某曲轴的工艺分析与夹具设计毕业论文

武夷学院毕业设计(论文) 某曲轴的工艺分析与夹具设计院 系 ：专业（班级）：姓名：学号:指导教师：职称：完成日期： 年 月 日武夷学院教务处制武夷学院毕业设计(论文) 第4页某曲轴的加工工艺分析及夹具设计摘要此次毕业设计任务是对GM05-110内五星液压马达曲轴零件的机械加工工艺分析并对工艺过程中钻中心孔夹具的设计，在曲轴零件的加工工艺过程中轴与轴中心线之间要有位置要求, 以毛坯轴两端定位先加工两中心孔，以两端中心孔定位再粗、精加工各轴的表面，然后以粗、精加工后的两轴径定位铣键槽、拉花键，二次打右端面定位孔，采用专用夹具加工槽，最后粗、精磨各轴。在夹具的设计过程中，主要采用质量定心，以V形块和支承板定位，靠直压板和弹簧来夹紧，与铣刀不能干涉，夹具设计要方便、简单。关键词：曲轴，加工工艺，夹具设计Processing technology analysis and fixture design of a crankshaftAbstractThe graduation design task is the machining process analysis of GM05-110 in five hydraulic motor crankshaft parts and the design of central hole drilling fixture in the process, between the axis machining process of crankshaft parts and the shaft center line to a position, a first shaft at both ends to rough machining center hole two, on the surface of the positioning hole then the rough machining and finishing at both ends of the central axis, and then the two rough and finish machining after diameter positioning keyway milling, Lahua key, two hit the right end face of the positioning hole, using special fixture for processing groove, finally the coarse and fine grinding of each axis. 在夹具的设计过程中，主要采用质量定心，以V形块和支承板定位，靠直压板和弹簧来夹紧，与铣刀不能干涉，夹具设计要方便、简单。In the fixture design process, the main use of quality centering, V block and the support plate positioning, press the straight plate and spring to clamp, and the milling cutter can not interfere with the fixture design to be convenient and simple. Key words: crank, processing craft, jig design目 录1 绪论11.1 课题背景11.2立题的目的11.3综述及设计内容、意义11.3.1 综述11.3.2设计内容22 零件分析52.1零件的作用52.2零件的工艺分析52.2.1以拐径为95mm为中心的加工表面52.2.2以轴心线两端轴为中心的加工表面52.3零件加工的主要问题和工艺过程设计分析63 工艺规程设计93.1确定毛坯的制造形式93.2基面的选择93.2.1 粗基准选择93.2.2 精基准的选择93.3制定工艺路线93.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定124 专用夹具设计544.打中心孔夹具设计544.1.1定位基准的选择544.1.2定位元件的设计544.1.3铣削力与夹紧力计算555 经济性与可行性分析58结论59致谢60参考文献61附录A62附录B74附录C76武夷学院学院毕业论文 第18页某曲轴的加工工艺分析及夹具设计1 概 述1.1 课题背景在许多机器中，曲轴类零件主要用来支承传动零件传递运动和扭矩，如何有效的保证曲轴类零件的加工精度和降低加工成本，如何灵活地运用合适的加工方法去解决实际生产中的基本工艺问题，是广大加工企业所一直面临的一个课题。