曲轴工艺及夹具设计 YC41108柴油机曲轴工艺及夹具设计（含CAD图纸和说明书、工艺工序卡片）
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曲轴工艺及夹具设计
YC41108柴油机曲轴工艺及夹具设计（含CAD图纸和说明书、工艺工序卡片）
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摘 要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。其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，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。曲轴有两个重要部位：轴径，拐径，（还有其他）。轴径被安装在缸体上，拐径与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋转是发动机的动力源。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。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、精后的两轴径定位，采用专用夹具加工直油孔和铣键槽最后粗、精磨各轴。在夹具的设计过程中，主要以V形块和支承板来定位，靠直压板和螺母来夹紧，钻直油孔时应采用长型快换钻套，铣键槽时采用立式铣床，曲轴小头处应安装一个对刀块，夹具设计要方便、简单。关键词：曲轴；加工工艺；专用夹具；中心孔；对刀块IIIAbstractEngine crankshaft is subject to impact load, transmission power of the important parts, the five pieces in the engine are the most difficult to ensure quality processing. Its material is from the carbon structure which made of steel or ductile iron, as a result of the poor working conditions, the crankshaft and the rough material processing technology, precision, surface roughness, heat treatment and surface hardening, dynamic balancing requirements are very stringent. If any of these are not a part of quality assurance that can be seriously affected the life of the crankshaft and machine reliability. There are two important parts of the crankshaft: shaft diameter, Po Drive, (and others). Shaft has been installed in the cylinder block, the Po Drive and connecting rod big hole, connecting rod and cylinder head piston connecting hole, is a typical slider-crank mechanism. Engine working process is that the Pistons after the blasting compressed gas mixture to promote the piston to do linear motion and force through the connecting rod to the crankshaft will be from the crankshaft to linear motion into rotary movement. The rotation of the crankshaft is the engine power source. The world automobile industry in developed countries are attach great importance to improve the processing crankshaft and crankshaft processing technology.In crankshaft machining process