S1005021-37K发动机曲轴的加工工艺及夹具设计

摘 要发动机曲轴是发动机上的一个重要零件，在轴类零件分类中属于异形轴，它的功能是承受活塞和连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构转变为旋转运动，并将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作中受到气体力、往复惯性力以及它们产生的转矩和弯矩的作用，受力情况十分复杂。其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都有很大的影响。因此在曲轴的生产中，对曲轴的加工工艺和夹具设计进行探讨是非常有必要的。本论文以S1005021-37K发动机曲轴为研究对象，设计内容包括两个方面即曲轴的加工工艺设计及夹具设计。首先是对曲轴加工工艺的分析和设计。文章中采用先粗后精的方法，对发动机曲轴的加工工艺设的阐述，经过研究分析制定大概的加工工艺过程为：确定毛坯类型热处理批量毛坯检测铣两端面钻中心孔车长短头车连杆轴颈加工端面孔磨主轴颈、连杆轴颈清洗、检验、包装。在此基础上对零件加工要求进行分析，最终确定毛坯材料，选择定位基准，计算加工余量。综合上述分析，制定出曲轴的加工工艺路线。其次是曲轴的夹具设计。为了设计出高效合理的夹具，采用先分析后设计的方法，通过对曲轴切削力、夹紧力的计算和定位误差的分析，完成对该夹具的夹具体及夹具零件V型块、压板等零件的设计，最终画出夹具装配图及夹具零件图。本次设计中的夹具具有可调度高，加工范围大的特点，操作简单，使用方便，有效的减轻了工人的劳动强度，扩大了机床的使用范围。具有很强的实用性和一定的创新性。通过上述设计，最终绘制出毛坯图、夹具图、零件图，编制出工艺卡片。关键词：发动机；曲轴；加工工艺；夹具设计ABSTRACTEngine crankshaft is the important parts of the engine in axial parts classification belong to abnormity axis, its function is to inherit the piston and rod assembly came, and the force of piston reciprocating motion through the crank rod system into the rotary motion, and the engine the work done is delivered. The crankshaft work in physical strength, reciprocating inertia force by gas and they produce of torque and bending moment role, stress is very complex. Its accuracy requirement is loftily, its processing quality of internal combustion engine work performance, the amount of labor on the assembly has a great impact. So in the crankshaft production, the processing technology of crankshaft and fixture design is necessary to discuss. The design S1005021-37K engine crankshaft to the object, the design includes two aspects, namely, the crankshaft design and fixture design process.In this paper, after fine approach first rough on the engine crankshaft design elaboration process, developed through research and analysis about the machining process to: determine the volume of rough type heat treatment test milling rough surface at both ends of the center hole drilled Vehicle length car head-side connecting rod journal processing grinding spindle face neck, connecting rod journal cleaning, inspection, packaging. Based