曲轴加工工艺及钻孔夹具设计【13张CAD图纸】

曲轴加工工艺及钻孔夹具设计

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加工工序卡11张.dwg

曲轴加工工艺及钻孔夹具设计开题报告.doc

曲轴加工工艺及钻孔夹具设计论文.doc

曲轴零件图.dwg

钻孔夹具装配图.dwg

摘 要

　　　本设计主要围绕发动机曲轴的工艺规程和专用夹具设计进行研究，其内容包括了解曲轴结构，确定曲轴的生产类型，相关的技术要求。在此基础上，进行基准的选择，制定了表面加工方法，划分加工阶段，根据生产类型确定工序的集中和分散，合理地安排工序，编排合适的工艺路线；进行详细的大量计算，包括：加工余量、工序尺寸和公差的确定、切削用量的计算及时间定额的计算。从而制定出一套合理的机械加工工艺卡片和机械加工工序卡片。

　　　总之，曲轴加工工艺的安排以及专用夹具的设计是一项非常复杂的高难度工作。它是一种需大批量生产的零件。且技术要求比较高，为了确保产品的质量和水平，设计工作按照科学的程序进行，分清主次，合理取舍。

关键词：夹具；曲轴；工艺

Abstract

　　　The design was studied that was focused on transmission with the shift fork of the protocols and proprietary drilling fixture design, whose contents were included that the use of blades, the blades type of production and the relevant technical requirements. On this basis, the rough was chosen, and the size of the rough was determined, and the mechanical allowances were determined. A rough map was drawn. After carefully detailed analysis of the parts map, the benchmark was chosen, the development of surface processing methods was determined, and the demarcation of the processing stages was divided. According to the production process the type of centralization and decentralization was determined, the process was reasonably arranged, and the order and orchestrates a suitable process line were set up. Then some detail was calculated, such as allowance, processes size and the determination of tolerance. The amount of calculation and the calculation of the fixed time was cut. Thus a set of reasonable card processing machinery and mechanical processes cards were drawn up.

　　　The second part of the design was the focus of this issue which was difficult, who was mainly centered on proprietary drilling fixture design, Z525-use vertical drilling, drilling screw hole design process by which a drilling fixture. Firstly fixture was designed to clear the major tasks identified by positioning components, guidance devices, clamping body fixture structure, access to the relevant national standards, painting fixture assembly.

　　　The study of the subject transmission blades was used in the transmission gearbox shift agencies. Through the design of the transmission plectrum shift gearbox bodies changed stalls, thus it changed the speed of automobile.

　　　This paper transmission plectrum design of technical rules, transmission truly achieved the change stalls and shift function, against drilling fixture design, realization of the drilling screw hole of this procedure.

　　　In short, the design of transmission plectrum was a complex task. It was the typical products in mass production. To ensure the quality of products and the level of design the work must be produced in accordance with the scientific procedure, prioritize, reasonable choice

　　　Keywords: Plectrum;machining; technical rules;manufacturing technology;fixture

目录

摘 要II

AbstractIII

目录IV

前言- 1 -

1.零件的工艺分析- 2 -

2．选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图- 3 -

3．选择加工方法，制定工艺路线- 4 -

3.1制定工艺路线- 4 -

4. 轴加工工序设计- 8 -

4.1.洗两端面- 8 -

4.2. 钻质量中心孔- 9 -

4.3.车削与主轴颈同轴的所有轴颈- 10 -

4.3.1.切削用量- 10 -

4.4. 车削全部连杆轴颈- 11 -

4.4.1.切削用量- 11 -

4.5.粗磨所有主轴颈、连杆颈、法兰与曲轴轴头- 12 -

4．6.精磨所有主轴颈、连杆颈、法兰与曲轴轴头- 14 -

5.孔加工工序设计- 16 -

5.1粗铣M6孔端面- 16 -

5.1.1切削用量- 16 -

5.1.2.基本时间- 17 -

5.2.精铣M6孔端面- 17 -

5.2.1切削用量- 17 -

5.2.2.基本时间- 18 -

5.3.钻2-M6底孔- 18 -

5.3.1.切削用量- 18 -

5.4确定攻2-M6螺纹的切削用量- 19 -

5.4.1.切削用量- 19 -

5.4．2.基本时间- 19 -

5.5加工φ12.7×4.4底孔- 20 -

5.5.1．钻孔- 20 -

5.6扩Φ12.7mm盲孔- 21 -

5.6.1．盲孔- 21 -

5.6.2.基本时间- 21 -

6.夹具设计- 23 -

总结- 24 -

参考文献- 26 -

致谢- 27 -

　　　本次设计题目为“发动机曲轴加工工艺及夹具设计”，它运用了机械加工设计的基础内容，囊括了几年来所学的理论知识，使我进一步加深了解机械加工的工艺方法，以及如何合理安排工艺流程，选用合理的夹具，初步做到了学以致用，并在设计中学到了更多的机械设计的优化方法，使我对机械设计以及加工工艺有了更深层次的理解和认识，培养了严谨的工作态度。