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S1-206、S1-217或S1-130车主支承颈及连杆销颈,工序质量的稳定性较差,难以达到合理加工余量。外圆的磨销余量一般单边留0. 50. 8mm;止推面留单边余量0. 30. 4mm,为保证成品尺寸,采取多次磨削方式。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,废品率高。“八五”期间,部分企业曾先后引进了数控内铣床铣主支承颈和曲柄销颈,数控磨床磨削,数控砂带抛光机等设备,使曲轴的机加工水平提高,但整体工艺水平仍很低。曲轴的关键技术项目仍与国外相差12个数量级。1.2立题的目的曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，因此对曲轴材质的选择，毛坯的加工技术、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，因此要制定合理的加工工艺。首先要根据要求选择合适的毛坯，在加工过程中要选择合理的加工设备及刀具、通用夹具、量具及测量方法，在加工工艺中要进行加工工序设计，加工尺寸计算，零件加工要设计合理的专用夹具。伴随着曲轴加工工艺的发展，加工方法不断改进，加工方法越来越先进，所以设计合理的曲轴加工工艺和装夹的夹具，不但可以提高加工精度，还可以提高生产效率，从而降低生产的成本，以提高产品的竞争力。1.3综述及设计内容1.3.1 综述GM-05型内五星液压马达用途及使用范围：液压马达是液压系统的一种执行元件，它将液压泵提供的液体压力能转变为其输出轴的机械能（转矩和转速）。主要应用于注塑机械、船舶、起扬机、工程机械、建筑机械、煤矿机械、矿山机械、冶金机械、船舶机械、石油化工、港口机械等，具有体积小、重量轻、结构简单、工艺性好、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点。主要技术参数：1.3.2设计内容、意义曲轴是液压马达的主要零部件之一，用来将活塞的往复运动转变为旋转运动，并可与外部执行机构连接。曲轴的加工工艺复杂，特别是轴颈有很高的尺寸和形位公差要求，一般按6级精度制造，粗糙度不高于Ra0.8m。轴颈表面需要热处理以提高其耐磨性，常用的热处理形式为表面氮化处理和高频淬火，回火处理。本设计是液压马达GM05-110曲轴的工艺分析及定位孔打孔工装设计本曲轴的材料为20CrMnMo。对典型零件的工艺及夹具结构设计，在加深我们对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。使我们能够将大学四年所学知识融会贯通，也使我们在设计过程中不断学习一些新知识。同时，为我们即将步入工作岗位，作为机械设计制造技术人员从事机械设计制造工作打下一定基础。通过毕业设计环节，培养我们广泛查找资料、分析问题、解决问题的能力，使我们养成认真仔细，精益求精的科学工作习惯。选择曲轴的夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学的知识。本次所选设计内容主要包括：工艺路线方案的优选，定位孔打孔夹具的设计，各种图纸的绘制，设计说明书的编写等。机械加工工艺规程是规定产品或零件的机械加工工艺过程、操作方法及指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程编制的好坏将直接影响到该产品的质量。利用合理、方便的夹具可以保证加工质量，提高生产率。机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面以及加工表面相互之间的位置精度。提高生产率，降低成本，使用专用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工，扩大机床工艺范围,减轻工人劳动强度，保证生产安全。此次毕业设计有着其特殊的重要性，其一：是对本人大学四年来学习的一次综合检验，是一次大型的将自己所学与现实应用的一次结合，对以后的工作学习都有重要的指导意义。 在设计的过程中得到XX老师及其他带毕业设计的老师们的大力帮助和辅导，在此表示深深的敬意和衷心感谢，另外对关心帮助我们设计的同学和老师表示感谢。由于本人的设计水平有限，错误在所难免，敬请各位同学老师批评指正。