on this analysis of the part processing requirements, and ultimately determine the rough material, select locating datum, calculated allowance. Comprehensive above analysis, formulate the crankshaft processing technology route. On the other hand in order to design reasonable and efficient fixtures, using the first method of analysis, design, cutting force on the crankshaft, the clamping force calculation and analysis of positioning error to complete the specific folder of the fixture and the fixture part V-block, Plate and other parts of the design, final draw and fixture parts fixture assembly drawing plans. The design of fixture is high, large range of scheduling the characteristics of processing, simple operation, easy to employ, effectively reduce the labor intensity of the workers, the scope of application of the machine .Functional and creative.Through this design, the final draw rough maps, fixture plans, part plans, the preparation of a process card.Keywords: engine; crankshaft; processing technology; Fixture Design目 录第一章 绪论61.1 研究背景61.2 发展现状21.3 本次设计的主要内容2第二章S1005021-37K发动机曲轴零件图的分析32.1曲轴的结构特点32.2 零件的技术要求42.3 零件的设计要求5第三章工艺规程设计53.1 曲轴材料及毛坯的选择53.1.1确定毛坯种类53.1.2确定铸件余量及形状53.2 计算生产纲领，确定生产类型63.3 选择定位基准63.4 制定工艺路线73.5 定毛坯尺寸、机械加工余量设计毛坯图83.5.1 确定机械加工余量83.5.2 设计毛坯图83.5.3 画出曲轴毛坯图(见曲轴零件毛坯图)93.6 选择加工设备与工艺装备93.7 确定工序尺寸93.8 确定切屑用量及时间定额103.8.1 工序4（铣两端面）切屑用量及时间的确定103.8.2 工序5（钻中心孔）切屑用量及时间的确定113.8.3 工序6(车前端及主轴颈）切屑用量及时间的确定123.8.4 工序7(车前端）切屑用量及时间的确定133.8.5 工序8(铣平衡重）切屑用量及时间的确定133.8.6 工序9（钻端面孔）切屑用量及时间的确定133.8.7 工序14（磨轴颈、连杆轴颈）切屑用量及时间的确定14第四章夹具设计144.1 夹具设计的基本要求144.2 夹具设计的程序154.2.1 夹具设计规范化概述154.2.2 夹具设计的规范程序164.3 夹具的分类及其作用174.4 S1005021-37K发动机曲轴夹具设计的设计思路184.4.1 定位基准的选择184.4.2 计算切削力和夹紧力194.4.3 定位误差分析214.5 夹具结构设计214.6 夹具的使用方法23第五章 总结24参考文献25致谢26第一章 绪论1.1研究背景当今的汽车发动机制造技术正朝着高速、智能、复合、环保方面发展，其发展特点是竞争加剧，如何能不断提高生产效率、降低制造成本，以具有竞争力的价格向客户提供高质量的产品，及时满足用户日益增长的需求，成为各企业共同关注的焦点。曲轴作为发动机上的一个重要部件，其加工质量的好坏直接关系到整个发动机系统的使用性能。目前曲轴精加工采用国内数控磨床磨削情况已相当普遍，产品加工精度已有相当程度的提高。为满足曲轴日益提高的加工要求，对曲轴磨床提出了很高的要求。随着现代驱动和控制技术，测量控制，CBN（立方氮化硼）砂轮和先进的机床部件的应用，为曲轴磨床的高精度、高效磨削加工创造了条件1，国内发动机曲轴制造技术与国外先进技术的差距是显而易见的。其表现主要为:刀具行业生产缺乏标准化、通用化，因而不能满足曲轴制造行业对刀具的高效加工要求;设计开发能力低、技术落后产品质量不稳定；主机厂配套工作力度不够1。