单曲轴加工工艺及夹具设计Word下载.docx

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3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定13

3.1曲轴主要加工表面的工序安排13

3.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定13

3.3确定工时定额14

4夹具设计15

4.1夹具设计应该具备的基本要求15

4.2偏心套夹具15

总结17

致谢18

参考文献19

前言

单曲轴为机械结构中，实现直线往复运动的曲轴柄滑块结构的曲轴部分，而该零件的主要精度表现在曲轴轴心定位的同轴度，尺寸精度和粗糙度以及偏心轴和主传动轴之间的平行度。

本课程设计根据生产纲领的要求利用已加工的尺寸较长的轴端作为定位基准，在校正夹具以及偏心套对圆的跳动差在0.02mm情况下，将长端紧入偏心夹具的偏心孔内顶紧，车削另一端而成，方法简单，准用可靠，完全达到设计图纸的技术要求。

曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：

主轴颈，连杆颈。

曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑．这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。

发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。

柴油机曲轴的作用就是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出

绪论

曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下（往复）运动变成循环运动。

曲轴主要有两个重要加工部位：

主轴颈和连杆颈。

主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。

发动机工作过程就是：

活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。

而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。

主轴颈，连杆颈，（还有其他）。

曲轴的旋转是发动机的动力源。

曲轴的结构包括轴颈、曲轴臂、曲轴销、侧盖以及连杆大端轴承。

轴颈具有一第一油路。

曲轴臂连接于轴颈。

曲轴销设置于曲轴臂之中，并且抵接于轴颈。

曲轴销具有第一机油缓冲室、第二机油缓冲室以及第二油路。

第一机油缓冲室系连接于第二机油缓冲室，第二油路连接于第二机油缓冲室。

侧盖设置于曲轴臂中，侧盖与曲轴销之间成形有一空间，该空间连接于第一油路与第一机油缓冲室之间。

连杆大端轴承设置于曲轴臂之中，曲轴销套设于连杆大端轴承之中，第二油路连接于第二机油缓冲室与连杆大端轴承之间。

本实用新型可将机油内微小异物过滤掉，减少了连杆大端轴承遭受微小异物侵入的机会，并避免连杆大端轴承损坏，进而可延长曲轴结构的使用寿命。

在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。

目前，国内较陈旧的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。

粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。

精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。

现在加工曲轴粗加工比较流行的工艺是：

主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。

在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。

在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。

1确定曲轴的加工工艺过程

1.1曲轴的作用

曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。

曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。

1.2曲轴零件及其工艺特点

单曲轴是将直线运动转变为旋转运动，或将旋转运动转变成直线运动的零件。

曲轴工作时的受力情况非常复杂。

它不但受到很大的扭转应力和大小、方向都在周期性变化的弯曲应力的作用，而且还受到振动所产生的附加应力的作用。

因此曲轴应具有足够的强度、刚度、抗疲劳强度及抗冲击韧性。

同时，由于曲轴工作时的旋转速度高，所以在设计曲轴时，应使曲轴的主轴颈和连杆轴颈有足够的耐磨性，且曲轴的质量应当平衡分布，以减少不平衡带给曲轴的附加载荷。

曲轴的工艺特点主要取决于结构特点和技术要求。

作为曲轴加工，其主要问题就是工件本身刚性差、零件技术要求高。

这就需要在加工过程中采用一系列相应的措施，以使加工后的零件符合图纸的设计要求。

应采用的措施大致有：

尽量减小或抵消切削力；

提高曲轴的支承刚性，以减小受力变形；

加工工艺要分阶段，以减小粗加工对精加工的影响。

1.3曲轴的材料和毛坯

曲轴的材料一般采用45钢、45Mn2、50Mn、40Cr、35CrMo、QT60-2球墨铸铁等。

根据不同的生产类型和工厂的具体条件，该曲轴为球墨铸铁QT60-2材料所以采用铸造毛坯。

1.4曲轴加工的工艺特点分析

该零件为单件小批量生产，因此选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证位置精度。

该零件刚度较差，故粗车、精车和磨均以工序分开。

1.5单曲轴的结构及其特点

图1.1单曲轴的结构图

曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。

一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数（直列式发动机）。

主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。

主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。

连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。

曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有（或紧固有）平衡重块。

平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。

1.6单曲轴的结构及其特点

主轴颈

φ45尺寸公差等级IT6,表面粗糙度Ra为1.25μm圆柱度误差0.015。

连杆轴颈

φ48尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra为0.63μm，圆柱度误差0.015。

位置精度

主轴颈与连杆轴颈平行度误差为0.02，主轴颈的同轴度误差为0.02。

毛坯确定

曲轴工作时要承受很大的转矩及变形弯曲应力，容易产生扭转、折断及轴颈磨损，要求材料应有较高的强度、冲击韧度、抗疲劳强度和耐磨性，球墨铸铁能很好的满足上述要求。

该零件为小批生产，采用铸造毛坯。

材料为QT600-2毛坯余量确定毛坯加工余量为5mm，选用长338mm，直径φ82mm，锻造至毛坯要求。

端面、中心孔

选用一面端面，粗加工φ32mm端面，作为主轴颈。

在工艺加工中，先以主轴颈为粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔；

然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，依次加工主轴颈上的各处的外圆。

该零件刚性较差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度。

，这样安排可以避免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度，这样就保证了它们之间的位置精度。

偏心套

对于长异形轴，主回转轴线上和偏心轴线上的各表面一般用双中心孔定位，如果偏心距过大或过小，中心孔不能在端面上加工出来，可先加工出主中心孔，待主轴加工后，咋子两端装上偏心套，然后以偏心套上的中心孔定位，加工偏心轴线上的表面，如图2所示。

