摘 要
本文是通过利用回转体零件诸如曲轴零件的工艺规程及工装夹具设计为例子，完成回转体曲轴零件的数控加工工艺规程设计。
曲轴是柴油发动机的重要零件，它的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和柴油发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用，因此要求曲轴具有强度高、刚度大、耐磨性好，轴颈表面加工尺寸精确，且润滑可靠。
本设计是根据被加工曲轴的技术要求，进行数控加工工艺规程设计，然后运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计。主要工作有：绘制产品零件图和三维建模，了解零件的结构特点和技术要求；根据生产类型和所在企业的生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析；确定数控加工工艺过程；拟定零件的数控加工工艺，制定数控加工工艺过程卡，并利用MASTERCAM对工件进行数控编程及模拟，并对曲轴零件进行工装夹具设计并绘制夹具装配图和零件图。
关键词：回转体零件，曲轴，数控加工，夹具
Abstract
In this paper, through the use of rotary parts, such as process planning and fixture design crankshaft for example, NC machining process planning to complete the rotating crankshaft parts.
Crankshaft is a vital part of the diesel engine. Its role is turning the linear reciprocating motion of the piston into a rotary motion and making the gas pressure acting on the piston into a torque. In that way it can drive working machinery and various auxiliary systems of diesel engines to work. Crankshaft suffer constantly changing pressure, intreia force and their moment of force. Therefor, crankshaft is required to achieve the characteristics such as high strength, stiffness and wear resistance.Meanwhile, the machining size of the journal surface should be precise and lubrication reliable.
Based on the technical requirement of the machined crankshaft, this design includes proceeding mechanical process planning, protocoling fixture design planning and completing fixture design though the basic principles and methods of fixture design. Main tasks include the following. Firstly,draw the product detail drawing and realize the structure of parts and technical requirements. Secondly, carry on structural analysis and process analysis of the parts according to the production type and production conditions. Thirdly,confirm the rough types and the manufacturing methods. Fourthly, protocol the machining process of the parts and select each step of the processing equipment and process equipment and confirm the allowance and step size of each process and then calculate the cutting and fixed working hours of each process. Fifthly,fill in machining process card and so on. Then design the designated special fixtures and draw assembly figure and the figure of major parts.
Key Words: Roatary parts, Cam, CNC, Fixture
目 录
1绪论 1
1.1毕业设计的背景及目的 1
1.2曲轴制造技术现状与趋势 1
1.2.1概述 1
1.2.2曲轴制造技术现状 2
1.3本设计应解决的主要问题 4
1.4零件图 5
2零件分析 6
2.1零件的作用 6
2.2曲轴工艺分析 6
3零件的三维建模 7
3.1 proe三维软件介绍 6
3.2 曲轴零件的三维建模 6
4 工艺规程设计 7
4.1 确定毛坯的材料 7
4.2制定工艺路线 8
4.3零件的数控加工工艺分析 8
4.4数控加工工艺过程卡片 9
5 MASTERCAM数控加工与编程设计 7
5.1 MASTERCAM软件介绍 7
5.2 MASTERCAM数控车加工工艺过程设计 7
6 专用夹具设计 16
6.1 工序尺寸精度分析 16
6.2 定位方案确定 16
6.3 定位元件确定 16
6.4 定位误差分析计算 17
6.5 夹紧方案及元件确定 18
结 论 19
致 谢 20
参考文献 21
1绪论
1.1毕业设计的背景及目的
制造业生产的是具有直接使用价值的产品，而这些产品与社会的生产活动和人民活动息息相关。当今制造业不仅是科学发展和技术发明转换为现实规模生产力的关键环节，并已成为为人类提供生活所需物质财富和精神财富的重要基础。
机械制造工艺与机床极具设计是机械制造工艺与机床夹具教学的一个必不可少的辅助环节。他是学生全面综合运用本课程及有关选修课程的理论联系实际的一次重要实践。他对于培养学生编写机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，及以后到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。机械制造工艺是机械加工的基础，是机械产品的生产的基本技术，工艺工作是每一个机械企业基本的生活内容，加工工艺技术研究，提高工艺水平，搞好工艺管理是提高机械产品质量，降低消耗的根本措施。此次设计的目的在于：根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，制定夹具设计方案，完成夹具设计。
1.2曲轴制造技术现状与趋势
1.2.1概述
