机械制造技术课程设计-单拐曲轴加工工艺及铣床夹具设计【全套图纸】.doc

课程设计说明书题目：曲轴零件的工艺规程及铣连杆上下端面的工装夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师：摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。曲轴加工工艺规程及其铣连杆上下端面的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。全套图纸，加153893706ABSTRCTThis design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.The reduction gear box body components technological process and its the processing 140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error目 录序言5一. 零件分析 61.1零件结构功用分析 61.2零件技术条件分析 61.3零件结构工艺性分析7二. 毛坯的选择72.1毛坯类型 72.2毛坯余量确定72.3毛坯零件合图草图 7三：机械加工工艺的确定73.1加工方法分析确定73.2加工顺序的安排83.3定位基准选择83.4加工阶段的划分说明83.5主要机加工工序简图83.6工序尺寸及其公差确定123.7设备及其工艺装备确定133.8切削用量及工时定额确定14三 夹具设计164.1工序尺寸精度分析164.2定位方案确定164.3定位元件确定174.4定位误差分析计算174.5夹紧方案及元件确定184.6定向键与对刀装置设计184.5夹具设计及操作简要说明21总 结23致 谢24参考文献 25序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。曲轴的加工工艺规程及其铣距中心80mm端面的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。1. 零件图工艺性分析1.1零件结构功用分析1. 曲轴的结构特点轴类零件的功用为支承传动零件、传递扭矩和承受载荷以及保证装在轴上的工件(刀具)具有一定的回转精度。 曲轴在轴类零件分类中属于异形轴，是发动机上的一个重要零件，承受由活塞通过连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构变为旋转运动，将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作时所承受的是很大的扭转力矩以及大小和方向都变化的弯曲力。本次设计给出的零件是苏南某柴油机厂生产的曲轴零件，如图21所示。其材料为球墨铸铁(QT602)，毛坯为铸坯。汽车、拖拉机用的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式模锻件或铸件，而重型和低速发动机的曲轴常用组合式的模锻件。整体式曲轴具有强度高、刚性好、结构紧凑等优点，但是组合式曲轴毛坯制造和机械加工比整体式的简单。 S19505006型曲轴有左、右二个主轴颈和一个连杆轴颈，其外形结构是曲轴类零件中比较简单的一种。它的工作过程是：在外力作用下使曲轴旋转，通过连杆轴颈上的连杆将运动传递到缸筒内的活塞，从而压缩缸内的高压油并将油点燃，燃烧的高压油将自身的内能转换为动能推动活塞运动，运动又传到连杆再通过连杆带动连杆轴颈，这样曲轴继续旋转，并输出转矩。 2.零件的技术要求 (1) 铸件应该经正火处理，硬度为240290HB，显微组织按部标JB1802，石墨数不低于5级，球化体大于75，允许有少于5的碳化铁+磷共晶，但磷共晶为05。 (2) 未注圆角半径为3mm。 (3) 加工面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理干净。 (4) 所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在磨光表面上不该有深痕和黑点。 (5) 锥形规涂色检查锥面密合面应不少于70。 (6) 清除油道及其他部分的金属屑、污染物及其他杂物，并清洗吸干。 (7) 中心孔必须保持完好。 (8) 精加工后，应经磁力探伤，并退磁。 (9) 允许在R96表面上钻孔调整不平衡力矩，孔径15mm，孔边应不小于10mm，深度不大于30mm，不平衡重心应在曲轴对称平面内允许偏差1。 (10) 70、65三处轴颈淬硬4048HRC，淬深1545mm。轴颈圆角处允许不淬火，但在距离轴颈端面10mm内均匀过渡。1.2零件技术条件分析 1）主轴颈、连杆轴颈本身精度：主轴颈110尺寸公差等级IT6，表面粗糙度Ra为1.25m，连杆轴颈110尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra为0.63m，轴颈长度公差等级为IT13，圆柱度误差0.015，连杆轴竟的圆柱度误差0.015。 2）位置精度，主轴颈与连杆轴颈的平行度0.02，主轴颈的同轴度误差为0.02。1.3零件结构工艺性分析 曲轴的结构与一般轴不同，它有主轴颈、连杆轴颈、主轴颈和连杆轴颈之间的连接板组成，其L/D=818/110=7.4412，钢性差，易变形，形状复杂，它的工作特点是在变动和冲击载荷下工作，对曲轴的基本要求是高强度、高韧性、高耐磨性和回转平稳性，因而安排曲轴加工过程应考虑到这些特点。2.