between the central axis, with the axis center line of the location of the requirements have to be rough-axis positioning processing at both ends of the two central hole to center hole location on both ends and then rough, finishing the surface ofthe shaft, and then to crude, refined of the two shaft after positioning, the use of dedicated processing fixture straight hole and the final rough keyway milling, grinding of the shaft. In the fixture design process, mainly V-shaped block and bearing plates to locate by direct plate and nut to clamp, drill hole should be directly used for drilling long set of fast, used vertical milling keyway milling, crankshaft head should be installed on a knife block, fixture design should be convenient and simple. Key words: crankshaft; processing technology; dedicated fixture; central hole; the knife block目 录摘 要IAbstractII1 绪 论12 零件分析22.1 零件的作用22.2 零件的技术要求分析22.3 零件的结构及其工艺性分析22.4 零件的加工面的分析33 机械加工工艺过程设计53.1 定义53.2 机械加工工艺过程的组成53.3 工艺规程的作用53.4 工艺规程的设计原则53.5 计算生产纲领，确定生产类型53.6 确定毛坯的制造形式63.7 基准的选择73.8 材料及热处理83.9 分析并制订工艺路线83.10 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定103.11 确定切削用量及基本工时134 夹具设计174.1 打直油孔夹具设计174.2 铣键槽夹具设计255 加工方案的技术经济分析305.1工艺方案比较305.2 技术经济指标315.3应用举例31结 论34致 谢35参考文献36附录371 绪 论曲轴的主要作用是将活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩，然后通过飞轮传递到汽车底盘的传递系统，此外，还用来驱动发动机的配气机构和水泵、发电机、空调机、风扇等辅助装置。所以说曲轴是机动车动力的核心来源。曲轴在工作中，要承受周期性变化的气体压力、往复的惯性力、离心力及扭矩和弯矩的共同作用，还要承受高温，因此曲轴要有足够的刚度、强度、各表面的润滑性要好、耐磨，各轴颈表面要达到必要的加工精度，达到较高的动平衡要求。曲轴一般是由前端轴、平衡重、连杆轴颈、主轴颈、曲柄和后端轴组成。曲轴按结构型式分为整体式和组合式两大类，整体式曲轴具有较高的强度和刚度、结构紧凑和重量轻；组合式曲轴的优点是加工方便，便于系列产品通用，缺点是强度和刚度差，装配复杂。本设计产品是型号为YC4108Q的柴油机曲轴，主要用于轻型汽车和农用车，它很好的沿用了YC6108Q的技术。它为整体式曲轴，有4个曲拐，主轴颈和连杆颈分布在同一平面内，4个连杆轴颈在主轴颈两侧呈两两分布，相互夹角180；主轴颈与连杆颈之间有4个斜油孔相通，以便对连杆轴颈润滑。YC4108Q采用了强度、冲击韧性和耐磨性都比较高的球墨铸铁QT900-3材料。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；刚性特差，属于易弯曲变形的异形轴类零件。制定工艺路线的出发点，应该是应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。选用适当的机床，既保证生产进度，又要考虑经济效果，以降低生产成本。此产品年生产纲领2500件/年。已经达到了大批生产的水平，从生产效率，生产成本，保证加工质量，降低劳动强度的角度考虑，为YC4108Q产品设计一套专用机床夹具是非常必要的，曲轴在加工过程中要需要车、铣、钻、磨等工艺装备，本设计中涉及到钻直油孔夹具和铣键槽夹具设计。