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曲轴
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毕业设计 (论文 )开题报告 题目： 曲轴零件机械加工工艺 及其典型夹具设计 开题报告填写要求 文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。 从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。 500 字以上，参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少 3 篇），文 中引用参考文献处应标出文献序号， “参考文献 ”应按附件中参考文献 “注释格式 ”的要求书写。 、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例： “2008 年 11 月 26 日 ”。 面格式：题目：宋体，加粗， 二 号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。 毕业设计（论文）综述 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 一、综述 1、题目背景： 本设计是根据被加工曲轴的技术要求，进行机械工艺 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。 2、研究意义： 机械制造工艺与机床夹具设计是机械制造工艺与机床夹具教学的一个不可缺少的辅助环节。它是学生全面综合运用本课程及有关先修课程的理论联系实际的一次重要实践。它对于培养学生编制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工业的基础，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活动内容，加强工艺技术研究，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，完成夹具结构设计。 1 3、国内外的相关现状： 国内：在内燃机方面我国球铁曲轴的生产继 后，现已能稳定地生产 几种牌号，目前已能大批量生产 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。 2 目前车用发动机曲轴材质主要有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲 轴成本的 1/3 左右，且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。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。国内采用球墨铸铁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，而功率在 1603 国内大规模的主机厂普遍采用进口设备为主，组建具有示范作用的高水平曲轴加工线，满足自身部分配套需求，同时向专业厂家采购大部分配套所需曲轴。而绝大部分专业厂家为了减少投资以及生产 成本，普遍采用普通机床和少量专用组合机床组成生产线，生产效率和自动化程度都很低。 4 国外：国外的机加工工艺大致可归纳为如下几个特点。 （ 1）广泛采用数控技术和自动线，生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成， 具有很高的灵活性和适应性。 （ 2）曲轴的主要加工工序基准中心孔，一般采用质量定心加工方式。 （ 3）轴颈的粗加工一般采用数控铣削或车拉工艺。 （ 4）国外的曲轴磨床均采用 制技术，具有自动进给、自动修正砂轮、自动补偿和自动分度功能，使曲轴的磨削精度和效率显著提高。 （ 5）油孔的加工采用鼓轮钻床和自 动线，近几年随着枪钻技术的应用，油孔的加工大多已采用枪钻自动线钻孔 修缘 抛光。 （ 6）曲轴的抛光采用 制的砂带抛光机，所有轴颈一次抛光只需 20 多秒，粗糙度可达 下，大大减小了发动机的磨合期。 （ 7）动平衡一般采用 制的综合平衡机，测量、修正一次完成。 （ 8）检验一般在生产线上配备 合检测机，实现在线检测，对曲轴的几乎所有机加工项目均可一次完成检测、显示和打印。 （ 9）曲轴的清洗采用专用清洗机定点定位清洗，保证了曲轴清洁度的要求。 （ 10）广泛采用了轴颈过 渡圆角滚压技术。 5 4、国内外的发展趋势： 国内：在曲轴的复合加工技术方面，曲轴粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。