曲轴铣端面打中心孔专用夹具设计中期报告

1 第一章 工艺方案的拟定 件的工艺技术分析 曲轴零件图如图 1 图 1 曲轴零件图 1) 坯料经 压力铸造 后，应进行调质处理硬度达 50， 去除氧化皮。 2) 曲轴油封轴和连杆轴颈应经表面淬火，淬火层深为 度 杆轴颈和主轴颈圆角处的硬度应过渡到调质处理的硬度，淬火层应自表面开始到测到 50%马氏体止。淬火表面不应有铁素体，在 50%马氏体处铁素体含量不应超过磨片面积的 5%。 3) 曲轴加工表面应光洁，不得有裂缝、压痕、毛刺、凹痕以及非金属 杂物。磨光表面不得有刻痕和黑点。清除油道以及其它部分的金属屑、污染物以及其它杂物，并清洗吸干。 4) 曲轴应经动平衡试验，精加工后，应磁力探伤并退磁。 5) 未注尺寸公差按 注形位公差按 长短轴的同轴度为 长短轴的平行度为 光洁度：端面中心孔粗糙度为 锥面的圆度为 2 另：位置度一般公差为 本零件选用 压力铸造 件， 选曲轴材料为球墨铸铁（ 。 该材料强 度高，耐磨，并有一定得韧性 。 铸件：包括铸钢，铸铁，有色金属及合金的铸件等。在大批量生产中，采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，可以减少切削加工用量，提高材料利用率，降低机械加工成本。 本零件是大批量生产，零件的生产纲领为 15000 件 /年，他的主要工艺特征是广泛采用专用机床，专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产效率的可能，该曲轴零件在工艺设计上采用了组合机床流水线加工的方式。 1) 主轴颈的加工精度为 先粗加工作为定位面。 2) 为保证端面中心孔位置精度，采用安装在夹具上的可换钻套来保证精度。 3) 端面经铣削后与轴线的垂直度，本工序为粗加工工序，依靠夹具能水平定位工件来实现，并在以后精加工过程中加以修正。 4) 工序前后分配的注意事项：在大批大量生产过程中，粗精加工应分开进行，这样工件能得到较好的冷却，减少热应变及内应力变形的影响，有利于保证加工精度。同时可以避免粗加工产生振动等不利因素，也有利于精加工机床精度的保持。 曲轴和一般 轴类 零件的主要区别是：一般轴 类零 件的全部轴颈都位于同一条直线上，而曲轴的主轴颈 虽然也位于同一直线上，但其连杆轴颈不与主轴颈同轴，而是离开一定的 距离而彼此平衡。 为了保证各轴颈同轴度要求，在基准选择时采用基准统一的原则，即粗精加工个主轴颈的时候都采用顶尖孔作为定位基准。对于连杆轴颈的加工，为保证连杆轴颈线与主轴颈的轴线之间的平行，在基准选择的时候应采用定位基准与装配基准的重合的原则，即粗精加工连杆轴颈时都采用两个主轴颈作为定位基准。在加工连杆轴颈时选择主轴颈定位，加工主轴颈3 时选择顶尖孔定位。 拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，根据工序的集中和分散程度划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。 在批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床、组合机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，减少安装的次数来提高生产效率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降，根据以上原则，拟定的工艺路线如下： 10 铸造毛坯 15 调质处理 20 铣端面， 打中心孔 30 粗车长轴端外圆及侧面 40 粗车短轴端外圆及侧面 50 粗车扇形外圆及侧面 60 粗车锥面 1： 10 70 精车长轴端外圆及侧面 80 精车短轴端外圆及侧面 90 铣扇形侧面 100 铣连杆轴颈 110 检验 120 淬火 130 修整中心孔 140 粗磨主轴颈 150 铣键槽 160 磨锥面 1： 10 170 粗磨连杆轴颈 180 精磨主轴颈 190 精磨连杆轴颈 4 200 车退刀槽 210 车螺纹 20 抛光主轴颈及联杆轴颈 230 检验，探伤，退磁 目前，我国曲轴毛坯的加工余量都比较大，通常轴径单边余量为 5 7推面 57查机械加工工艺手册， 机械加工余量 标准 ，确定曲轴各处加工余量 。