机械课程设计曲轴.docx
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机械课程设计曲轴
安徽工业大学
机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目
曲轴零件的机械加工工艺规程
及工艺装备设计
学院
机械工程学院
专业班级
机135
姓名
黄卫刘超范志华冯世川于游苏方王焕
学号
指导教师
戚晓利
时间
2016年9月
安徽工业大学
机械制造技术基础课程设计任务书
设计题目
曲轴零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计
学院
机械工程学院
专业班级
机135
本组学生
姓名
黄卫刘超范志华冯世川于游苏方王焕
本组学生
学号
课程设计的主要内容:
1、编制给定零件的工艺规程
1）零件的工艺分析，并抄画零件图；
2）选择毛坯制造方法，确定毛坯余量，并画毛坯图；
3）确定加工方法，拟定工艺路线，选取加工设备及工艺装备（每组至少初定两种工艺路线方案，并最终确定一种优化方案）；
4）根据最终确定的工艺路线方案，填写机械加工过程卡片；
5）每人至少详细设计两道工序内容，进行切削用量等工艺参数计算，并填写机械加工工序卡片。
2、针对两道重要工序进行夹具设计或一道重要工序设计两套方案）
1）根据工序内容的要求，确定夹具的定位和夹紧方案；
2）定位误差的分析与计算，夹紧力的计算；
3）夹具总体设计。
绘制夹具总装图，拆画夹具体零件图。
3、编写课程设计说明书。
内容包括：
课程设计封面、课程设计任务书、目录、正文（工艺规程和夹具设计的基本理论、计算过程、设计结果）、参考资料等。
4、学生需提交材料：
1）零件图1张、毛坯图1张
2）机械加工工艺过程卡片2套（不同工艺方案）、机械加工工序卡片1套
3）机床夹具总装图2张、机床夹具零件图2张（不同夹具方案或不同夹具）
4）课程设计说明书1份（详细说明本组成员分工，要求40页以上，Word排版打印）
指导教师签字：
分工明细
课程设计任务书……………………………………………………Ⅱ
第一章绪论………………………………………………………3
1、曲轴简介……………………………………………………3
2、铸造技术……………………………………………………3
3、锻造技术……………………………………………………4
4、加工技术……………………………………………………4
第二章零件的分析………………………………………………5
1、零件的作用……………………………………………………5
2、零件的工艺分析………………………………………………5
第三章确定生产类型和毛坯……………………………………6
1、确定生产类型…………………………………………………6
2、确定毛坯………………………………………………………6
第四章工艺规程设计……………………………………………8
1、选择定位基准…………………………………………………8
2、制定工艺路线…………………………………………………8
3、机械加工余量，工序尺寸及公差的确定……………………11
第五章确定切削用量和时间定额………………………………12
1、工序03铣的计算……………………………………………12
2、工序04粗车的计算…………………………………………13
3、工序05半精车的计算………………………………………14
4、工序06粗车的计算…………………………………………16
5、工序07半精车的计算………………………………………19
6、工序09精车的计算…………………………………………20
7、工序10铣键槽的计算………………………………………22
8、单位时间的确定…………………………………………………24
第六章夹具设计…………………………………………………26
1、夹具1的设计…………………………………………………26
2、夹具2的设计…………………………………………………33
参考文献……………………………………………………………39
第一章绪论
1、曲轴简介
发动机中最重要的部件。
它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。
曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。
因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。
为减小曲轴质量及运动时所产生的离心力，曲轴轴颈往往作成中空的。
在每个轴颈表面上都开有油孔，以便将机油引入或引出，用以润滑轴颈表面。
为减少应力集中，主轴颈、曲柄销与曲柄臂的连接处都采用过渡圆弧连接。
曲轴平衡重（也称配重）的作用是为了平衡旋转离心力及其力矩，有时也可平衡往复惯性力及其力矩。
当这些力和力矩自身达到平衡时，平衡重还可用来减轻主轴承的负荷。
平衡重的数目、尺寸和安置位置要根据发动机的气缸数、气缸排列形式及曲轴形状等因素来考虑。
平衡重一般与曲轴铸造或锻造成一体，大功率柴油机平衡重与曲轴分开制造，然后用螺栓连接在一起。
2、铸造技术
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。
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。
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。
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。
电渣熔铸：