所以，对曲轴的加工工艺及夹具设计的研究对我国曲轴行业的发展有着重要的实际意义。1.2发展现状我国内燃机及其配附件企业近500家，近年来随着汽车行业的不断发展，通过引进技术消化吸收，自行开发总体水平有了较大的提高。国内很多骨干企业从发达国家引进了不少先进设备。但是由于整体规模小，专业化程度低等原因，我国的发动机曲轴制造行业面临着激烈的市场竞争。目前我国发动机曲轴生产线存在较多的是陈旧生产线。陈旧生产线主要由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度较低，粗加工是沿用20世纪70年代以前就盛行的车削方法，采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。采用的刀具材料是高速钢和普通硬质合金。一般精加工采用MQ8260等普通曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定，尺寸一致性差。老生产线一个主要的特点就是普通设备太多，按加工球墨铸铁曲轴来算，一条生产线35-40台设备，生产效率完全是靠多台设备分解工序和余量来提高的。而在国外，大都采用高科技的自动化生产设备，规模大、专业程度高、产品寿命可靠。因此我们只有借鉴国外的先进经验，立足本国现实，既要引进先进技术，还要进行消化吸收并实现创新，全面提高我国发动机曲轴制造技术水平1。1.3本次设计的主要内容本设计中，主要完成的内容包括两部分：曲轴工艺路线的制定以及曲轴夹具的设计。计中必须明确设计思路，通过对曲轴零件的技术要求机加工精度进行分析，从而确定毛坯类型，通过查资料，计算确定相关的定位基准、工序及公差，画出曲轴的零件图及毛坯图，明确曲轴的加工工艺过程，制定曲轴的加工工艺，制作加工工艺卡片并完成对曲轴夹具的设计。上述工作大概可以分为四个部分： 1曲轴的结构特点和技术要求；2.毛坯种类，铸件尺寸及其形状，设计曲轴的加工工艺规程；3.夹具设计，确定夹具的组织形式、具体结构，画出夹具装配图、夹具零件图、曲轴零件图及毛坯图，写夹具说明书； 4.编写工艺过程卡片，加工工序卡，撰写设计说明书。1第二章S1005021-37K发动机曲轴零件图的分析2.1曲轴的结构特点曲轴是发动机上的一个重要零件，在轴类零件中属于异性轴，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转变为旋转运动，将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作时受惯性力及惯性力矩的作用，做高速旋转，应具备足够的刚度及强度2。本次设计的零件是中国第一汽车厂生产的曲轴S1005021-37K零件，如图2.1所示。其材料为球墨铸铁(QT700-4)，尺寸为45615252，零件为铸件。汽车的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式锻模件，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曲轴简单。S1005021-37K型曲轴由一个前端轴颈、五个主轴颈、四个连杆轴颈，四个曲柄、四个平衡重以及一个后端构成。其工作过程为：在外力作用下曲轴旋转，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之点燃，高压油通过燃烧将自身内能转换为动能推动活塞运动，将运动传到连杆带动连杆轴颈，使曲轴继续旋转。图2.1 S1005021-37K曲轴示意图2.2 零件的技术要求 曲轴在运行时主要受到惯性力及惯性力矩作用。曲轴的结构一般是整体式。主要由主轴颈和连杆轴颈组成。曲轴的加工工艺非常复杂，特别是轴颈尺寸和形位公差要求严格。本次设计中对曲轴加工的技术要求内容是：1.铸件必须清砂，保持铸件须清砂，保持两斜面最高点连接光滑，检查错位不得超1mm;毛坯应无气孔、缩孔、裂纹、粘砂、夹渣、结疤、冷隔等影响曲轴强度的缺陷存在，并清除毛刺，飞边；2.按热处理要求正火，本体硬度为240300HBS；3.屈服强度不小于420MP，抗疲劳度不小于700Mpa，延伸率不小于4%，抗拉强度大于800MPa,延伸率2%；4.尺寸公差按六级精度制造，即尺寸公差等级IT6，表面粗糙度不高于Ra0.8m。轴颈公差等级为IT9IT10；5石化级别1-3级，石墨球径大小6-8级。珠光体含量大于75%，游离渗碳体小于2%，磷共晶小于1.5%，游离渗碳体和磷共晶体同时存在时则应小于3%；6.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈间的平行度：一般为100mm之内不大于 0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速为0.025mm，中大型低速曲轴为0.30.08mm ；7.曲轴硬度在241-311HBW范围内；8.