本设计的主要工作是：对YC4108Q曲轴进行工艺分析、工艺规程的制订及夹具的设计，并进行工艺论证，对关键工序的加工余量、工序尺寸、工序公差、切削用量和工时定额进行计算。在夹具设计中，对夹具结构及定位方案进行论证分析，对定位误差、夹紧力进行详细的计算，最后是对夹具的评估。2 零件分析2.1 零件的作用题目所给定的零件是YC4108Q曲轴（见图2-1），曲轴零件是柴油机机体中一个重要的零件。在柴油机工作时，动力源是气缸内因受压而使温度剧增从而导致爆炸的雾化柴油与空气的混合气体，在这个过程中活塞受到强大的推力作用，被迅速的向外推出，在这个过程中气体对活塞做功，但这只是柴油机工作四个冲程中的一个，接下来的三个冲程排气冲程、吸气冲程和压缩冲程中外界对活塞并不做功，为了使活塞能自行的完成四个冲程，就需要一个装置将做功冲程的能量储存下来，以便在其他三个冲程中为活塞提供足够的能量，于是，飞轮便产生了。但是，活塞的运动形式是往复式的直线运动，而飞轮的运动形式是绕固定轴的转动，在它们之间就需要一个运动形式的转换元件，于是，曲轴就成为它们的媒介，同时曲轴还可以把这部分能量提供给柴油机发动机各辅助系统进行工作。为了给工作机械和柴油机各辅助系统提供足够的能量，需要一根曲轴与多个气缸相连接，这就需要曲轴有相应个数的曲柄。在多缸发动机中，为了满足点火顺序，及运行无死点等要求，就需要曲轴有相应的形状改变，例如，曲柄之间成120夹角和曲柄之间成180夹角等。2.2 零件的技术要求分析1加工表面的尺寸精度2主要加工表面的形状精度3主要加工表面之间的相互位置精度4各加工表面粗糙度以及表面质量方面的其它要求5热处理要求及其它技术要求（如动平衡等）6零件的视图、技术要求是否齐全主要技术要求和加工关键7零件图所规定的加工要求是否合理8零件的选材是否恰当，热处理是否合理另外，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，且润滑可靠。2.3 零件的结构及其工艺性分析曲轴是柴油机发动机中的一个重要的零件。曲柄和连杆，活塞等组成曲柄连杆机构。发动机工作时，活塞向下的推力经连杆传到曲轴，由曲轴将活塞的直线运动变为曲轴自身轴线的旋转运动，并向外输出功率，经传动系统驱动其它部件的运动。曲轴一般由曲轴前端，连杆轴颈，曲柄，主轴颈，曲轴后端组成。本次设计的曲轴（图2-1）为整体式曲轴，有4个曲拐，主轴颈和连杆颈分布在同一平面内，4个连杆轴颈在主轴颈两侧呈两两分布，相互夹角180；主轴颈与连杆颈之间有4个斜油孔相通，以便对连杆轴颈润滑。机构工艺性保证使用要求的前提下，能否以高生产率和低成本制造。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；刚性特差，属于易弯曲变形的异形轴类零件。制定工艺路线的出发点，应该是应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。选用适当的机床，既保证生产进度，又要考虑经济效果，以降低生产成本。2.4 零件的加工面的分析曲轴加工主要有五组加工面，他们相互有一定位置度的要求。现分述如下：1五个85轴颈要求：径向跳动公差0.060mm，圆度公差为0.010mm。2四个66连杆轴颈要求：与B面的平行度公差为0.020mm。3100大头要求：径向跳动公差0.040mm。445小头要求：径向跳动公差0.080mm。5曲柄要求：端面跳动公差0.030mm。图2-1 YC4108Q曲轴零件图433 机械加工工艺过程设计3.1 定义机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是直接生产过程，其原意是指采用金属切削刀具或磨具来加工工件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能，成为合格零件的生产过程。由于制造技术的不断发展，现在所说的加工方法除切削和磨削外，还包括其他加工方法，如电加工、超声波加工、电子束加工、激光束加工，以及化学加工等几乎所有的加工方法。它是在具体的生产条件下，把最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。工艺规程中包括各个工序的排列顺序、加工尺寸、公差及技术要求、工艺设备及工艺措施、切削用量及工时定额等内容。3.2 机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成，每道工序又包括若干工步，每个工步又包括几次走刀。1工序一个工人或一组工人在一个工作地点，连续完成一个或几个零件的工艺过程中的某一部分。2安装工件经一次装夹后完成的那一部分工序内容。3工位一次装夹后，工件在机床上所占的每个位置4工步工序中加工表面、切削工具、切削用量均保持不变的部分5走刀切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。