曲轴毛坯图见图 轴毛坯件图 表 坯零件圆柱面机械加工余量 基本尺寸（ 加工余量（ 附注 30 侧 70 侧 侧 65 侧 50 侧 表 坯零件各端面机械加工余量 基本尺寸 （ 加工余量（ 附注 313（两外端面） 侧 70左侧面） 侧 70右侧面） 侧 40（厚度为 29的扇形面内侧） 侧 5 98（厚度为 29的扇形面外侧） 侧 设计原则：由于此工件为大批大量生产，需满足以下几点要求： （ 1）安装方便，夹紧迅速可靠 （ 2）结构刚度好 （ 3）夹具设计误差小 ， 采用一体结构。 工件材料是球墨铸铁 （ 硬度 为 50。轴颈端面 中心孔国标为 颈两侧端面加工精度要求不高，粗糙度为 中心孔钻规格： d d1 h9 l 本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 50 2 由于钻套和零件毛坯距离较近，故选用锯片铣刀进行铣端面操作，选用锯片铣刀规格如下： 6 L(d(D(齿数 6 250 32 64 (a)主要切削用量的确定 查阅相关资料 4，得到硬质 合金端铣刀的铣削用量如表 表 质合金端铣刀的铣削用量 加工材料 工序名称 铣削深度 (铣削速度 (m/每齿走刀量 fZ(z) 铸铁 粗 2 5 50 80 1 80 130 选 =S 齿 =z，铣削深度为 5 查阅相关资料 4，得到高速钢钻头加工铸铁件的切削用量如表 表 速钢钻头加工铸铁件的切削用量 铸铁 加工直径（ 切削速度（ m/ 进给量（ mm/r） 22 50 5 12 选 =S 转 =削深度为 (b)确定工作行程 在本道工序加工过程中，采用组合机床进行加工，各动力头工作情况一样，故其 工作循环也一样： 工序图是根据选定的工艺方案来表示在一台机床上完成的工艺内容，是包括加工部位的尺寸精度，表面粗糙度及技术要求，加工定位标准，夹压部位以及被加工零件的材料的硬度和本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它不能用 用户提供的产品图纸做代替，必须是在原零件图的基础上突出加工内容， 加上必要的说明绘制成的，是组合机床设计的主要依据。 工序图包括的内容：在图上应标出零件的轮廓和尺寸 ； 加工用定位基准，夹压部位及夹压方向；本道工序加工部位的尺寸 、 精度 、 表面粗糙度 、 形状 及 位置尺寸精度 和 技术要求等。 综上所述，曲轴铣端面打中心孔的工序图如图 17 图 1曲轴铣端面打中心孔的工序图 第 二 章 专用夹具设计 定位支撑系统主要由定位支撑，辅助支撑和一些限位原件组成。定位支撑是指在加工过程中维持被加工零 件有一定位置的元件，辅助支撑是指仅用增加被加工零件在加工过程中稳定性的一种活动式支撑元件。 由于定位支撑元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸、 结构 、 精度和布置都直接影响被加工零件的精度。为了避免产生废品以及经常修理定位支撑元件的麻烦，设计时需 合理布置定位元件，力求使其组成较大的定位支撑平面。最好使 夹紧力的位置对准定位支撑元件，以提高刚性，减少定位支撑系统的变形，提高定位支撑系统的精度及其元件的耐磨性， 以保持夹具的定位精度， 可靠的排除定位支撑部位的切屑。 曲轴虽然属于异形轴，但是它的定位 与一般轴类零件基本相同，即：圆柱面定位。本道工序加工曲轴两个端面。