毛坯选择2.1毛坯类型 曲轴工作时要承受很大的转矩及变形的弯曲硬力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损，要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性，所以要求用球墨铸铁QT600-2曲轴的毛坯：此零件属中批生产，固采用铸造毛坯。2.2毛坯余量确定由书机械加工工艺设计资料表1.2-10查得毛坯加工余量为5，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得为1.4.2.3毛坯零件合图草图 3机加工工艺路线确定3.1加工方法分析确定该零件是单拐曲轴。中批量生产。故选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便节省找正时间又能保证连杆轴颈的位置精度，连杆轴颈与主轴颈的中心距为120不能直接在轴端面上钻中心孔，加工连杆时，可利用以加工过的主轴颈定位，安装到专用的偏心卡盘分度夹具中使连杆轴颈的轴线与转动轴线重合。3.2加工顺序的安排此零件是单拐曲轴，刚性差、易变形，中批量生产。故选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便节省找正时间，又能保证连杆轴颈的位置精度。先以主轴颈为粗基准连杆轴颈作支撑铣两端面，粗打中心孔。该零件的刚性差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度，主轴颈与连杆轴颈的加工顺序：先粗加工主轴颈再半精加工主轴颈，然后粗加工连杆轴颈，再磨主轴颈，再磨连杆轴颈。 3.3定位基准选择先以主轴颈为基准铣曲轴两端面并打中心孔，再以两顶尖定位方式粗加工主轴颈，再半精加工主轴颈，再以偏心卡盘分度夹具夹住主轴颈加工连杆轴颈，再磨主轴颈，最后磨连杆轴颈。3.4加工阶段的划分说明加工阶段分为：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。3.5主要机加工工序简图1、铸 铸造、清理2、热处理 时效处理3、铣曲轴两端面并从两面钻中心孔4、粗车主轴颈右端5、粗车主轴颈左端6、半精车主轴颈右端7、半精车主轴颈左端8、粗车连杆轴颈9、粗铣连杆上、下及前、后端10、在第一侧板上钻油孔，在主轴颈左端钻油孔11、扩孔3212、在油孔中攻螺纹4-M24、M12，并倒角13、在主轴颈右端粗铣键槽14、磨连杆轴颈15、终检、入库3.6工序尺寸及其公差确定110工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸 铸1151.41151.4 粗车 112.4 2.6 0.140112.4 半精车 110.4 2 0.054110.4110工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸 铸1151.41151.4 粗车 110.4 4.6 0.087110.4105工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸 铸1101.41101.4 粗车 107.4 2.6 0.87107.4 半精车 105.4 2 0.35105.4140工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸 铸1451.41451.4 粗车 142.5 4.5 0.1140.594工艺路线工序余量工序尺寸 铸 89 粗车 2.691.6 半精车 293.6 103工艺路线工序余量工序尺寸 铸 98 粗车 2.6100.4 半精车 2102.4180工艺路线工序余量工序尺寸 粗铣 179.7 磨 0.31803.7设备及其工艺装备确定所用的设备有：卧式双面中心钻床、CA6140、特种多刀车床、立式铣床、摇臂钻床、攻螺纹机床、液压床、辊道、清洗机、检验台、外圆磨床、动平衡机。夹具有：顶尖、V形块、偏心卡盘分度夹具。钻直孔专用夹具、钻斜孔专用夹具。刀具有：90度车刀、R3圆弧车刀、铣刀、10、20钻头、砂轮、切断刀。量具有：千分尺、游标卡尺、专用卡规。38切削用量及工时定额确定（1） 铣曲轴两端面并从两面钻中心孔时：（T1=T辅 T2=T机 T3=T工 T4=T休）切削用量：ap=5 由表7.3-5得：f=0.5mm/r 由表7.3-11得 v=16m/min 则n=318x16/22=231.3=232r/mm工时定额：由表7.4-1得钻中心孔时机动时间为：lf=2/dxcotkr=2/22xcot120=18.7T2=lw+lf/fxn=26.66+18.7/0.5x232=0.4min由表3.3-1得：装夹工件时间为1.1min由表3.3-2得：松开卸下工件时间为0.76min，由表3.3-3得：操作机床时间为：0.02+0.04+0.03+0.09+0.08+0.02+0.01+0.02+0.03+0.06+0.04+0.04+0.03=0.51min由表3.3-4得：测量工件时间为：0.1+0.14=0.24minT1=0.76+1.1+0.51+0.24=2.61min由表3.3-33得布置工作地、休息和生理时间分别为：T3=53min、T4=15minT基=lz/nfap=26.66x5/232x0.5x5=0.3min则T总=T1+T2+T3+T4+T基=69.31min（2）粗车主轴颈右端时：切削用量：（车刀刀杆尺寸BXH取25X25）ap=2.6 ，由表5.3-1得f=1.3，由表5.3-20查得v=59m/min，则n=318v/d=318x59/112.4=166.9=167r/min工时定额：由表3.3-1得：装夹工件时间为1.1min由表3.3-2得：松开卸下工件时间为0.76min，由表3.3-3得：操作机床时间为：0.02+0.04+0.03+0.09+0.08+0.02+0.01+0.02+0.03+0.06+0.04+0.04+0.03=0.51min由表3.3-4得：测量工件时间为：0.1+0.14=0.24minT1=0.76+1.1+0.51+0.24=2.61min由表5.4-1得机动时间为：T2=0.07+0.06+0.04+0.03=0.2min由表3.3-33得布置工作地、休息和生理时间分别为：T3=53min、T4=15minT基=lz/nfap=412.8x5/167x1.3x2.6=3.7min则T总=T1+T2+T基+53+15=77.51（3）粗车主轴颈左端时：切削用量：ap=2.6 由表5.3-1得：f=1.3mm/r 由表5.3-20得：v=59m/min 则n=318v/d=318x59/112.4=166.9=167r/min工时定额：（同上）T1=2.61min T2=0.2min T3=53min T4=15minT基=91.6x5/167x1.3x2.6=0.81minT总=T1+T2+T3+T3+T基=74.62min(4)半精车主轴颈右端时：切削用量：（刀尖圆弧半径取0.5）ap=2 由表5.3-2得f=0.1mm/r 由表5.3-20得v=120m/min 则n=318v/d=318x120/110.4=346r/min工时定额：（同上）T1=2.61min T2=0.2min T3=56min T4=15min T基=lz/nfap=410.8x5/346x0.1x2=29.7minT总=T1+T2+T3+T4+T基=103.5min(5)半精车主轴颈左端时：切削用量：ap=2 由表5.3-2得f=0.1mm/r 由表5.3-20得v=120m/min 则n=318v/d=318x120/110.4=346r/min工时定额：（同上）T1=2.61min T2=0.2min T3=56min T4=15minT基=93.6x5/346x0.1x2=6.8minT总=80.61min(6)粗车连杆轴颈，切第一、二侧板切削用量：ap=4.6 由表5.3-1得f=1.2mm/r由表5.3-20得v=48m/min 则n=318v/d=318x48/110.4=139r/min工时定额：由表3.3-21得装夹工件时间为0.6min由表3.3-23得操作时间为0.02+0.02+0.05+0.05+0.01=0.15min由表3.3-24得测量工件时间为0.14minT1=0.6+0.4+0.15+0.14=1.29min T2=0.2min T3=56min T4=15minT基=lz/nfap=163.5x5/139x1.2x4.6=1.1minT总=73.6min(7)粗铣连杆上、下端及前、后端：切削用量：ap=4.5 由表6.3-2得f=0.25mm/r 由表6.3-21的硬质合金铣刀铣削灰铸铁时v=120m/min 则n=318v/d=318x120/270.5=142r/min工时定额：由表6.4-1得T2=lw+l1+l2/vf=313+10+10/0.25x142=9.4min由表3.3-7得操作时间为：0.83min由表3.3-8得测量工件时间为：0.14minT1=2.27min T3=51min T4=15minT基=lz/nfap=313x5/142x0.25x4.5=9.8minT总=87.5min(8)在第一侧板钻油孔，在主轴颈左淀钻油孔：切削用量：ap=230 由表7.3-1得f=0.5mm/r 由表7.3-11得v=16m/min则n=318v/d=318x16/20=254.4r/min工时定额：当钻20深230油孔时：T2=lw+lf+lt/fn=230+17+0/0.5x254.4=1.9min(lf=dm/2cotkr=20/2cot120=17) T基=230x20/254.4x0.5x230=0.16min当钻20 深160油孔时：由表7.4-1得T2=lw+lf+lt/fn=160+17+0/0.5x254.4=1.4min(lf=dm/2cotkr=20/2cot120=17) T基=160x20/254.4x0.5x0.6=0.16min当钻10 深200油孔时:T2=lw+lf+lt/fn=200+8.5+0/0.5X254.4=1.7min(lf=dm/2cotkr=10/2cot120=8.5) T基=200x10/254.4x0.5x200=0.08min由表3.3-9得装夹工件时间为0.17min由表3.3-10得松卸工件时间为0.15min由表3.3-11得操作时间为0.4min由表3.3-12得测量工件时间为0.04minT1=0.76min T3=47min T4=15minT总=68.07min(9)在主轴颈右端粗铣键槽：切削用量：ap=9.7 由表6.3-2得f=0.3mm/r 由表6.3-11得v=49m/min 则n=318v/d=318x49/105=149r/min工时定额：由表6.4-1得T2=(t+lw)/vf2+(lw-d0)/vf=(10+179.7)/49x9.7+(179.7-105)/(49x0.3)5.5min由表3.3-5得装夹工件时间为0.11min 由表3.3-6得松卸工件时间为0.1min由表3.3-7得操作时间为0.68 min 由表3.3-8得测量工件时间为0.18minT1=1.07min T3=51min