各连杆轴颈的位置度不大于20。2.3 零件的设计要求曲轴的加工精度要求高，加工面数多，且种类繁多，需要车外圆面，车端面，车主轴颈、连杆轴颈，钻中心孔，钻斜油孔等，对未知、形状、尺寸精度都各有要求。处于大批量生产的考虑，应当设计生产流水线对曲轴进行加工，多采用组合机床及专用夹具，以实现大批量生产，从而节约生产成本，提高生产效率，减轻工人的劳动强度。 25第三章工艺规程设计3.1 曲轴材料及毛坯的选择3.1.1确定毛坯种类由于零件材料为QT700-4，故确定毛坯为铸件。零件质量14.855Kg，故毛坯质量约为25Kg。毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造根据机械制造工艺及设备设计指导手册表15-5，确定铸件公差等级采用CT9级。3.1.2确定铸件余量及形状根据机械制造工艺及设备设计指导手册表15-7，取加工余量为MA-G级。查机械制造工艺及设备设计指导手册表15-8确定各表面的铸件机械加工余量。对于金属模机械砂型铸造，根据机械制造工艺及设备设计指导手册表15-9规定，零件上的孔不用铸出。3.2 计算生产纲领，确定生产类型本次设计中的产品是一汽生产的S1005021-37K发动机的曲轴，该产品年产量Q=10000（台/年）n=1（件/台），该零件设备的百分率a为10%，废品率b为1%。该曲轴的生产纲领3： （3.1） ：零件的生产纲领（件/年）； ：产品的年生产量（台/年）； ：备件百分率，%； ：废品百分率，%。 计算曲轴的年产量为11100件，根据机械制造工艺及设备手册设计指导手册P321表15-2生产纲领与生产类型的关系，可确定其生产类型为大批量生产。 3.3 选择定位基准工件在机床上用夹具进行加紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上的这些表面成为定位基准。在进行定位基准的选择时工艺规程设计的重要工作之一，合理正确的选择定位基准有助于生产效率的提高。工件的定位基准包括粗基准和精基准。1.粗基准的选择由于曲轴毛坯是弯曲的，为保证中心孔在两端面集合中心上，粗基准应选靠近曲轴两端的轴颈（1、5主轴颈）；轴向定位基准选择选择中间主轴颈两边的曲柄。2.精基准的选择为保证各轴颈的同轴度要求，在基准选择时采用基准统一的原则，加工主颈及与其同轴心的轴颈外表面时，以止推面为精基准，轴向定位选取法兰上的定位孔。3.4 制定工艺路线以S1005021-37K的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证为出发点，考虑在対零件进行大批量生产中使用专用机床和专用夹具，集中工序的原则，减少安装次数来提高生产效率。在工艺路线的制定中还应当考虑经济精度以便降低生产成本。曲轴在加工过程中易发生塑性变形，为了保证曲轴的余量均匀，应当对曲轴进行校直。进行综合分析后制定加工工艺过程如下表2-1 表2-1曲轴的加工工序序号工序名称定位基准010 020 030040050060070 080090010011012013014015016017018019020按铸件要求检验热处理 批量毛坯检验铣两端面 钻端面螺纹孔和中心孔 车前端及主轴颈 车后端 车连杆轴颈铣削平衡重钻端面孔清洗轴颈淬火精车 止推面 粗磨主轴颈、连杆轴颈 精磨主轴颈、连杆轴颈动平衡去重 抛光主轴颈，连杆轴颈及油孔 清洗氮化按氮化工艺要求检验清洗，检验，包装以两主轴颈及短头扇形外侧定位以两主轴颈及短头扇形外侧定位以两端面孔定位以两端面孔定位以两端圆柱面定位以两端圆柱面定位以两端圆柱面定位顶尖孔，以两端圆柱面定位前后端面及止推面定位 以一、五主轴颈支承面定位 以两端圆柱面定位3.5 定毛坯尺寸、机械加工余量设计毛坯图3.5.1 确定机械加工余量钢制模锻件的机械加工余量按JB3835-85确定，由机械制造工艺设计简明手册表2.2-24得出数据。通过查表得：（1） 锻件质量 ：根据零件成品质量14.855Kg估算得16.68Kg。（2） 加工精度： 零件除两端孔外的各端面为磨削加工精度。锻件的形状复杂系数3 (3.2)M1为锻件质量，M2为锻件包容体的质量，假设锻件的最大直径为180mm,长460mm。 KgKg由械制造工艺简明手册P45 表2.2-10可查得形状复杂系数S2，属于一般级别。机械加工余量 根据锻件质量以及F2、S2查机械加工工艺手册第一卷表3.1-56查得直径方向为2.5-3.2mm，水平方向为3.0-4.5mm。以上查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度，的表面余量要适当增大。3.5.2 设计毛坯图（一）确定毛胚尺寸公差本零件的锻件质量16.68kg，形状复杂系数，含C为0.42%0.50%，机械制造工艺设计简明手册表2.2-11，锻件的材质系数M1，采取平直分模，锻件为精密精度等级，则毛坯的公差可从机械制造工艺设计简明手册表2.2-14，2.2-17查得。