　　　曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、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。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造技术水平有了大幅提高，特别是近5年来发展更为迅猛。    目前车用发动机曲轴材质有球墨铸铁和钢两类。由于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。球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。统计资料表明，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%，英国为85%，日本为60%，此外，德国、比利时等国家也已经大批量采用。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，功率在160kW以上的发动机曲轴多采用锻钢曲轴。　　　Ф25mm的圆柱内表面，加工时要保证Ф25 + 00.023的0.023公差要求，以及表面粗糙度Ra1.6，表面要求较高。1.2.零件的工艺要求

　　　连杆的支撑底板底面，粗糙度要求Ra3.2,同时保证连杆的高度30mm。

　　　上端面40×30mm,粗糙度要求Ra3.2,同时保证与Ф25mm的圆柱轴线的距离90mm；下端侧面保证尺寸17mm，粗糙度要求Ra6.3；离Ф25mm的圆柱轴线45mm的侧面粗糙度要求Ra12.5。

　　　上端面2×M6，保证尺寸10mm、20mm,沉头锥角120°，粗糙度要求Ra6.3；M8的螺纹孔，锪Ф14×3mm的圆柱孔，粗糙度Ra3.2；钻下端Ф12.7 + 00.1的锥孔，保证公差要求，以及中心线与Ф25mm的圆柱轴线的距离60 mm粗糙度要求Ra6.3。 根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。

　　　依设计题目知：Ｑ＝5０００台／年，n=1件／台，结合生产实际，备产率α和废品率β分别取为１０％和１％。带入公式得该零件的生产纲领N＝＝5555件／年零件是机床的杠杆，质量为０.８５kg,查表２-１可知其属轻型零件，生产类型为大批生产。 2．选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

　　　该零件材料为QT450，考虑到零件的结构以及材料，选择毛坯为铸件，由于零件年产量为5555件，属于批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用砂型机器铸造。这从提高生产率，保证加工精度以及节省材料上考虑，是合理的。

　　　球墨铸铁，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。

　　　（１）铸件机械加工余量等级，该值由铸件的成型方法和材料确定，成型方法为砂型机器铸造，材料为球墨铸铁，确定加工余量等级为G。

　　　（２）铸件尺寸公差，毛坯铸件的基本尺寸处于１００～１６０之间，而铸件的尺寸公差等级为8～10，取为８级，根据表2.2-1取铸件的尺寸公差为１.８mm。

　　　查表得的毛坯的加工余量等级为G，以及铸件的尺寸，定铸件的机械加工余量为2.5mm。

　　　根据成型零件的基本尺寸，以及确定的机械加工余量和铸件的尺寸公差确定毛坯的尺寸为基本尺寸加上机械加工余量，即基本尺寸加上2.5mm。

　　　查表得毛坯的尺寸公差等级为８级，确定尺寸公差为１.８mm。3．选择加工方法，制定工艺路线

　　　本零件是带孔的杆状零件，孔是其设计基准，在铣削零件的三个平面以及钻孔的时侯，都应以孔为定位基准，避免基准不重合误差的产生，在铣削底面时应该以不需要加工的面为粗定位基准。

　　　零件的加工面有端面，内孔，螺纹孔，其中端面有一个大底面和二个小端面，内孔有φ25mm和φ12.7mm各一个孔，螺纹孔有M6和M8各一个。材料为灰铸铁。以公差等级和表面粗糙度要求，参考本指南有关资料，其加工方法选择如下。