T4=15minT基=lz/nfap=179.7x10/149x0.3x9.7=4.2minT总=76.8min（10）磨削连杆轴颈第一、二侧板并倒角切削用量：ap=0.4 由表10.2-2得f=0.4mm/r v=22m/min则n =318v/d=64r/min工时定额：由表3.3-13得装夹和松卸时间为0.09 min 0.08 min由表3.3-15得操作时间为0.39min 由表3.3-16得测量工件时间为0.08minT1=0.64min T3=60min T4=15min T基=164x0.4/64x0.5x0.4=5.2minT总=82.9min（11）扩孔32切削用量：ap=45 由表7.3-2得f=1mm/r 由表7.3-12得v=20.9m/min则n =318v/d=318X20.9/32=208r/min工时定额：由表7.4-1得T2=iw+lf+lt/fn=(45+10.2)/(1x208)=0.3min【lf=(dm-dw)/2cotkr=(32-20/2cot120=10.2)】由表3.3-9得装夹工件时间为0.17min 由表3.3-10的松卸工件时间为0.15min由表3.3-11得操作机床时间为0.42 min 由表3.3-12得测量工件时间为0.05minT1=0.79min T3=47min T4=15min T基=45x32/208x1x45=0.16minT总=63.25min四：夹具设计4.1.工序尺寸精度分析由工序图可知此工序的加工精度要求不高，具体加工要求如下：铣连杆上下面，无其它技术要求，该工序在端面铣床上加工，零件属中批量生产。4.2定位方案确定根据该工件的加工要求可知该工序必须限制工件四个自由度，即x移动、z移动、x转动、y转动，但为了方便的控制刀具的走刀位置，还应限制y移动、z转动两个自由度，因而工件的六个自由度都被限制，由分析可知要使定位基准与设计基准重合。选主轴颈中心线和侧板平面为定位基准。（见工序图）4.3:定位元件确定1、选择定位元件：由于本工序的定位面是主轴颈中心线和侧板平面，所以夹具上相应的定位元件选为两个V形块和一个平面。（注：定位基准选择及受力分析见工序图）2、确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差、定位元件尺寸：由图可知此工序的加工精度要求不高，所以两固定V形块的尺寸由机床夹具设计手册P284图2-1-26得：(如图)T=H+0.707D-0.5N=170+0.707X110-0.5X85=170+77.77-42.5=205.3mmV形块的宽度根据工件的实际情况可选为60mm。根据工件的实际情况，底版的长度选为454mm，宽度为188mm，高度为50mm。4.4:定位误差分析计算(1)分析计算孔的深度尺寸7的定位误差：用外圆表面定位，工件定位面是外圆表面，定位元件的定位工作面是V形块对称面，定位基准是外圆中心线，当工件外圆直径发生变化时其中心线在V形块对称面上上下移动。定位误差计算如下：jb=1/2T(d)=1/2x0.022=0.011db=0.707(Td)=0.707x0.022=0.016dw=db-jb=0.005（2） 分析计算孔中心线与侧板中心线的重合度误差：jb=0db=0dw=04.5夹紧方案及元件确定（1）计算切削力及所需加紧力：工件在加工时所受的力有加紧力J、切削力F和工件重力G，三者作用方向一至，由机床夹具设计手册表1-2-7得切削力的计算公式：Fx=667DsKp=667x22x700x650/726=1265.486N实际所需加紧力与计算加紧力之间的关系为：F=KFx(K由表1-2-2查得为1.15)=1.15Fx=1.15x1265.486=1455.309N（2）计算加紧机构并验算机构所能产生的加紧力：满足加紧力水平作用要求的加紧装置结构方案可用螺纹加紧机构，这种加紧方案装卸工件及清理切削方便，所以这种结构较好。加紧机构所能产生的加紧力F=Q（L1+L2）其中：加紧机构效率取0.9Q：螺栓的许用加紧力选定L1=L2根据机床夹具设计手册表3.3查得当螺纹公称直径M=20时，Q=13000F=2Q=2X13000X0.9=23400NFF 故加紧方案可行。（3）设计钻套，连接元件及夹具体，钻模板：由于此工件是中批量生产，固选用GB2264-80可换钻套，选用固定式钻模板。根据钻床T型槽的宽度，决定选用GB2206-80宽度B=14，公差带为h6的A型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。夹具选用灰铸铁的铸造夹具体，其基本厚度选为22mm，并在夹具体底部两端设计出供T型槽用螺栓紧固夹具用的U型槽耳座。4.6定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。根据GB220780定向键结构如图所示：图 3.3 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=25mm 定向键的结构尺寸如下表 3.1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D25-0.014-0.0454014615624+0.0237对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳内侧端面的粗铣加工，所以选用直角对刀块。直角对刀块的结构和尺寸如图所示：图 3.4 对刀块图塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 图 3.5 平塞尺图塞尺尺寸为