36切削用量和基本时间错误错误！

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3.7.13工序42切削用量和基本时间错误错误！

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4钻床夹具的设计钻床夹具的设计错误！

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4.1夹具设计任务错误错误！

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4.2工件的定位基准及定位基面错误错误！

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4.3工件的六点定位规则错误错误！

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4.4专用机床夹具的组成错误错误！

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4.5定位元件选用错误错误！

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4.6夹紧元件的选择错误错误！

未定未定义书签义书签。

4.7确定夹具的结构方案错误错误！

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III4.7.1确定所需限制的自由度错误错误！

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4.7.2定位误差分析错误错误！

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4.8夹紧力的计算错误错误！

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5结结论论错误！

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谢谢辞辞错误！

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参考文献参考文献错误！

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附录附录错误！

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4发动机曲轴加工工艺及夹具设计1前言1.1设计目的和意义本次设计题目为“发动机曲轴加工工艺及夹具设计”，它运用了机械加工设计的基础内容，囊括了几年来所学的理论知识，使我进一步加深了解机械加工的工艺方法，以及如何合理安排工艺流程，选用合理的夹具，初步做到了学以致用，并在设计中学到了更多的机械设计的优化方法，使我对机械设计以及加工工艺有了更深层次的理解和认识，培养了严谨的工作态度。

1.2研究的方向及存在的问题曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。

由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。

如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。

世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。

随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造技术水平有了大幅提高，特别是近5年来发展更为迅猛。

目前车用发动机曲轴材质有球墨铸铁和钢两类。

由于球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。

球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。

统计资料表明，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%，英国为85%，日本为60%，此外，德国、比利时等国家也已经大批量采用。

国内采用球墨铸铁5曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85%以上采用球墨铸铁，功率在160kW以上的发动机曲轴多采用锻钢曲轴。

球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术球墨铸铁曲轴的生产继QT800-2、QT900-2等几种牌号后，广西玉柴等经过攻关已能稳定生产QT800-6牌号的曲轴，为曲轴“以铁代钢”奠定了基础。

熔炼高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。

国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。

目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。

目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。

造型气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。

目前，国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家，如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。

钢曲轴毛坯的锻造技术近几年来，国内已引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一些设施跟不上，使一部分先进设备未发挥应有的作用。

从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位，先进技术有所应用但还不普遍。

机械加工技术发动机曲轴制造技术进展最为迅速的是机械加工装备，比较典型的加工工艺是铣削和磨削。

6目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。

粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。

一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。

热处理和表面强化处理技术曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。

球墨铸铁曲轴一般均采用正火处理，为表面处理做好组织准备，表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺。

锻钢曲轴则采用轴颈与圆角淬火工艺。

引进的设备有AEG全自动曲轴淬火机床、EMA淬火机床等。

据国外资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化结合使用进行复合强化，可使整条曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。

国内部分厂家近几年也进行了这方面的实践，取得了良好的效果。

曲轴制造技术的发展趋势。

曲轴中频感应淬火曲轴中频感应淬火将采用微机监控闭环中频感应加热装置，具有效率高、质量稳定、运行可控等特点。

曲轴软氮化对于大批量生产的曲轴来说，为了提高产品质量，今后将采用微机控制的氮基气氛气体软氮化生产线。

氮基气氛气体软氮化生产线由前清洗机（清洗干燥）、预热炉、软氮化炉、冷却油槽、后清洗机（清洗干燥）、控制系统及制气配气等系统组成。

曲轴表面强化技术球墨铸铁曲轴圆角滚压强化将广泛应用于曲轴加工中，另外，圆角滚压强化加轴颈表面淬火等复合强化工艺也将大量应用于曲轴加工中，锻钢曲轴强化方式将会更多地采用轴颈加圆角淬火处理。