3.3 工艺规程的作用1指导生产2组织生产和管理生产3新建、扩建和改建工厂和车间3.4 工艺规程的设计原则1技术上的新近性2经济上的合理性3良好的劳动条件3.5 计算生产纲领，确定生产类型企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划成为生产纲领。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。3.5.1 计算生产纲领该产品年产量为20000件/年，备品率为10，废品率为1N=Qn1+a%+b%=20000 1(1+10%+1%)=22200件/年式中 N零件的年生产纲领（件/年）； Q产品的年产量（台/年）； n每台产品中，该零件的数量（件/台）； a%备品率； b%废品率。3.5.2 确定生产类型不同的生产类型，其生产过程和生产组织、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺装备、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制定工艺路线时必须明确该产品的生产类型。 表31 各种生产类型的规范表已知零件为中型零件，根据上表可确定其生产类型为大量生产。本零件为重型零件的成批生产中的大量生产，适应相应的生产特点。3.6 确定毛坯的制造形式选择毛坯时，应考虑以下因素：1零件材料的工艺性（如可铸性和可塑性）以及零件对材料组织和性能的要求。例如铸铁和青铜不能锻造，只能选铸件。2零件的结构形状和外形尺寸。3生产纲领的大小。它在很大程度上决定了所采用毛坯制造的方法。4现场的条件。这里主要现场的毛坯制造的实际工艺水平、设备状况以及外协的可能性和经济性，但同时也要考虑生产发展而采用较先进的毛坯制造方法，如近净铸造方法等。零件材料为QT900-3。考虑到曲轴在工作时承受这不断变化的压力、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，且润滑可靠。因此应选铸造件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件的年产量为20000件，已达到大量生产的水平，而且零件轮廓较大，用球墨铸铁代替钢材来做曲轴，因为材料本来就便宜，再加上可以省曲锻打工序，故可以大幅的降低成本，故可采用铸造成型。这是从提高生产率、降低成本上考虑的，也是应该的。3.7 基准的选择基准选择是工艺规程中的重要工作之一。基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.7.1 粗基准的选择1保证相互位置要求的原则选择与加工表面有相互位置要求的不加工表面为粗基准。有加工表面和不加工表面时，选取不加工表面做基准。2保证加工表面加工余量合理分配的原则选择要求加工余量均匀的重要表面为粗基准。都是加工表面时，选加工余量最小的面为基准3便于工件装夹的原则应选取大的平整光华的面为基准。粗基准的表面应尽可能平整、光洁，有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇口、冒口或其他严重缺陷。以使定位准确，装夹牢固可靠。4粗基准只能使用一次。3.7.2 精基准的选择1基准重合原则尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。2基准统一原则应尽可能在多个工序中采用同一组精基准定位。精基准要尽早加工出来，并达到一定的精度。可使工件在一次定位中能加工尽量多的表面，减少工件搬动和翻转的次数，有利于提高各加工表面的位置精度，简化夹具设计，提高生产率。3互为基准原则为了使加工表面间有较高的相互位置度，并使加工余量均匀，采用互为基准原则，反复加工的方法。4自为基准原则旨在减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工本身为基准进行加工，称为自为基准原则。5便于装夹原则所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠，夹紧机构简单,操作方便,这称为便于装夹原则。根据上述粗基准选择原则可选择两中心孔的连线作为粗基准，因为这样可使重要的加工面，例如曲轴各轴颈和连杆轴颈达到较高的精度。3.8 材料及热处理曲轴材料选用QT900-3有很高的硬度、强度和耐磨性，可以替代原来昂贵的合金钢材料，保证在工作时不变形。铸铁要经过时效处理，以消除应力，并做喷丸处理，在完全加工完后还要蘸防锈油，以防止表面生锈。3.9 分析并制订工艺路线3.9.1 加工阶段的划分1荒加工阶段：安排在粗加工之前，若毛坯的余量特别大，表面及其粗糙时，为粗加工做准备。2粗加工阶段：去除各加工表面的大部分余量，使毛坯在形状上尽快接近成品，给后面的工序留下适当的加工余量。3半精加工阶段：为精加工作准备，留有一定的加工余量，加工精度为IT8IT9，表面粗糙度为Ra6.3。