电渣重熔技术应用于曲轴的生产，使铸造曲轴性能可能和锻造性能媲美。
并具有研发周期快，金属利用率高，设备简单，产品性能优越等特点。
3、锻造技术
以热模锻压力机、电液锤为主机的自动线是锻造曲轴生产的发展方向，这些生产线将普遍采用精密剪切下料、辊锻（楔横轧）制坯、中频感应加热、精整液压机精压等先进工艺，同时配有机械手、输送带、带回转台的换模装置等辅机，形成柔性制造系统（FMS）。
通过FMS可自动更换工件和模具以及自动进行参数调节，在工作过程中不断测量。
显示和记录锻件厚度和最大压力等数据并与定值比较，选择最佳变形量以获得优质产品。
由中央控制室监控整个系统，实现无人化操作。
此锻造方法锻造的曲轴，具有内部金属流线的全纤维性，可以提高20%以上的疲劳强度。
4、加工技术
曲轴粗加工将广泛采用数控车床、数控内铣床、数控车拉床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、内铣削、车-拉削加工，以有效减少曲轴加工的变形量。
曲轴精加工将广泛采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工。
此种磨床将配备砂轮自动动平衡装置、中心架自动跟踪装置、自动测量、自动补偿装置、砂轮自动修整、恒线速度等功能要求，以保证磨削质量的稳定。
高精设备依赖进口的现状，估计短期内不会改变。
第二节零件的分析
1、零件的作用
题目给出的零件是曲轴，曲轴的作用是将连杆传来的力转变成为绕其本身轴线旋转的扭矩，并将此扭矩输出给汽车或其他，同时曲轴还驱动配器机构以及其他个辅助装置。
2、零件的工艺分析
分析零件图得出，该壳体外圆面可进行车削加工，凹槽可以用铣刀加工，考虑到安装的统一性，为减少误差可同时进行车削加工。
曲轴表面粗糙度要求不统一，且一些尺寸要求精度等级不同根据《机械制造手册》制定以下方案：
对于表面粗糙度为μm，进行精加工，对于表面粗糙度为μm，进行半精车加工；,对于表面粗糙度为μm，进行粗加工。
表一零件工艺分析
加工表面
表面粗糙度Ra/mm
加工方案
左端Ф20圆柱面
粗车-半精车
右端Ф20圆柱面
粗车-半精车-精车
右端Ф15圆柱面
粗车-半精车
右端Ф12圆柱面
粗车
键槽
粗铣-半精铣
对于键槽的加工，考虑其形位误差要求高，且不易定位，因此必须采用专用夹具，并以形位基准为基准面装夹，这样可以保证加工工艺性。
第三节确定生产类型和毛坯
1、确定生产类型
设此零件的生产纲领为5000件，查《机械制造设计基础课程设计指导书》第3页表1-2，可确定该曲轴生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：
加工过程划分阶段；工序适当集中;加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
2确定毛坯
、确定毛坯种类
零件材料为45号钢。
考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择金属摸机械造型铸件毛坯。
查《机械制造技术基础课程设计指导书》第23页表2-3,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。
、确定锻件加工余量及形状
查《机械制造工艺设计简明手册》表，选用加工余量为MA-H级，机械加工余量为3mm.并查表第24页2-4确定各个加工面的锻件机械加工余量：
由确定下的切削类型主要为粗车、半精车和精车，由于半精车工序集中在曲轴（左端Ф20mm，右端Ф15mm和Ф12mm）。
为减少切削时间，且考虑到所加工的材料为45号钢，可以在以上处留取半精车加工余量，其它需要精车的部位不必留取加工余量，直接进行粗车和精车。
通过查表可以得出粗车的加工余量可取为5mm,半精车的加工余量可取为1mm。
3、绘制铸件毛坯图
图1毛坯图
第四章工艺规程设计
1、选择定位基准
定位基准分为精基准、粗基准及辅助基准。
在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工的表面做为定位基准（粗基准）。
在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准（精基准）。
为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基准，用以定位。
选择定位基准时，既要考虑零件的整个加工工艺过程，又要考虑零件的特征、设计基准及加工方法，根据粗、精基准的选择原则，合理选定零件加工过程中的定位基准。
通常在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，即先选择零件表面最终加工所用精基准和中间工序所用的精基准，然后再考虑选择合适的最初工序的粗基准把精基准面加工出来
、粗基准的选择：
以零件外圆为主要的定位粗基准。
、精基准的选择：
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的外圆为主要的定位精基准。
2、制作工艺路线
机械加工工序：
、遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，再安排精加工工序。
、遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准。
、遵循“先主后次”原则。
、遵循“先面后孔”原则，先加工圆柱面，在加工键槽。
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
查《机械制造技术基础课程指导书》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