根据零件的结构特点和加工部位确定其定位方案为：采用两个 制 4个自由度；为防止加工过程在工件的轴向移动 ， 用一个定位销在扇形处定位。工件沿轴向转动不影响加工的准确性，此处自由度可不限制。至此，工件的五个自由度全部被限制住了，可保证工件的准确性。 8 图 2 零件定位示意图 本工序选用的定位基准为两个 V 形块和支承板作定位，所以相应的夹具上的定位元件应主要是两个 此进行定位元件的设计主要是对 由机床夹具设计手册查的可知 ： 根据工件的直径 D=80形块的结构尺寸如下： 表 2形块的结构尺寸 H D d1 d2 h h1 l 2 604 22 12 25 15 25 125 20 图 2形块 9 由于本道工序是完成 曲轴 端面的铣加工，所以选用直角对刀块。根据 80直角对刀块的结构和尺寸如图所示： 图 2塞尺选用平塞尺，其结构如图所示： 标记 四周倒圆图 2塞尺尺寸为： 表 2尺尺寸 公称尺寸 H 允差 d C 3 0 在机械加工过程中，工件将受到切削力 、 离心力 、 惯性力等外力单独 或共同 作用。为保证在这些外力的作用下，工件能在夹具中保持由元件所确定的加工位置，而 不至于 发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定得夹具装置，将 工件 可靠的夹紧。夹紧装置的组成一般如下： 1) 动力装置 ： 力源装置是产生夹紧的装置。此处采用液压夹紧。 2) 中间 传 递力机构： 将力源传递给夹紧元件。 3) 夹紧元件和夹紧机构：夹紧元件时夹紧装置的最终执行元件，通过它和工件受压面得直接接触 而完成夹紧动作，对夹紧元件要求如下： i. 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支撑。 夹紧力的大小要适当，可靠，既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。 夹紧装置应操作方便，安全，省力。 常用元件的选择：螺母，螺钉，螺栓，压块，压板等。 组合机床夹具 常用夹紧机构为压板，压板分为平压板，钩型压板，浮动压板三大类。其中平压板在组合机床夹具中应用最广泛，平压板常用形式分为固定式压板，移动式压板，旋转式压板。根据零件的 结构尺寸 和本道工序的加工要求， 本次夹具的夹具夹紧元件为旋转式压板。 力部件的选择 动力部件作为夹紧机构的动力源，可分为手动夹紧和自动夹紧，组合机床常用自动夹紧。为提高生产自动化和生产率，本次夹具选液压夹紧。 液压夹紧机构具有操作简单，动作迅速，易于集中控制，程序控制和实现工序自动化；工作压力高，液压缸尺寸小；便于实现过载自动保护和远见标准化等一系列优点。此外，由于液压油具有不可压缩性，因此液压夹紧机构能维持的刚性比气动夹紧等所能维持的刚性高。由于液压传动易于实现复杂的自动工作循环，并且可以采用统一的液压 系统来控制夹紧机构，因此在组合机床自动线上采用液压夹紧机构，本工序选择法兰式夹紧液压缸。 型 确定夹紧力时应注意的几个问题 ： 1) 组合机床通常都是多面 多工序同时加工，粗加工时切削力很大，加工时振动也很大。 2) 由于工件材料硬度不均匀，加工余量不均匀和刀具磨钝等因素，往往使实际的切削11 力大大增加。 3) 组合机床夹具是保证加工精度的主要部件，因此要注意夹紧后产生的变形对加工精度的影响，尤其是在工作刚性差，精度要求高的情况下，更应注意。 4) 为保证夹紧可靠，应选择机床工作过程中最不利的工作状态来确定所需的夹紧力。 夹紧力的力学模型如下图所示： 套及夹具体设计 中心 孔的加工需钻、扩两次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔 8两个工步完成加工。即先用 7麻花钻钻孔，根据 84 的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为即 。再用