曲轴是内燃机中的重要零件之一，是承受冲击载荷传递动力的关键零件，在内燃机五大件（机体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴）中是最难以保证加工质量的零件。由于曲轴工况条件恶劣，因此对曲轴的材质、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。若其中任何一个环节没有保证质量，即可严重影响曲轴的寿命和整机的可靠性，因此包括中国在内的世界各国对曲轴的加工都十分重视，都在不断的改进曲轴加工工艺，最大可能的提高曲轴寿命。
曲轴质量（指轻重）约占内燃机质量的10%，成本约占整机的10%～12%，其材质大体分两类：一类是锻钢，一类是球墨铸铁。由于采用铸造方法可获得较为理想的结构形状，从而减轻质量，且机加工余量随铸造工艺水平的提高而减小，目前国外球铁铸造曲轴的单边加工余量可达2～3mm。另外球墨铸铁的切削性能良好，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。而且球铁中的内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有刚质曲轴敏感。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛的应用。统计资料表明，车用发动机曲轴采用球铁材质的比例为：美国85%，日本40%，俄罗斯、比利时、荷兰和德国也已大批量生产。国内采用球铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85%以上用球铁。
近年来随着行业的不断发展，通过引进技术消化吸收和自行开发总体水平有了较大的提高。但是我们也应该看到，我国内燃机曲轴生产技术距世界先进水平仍相差很远，甚至于还满足不了我国内燃机工业技术发展的要求。国内曲轴专业生产厂家虽然不是很多，但存在整体规模小、专业化程度低、企业设备陈旧、产品设计和工艺落后、性能寿命和可靠性差、品种杂乱和“三化”程度低等差距，它是影响整机适应国内及国际市场能力的重要因素。随着我国加入WTO，内燃机零部件行业将面临更加激烈的市场竞争，也将迎来新的发展与机遇。我们只有充分了解国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势，及时的改进和提高曲轴制造技术水平，生产出具有世界一流水平的内燃机曲轴，才能以实力参与市场竞争。
1.2.2 曲轴制造技术现状
（1）毛坯的铸造技术
国外砂处理系统和单元多为自动化微机管理，型砂中水分和有效粘土含量及煤粉含量实测控制仪等。铸件的清理使用吊链式抛丸室和铸件水平旋转鼠笼式抛丸机。
我国引进了混砂机和旧砂冷却装置，以及大容量的滚筒筛、斗式提升机、砂形水分检自动检测和控制，型砂运输系统多为自动化控制。铸件清理全部在专机自动线上进行，多数劳动由机械手和机器人操作。球铁曲轴的生产继QT600-2、 700-2之后，现已能稳定的生产QT800-2、QT900-2等几种牌号，目前已能大批量生产QT800-6球铁曲轴。但从整体水平来看，存在生产效率低，工艺装备落后，毛坯机械性能不稳定、精度低、废品率高等问题。
在熔炼方面，高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球铁的关键所在。经大量分析研究表明，国外球铁中硫、磷、镁及稀土元素含量明显低于国产件，且金相组织中的石墨圆整均匀。究其原因，主要是国内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。为获得高温低硫磷的铁水，可采用双联外加预脱硫的熔炼方法，既可以用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫（把硫降到0.01%以下），然后在感应电炉中升温并调整成分。炉前铁水成分的检测国内已普遍采用真空直读光谱仪来进行，真空直读光谱仪引进的多为日本、美国、英国等国的检测设备。
在造型方面，气流冲击造型工艺明显优于粘土砂造型工艺，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的特点，这对于多拐曲轴尤为重要。目前国内一些厂家已从瑞士、德国、意大利、西班牙等国公司引进。在国外，曲轴造型多采用壳形工艺，其中酚醛树脂砂热固化壳形工艺是比较成熟的一种。利用该工艺及其配套设备可制取高强度的铸型壳，从而确保铸件的高精度、较低的表面粗糙度和致密的金相组织。目前国内极少数厂家已引进整条生产线。
在砂处理和清理方面，型砂质量是确保铸形质量的重要条件，在高效混砂和旧砂冷却方面是我国的薄弱环节。因此国内部分厂家从德国、日本、瑞士、美国引进了混砂机和旧砂冷却装置，以及大容量的滚筒筛、斗式提升机、砂形水分检测控制仪等。铸件的清理使用吊链式抛丸室和铸件水平旋转鼠笼式抛丸机。
国外砂处理系统和单元多为自动化微机管理，型砂中水分和有效粘土含量及煤粉含量实行自动检测和控制，型砂运输系统多为自动化控制。铸件清理全部在专机自动线上进行，多数劳动由机械手和机器人操作。
（2）毛坯的锻造技术
目前，国内虽已有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充分发挥应有的作用。但从总体上来讲，需改造的和更新的陈旧普通锻造设备多、落后的工艺和设备占主导地位，先进的技术有所应用但还不普遍，检测手段以手工测量为主，锻件质量不稳定，加工余量偏大、材料利用率偏低、能耗高、噪声、振动和烟尘治理差，劳动强度大、生产效率低。
（3）机械加工技术
国内大部分专业厂家普遍采用普通机床和专用组合机床组成的流水线生产，生产效率、自动化程度较低。粗加工设备多采用S1-206A、S1-217或S1-130曲轴车床加工主轴颈及连杆颈，工序质量稳定性较差，且容易产生较大的内部应力，难以达到合理的加工余量。外圆的磨削余量一般单边留0.5-0.8mm；止推面单边余量一般留0.3-0.4mm，为保证成品尺寸，采用多次磨削方式。一般精加工采用MQ8260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，废品率较高。“八五”期间，部分企业曾先后引进数控内铣床铣曲轴主轴颈和连杆轴颈，数控磨床，数控砂带抛关机等先进设备，使曲轴机加工水平提高，但整体工艺水平仍很低。曲轴的关键技术项目与国外相差1-2个数量级。
（4）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。曲轴一般均采用正火处理，为表面处理做好组织准备。国内在正火工艺方面也进行了大量的探索和创新。例如国内有的厂家试验成功了用铸造余热进行正火热处理的工艺，具有明显的节能降耗效果，值得推广应用。
表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺，少数厂家还引进了圆角淬火技术和设备。“八五”期间我国引起了德国、美国、意大利等国家的曲轴淬火和气体氮化设备多套，近年来还引进了德国的曲轴软液软氮化和气体二段式氮化技术以及离子氮化工艺，是我国的曲轴表面强化处理水平达到或接近国际先进水平。
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。东风汽车公司工艺研究所的“曲轴圆角滚压强化与液压校直技术研究开发及应用”解决了国内企业化巨资引进国外技术的问题，该课题获得了国家机械工业局科技进步二等奖。
1.3本设计应解决的主要问题
（1）完成零件图的三维建模。
（2）对曲轴零件进行工艺分析。
（3）制定曲轴零件的数控加工工艺规程及工序。
（4）运用MASTERCAM设计曲轴零件的数控加工与编程。
（5）曲轴零件的工装夹具设计。
（6）设计说明书。
（7）审核。
1.5毛坯零件图
川公网安备: 51019002004831号