表2工艺方案一
工序号
工序名称
工序内容
10
下料
模锻
20
退火
30
铣
用V型块和辅助支承调整装加工件后压紧，洗曲轴中心部分大圆弧φ84和小圆弧φ30，保证大小圆弧端面间距尺寸为57mm。
铣R42的上，下面，保证厚度尺寸为10mm。
铣曲轴左右端面。
40
钻中心孔
50
粗车
夹右端顶左边中心孔，车左端φ24mm长度尺寸至20mm。
车左端φ22mm长度尺寸至16mm。
60
半精车
夹右端顶左边中心孔，车左端φ20mm长度尺寸至16mm，车槽2mm×φ18mm倒角C2。
70
粗车
夹左端顶左边中心孔，车右端φ30mm长度尺寸至80mm，车右端φ长度尺寸至78mm。
车右端φ长度尺寸至48mm。
车右端φ15mm长度尺寸至23mm。
80
半精车
夹左端顶左边中心孔，车右端φ长度尺寸至78mm。
车右端φ长度尺寸至48mm。
90
热处理
调质250—285HBS
100
精车
夹左端顶左边中心孔，车右端φ20mm长度尺寸至78mm。
车槽2mm×φ16mm，车槽2mm×φ14mm，倒角C2
110
铣键槽
铣键槽φ5mm×19mm至图样尺寸。
120
钳
去毛刺，清洗
130
检验
检查各部尺寸
140
入库
涂油入库
表3工艺方案二
工序号
工序名称
工序内容
10
下料
铸造
20
清砂
清砂
30
铣
用V型块和辅助支承调整装加工件后压紧，洗曲轴中心部分大圆弧φ84和小圆弧φ30，保证大小圆弧端面间距尺寸为57mm。
铣R42的上，下面，保证厚度尺寸为10mm。
铣曲轴左右端面。
40
粗车
夹右端顶左边中心孔，车左端φ24mm长度尺寸至20mm。
车左端φ22mm长度尺寸至16mm。
夹左端顶左边中心孔，车右端φ30mm长度尺寸至80mm，车右端φ长度尺寸至78mm。
车右端φ长度尺寸至48mm。
车右端φ15mm长度尺寸至23mm。
50
半精车
夹右端顶左边中心孔，车左端φ20mm长度尺寸至16mm，车槽2mm×φ18mm倒角C2。
夹左端顶左边中心孔，车右端φ长度尺寸至78mm。
车右端φ长度尺寸至48mm。
60
热处理
调质250—285HBS
70
精车
夹左端顶左边中心孔，车右端φ20mm长度尺寸至78mm。
车槽2mm×φ16mm，车槽2mm×φ14mm，倒角C2
80
铣键槽
铣键槽φ5mm×19mm至图样尺寸。
90
钳
去毛刺，清洗
100
检验
检查各部尺寸
110
入库
涂油入库
所以，综合多种原因比较方案一、二，取方案一为最佳方案。
以下就方案一展开讨论。
3、机械加工余量、工序尺寸及公差确定
表4加工余量和工序尺寸
序号
工序内容
加工余量（mm）
精度等级
工序尺寸（mm）
表面粗糙度（μm）
铸件
CT12
05
粗车左端Ф24
2
CT12
05
粗车左端Ф20
2
CT12
06
半精车左端Ф20
2
CT8
07
粗车右端Ф30
2
CT12
07
粗车右端Ф20
CT12
07
粗车右端Ф15
7
CT12
07
粗车右端Ф12
CT12
08
半精车右端Ф20
2
CT8
08
半精车右端Ф15
CT8
10
精车右端Ф20
CT7
第五章确定切削用量与时间定额
1、工序三铣的计算
用V型块和辅助支承调整装加工件后压紧，铣曲轴中部的上，下面，保证厚度尺寸为10mm。
、加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45号钢。
加工要求：
专用夹具，用V型块和辅助支承调整装加工件后压紧，洗曲轴中部分上，下平面，厚度尺寸保证为10mm。
机床：
由被加工件为45号钢，考虑加工的经济性，可采用普通铣床X6132进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择铣进行加工时。
、铣削用量的选择及有关计算：
切削深度因切削用量较小，故可以选择ap=,二次走刀即可完成所需尺寸。
每齿进给量：
由《切削手册》表可知机床的功为，
查《切削手册》表可得f=~z,由于是对称铣，
选较小量f=z
查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表，后刀面最大磨损为（~）mm
查《切削手册》表,寿命T=180min
计算切削速度按《切削手册》表中的公式：
也可以由表查得cv=98mm/sn=439r/minvf=490mm/s又根据X6312铣床参数，选n=475r/minvf=600mm/s，则实际的切削速度为：
则实际进给量为
校验机床功率查《切削手册》表，Pcc=,而机床所提供的功率Pcm为，所以Pcm>Pcc,故校验合格。
最终确定ap=nc=475r/minvfc=600mm/minvc=minfz=z
计算基本工时
公式中：
L=l+y+Δ；
根据《切削手册》表，可得l+Δ=12mm,
所以L=98mm
故mt=98/==50s
2、工序四粗车的计算
夹右端顶左边中心孔，车左端φ24mm，长度尺寸至20mm。
加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹右端顶左边中心孔；粗车左端面Ф24，保证总长度为；
机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择45°刀进行加工时。
切削用量的选择及有关计算
查《机械制造手册》表5-22：
1）确定背吃刀量ap：
选取背吃刀量ap=1mm；
2）确定进给量fz：
选取进给量fz=r；
3）确定切削速度vc：
选取切削速度vc=40m/min；
4）主轴转速的确定：
由公式n=1000v/nd得：
n=1000×40/×=N/min；