2 零件分析2.1零件的作用题目所给定的零件是液压马达GM05-110上的曲轴，它位于马达球形座处。高压油通过配油盘带动柱塞在活塞内作往复运动，柱塞通过球形座将力传输到曲轴上，带动曲轴旋转运动，它在工作过程中将承受周期性的复杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，通过花键与其他执行部件连接，将所获得的旋转力矩传出，同时通过另一侧键槽带动活动配油盘工作。2.2零件的工艺分析由GM05-110液压马达的曲轴零件图可知，它的外表面上有多个表面需要进行加工，此外各表面上还需加工花键和键槽。因此可将其分为两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：2.2.1以两端45mm轴心线为中心的加工表面这一组加工表面包括： （1）45K6，45H6表面、端面的加工及其倒圆角加工表面的，位置要求是45H6外圆表面的同心度公差为0.02 mm。（2）45K6端面镗孔28H7，35，拉键槽6-7F7。加工表面的位置要求是28外圆表面的同心度公差为0.02 mm， 6-77F7花键槽对称度公差0.015mm。（3）45H6端面铣10mm宽键槽，要求与轴颈轴心线垂直。2.2.2以35mm轴心线为中心的加工表面这组加工表面有一定的位置要求，主要是：35mm轴心线与45mm轴心线的平行度公差，二应与键槽保持垂直关系。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证他们的位置精度要求。2.3零件加工的主要问题和工艺过程设计分析(1)曲轴在锻造造时， 45k6 、45k6 、35要在直径方向上留出工艺尺寸量，锻造尺寸分别为49mm、49 mm、39.5mm;(2) 45k6 、45k6两轴端花键、键槽在锻压时不压铸孔，后期加工成型；(3)为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、精加工分开的原则。（4）生产夹具应考虑通用性，降低成本。 3 工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式零件材料为铸钢，型号为20CrMnMo。GM05-110曲轴外形尺寸：55*125*55mm,考虑到其外形尺寸，零件比较简单，应采用锻造，有利于加工。3.2定位基准的选择基准是用来确定生产对象几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，不盲目的选择基面。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。3.2.1 粗基准选择在中小批生产的条件下，通常都是采取划线找正，比较费时、费力、人工成本高。GM05-110曲轴粗加工零件可采用质量定心夹具辅助找正，大大提高工作效率。该夹具初定为选择为待加工45H6 、45K6表面为轴向粗基准，17mm不加工表面为径向粗基准。3.2.2 精基准的选择加工曲轴的主轴颈以及与主轴颈同旋转轴心线的其它配合部分和曲柄外圆弧面、外端面时，同轴类零件外圆表面加工一样，采用辅助精基准顶针孔。用顶针孔作为精基准，符合基面同一的原则，从而可以保证一次安装中加工的各表面的同轴度或垂直度。对于主轴颈较大而偏心距又较小的曲轴，可以在曲轴两端面上分别各打出两个顶针孔A及B，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。3.3制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案（一）： （1）划线，以毛坯外形找正，划主要加工线，偏心距12mm及外形加工。 （2）划轴两端中心孔线，顾及各部加工余量。 （3）工件竖直在钻床工作台上，压轴45h6, 45k6两处，钻45K6端面中心孔。（4）夹45K6外表面顶45K6端面中心孔，粗车、精车45H6左端面，保证尺寸17mm并倒角，并打中心孔 。 （5）顶两中心孔，粗、精车45k6端面及轴颈，去长短保证总长尺寸120.3mm，车削长度38.8mm（6）掉头夹装，粗、精车45h6轴颈，车削长度19.5。（7）夹45H6 、45k6,铣45H6端面键槽,打中心孔B2/5。（8）偏心夹具夹装，顶两中心孔，车削35轴颈各尺寸。（9）夹45k6表面，顶左端中心孔，钻、粗镗28、 35孔，半精镗、精镗28H7孔（10）夹45k6表面，顶45h6端面，粗、精拉6-7F7键槽孔（11）专用装夹夹定铣槽（12）检查。（13）清洗（14）热处理（15）以28孔、中心孔定位，磨左端轴径45K6，磨左端轴径45H6。