（1）大底面据表面粗糙度3.2，考虑加工余量的安排，选用先粗铣后半精铣的方法加工。

（2）25mm的孔根据表面粗糙度，选公差等级为IT8，选用先钻后扩再粗铰再精铰的加工方法。

（3）端面一据表面粗糙度6.3，采用铣削的加工方法，铣一刀。 （4）12.7mm的孔根据表5-15选用钻削的加工方法。 （5）端面二根据表面粗糙度3.2，选用先粗铣后半精铣的加工方法。 （6）M6螺纹孔根据螺纹的加工方法，选用先钻后倒角再攻丝的加工方法。 （7）M8螺纹孔根据螺纹的加工方法，选用先钻后倒角再攻丝的加工方法。

3.1制定工艺路线

　　　拟订工艺路线是制订工艺规程中最为关键性的一步，它于定位基准面的选择有着密切的关系。工艺路线不但影响加工的质量和效率，而影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等问题。工艺路线的主要工作是：选择定位基准，选择各表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定工序的集中与分散程度等。

　　　⑴ 根据分析研究曲轴的零件图，其加工方法和方案，参考《机械制造工艺学》表1-13 、1-14、1-15有：

　　　① 工件端面加工方案有

　　　粗车——半精车——精车

　　　粗铣——精铣

　　　② 曲轴颈的加工方案

　　　粗车——半精车——粗磨——精磨——镜面磨

　　　粗车——半精车——粗磨——精磨——超精加工

　　　粗车——半精车——精车——精磨——研磨

　　　粗车——半精车——精车——精磨——抛光

　　　③ 锥面的加工方案

　　　粗车——半精车——磨削

　　　粗车——半精车——粗磨——精磨

　　　④ 孔的加工方案

　　　钻——扩——铰

　　　钻——粗拉——精拉

　　　钻——粗铰——精铰

　　　⑵ 加工阶段的划分

　　　由于曲轴的加工质量要求较高，把整个加工过程分为以下几个阶段：

　　　① 粗加工阶段

　　　在这一阶段中切除较大量的加工余量，获得高的生产率。

　　　② 半精加工阶段

　　　这一阶段为精加工作好准备，保证一定的精加工余量，并完成几个次要面的加工。

　　　③ 精加工阶段

　　　这一阶段保证各主要面达到图纸要求的质量。

　　　④ 光整加工阶段

　　　这一阶段抛光精度要求很高，表面粗糙度参数值要求很小的表面。

　　　⑶ 工序顺序的安排

　　　① 根据工厂生产经验和车间生产设备情况及遵循一般的加工原则：先粗后精、先主后次、先基面后其他面、先面后孔、在曲轴的加工过程中，在加工好一些工序后必须进行退刀槽、倒角等工序的加工，这些工序在实际中自行安排。

　　　② 热处理工序的安排

　　　曲轴是铸件也是加工要求较高的基准件，必须消除内应力防止加工过程中产生的变性影响加工精度，使零件报废增多，增大消耗，同时防止产生装配误差，所以必须在铸件取出后加工前进行回火处理，并检验。

　　　曲轴加工完后需进行氮化处理，氮化处理是在加热的情况下把活性氮原子渗入表面层，形成硬度很高的氮化物。

　　　因为氮化处理的温度很低（500～600℃）而且不需要经过淬火，所以氮化的热处理变形很小。与渗碳相比，氮化层形成较大的压应力，所以氮化后的抗疲劳强度极限可提高约15～35‰氮化层还具有抗腐蚀性，可以替代镀锌、发蓝及其他化学镀层。

　　　氮化层深度只有0.5mm左右，由于是精磨之后的氮化最后抛光使抛光所去的氮化层薄而均匀。

　　　③ 检验工序的安排

　　　由于曲轴的尺寸精度、位置精度要求很高，所以在每加工完一道工序之后都要设计一道检验工序，依保证各尺寸精度的要求、位置精度要求，最后必须安排一道最终检验，按零件图加工技术要求进行检验。

　　　⑷ 加工余量的确定及工序尺寸的确定　　　零件在机械加工工艺过程中，各个加工表面本身的尺寸及各个加工表面相互之间的距离尺寸和位置关系，在每一道工序中是不同的，它们随着工艺过程的进行而不断改变，一直到工艺过程结束，达到图纸上所规定的要求。在工艺过程中，某工序加工达到应达到的尺寸称为工序尺寸。工序尺寸的正确确定不仅和零件图上的设计尺寸有关系，还与各工序的工序余量有关系。

　　　① 加工余量的确定

　　　加工余量是指在加工过程中，从被加工表面上切除的金属层厚度。加工余量分工序余量和加工总余量（毛坯余量）二种。相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量。毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差就称为加工总余量即毛坯余量，其值等于各工序的工序余量总和。