5）走刀次数的选定：
由i=1；选取次数为2；
6）计算基本工时
切削时间为：
夹右端顶左边中心孔，车左端φ22mm，长度尺寸至16mm。
加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹右端顶左边中心孔；粗车左端面Ф22，保证总长度为；
机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择45°刀进行加工时。
切削用量的选择及有关计算
查《机械制造手册》表5-22：
1）确定背吃刀量ap：
选取背吃刀量ap=1mm；
2）确定进给量fz：
选取进给量fz=r；
3）确定切削速度vc：
选取切削速度vc=40m/min；
4）主轴转速的确定：
由公式n=1000v/nd得：
n=1000×40/×=N/min；
5）走刀次数的选定：
由i=2；选取次数为1；
6）计算基本工时
切削时间为：
3、工序五半精车的计算
夹右端顶左边中心孔，车左端φ20mm，长度尺寸至16mm。
加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹右端顶左边中心孔；粗车左端面Ф22保证总长度度为；机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择45°刀进行加工时。
切削用量的选择及有关计算
查《机械制造手册》表5-22：
1）确定背吃刀量ap：
选取背吃刀量ap=；
2）确定进给量fz：
选取进给量fz=r；
3）确定切削速度vc：
选取切削速度vc=40m/min；
4）主轴转速的确定：
由公式n=1000v/πd得：
n=1000×40/×20=N/min；
5）走刀次数的选定：
由i=；选取次数为1；
6）计算基本工时
切削时间为：
车槽2mm×φ18mm倒角C2。
加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹右端顶左边中心孔；车槽2mm×φ18mm倒角C2
机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择切断刀进行加工时。
切削用量的选择及有关计算
查《机械制造手册》表5-22：
1）确定背吃刀量ap：
选取背吃刀量ap=1mm；
2）确定切削速度vc：
选取切削速度vc=20m/min；
3）主轴转速的确定：
由公式n=1000v/πd得：
n=1000×20/×2=N/min；
4）计算基本工时
切削时间为：
4、工序六粗车的计算
专用夹具夹左端顶右边中心孔，车右端φ30mm长度尺寸至80mm。
加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹左端顶右边中心孔；粗车右端面Ф30，保证总长度为80mm；
机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择45°刀进行加工时。
切削用量的选择及有关计算
查《机械制造手册》表5-22：
1）确定背吃刀量ap：
选取背吃刀量ap=1mm；
2）确定进给量fz：
选取进给量fz=r；
3）确定切削速度vc：
选取切削速度vc=40m/min；
4）主轴转速的确定：
由公式n=1000v/nd得：
n=1000×40/×80=N/min；
5）走刀次数的选定：
由i=1；选取次数为1
6）计算基本工时
切削时间为：
专用夹具夹左端顶右边中心孔，车右端φ长度尺寸至78mm。
加工条件的确定工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹左端顶右边中心孔；粗车右端面Ф，保证总长度为78mm；
机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择45°刀进行加工时。
切削用量的选择及有关计算
查《机械制造手册》表5-22：
1）确定背吃刀量ap：
选取背吃刀量ap=；
2）确定进给量fz：
选取进给量fz=r；
3）确定切削速度vc：
选取切削速度vc=40m/min；
4）主轴转速的确定：
由公式n=1000v/nd得：
n=1000×40/×78=N/min；
5）走刀次数的选定：
由i=；选取次数为2；
6）计算基本工时
切削时间为：
专用夹具夹左端顶右边中心孔，车右端φ长度尺寸至48mm。
加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹右端顶左边中心孔；粗车左端面Ф保证总长度为48mm；
机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择45°刀进行加工时。
切削用量的选择及有关计算
查《机械制造手册》表5-22：
1）确定背吃刀量ap：
选取背吃刀量ap=；
2）确定进给量fz：
选取进给量fz=r；
3）确定切削速度vc：
选取切削速度vc=40m/min；
4）主轴转速的确定：
由公式n=1000v/nd得：
n=1000×40/×48=N/min；
5）走刀次数的选定：
由i=；选取次数为1；
6）计算基本工时
切削时间为：
专用夹具夹左端顶右边中心孔，车右端φ15mm长度尺寸至23mm。
加工条件的确定
工件材料：
由给定材料为45钢；
加工要求：
专用夹具，夹端顶左边中心孔；粗车左端面Ф15，保证总长度为23mm；
机床：
由被加工件为铸件，考虑加工的经济性，可采用普通车床CA6140进行加工。
刀具：
综合考虑加工的可行性，选择4
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