为了保证位置精度，偏心轴各表面加工完成后才将偏心套取下。

曲轴主轴颈的车削

由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。

曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。

由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。

车床、刀具、夹具要有足够的刚性。

主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。

另一侧用顶尖以中心孔定位。

车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。

曲轴偏心圆柱的车削

主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工偏心圆柱的基准，采用专用的车夹具、偏心套，车削同样在普通车床上进行。

车削偏心轴颈需要解决的是角度定位（两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度—30度）以及曲轴旋转的不平衡问题。

这些都由专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的V型块组成，装在接盘上。

接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180度，车削轴颈。

V型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。

车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。

用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。

安装夹具体的接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩的生。

曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。

车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量控制在1~1.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采用高速钢。

2工艺过程设计

2.1定位基准的选择

粗基准的选择

曲轴的毛坯一般都呈弯曲状态，为保证两端中心孔都能在两端面的几何中心

上，粗基准应选靠近曲轴两端的轴颈。

为保证其他轴颈外圆余量均匀，在钻中心孔后，应对曲轴进行校直。

由于大批量生产的曲柄毛坯的精度高，曲柄不加工，所以轴向的定位基准一般选取中间主轴颈两边的曲柄。

因为中间主轴颈两边的曲柄处于曲轴的中间部位，用作粗基准可以减少其它曲柄的位置误差。

精基准的选择

曲轴和一般的轴类零件相同，最重要的精基准三中心孔。

曲轴轴向上的精基准，一般选取曲轴一端的端面或轴颈的止推面。

但在曲轴加工的过程中，定位基准要经过多次转换。

曲轴圆周方向上的精基准一般选取曲轴上的定位平台或法兰上的定位孔。

2.2加工阶段的划分与工序顺序的安排

曲轴的主要加工部位是主轴颈和偏心圆柱，次要加工部位是法兰盘、曲柄、斜油孔、螺孔和键槽等。

除机械加工外还有轴颈淬火、磁探伤、动平衡等。

在加工过程中还要安排校直、检验、清洗等工序。

加工阶段的划分

曲轴的机械加工工艺过程大致可分为：

加工基准面——粗加工主轴颈和偏心圆柱——加工斜油孔等次要表面——主轴颈和连杆轴颈的热处理——精加工主轴颈和偏心圆柱——加工键槽和两端孔等——动平衡——光整加工主轴颈和偏心圆柱。

曲轴的主轴颈和偏心圆柱的技术要求都很严格，所以各轴颈表面加工一般安排为：

粗车——精车——粗磨——精磨——超精加工。

对于单曲轴进行粗加工时，以中间主轴颈为辅助定位基准，所以先粗加工和半精加工中间主轴颈，然后再加工其他主轴颈。

而连杆轴颈的粗、精加工，一般都要以曲轴两端主轴颈定位，所以连杆的粗精加工都安排在主轴颈加工之后进行的。

工序安排

斜油孔的进出口都安排在曲轴的轴颈上，所以在轴颈淬火之前加工。

钻斜油孔时，用加工过的轴颈定位，可以保证其位置精度。

主轴颈是偏心圆柱的设计基准，所以，主轴颈与偏心圆柱的车削（铣削）和磨削，一般都是先加工主轴颈再加工偏心圆柱。

在精磨主轴颈的过程中，先精磨主轴颈，再精磨其他轴颈。

在最后检查后，以曲轴两端的主轴颈为测量基准，测量其他轴颈的径向跳动。

钢曲轴在加工的过程中，轴颈产生跳动的原因之一是，曲轴经加工后应力重新分布，从而造成变形，所以在曲轴的第一主轴颈精磨之后，应紧接着安排齿轮轴、皮带轮轴颈的精磨工序，在主轴颈精磨工序之后，应紧接着安排油封轴颈的精磨工序，以免内应力重新分布，造成过大的影响。

同时为了避免曲轴刚度降低造成这些轴颈磨削后径向跳动增大，其他主轴颈的精磨应该放在这些轴颈的精磨之后。

校直对曲轴的疲劳强度有着不利的影响，在制定曲轴的加工工艺过程中，应尽量减少曲轴的校直的次数。

为了保证余量均匀、减少变形的影响，在关键工序上，如第四主轴颈加工前、淬火后、动平衡去重后仍需安排校直。

曲轴各轴颈的表面粗糙度要求较高，所以把各轴颈的超精密加工放在最后。

如果在超精密加工后再安排其他工序，则有可能破坏已加工好的轴颈表面。

2.3制定工艺路线

制定曲轴工艺路线的出发点，应当使曲轴的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，在大批量的生产情况下，可以考虑采用专用机床和专用夹具等，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济因素，以降低生产成本。