本零件毛坯的尺寸公差如表2-2。毛坯的同轴度误差允许值为1.2mm，残留飞边为1.2mm。同轴度0.5 。表3-2曲轴毛坯（锻件）尺寸公差(mm)零件尺寸单面加工余量锻件尺寸偏差1 +0.8 32 +1.0 2+0.6 2+0.6 4564460 -23.5.3 画出曲轴毛坯图(见曲轴零件毛坯图)3.6 选择加工设备与工艺装备考虑到曲轴的生产为大量生产，故选择高效机床。采用YG6硬质合金外圆车刀B01，R3车刀B04，B5中心钻B17 拨盘A01，顶尖。1.工序6、7、12、13为车削，采用CJK6140数控车床进行加工；2.工序14、15为磨削，用C6140数显曲轴磨床加工；3.工序5、9钻孔及4、8铣削用Z8210B/500机床进行加工；3.7 确定工序尺寸参照机械加工工艺手册表3.21-21、3.2-22，可以得到各个零件各圆柱表面加工余量，精度等级，工序尺寸以及表面粗糙度。如表3-3.表3-3各表面工序尺寸及公差 加工表面加工内容 加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度主轴颈及连杆轴颈铸件精磨粗磨半精车粗车20.20.61.12CT9IT6IT7IT10IT120.80.86.312.5圆柱面铸件精磨粗磨半精车20.20.60.8CT9IT6IT7IT10 0.80.86.38孔铰孔钻孔5IT8IT120.812.53.8 确定切屑用量及时间定额3.8.1工序4（铣两端面）切屑用量及时间的确定本工序选用MP-73铣-钻组合机床进行加工。已知材料为QT7000-4，曲轴为锻件，机床型号为Z8210B/500，工件用专用夹具装夹。1.选择刀具根据切削用量简明手册表1.2，选择圆柱铣刀，游标卡尺0-150/0.02样板C02。根据切削用量简明手册表3.1，铣削深度时，圆盘铣刀直径为80mm，为60mm。但已知铣削宽度为70mm，故应根据铣削宽度，选择。由于采用标准硬质合金圆盘铣刀，故齿数=12。计算2. 确定进给量参照金属机械加工人员手册表 14-69，铣刀为高速钢套式镶刃面铣刀，机床的功率为,系列刚度为中等，可查得。3确定铣削速度V查金属机械加工人员手册表14-70，由铣刀直径d=82mm,铣刀齿数z=12和查得 。4.确定铣端面的基本时间4 （3.3）3.8.2工序5（钻中心孔）切屑用量及时间的确定1.确定切屑深度；2.确定进给量查金属机械加工人员手册表14-49，选用的中心空钻，为带护锥60复合中心钻，由 可查得3.确定切削速度同进给量，可查得, 。4. 确定主轴转速n 按Z8210B/500机床的转速，取。5. 确定出钻中心孔的基本时间 3.8.3工序6(车前端及主轴颈）切屑用量及时间的确定该道工序采用CJK6140数控车床进行加工；1.选择刀具根据切削用量简明手册表1.2，可选择YG6牌号硬质合金外圆车刀B01，R8车刀B05，游标卡尺0-150/0.02，深度尺0-150/0.02，套规C05，R8规C04。计算切削用量确定切削深度 2.确定进给量 根据切削用量简明手册表1.6，在粗车铸铁、表面粗糙度Ra=12.6m时，取 3.确定切削速度 根据切削用量简明手册表1.275 （3.4） 式中=故 按CJK6140数控车床说明书，选择=500r/min，这时。最后决定的车削用量为，。基本工时3.8.4工序7(车前端）切屑用量及时间的确定本工序为精加工工序，选用CK6140数控车床和YT15硬质合金车刀，选用可转位车刀（GB2078-87,GB2080-87）,刀具副偏角，刀尖圆弧半径。精车轴项部分：n3.8.5工序8(铣平衡重）切屑用量及时间的确定本工序为粗加工工序。已知条件同工序1，选用Z8210B/500机床，选用刀盘型号为A03，内径。 各数据计算方法同2.7.1、2.7.2，步骤从略。3.8.6 工序9（钻端面孔）切屑用量及时间的确定1选择刀具选择高速钢麻花钻头，其直径，计算方法从略。3.8.7工序14（磨轴颈、连杆轴颈）切屑用量及时间的确定各个数据计算方法同上，步骤从略。第四章夹具设计夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。4.1夹具设计的基本要求1.精基准选择的原则:在选择基准时,主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。其选择原则应遵循基准重合原则， 基准统一原则，自为基准原则以及互为基准原则,对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时,需要两个表面互相作为基准,反复进行加工,以保证位置精度要求。 一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求： （1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。