　　　由于加工表面的形状不同，加工余量又可分为单边余量和双边余量两种。如平面的加工余量则是单边余量，即实际所切除的金属层厚度。对于外圆和孔等旋转表面而言，加工余量是从直径上考虑的，故称双边余量。实际切除的金属厚度是从直径上的加工余量的一半。

　　　因各工序尺寸都有公差，故实际切除的金属层厚度不等，就产生了工序余量的最大值和最小值。在工艺过程中，用极值法还是用调整法计算工序余量的最大值和最小值，它们的概念是不同的。极值法是按试切加工原理计算，调整法是按加工过程中误差复原的原理来计算。为了便于加工和计算，工序尺寸一般按“如体原则”（指向工件材料体内的方向）标注极限偏差。对于外表面的工序尺寸取上偏差为零，而对于内表面的工序尺寸取下偏差为零。

　　　极值法计算的工序最大余量偏大，工序余量偏小，使得工序余量波动较大，工序余量的偏差过大。所以在制订机械加工工艺规程中，单件或小批量生产时用极值法计算，大批量生产和生产稳定时用调整法计算，这样可节约材料、降低成本。  

　　　加工总余量的大小，对零件的加工质量和生产率以及经济性均有较大的影响。余量过大不但增加机械加工的劳动量，也增加材料、工具、电力等的消耗从而增加了成本，并使切削力增大而引起工件的变形较大。相反，余量过小不能保证零件的加工质量。确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下尽量减小加工余量。目前，工厂中确定加工余量的方法一般有两种，一种是靠经验缺定，但这种方法不够准确，为了保证不出废品，余量总是偏大，多用于单件小批生产。另一种方法是查阅有关加工余量的表格来确定，这种方法应用比较广泛。

　　　比较合理的方法是加工余量的分析计算法。这种方法是在了解和分析影响加工余量基本因素的基础上，加以综合计算来确定余量的大小。

　　　加工总余量的数值，一般与毛坯制造精度有关。同样的毛坯制造方法，总余量的大小又与生产类型有关，批量大的总余量可以小一些。由于粗加工的工序余量的变化范围很大，半精加工和精加工的加工余量较小，所以在一般情况下加工总余量的分配是足够的。

　　　② 工序尺寸的确定

　　　在零件的机械加工工艺过程中，各工序的工序尺寸及工序余量在不断地变化，其中一些工序尺寸在零件图上往往不标出或不存在，需要在制定工艺过程时予以确定。而这些不断变化的工序尺寸之间又存在着一定的联系，需要用工艺尺寸链原理去分析它们的内在联系，掌握它们的变化规律，正确地计算出各工序的工艺尺寸。    

　　　本设计的曲轴毛坯是球墨铸铁铸件，查阅《金属机械加工工艺人员手册》可知铸造件的毛坯厚度约2～5mm，表面层有缺陷，其特点是有较高的硬度，如果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具加速磨损，因此刀具切入金属的厚度应大于表面层的厚度，大批量生产类型用金属模铸造查得机械加工余量约为2.5mm。6.夹具设计

　　　工件以端面及φ25mm内孔及一支承定位，采用一面一孔一支承定位方案。其中端面限制3个自由度，以φ32mm内孔放置定位轴限制2个自由度，以φ10mm的支承限制1个自由度。

　　　根据零件的定位方案、加工方法、生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用螺旋压板夹紧机构，通过拧紧右侧夹紧螺母15使工件夹紧，有效提高了工作效率。手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。

　　　采用钻模板对刀。选用JB/T 8045.2-1999可换钻套，衬套与钻模板配合实现对刀，配合公差分别为H7/n6、H7/f6。钻模板使用两个支承钉定位保证其加工位置与孔轴线垂直。

　　　采用夹具体座耳结构与机床连接，用T形螺栓固定。

　　　由于是钻夹具，不需安装定位元件来确定夹具在工作台面上的位置，只需设计座耳与机床连接。

　　　安装工件时，先将工件定位孔装入定位轴，安装开口垫圈，用夹紧螺母拧紧，夹紧元件。定位时，将钻模板拨下，通过调整支承钉，调整加工位置，以保证钻孔时的位置精度，调整好后用锁紧螺母1固定。

　　　该夹具结构简单，操作方便，容易铸成，加工定位方便，利于钻孔加工。

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