4精加工阶段：使零件的形状尺寸达到图纸要求，满足各公差、配合、表面粗糙度等要求。5各加工面孔：在工序完成后达到图样技术要求，精度为IT7，表面粗糙度为Ra1.60.8。加工工艺路线划分的原则：先粗后精，先面后孔，基准先行，先主后次，往往是反复加工互为基准而达到逐渐精确。曲轴加工分为：粗、半精、精三个阶段。3.9.2 工序的集中与分散3.9.2.1 工序集中： 零件的加工集中在少数工序内完成，每一工序的加工内容较多,因而使总的工序数目减少，使夹具的数目和工件的安装次数也减少。特点：1可减少工件装夹次数，减少装夹及搬运时间。一次装夹，可加工较多的平面，缩短辅助时间，易于保证加工表面的位置精度。2可减少工序数量、设备数量、操作人员与生产场地便于生产计划和调度工作有利于采用高效专用设备（如多工位组合机床等），提高生产率。3有利于采用高效专用设备及自动化程度高的机床（如多工位组合机床、加工中心等），以提高生产率。4使用的设备及投资大，转换产品较困难，要求工人的技术水平较高。3.9.2.2. 工序分散工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中完成，每一工序的加工内容少。特点：1工件工序多，内容简单，往往一个工序只有一些简单的工作内容，可以采用最合理的切削用量，减少机动时间，对操作工人技术水平要求不高。2设备与工艺简单，调整方便，工人易于掌握，容易适应产品的变化。3设备数目多，生产场地大，操作工人多，管理工作量较大。3.9.3 制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及其位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大量生产的条件下，可以考虑采用专用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，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：表3-2 工艺路线方案表工序号工序名称设备名称设备型号1毛坯下料2正火处理，消除内应力3粗铣、半精铣两端面以及打中心孔铣端面，打中心孔专用机床CE61634粗车、半精车大小端外圆普通车床CW6136A5粗车、半精车第三主轴颈曲轴车床S12176粗磨第三主轴颈及其大盘侧面外圆磨床GZ0737粗车、半精车1、2、4、5主轴颈曲轴车床S1130B8粗车，半精车连杆颈曲轴车床S1130B9粗磨1、2、4、5主轴颈及其大盘侧面外圆磨床GZ07310粗磨连杆颈及其大盘侧面外圆磨床GZ07311中间检查主轴颈、连杆颈尺寸12对主轴进行磁力探伤探伤机CLN-4000A13修研中心孔14精车大端面及外圆普通车床CW6136A15精磨小头外圆磨床MB163216精磨大头外圆磨床MB163217精磨连杆轴颈及大盘侧面外圆磨床GZ07318精磨主轴颈及其大盘侧面外圆磨床GZ07319中间检查20铣定位面普通铣床MB163221铣键槽立式升降台铣床X5030A22钻直油孔摇臂钻床Z304023钻斜油孔摇臂钻床Z304024动平衡试验动平衡机YQW16025对曲轴外表面抛光自动沙袋抛光机MBA1632/126清洗27终检28防锈29包装3.10 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定进行机械加工余量的分析计算，是为了确定最有利的加工余量，以节省材料。利用分析计算法，必须要有可靠的实验数据，否则难以进行。影响机械加工余量的因素：前工序（或毛坯）加工后其表面粗糙度及表面缺陷。前工序（或毛坯）的尺寸公差。前工序（或毛坯）各表面相互位置的空间偏差，如弯曲度、垂直度和同轴度误差等等。本工序装夹误差。确定毛坯的形状和尺寸尽量与零件接近毛坯加工余量毛坯制造尺寸与零件相应尺寸的差值加工总余量毛坯公差毛坯制造尺寸的公差YC4108Q曲轴零件材料为QT900-3，硬度为HBS270321，同一根曲轴硬度差小于30HBS，生产类型为大批生产，采用铸造毛坯，铸造好后要安排人工时效，以消除残余应力。3.10.1 铸件尺寸公差铸件尺寸公差分为16级，由于是大量生产，毛坯制造方法采用人工砂箱造型，根据机械加工工艺手册选取铸件尺寸公差等级为CT11，根据表3.1-21，选取错箱值为6mm。3.10.2 铸件机械加工余量对于成批生产的铸件加工余量由机械加工工艺手册查得，根据表3.1-26，和上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下: 表3-3 毛坯加工余量表加工表面加工余量毛坯尺寸大头6106小头651主轴颈691连杆轴颈672大头工序尺寸：粗车：101.92Z=4.1mm精车：100.12Z=1.8mm精磨：1002Z=0.1mm小头工序尺寸：粗车：47.32Z=3.7mm精车：45.52Z=1.8mm精磨：452Z=0.1mm主轴颈工序尺寸：粗车： 87.12Z=3.9mm半精车：85.1 2Z=2.0mm精磨： 852Z=0.1mm连杆轴颈工序尺寸：粗车：69 2Z=3mm粗磨：66.12Z=2.9mm精磨：662Z=0.1mm3.10.3 零件毛坯综合图零件毛坯综合图一般包括以下内容：铸造毛坯形状、尺寸及公差、加工余量与工艺余量、铸造斜度及圆角、分型面、浇冒口残根的位置、工艺基准及其它有关技术要求等。