(2) 提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的夹具机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。（4）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。（5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析， 以提高夹具在生产中的经济效益6。4.2 夹具设计的程序4.2.1夹具设计规范化概述1夹具设计规范化的意义研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：（1）保证设计质量，提高设计效率 （2）有利于计算机辅助设计 有了规范化的设计程序，就可以利用计算机进行辅助设计，实现优化设计，减轻设计人员的负担。利用计算机进行辅助设计，除了进行精度设计之外， 还可以寻找最佳夹紧状态，利用有限元法对零件的强度、刚度进行设计计算，实现包括绘 图在内的设计过程的全部计算机控制。（3）有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法 近年来，关于夹具设计的理论研究和实践经验总结已日见完备，在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序， 使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平。4.2.2 夹具设计的规范程序工艺人员在编制零件的工艺规程时，便会提出相应的夹具设计任务书，经有关负责人批准后下达给夹具设计人员。夹具设计人员根据任务书提出的任务进行夹具结构设计6。现将夹 具结构设计的规范化程序具体分述如下。 1明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料（1）仔细研究零件工作图、毛坯图及其技术条件。（2）了解零件的生产纲领、投产批量以及生产组织等有关信息。（3）了解工件的工艺规程和本工序的具体技术要求，了解工件的定位、夹紧方案，了解本工序的加工余量和切削用量的选择。（4）了解所使用量具的精度等级、刀具和辅助工具等的型号、规格。（5）了解本企业制造和使用夹具的生产条件和技术现状。（6）了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等。（7）准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资料等。（8）收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，吸取其中先进而又能结合本企业实际情况的合理部分。2绘制夹具总图绘制夹具总图通常按以下步骤进行：（1）遵循国家制图标准，绘图比例应尽可能选取11，根据工件的大小时，也可用较大或较小的比例；通常选取操作位置为主视图，以便使所绘制的夹具总图具有良好的直观性；视图剖面应尽可能少，但必须能够清楚地表达夹具各部分的结构。（2）用双点划线绘出工件轮廓外形、定位基准和加工表面。将工件轮廓线视为“透明体”，并采用网纹线标记，表示出零件的加工余量。（3）根据工件定位基准的类型和主次，选择合适的定位元件，合理布置定位点，以满足定位设计的相容性。（4）根据定位对夹紧的要求，按照夹紧五原则选择最佳夹紧状态及技术经济合理的夹紧系统，画出夹紧工件的状态。对空行和较大的夹紧机构，还应用双点划线画出放松位置，以表 示出和其他部分的关系。（5）围绕工件的几个视图依次绘出对刀、导向元件以及定向键等。（6）最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。3夹具精度校核在夹具设计中，当基本的结构方案拟定之后，应该对夹具的方案进行精度分析和估算；在夹具总图设计完成后，还应该根据夹具有关元件的配合性质及技术要求，再进行一次复核。这是为了确保产品加工质量而必须进行的误差分析。4.确定夹具的结构方案在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：（1）根据工艺的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件。（2）确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构。（3）确定夹具的其它组成部分，如分度装置、对刀块或引导元件、微调机构等。（4）协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。在确定方案的过程中，会有各种方案供选择，但应从保证精度和降低成本的角度出发，选择一个与生产纲领相适应的最佳方案。4.3 夹具的分类及其作用夹具是一种装夹工件的工艺装备。机床夹具的种类繁多，按照使用特点可以分为通用夹具，专用夹具，组合夹具，可调夹具和拼装夹具。