（16）以键槽及28孔、中心孔定位，磨轴径35K6，（17）清洗（18）校直（19）动平衡（20）检查工艺路线方案（二）： （1）以两45k6表面、及17mm表面定位、粗铣加工45k6、45h6轴端面，并打2-A4/8.5中心孔。 （2）以两孔定位定位，粗、精车45h6表面，车削长度19.5mm;粗、精车45k6表面,车削长度38.8mm（3）夹45H6表面，顶左端定位孔， 铣键槽10X28，并打中心孔B2-5。（4）以键槽及两中心孔定位，粗、精车轴颈35。（5）夹45k6表面，顶左端中心孔，钻、粗镗28、 35孔，粗绞、精绞28H7孔（6）夹45k6表面，顶45h6端面，粗、精拉6-7F7键槽孔（7）专用装夹夹定铣槽（8）检查。（9）清洗（10）热处理（11）以28孔、中心孔定位，磨左端轴径45K6，磨左端轴径45H6。（12）以键槽及28孔、中心孔定位，磨轴径35K6，（13）清洗（14）校直（15）动平衡（16）检查 通过两种工艺方案的比较可得出第一种方案中中心打孔分开，同轴度要求难以保证；另外加工工序长，经济效益差。而第二种方案则比较好些，1、依靠设备精度，初步保证产品的同轴性；2、用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，从而避免基准转换时产生的误差；3工艺路线短，效率高。3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“GM05-110液压马达”曲轴零件材料为碳质合金，硬度220250HB，毛坯重量约为1.5kg，生产类型批量生产，采用合模锻造毛坯。3.4.1 粗铣两45外圆端面，钻两个中心孔根据图纸要求，端面精度要求不高粗糙度为Ra12.5。只需要粗铣加工就可以了。粗铣：参照机械加工工艺手册表2.3-17，其余量及偏差规定为 2.0 （+1.4，-0.7）mm， 铸造毛坯的基本尺寸为： 120.3+2+2=124.3mm。3.4.2加工两端中心线上的外圆表面 由于这些表面的粗糙度要求较高，它们的表面粗糙度都是Ra0.8，根据工序要求，轴径45k6，45h6 ，加工分粗、精车，还有粗、精磨。粗车：参照机械加工工艺手册表2.3-17，其余量及偏差规定为 2.0 （+1.4，-0.7）mm，现取2.5mm。精车：参照机械加工工艺手册表2.3-39，其余量规定为 1.0mm粗磨：参照机械加工工艺手册表2.3-42，其余量规定为 ，现取。精磨：参照机械加工工艺手册表2.3-44，其余量规定为 现取。轴径45k6mm，45h6合模锻造毛坯的基本尺寸均为：45+2.5+1+0.45+0.01=48.96mm,毛坯的名义尺寸为：45+2.5+1+0.45+0.01=48.96mm,毛坯最小尺寸为：48.96-0.7=48.26mm毛坯最大尺寸为：48.96+1.4=50.36mm精车后尺寸为：45+0.45+0.01=45.46mm精磨后尺寸与零件图尺寸相同，即45K6，45h6，3.4.4 加工轴颈35轴颈表面的粗糙度要求较高，表面粗糙度都是Ra0.8，根据工序要求，轴径35加工分粗、精车，还有粗、精磨。粗车：参照机械加工工艺手册表2.3-17，其余量及偏差规定为 2.0 （+1.4，-0.7）mm，现取2.5mm。精车：参照机械加工工艺手册表2.3-39，其余量规定为 1.0mm粗磨：参照机械加工工艺手册表2.3-42，其余量规定为 ，现取。精磨：参照机械加工工艺手册表2.3-44，其余量规定为 现取。轴径35合模锻造毛坯的基本尺寸为：35+2.5+1+0.45+0.01=38.96mm,毛坯的名义尺寸为：35+2.5+1+0.45+0.01=38.96mm,毛坯最小尺寸为：38.96-0.7=38.26mm毛坯最大尺寸为：38.96+1.4=40.36mm精车后尺寸为：35+1.0+0.01=36.01mm精磨后尺寸与零件图尺寸相同，即35，3.4.5 铣45h6端面的上10X28的槽根据工艺要求，铣槽精度要求不高粗糙度为Ra12.5，只需要粗铣就可以了。毛坯为实心，不冲孔，已能满足加工要求。3.4.6车镗28，35孔毛坯为实心，不冲孔，已能满足加工要求。根据工艺要求，孔28表面粗糙度要求Ra1.6，与外径45轴心线位置度要求0.02，加工需钻、粗镗、粗绞、精绞；孔35表面粗糙度要求Ra12.5，只需粗镗即可。粗镗：参照机械加工工艺手册表2.3-48，其余量规定为 1.5-2mm现取2粗绞：参照机械加工工艺手册表2.3-48，其余量规定为 0.15-0.2，现取0.15。