本次设计的零件的浇冒口位置在零件小头上方，具体采用的浇注系统为顶浇注式的一般形式。具体要求见机械加工工艺手册和金属工艺学实习教材第一章。分型面选在轴颈的轴线与连杆轴颈的轴线所构成的平面上，这样分型，零件的上下箱对称，容易作砂箱。拔模斜度取2.5，圆角取R810。零件毛坯综合图上的技术条件一般包括以下内容：合金牌号、铸造方法、铸造的精度等级、未注明的铸造斜度及圆角半径、铸件的检验等级、铸造综合技术条件、铸造交货状态、铸件是否进行气压或液压试验、热处理硬度。具体的标记见零件毛坯综合图。图3-1 YC4108Q曲轴铸造毛坯图3.11 确定切削用量及基本工时本次以第5道工序粗车、半精车第三主轴颈工序、第15道打直油孔工序和第30道铣键槽工序为例，以确定切削用量及基本工时。3.11.1 工序5 粗车、半精车第三主轴颈工步1 检查毛坯件大小头尺寸工步2 清除夹具定位面上的铁屑、杂物工步3 装夹如图所示，以大端外圆及小端中心孔定位工步4 精车各主轴颈，保证图示尺寸，及中间主轴跳动工步5 检查本工序尺寸及跳动图3-2 YC4108Q曲轴粗车、半精车主轴颈工序图3.11.1.1 加工条件工件材料：QT900-3加工要求：保证如图尺寸刀具：主轴车刀、R刀3.11.1.2 计算切削用量3.11.1.3 切削深度 Z=6mm，分三刀，Z1=3mm,Z2=2mm,Z3=1mm3.11.1.4 进给量 根据机械加工工艺手册表8.4-2，当刀杆尺寸为25mm40mm，ap3mm以及加工轴颈为100mm（实际加工轴颈为87mm，与100mm最为接近）时,进给量f=1.01.4mm/r，在此选用f=1.2mm/r3.11.1.5 计算切削速度 按机械加工工艺手册表8.4-8，切削速度的计算公式为v=x=CvTmapxvfyv(m/min) 其中ap1=3mm,ap2=2mm,ap3=1mm,f=0.25mm/r,Cv=208,xv=0.40,yv=0.20,m=0.28,T=60,见机械加工工艺手册表8.4-8 有V1=56.20m/min,V2=66.10m/min,V3=87.22m/min3.11.1.6 确定机床主轴转速根据实际应用，选择n=260r/min3.11.1.7切削工时l=229.6-97.6X2=34.4mm3.11.2 工序15 钻直油孔工步1 装夹如图所示工步2 以1、5主轴颈和一个连杆颈定位来钻四个直油孔图3-3 YC4108Q曲轴钻直油孔工序图3.11.2.1 加工条件工件材料：QT900-3加工要求：保证如图尺寸刀具：6锥柄加长麻花钻3.11.2.2 钻削深度 l=75mm3.11.2.3 进给量 根据机械加工工艺手册表10.4-1，当钻头直径为6mm8mm，铸铁硬度200HB时，进给量f=0.220.26mm/r，在此选用f=0.25mm/r3.11.2.4 计算切削速度v=cvd0ZvTmapxvfyvkv(m/min)式中， cv=8.1， Zv=0.25， xv=0， yv=0.55， m=0.125, d0=6, T=20,见机械加工工艺手册表10.4-9v=18.69m/min3.11.2.5 确定主轴转速n=1000vd=992.04r/min在实际生产中，我们选用n实际=1020r/min3.11.2.6 计算切削工时钻削工时t=4ln实际f=1.21min3.11.3 工序21铣键槽工步1 检查精磨小头轴颈尺寸工步2 装夹工件，夹1、5主轴并使1连杆定位工步3 铣键槽，保证键槽长度、深度、宽度、对称度工步4 松开夹具，取下工件，去处毛刺工步5 检查合格后，转下道工序。图3-4 YC4108Q曲轴铣键槽工序图3.11.3.1 加工条件工件材料：QT900-3氮化加工要求：保证如图尺寸刀具：直柄键槽铣刀3.11.3.2 计算切削用量3.11.3.3切削深度Z=4.5mm3.11.3.4 进给量根据机械加工工艺手册表9.4-1，和系统特性例如圆柱形铣刀、系统刚度大、功率5等，选择进给量0.12mm/raf5844.168N因此本夹具安全可靠。4.1.8 夹具精度分析夹具放在机床上必然会有一定的夹具定位误差，所谓的定位误差是由于定位不准造成的某工件在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置度要求表面的加工误差。夹具的定位误差通常包括两方面：夹具各元件之间的位置误差；夹具中各定位元件的磨损。