如果将夹具中作用相同的原件或机构 归纳在一起，一般夹具由定位元件、加紧装置、夹具体、对刀导向元件和其他装置或元件 构成。其中定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分。机床夹具的作用为：1.保证加工精度，稳定产品质量；2.扩大机床适用范围，充分发挥机床潜力；3.有效缩短装夹的时间，提高劳动生产率；4减轻工人的劳动强度7。4.4 S1005021-37K发动机曲轴夹具设计的设计思路曲轴属于异形轴，形状复杂，曲轴的主轴颈与连杆轴颈不在同一轴线上，因此对曲轴夹具的设计有一定的难度。经过分析，制定曲轴的夹具装置应该由三部分组成。第一部分：夹具定位支承系统。曲轴的定位与一般轴类零件基本相同，即：圆柱面定位。本道工序是加工曲轴处的两个端面。用两个V型块分别在第一主轴颈和第五主轴颈出定位，限制四个自由度，为了防止加工过程中工件发生轴向移动，用一个支撑钉在扇形面出定位，限制一个自由度。这样曲轴的五个自由度都被限制住了，因而可以保证工件加工的准确性。第二部分：加紧机构的设计。加紧机构和动力装置共同组成了加紧装置。在夹紧机构的设计中首先要选择加紧原件。在本次设计中，夹紧机构设计为旋转式压板。夹紧部件选用手动加紧。4.4.1 定位基准的选择本次毕业设计的曲轴是一个四缸发动机曲轴，有五个主轴颈，四个连杆轴颈，其中曲轴的四个连杆轴颈中心线对于主轴的中心线有平衡度的要求，因此确定主轴中心线为设计基准。为了减小定位误差，故以52的主轴颈为定位面，以第一、五主轴颈和止推面为定位基准来设计夹具。本夹具装置使用的夹紧机构是螺钉-压板型夹紧机构。使用该机构可以增大夹紧力作用，并可增大加紧行程。图4.1 S1005021-37K曲轴铣端面、平衡块工序图4.4.2 计算切削力和夹紧力1.计算切削力刀具： 型砂轮在一般外圆磨削情况下，磨削力可分为相互垂直的三个分力，即； ：切向磨削力：法向磨削力：轴向磨削力其中，切向磨削力是确定磨床电动机功率的主要参数，又称为主磨削力：法向力作用于砂轮的切入方向，压向工件，直接影响工件的精度和加工表面的质量；轴向磨削力作用于机床的进给系统，但与和相比较数值较小，一般不考虑。由机械加工工艺手册 表13.1-3查得/2.04。外圆磨床磨削力的实验公式7： （4.1）式中 ：切除单位体积的切屑所需压力（）； ：切削深度（）； ：工件速度（）； ：砂轮速度（）； ：轴向进给量（）； ：砂轮宽度（）；参照机械加工工艺手册表13.1-4，可查得=22，=0.6，；由机械加工工艺手册表13.4-5取；已知，工件磨削表面直径，由机械加工工艺手册表13.4-6可查得=24m/min；砂轮宽度=8mm， ，本工序取，由此算得：在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数 7 （4.2）式中 ：基本安全系数，1.5； ：加工性质系数，1.2； ：磨具钝化系数，1.2； ：断续切削系数，1.1；则 由于法向切削力有左右两夹具体承受，因此在计算所需夹紧力时只需考虑切向磨削力。2.计算夹紧力：夹紧工件所需的夹紧力如前所述，本工序只需计算防止工件转动所需的夹紧力W，根据工件力矩平衡条件可得： （4.3） 式中 N：V型块工作面对工件的反作用力，G：工件自重； D：工件定位基准直径； M：切削力矩； ，：夹紧面和夹具定位面上的摩擦系数。将N值带入上世的实际夹紧力为7 （4.4） 其中已知D=75.1mm，G=748.7N，=0.25，得：查机床夹具设计手册表1-2-13。得可用扳手的M20六角螺母许用夹紧力，本夹具可以安全工作6。4.4.3定位误差分析由于在夹具体的制造过程中存在误差，存在一定的定位误差，因而设计夹具装置时，就要进行定位误差分析。定位误差产生的主要原因是定位基准和工序基准不重合或定位基准位移。定位误公式表示为7。 (4.5） 本夹具的主要定位元件为V型块，轴向定位时定位基准右夹具体的左端面与止推面的接合面即为曲轴连杆轴颈工序基准，即不存在基准位移公差也不存在基准不重合误差，所以。求工序尺寸的定位误差，定位基准为主轴颈与V型块接触母线A和B，工序基准为主轴中心线，当主轴颈直径存在误差时，定位基准A或B沿V型块工作面的位移为7 （4.6）所以基准不重合误差为7 （4.7）基准位移误差为8 （4.8）则总的定位误差为8 （4.9）已知本工序中，故 4.5 夹具结构设计本夹具使用V型块定位，分度盘分度，如图所示 图4-2铣床曲轴连杆轴颈夹具装配示意图该夹具主要由左夹具体、右夹具体、左夹具V形块、右夹具V型块、压板和定位块等零件组成。夹具的底座和铣床的工作台相连接，用V形块进行定位。采用端面铣刀加工。4.6夹具的使用方法将夹具体固定在工作台上，然后把定位销（4个）打入夹具体，再把左右两V形块固定到各自的夹具体上。V形块的定位靠定位销来实现。V形块的下面和侧面分别垫一块儿底面垫板和侧面垫板，用来调整工件的中心线，最后装上压盖、定位块和活结螺栓等零件。加工时，将毛坯的第五主轴颈和第一主轴颈支在夹具的左右V形块上，用百