1.3设计指导思想7在科技飞速发展的21世纪，计算机已经成为各行各业的重要工具，在机械制造业中，CAD/CAPP/CAD技术已经得到普及，然而无论是传统的机械加工工艺系统，还是先进的机械制造系统，其基本组成部分仍然是机床与刀具，并由作为加工、装配过程信息管理基础的机械制造工艺联系而成。

可见，切削原理及刀具、金属切削机床及机械制造工艺学等基本理论及相关知识仍然是机械制造技术的基础。

本设计以提高设计者基础知识为目标，故采用传统加工方法和设计思想。

2曲轴毛坯的选择曲轴毛坯的选择2.1计算生产量及确定生产类型毛坯选择通常要考虑到零件制造工艺性，生产批量，零件外形尺寸以及性能要求特点等。

零件的机械加工工艺规程与采用的生产类型密切相关。

生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。

一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。

不同的生产类型，零件的加工工艺是不同的。

生产类型主要与零件的年生产量有关。

（2.1）式中N-零件年生产量（件/年）Q-产品年生产量（台/年）n-每台产品所含零件数（件/年）a-该零件的备品百分率（%）b-该零件的废品百分率（%）已知该零件的年生产量为5000台/年；n=1件/台；结合生产实际，备品率a和废品率b分别为3%和0.5%。

8由球墨铸铁密度估曲轴重量约100千克，由机械制造技术基础课程设计指南（以下简称设计指南）表2-1查得：

汽车发动机曲轴属轻型零件，故该曲轴生产类型为大批量生产。

2.2选择毛坯，确定毛坯尺寸2.2.1选择毛坯该零件材料为QT850-3，考虑该工件形状比较复杂，因此应该选用铸件，以最大限度减少金属切屑量，保证高效率低消耗。

由于工件年产量5156件，属大批量生产，且技术要求高，由机械零件工艺性手册表2-29，采用一般机器铸造。

从而也提高了生产效率，保证了加工精度。

2.2.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差由逐渐尺寸公差与机械加工余量（摘至GB/T6414-1999）要确定毛坯尺寸和机械加工余量，应按以下步骤：

最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长1145mm为最大轮廓尺寸。

选取公差等级CT，由设计指南表5-1，铸造方法，机器铸造，材料为球墨铸铁，级，取10级。

求铸件尺寸公差根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由设计指南表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。

求机械加工余量等级设计指南表5-5查得，加工余量等级范围E一G级，取F级。

求RAM（要求的机械加工余量）对所有加工表面取相同值，由设计指南表5-4查最大轮廓尺寸为1145mm，机械加工余量等级F级，得RMA为3mm。

9求毛坯基本尺寸由公式（2.2）得出各段毛坯基本尺寸。

铸件毛坯尺寸公差以及加工余量曲轴铸件毛坯各段尺寸公差以及加工余量见表2-1表2.1曲轴铸件毛坯各段尺寸公差以及加工余量项目飞轮轴全部主轴全部曲柄法兰盘公差等级CT10101010加工面尺寸4585105160铸件尺寸公差4.54.54.54.5机械加工余量等级FFFFRMA3333毛坯基本尺寸52921101662.2.3绘制毛坯图由表2.1所得结果，绘制毛坯图如图2.1所示.t图2.1毛坯图3机械加工工艺路线的制定103.1工艺基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，再确定粗基准。

精基准的选择选择精基准时应遵循下列原则：

基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则；便于装夹原则。

加工齿轮轴，主轴和曲柄侧面时，以第8侧板右侧面为精基准，符合基准统一原则。

加工各轴面均一轴心为精基准。

加工右端法兰盘以以经精加工后的轴肩为基准。

法兰铣缺口以法兰上对应两孔为精基准，遵循互为基准原则。

钻斜油孔以曲柄侧面和轴心夹角为基准、前端铣键槽。

钻孔和攻螺纹以已加工曲柄侧面为基准。

法兰上钻，扩定位孔，螺栓孔以法兰圆盘中心为基准。

粗基准的选择