曲轴在定为时，主要依靠定位支柱来定为，而定为支柱在定为过程中又包括两部分配合，衬套2和夹具体的配合和衬套2与定为支柱的配合，定为误差关键就在这两部分的配合公差。26H7的公差为260+0.02126p6的公差为26+0.022+0.035则，其公差为26-0.022-0.014；16H8的公差为160+0.02716h7的公差为16-0.0180则，其公差为16+0.018+0.027所以其最大间隙为：bmax=0.027-0.022=0.049mm通常，对某一定位方案，经分析计算其可能产生的定位误差，只要小于有关尺寸或位置公差的，一般即认为定位方案能满足该工序的加工要求。而曲轴在该夹具上的允许误差为43.8+0.05+0.25，因此，该夹具定为满足要求。工件在夹具中的位置是由定位元件确定的，当工件上的定位表面一旦与夹具上的定位元件相接触或相配合，作为一个整体的工件的位置也就确定了。当对于一批工件来说，由于在各个工件的有关表面之间，彼此在尺寸及位置上均有着在公差范围内的差异，但每个被定位元件的某些表面都会有自己的位置变动量，从而造成在工序尺寸和位置要求上的加工误差。该零件在本工序的精度要求为自由公差，而本工序的主要定位面主轴颈3，尺寸精度要求也为自由公差，根据经验，其对加工误差的影响在要求范围内。4.1.9 夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时首先着眼于定位精确，装卸方便。在定位过程中，由于主轴颈3及其主侧面已经粗磨过，已经达到较高的精度（43.8-0.100），以其作为定位基准，以定位铁2作为定位部件，对其进行定位能够达到要求的定位精度（43.8+0.05+0.25）；再把它放在其工作平台垫铁1上，然后通过手柄与压板螺栓驱动压板推动曲轴向垫铁2移动并将其压紧。钻孔的过程是通过钻模板的定位，在衬套1内的衬套的导向作用下，采用6高速钢锥柄加长麻花钻对曲轴进行钻削，形成通孔，从而完成打直油孔工序。4.2 铣键槽夹具设计本夹具用于X6132铣床，刀具为 直柄铣刀，对工件小头进行铣削，从而形成键槽。4.2.1 问题的提出本夹具用于大批量生产YC4108Q曲轴第30道工序铣键槽，应利用已加工面来实现本工序加工的定位，提高加工精度。夹具设计时，应使夹具结构简单，以降低成本；应使夹具操作方便，以提高劳动生产率；但最重要的是，夹具的夹紧要可靠、刚度要强，以保证工件在加工过程中定位精确，以避免产生相对位置移动或挠度，从而产生不必要的废品。4.2.2 夹具设计基本要求在大量生产中，应用专用夹具，是合理的；但要以提高劳动生产率和降低劳动强度为前提，同时还要适当的考虑成本，因为夹具的费用也是要计算在被加工产品的成本中。4.2.3 定位基准的选择在以前的工序中主轴、连杆轴颈、止推都经过精磨工序，各种尺寸都已达到较高的精度，可以作为本道工序的定位基准。本道工序定位选择装夹1、5主轴颈并使1连杆定位。夹持1、5主轴的两个V型块，限制了工件的4个自由度，车间自配小头端面定位铁限制了工件的1个自由度，定位柱80限制了工件的1个自由度，这样工件的6个自由度就被完全限制住了，工件就被牢固的定位在夹具上。4.2.4 刀具的选择铣削键槽可用直柄键槽铣刀、莫氏锥柄键槽铣刀和半圆键槽铣刀。在实际生产中，常根据实际情况来选择，本道工序在考虑提高铣削效率、装刀方便等综合条件后，在实际中应用的是12-0.05-0.03直柄键槽铣刀。4.2.5 工件的夹紧及夹紧装置4.2.5.1 夹紧装置的组成1力源装置本夹具仍采用手动夹紧。2夹紧机构本次采用螺旋压板机构。3相关加紧机构简介螺旋压板夹紧机构如图图4-9 螺旋压板典型机构在螺旋机构中，螺旋压板的使用是很普通的，上图为常见的螺旋压板的结构。在设计时，应注意根据杠杆原理改变力臂的关系，可使操作省力、使用方便。4.2.5.2 确定夹紧方案根据工件形状及定位面特性，拟定夹紧方案为：采用螺旋压板机构。如图4-10：4-10 YC4108Q曲轴铣键槽工序示意图4.2.6 夹具在机床上的定位为了保持夹具相对与机床的准确定位，铣床夹具底面应该设置定位键。设置定位键时应注意： 两定位键应尽量布置的相对远些； 小型夹具可只用一个矩形长键； 铣削没有相对位置要求的平面时，一般不需设置定位键；本夹具较大，应选用两个定位键，使确保工件在机床上准确的定位。如图图4-11 YC4108Q曲轴铣键槽夹具体该专用夹具就是用两个定位键对夹具进行定位，固定装置是在夹具体两端的U形槽里面的螺栓，从而使夹具与机床保持定对位置不变。4.2.7 切削力及夹紧力的计算切削刀具：12-0.05-0.03直柄键槽铣刀,FZ=CFapxFafyFawuFZd0qFnwF其中， CF=294， xF=1.0， yF=0.65， uF=0.83， wF=0， qF=0.83，af=0.20， ap=4.5， aw=12， d0=12， Z=4见机械加工工艺手册表9.4-10则： F=1859.043N材料不同修正系数kFZ加工球墨铸铁时kFZ=(布氏硬度150）0.55=1.464则F实=FZkFZ=2721.64N水平分力： FH=1.1F实=2993.80N垂直分力： FV=0.3F实=816.49N于是， F=FHK=FHK1K2K3K4=4311.08N夹紧力的计算公式为：Fj=KF计一般取K=1.53, 粗加工取大值，精加工取小值。