由于曲轴在加工过程中塑性变形大，因此为了保证余量均匀、减少变形的影响，应该在关键工序上安排一些校直工序，而方案一中只有一次校直。

斜油孔口在淬火时由于受热不均匀很容易发裂，因此必须在热处理前对其进行压堵处理，而方案一也忽略了这一点。

方案二对方案一中的问题作了一些较大改进，但如果仔细分析其在工序安排上仍然存在问题，如连杆轴颈的粗、精铣最好安排在相邻两道工序中以减少工件的搬运，在一台机器上进行加工完毕，提高生产效率。

2.4曲轴的机械加工工艺过程卡

工序号

工序名称

工序内容

设备

1

下料

选择φ85mm×

338mm棒料

2

车削

车两端面至尺寸要求

车床

3

镗孔

钻中心孔

左端面

右端面

镗床

4

顶中心孔2，车φ79外圆；

顶中心孔1，车φ48，φ40的外圆

5

换用偏心套定位、夹紧，以φ48的外圆找正，夹车左端各外圆成尺寸

6

铣削

铣键槽

铣床

7

打磨

钳工去毛刺，M8配钻

钳工

2.5机械加工工序卡片

成都理工大学工程技术学院

机械加工工序卡片

车

05

零件名称

零件号

001

零件重量

80．9kg

同时加工零件数

材料

毛坯

牌号

硬度

型式

重量

HB-200

200HB

铸造

130kg

夹具

辅助工具

名称

型号

安装

工步

安装及工步说明

刀具

量具

走刀长度mm

走刀次数

切削深度mm

进给量mm/min

主轴转速rpm

切削速度m/min

基本工时min

加偏心套，找正

钢直尺

将曲轴左端放入偏心套48的孔中车左端外圆

设计者

孙伟

指导老师

张伯奋

高级工程师

共1页

第1页

3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定

3.1曲轴主要加工表面的工序安排

曲轴的主要加工表面为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；

次要加工表面为两端面、键槽。

此外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。

连杆各主要表面的工序安排如下：

主轴颈：

粗车、精车、磨削；

偏心圆柱：

φ32mm外圆：

φ40mm外圆：

3.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定

主轴颈工序尺寸及公差的确定

表3.1:

曲轴主轴颈的工序及公差

工序余量

经济精度

工序尺寸及公差

φ35±

粗车

3.2mm

IT11

φ33.80-0.13

精车

1.3mm

IT8

φ32.5.50-0.033

磨削

0.5mm

IT6

φ32+0.021+0.008

偏心圆柱工序尺寸及公差的确定

表3.2:

曲轴偏心圆柱的工序及公差

φ45±

2.2mm

IT10

φ41.80-0.084

φ40.50-0.033

φ40-0.020-0.053

3.3确定工时定额

工序1：

粗车偏心圆柱至φ40.80-0.084。

选用机床：

CA6140卧式车床。

被吃刀量

：

取

=1mm，

进给量f：

取=0.1mmr。

机床主轴转速:

取n=600r/min

切削速度：

取n=81.6/min

计算切削工时：

被切削层长度

=3×

22=66mm

工序2：

精车偏心圆柱至φ400-0.033。

CA6140卧式车床

=0.65mm，

取f=0.3mm/r

取n=800r/min

102.5m/min

32=96mm

4夹具设计

4.1夹具设计应该具备的基本要求

足够的精度

由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的。

定位元件工作表面的精度直接影响工件的定位精度，因此定位元件工作表面应有足够的精度，以保证加工精度要求。

如4-M12X1.25-5H有位置度要求，必须保证各钻套的位置精度要求。

足够的强度和刚度

底面定位不仅限制工件的自由度，还有支承工件、承受夹紧力和切削力的作用。

因此还应有足够的强度和刚度，以免使用中变形和损坏。

有较高的耐磨性

工件的装卸会磨损定位元件工件表面，导致定位元件工件表面精度下降，引起定位精度的下降。

当定位精度下降至不能保证加工精度时则应更换定位元件。

为延长定位元件更换周期，提高夹具使用寿命，定位元件工作表面应有较高的耐磨性。

良好的工艺性

定位元件的结构应力求简单、合理、便于加工、装配和更换。

4.2偏心套夹具

在曲轴的加工工艺中，主回转轴线上和偏心轴线上的各表面一般用双中心孔定位，如果偏心距过大或过小，中心孔不能在端面上加工出来，可先加工出主中心孔，待主轴加工后，咋子两端装上偏心套，然后以偏心套上的中心孔定位，加工偏心轴线上的表面，如图2所示。

如图4.1所示，偏心套零件图。

图4.1偏心套零件图

加工路线拟定对于曲轴加工路线主要部分：

加工端面，中心孔—加工主回转部分—加工偏心部分。

对于一些短偏心轴