由于国外此类设备价格昂贵，产品加工成本很高，国内一些机床生产厂家相继开发出数控曲轴车床、数控高速曲轴铣床、数控曲轴车拉机床等专用机床。 6 传统的曲轴主轴颈及连杆轴颈的多刀车削工艺、普通数控内铣铣削工艺将在一段时间逐步淘汰。高速高效的数控车 拉工艺、数控车 车拉工艺及数控高速外铣工艺已得到了相当程度的应用。而随着加工技术及设备的不断完善、 切削刀具性能的不断提高，适合于多品种、小批量的复合加工技术是今后曲轴加工的一个发展方向。 7 国外：国外通常有两种检测曲轴装载和轴承性能的方法。第一，静态确定方法，已在汽车行业中应用多年；第二，超静定方法，它是基于一个连续解决了水动力和结构有限元方程，该方法需要更精确的计算，同样，通过对曲轴应力和曲轴灵活性对发动机性能的影响的详细分析和设计计算，也会有更轻便的曲轴出现。 8 在内燃机方面， 由于数控技术的飞速发展，国外的机加工自动线将具有更高的适应性和灵活性，大批量生产的曲轴轴颈粗加工，国外采用车削、铣削 和车拉三种方式，其中数控内铣和车拉逐渐显示出其高效和经济性，是曲轴粗加工的发展趋势。曲轴的磨削广泛采用全数控、全封闭自动线上进行。 广泛采用圆角滚压工艺强化圆角，轴颈抛光广泛 用砂带抛光机。曲轴动平衡采用自动线，一般均为计算机控制，自动测量和修正 。 曲轴的检测将广泛采用在线自动检测和终检相结合的方式 ， 关键设备设有电子量仪，能连续监控加工精度，提高生产率，保证产品质量。 9 静态偏差的影响是主要检查曲轴轴承的动态行为。布克的迁移方法用于预测轴承的性能参数。以 选择引擎大端轴承为例，将目前的分析验证计算机程序，结果表明偏差会显著影响最小膜厚和轴颈中心轨迹。 【 10】 二、主要内容与方案 1、研究的主要内容： 曲轴机械加工工艺规程与夹具设计，掌握工业规程设计的基本要求，设计工艺规程内容及步骤，制作机械加工工序卡片。 掌握专用机床夹具设计的基本要求，设计曲轴零件加工 1 到 2 个主要工序的专用机床夹具，掌握夹具设计的程序与内容，绘制夹具总图和主要零件图，编写夹具设计使用说明书。 本设计的指导思想： （ 1）应保证零件的加工质量，结构性能可靠，使用安全，操作方便 。 （ 2）尽量提高生产率和降低消耗。 （ 3）具有良好的结构工艺性，便于制造，调整，维修，且便于切屑的清理，尽量减轻工人的劳动强度，工艺规程正确，完整，统一，清晰。 工艺规程中的计算单位应全部使用法定计量资料。 11 2、研究方案： （ 1）零件的作用 曲轴是空气压缩机的重要零件。它的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞上的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和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。 12 （ 2）工艺分析 曲轴一般是由自由端、功率输出端和若干个曲拐组成。单拐曲拐由主轴颈、连 杆轴颈组成。 曲轴的工艺特点是：结构复杂，加工的尺寸精度、形位精度和表面质量要求较高；刚性差，属于易弯曲变形的异性轴类零件。 （ 3）毛坯的制造 机器零件最常用的毛坯有铸件、锻件、焊接件和型材，毛坯选择的主要依据是零件材料、结构特点、性能要求、尺寸大小和生产类型。 选择毛坯应考虑的因素： 相同的材料采用不同的毛坯制造 方法，其力学性能有所不同。铸铁件的强度，按离心浇注、压力浇筑、金属性浇筑、砂型浇注依次递减；钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。 直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料，相差较大时宜采用锻件。形状复杂、力学性能要求不高的零件可采用铸钢件。形状复杂和薄壁的毛坯不宜采用金属型铸造。尺寸较大的毛坯，不宜采用模锻、压铸和精铸，多采用砂型铸造和自由锻造。外形复杂的小零件宜采用精密铸造方法。 生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法，生产纲领小时，宜采用设 备投资小的毛坯制造方法。 毛坯制造方法的选择应经过技术经济分析和论证。 13 （ 4）基面的选择 粗基准的选择： 粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工表面之间的位置要求及合理分配各加工面的余量。同时要为后续工序提供精基准。具体有以下原则：为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应选择非加工面为粗基准；为了保证各加工面都有足够的加工余量，应该选择毛坯余量最小的面作为粗基准；为了保证重要加工面的余量均匀，应该选择重要加工面为粗基准；粗基准应该避免重复使用，在同一尺寸 方向上，通常只允许使用一次；作粗基准的表面应平整光洁，以使工件定位稳定可靠，夹紧方便。