精绞：参照机械加工工艺手册表2.3-48，其余量规定为 0.08mm,钻孔基本尺寸为：28-2-0.15-0.08=25.77因此，取钻孔尺寸为26mm,深度mm3.4.7拉花键6-7F7，大径尺寸34 H11根据工艺要求，花键表面粗糙度要求不高，粗糙度为Ra12.5，位置上要求与45轴心线对称度要求为0.015mm，大径公差为H11，其加工工序为粗拉和精拉。精拉：参照机械加工工艺手册表2.3-67，其余量规定为 0.5-0.7mm,取值0.6mm。3.5设备及其工艺装备确定所用的设备有：卧式双面中心钻铣床、数控车床、立式铣床、特种多刀车床、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、R1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。4 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计加工曲轴打中心孔夹具一套。曲轴打中心孔夹具将用于卧式中心钻铣床，刀具为两把硬质合金端铣刀YG8，dw= 60齿数Z=8,对曲轴两个端面同时进行加工，后再加工定位孔。4.1曲轴打中心孔夹具设计本夹具主要用来铣液压马达曲轴端面及打中心孔。由加工本道工序的工序简图可知。铣端面时，左右端面有尺寸要求120.3 0/-0.1要求，以及端面均有表面粗糙度要求Rz12.5；打定位孔时要求定位孔同心度应达到0.02mm,作为后面加工之精基准。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度，同时应保证加工尺寸精度和表面质量。4.1.1定位基准的选择由零件图可知，曲轴三个轴颈中心线处于一个平面上，同时两个45轴心线同心，因此选择两个V型块作为定位基面限制了工件的四个自由度，而支承板作为定位基面，限制了工件的一个自由度。同时采用了辅助弹性支撑结构，保证轴颈35的后续加工中的对称性能。4.1.2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（1） 分析计算孔中心线与侧板中心线的重合度误差：jb=0db=0dw=04.1.3铣削力与夹紧力计算根据机械加工工艺手册可查得：根据机械加工工艺手册可查得：铣削力计算公式为圆周分力 查表可得：d0=60 Z=10 代入得 =查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力 铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。即： （） 计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力 即： 取k=2 夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构夹具装配图所示。5 经济性与可行性分析在设计过程中，对产品的设计、工艺、工艺装备、材料选用等进行经济分析和价值分析，用最低的成本实现产品的功能，以符合目标成本的要求。本设计采用大规模生产，对每一道工序加工过程简化，分多个工步进行，分工明确，对工人要求降低。一般机械厂均可制造，降低生产周期，提高生产效率，进而降低生产成本。本设计分析了两种工艺方案，通过比较可得出第二种方案比较好些，它在铣键槽、镗孔、拉花键、磨各个轴颈保证了各轴的精度要求。同时也保证了经济性与可行性。而且专用卡具设计多采用标准件，进一步降低成本。由于本设计是由理论到理论，缺少实践环节，因而在可行性方面可能会出现一些问题。从上分析，高效率、经济性好是完全有可能的。但是在实际操作方面，因各企业情况不同，可行性可能会有偏差。结 论 机械制造毕业设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及所有的专业课之后进行的。这是我们在毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总测验，也是一次理论联系实际的训练，它在我们将来的工作和生活中占有举足轻重的地位。在本次设计中，对零件的工艺分析是整个设计的前提，一个好的工艺规程还应考虑加工工艺装备等，如工序的合理性、工人的劳动强度等。设计夹具时综合分析夹具发展现状，即高精、高效、经济。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力。因此在设计过程中，尽自己能力仔细分析、计算各种参数，确保工艺设计的合理性、经济性等。为适应今后