14 曲轴也属于轴类零件，以外圆作为粗基准，可分别以主轴颈和连杆轴颈作为粗基准。 精基准的选择： 精基准选择时应能保证加工精度和装夹可靠方便，有以下原则：精基准重合原则； 基准同一原则；自为基准原则；互为基准原则；保证工件定位准确、加紧可靠、操作方便的原则。精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。 （ 5）制定工艺方案 方案一： 工序 1，锻造 工序 2，热处 理 工序 3，粗车两侧面，划左端顶尖孔线 工序 4，粗车主轴颈两端 工序 5，半精车主轴颈两端和 1:10 锥体 工序 6，粗车连杆轴颈 工序 7，精车主轴颈两端和锥体 工序 8，精车连杆轴颈 工序 9，精车两侧面 工序 10，攻 纹 工序 11，在主轴颈右端钻小孔 工序 12，在主轴颈右端洗键槽 工序 13，校直 工序 14，去毛刺吹净 工序 15，检验 工序 16，动平衡 工序 17，去除不平 衡量 工序 18，校直 工序 19，终检、入库 方案二： 工序 1，锻造 工序 2，清理 工序 3，热处理 工序 4，铣曲轴两端面并打中心孔 工序 5，粗车主轴颈右端 工序 6，粗车主轴颈左端 工序 7，车锥度 工序 8，半精车主轴颈左端 工序 9，半精车主轴颈左端 工序 10，洗键槽、退刀槽 工序 11，校直 工序 12，热处理，淬火 工序 13，去毛刺 工序 14，清洗吹净 工序 15，检 验 工序 16，修磨中心孔 工序 17，磨主轴颈右端 工序 18，磨主轴颈左端 工序 19，磨锥度 工序 20，粗车连杆轴颈 工序 21，半精车连杆轴颈 工序 22，磨连杆轴轴颈及左右端面并圆角 工序 23，钻孔 工序 24，在 车螺纹 工序 25，去毛刺 工序 26，清洗 工序 27，动平衡试验 工序 28，终检、入库 工艺路线的比较与分析： 方案二采用的是一步到位的加工方 法，虽然看着精细，但是却因为存在较大的加工误差而不能保证其加工精度，可能生产出大量废品，故这种方法并不可行。方案一的加工方法采用了逐步加工的方法，避免了不必要的误差，能最大限度的保证零件的工艺要求，并且充分考虑到了工人加工时的安全性，基准面的选择也在保证了加工精度的前提下尽量减少装夹次数，节省了装夹时间从而更适合加工，故选择方案一。 （ 6）夹具设计拟定 加工曲拐孔夹具设计，本夹具主要用来钻孔，曲轴右端处的孔较深选择钻头时要选择较为合理的，强度硬度还有长度都要考虑清楚，加工到本道工序前要完成曲拐的 粗、精车。因此本道工序加工时主要应该考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求。以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 【 15】 3、研究方法或措施 对所选定的方案进行设计。用二维及三维软件进行模拟。 三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 本课题的重点是：绘制零件图与装配图，曲轴加工方案的设定及其专用夹具的设计。 本课题的难点是：对曲轴加工和夹具设计的精度和可靠性具有较高要求。 前期已开展的工作：查阅有关曲轴加工及其夹具设计的资料与文献，并为进一步周密的设计做好充分 准备。 四、 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 第 1：查阅资料与文献，了解工作原理及特点，完成开题报告； 第 4 周：准备开题答辩 第 5：思考具体方案设计，绘制主要零件图； 第 10 周：准备中期答辩 第 11：绘制其他零件图，计算并编写设计说明书 第 18 周：准备毕业答辩 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 注： 1） 正文：宋体小四号字，行距 20 磅 ，单面打印；其他格式与毕业论文要求相同。 2） 开题报告由各系集中归档保存。 3）开题报告引用参考文献注释格式可参照附录 E“毕业设计（论文）参考文献样式”执行。 不进入 正 文 ，可以作为附件放在开题报告后面。 参考文献 1 吴拓机械制造工艺与机床夹具课程设计指导（第 2 版） M机械工业出版社 2 李海国国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势 J山东内燃机 3 姜洪宇，黄春元国内外曲轴加工技术的现状及发展
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