i=2LD中tan(+1)由螺纹直径M16及扳手长L=340mm（可查出、1、D中）求得i=286.32为克服水平切削力，实际夹紧力N应为：N(f1+f2)=KFH=N=KFHf1+f2=17962.81N式中，f1和f2为夹具定位表面及夹紧表面上的摩擦系数，f1=f2=0.25，螺杆的作用力为：N螺=63.7i2=36477.168N17962.8N因此，本夹具安全可靠。4.2.8 夹具设计及操作的简要说明本夹具在设计时着首先眼于方便简捷，便于操作，同时考虑降低成本。在装入工件时，两个短V形槽限制了工件的4个自由度，车间自配小头端面定位块作为工件的辅助支撑，不起支撑作用，连杆颈处的U型块限制了工件的1个旋转自由度和水平移动自由度，这样工件的6个自由度就完全被限制了，同时工件也就被固定在了夹具上。而且，该夹具在装卸时，十分方便，在安装时只要将工件吊放在V形铁上然后拧紧六角薄螺母就好；卸载时也更方便，只要将六角薄螺母松开，然后就可以将工件吊走 。5 加工方案的技术经济分析通常由两种方法来分析工艺方案的技术经济问题，其一是对同一加工对象的几种工艺方案进行比较；其二是计算一些技术经济指标，再加以分析。5.1工艺方案比较当用于同一内容的几种工艺方案均能保证所要求的 质量和生产率时，一般可通过经济评比加以选择。零件生产成本的组成如表4-1所示，其中工艺过程有关的那一部分成本称为工艺成本，而与工艺过程无直接关系的那一部分成本，如行政人员工资等，再工艺方案经济评比中不予考虑。表5-1 零件成本的组成注：有些费用是随生产批量而变化的，例如调整费、用于在制品占用资金等，在一般情况下不予单列。零件（或工序）的全年工艺成本Sn为：Sn=VN+Cn式中 V每件零件的可变费用（元/件）N零件的年生产纲领（件）Cn全年的不变费用（元）在全年工艺成本中包括两种类型的费用，如上式所示。一种是与年产量N同步增长的费用，称为全年可变费用NV，如材料费、通用机床折旧费等；另一种是不随年产量变化的全年不变费用Cn，如专用机床折旧费等。这是由于专用机床是专为某零件的某加工工序所用，它不能用于其他工序的加工，当产量不足，负荷不满时，就只能闲置不用。由于设备的折旧年限（或年折旧费用）是确定的，因此专用机床的全年费用不随年产量变化。对加工内容相同的几种工艺方案进行经济评比时，一般可分为下列两种情况：1、当需评比的工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近时，工艺成本即可作为衡量各种工艺方案经济性的依据。各方案的取舍与加工零件的年生产纲领密切关系。2、当需评比的工艺方案基本投资差额较大时，单纯比较其工艺成本时难以全面评定其经济性，必须同时考虑不同方案的基本投资差额的回收期。回收期时指第二方案多花费的投资，需要多长时间才能由于工艺成本的降低而收回来。投资的回收期必须满足以下要求：1）回收期应小于所采用设备或工艺装备的使用年限；2）回收期应小于该产品由于结构性能或市场需求等因素所决定的生产年限；3）回首期应小于国家所规定的标准回收期，例如采用新夹具的标准收回期常定为23年；采用新机床的标准回收期常定为46年。 5.2 技术经济指标当新建或扩建车间时，在确定了主要零件的工艺规程、工时定额、设备需要量和厂房面积等以后，通常要计算车间的技术经济指标。例如：单位产品所需劳动量（工时及台时）、单位工人年产量（台数、重量、产值或利润）、单位设备的年产量、单位生产面积等。在车间设计方案完成后，总是要将上述指挥与国内外同类产品的加工车间的同类指标进行比较，以衡量其设计水平。有时，在现有车间中制定工艺规程时，也计算一些技术经济指标。例如：劳动量（工时及台时）、工艺装备系数（专用工、夹、量具与机床数量相比）、设备构成比(专用设备与通用设备之比)、工艺过程的分散与集中程度（用一个零件的平均工序数目来表示）等。当所比较的各种方案生产能力不完全相同时，用技术经济指标进行分析对比时较好的办法。值得注意的是，当产品产值不太高，而年产量又增加不多时，实施高水平成组技术的经济效益有时不一定显著。尤其当设备投资很大时，反而可能使经济效益下降，特别是在工资水平不高的地区。因此，在推广成组技术时，首先应选择附加值高的高新技术产品。在这种情况下，即使产品增加不多，采用高水平成组技术也是合适的。 5.3应用举例在实际生产中，一个工件可以由多种方法加工出来，具体采用哪种方法呢？要考虑很多因素，例如：工厂的具体机床配备，工人的技术水平和熟练度，但最重要的就是经济收益。在此，以年产量1000件的变速箱轴为例，对其加工方案的技术经济性做出分析。现有两个方案可供选择，其毛坯种类及使用使用机床均有所不同，这里只列出两者不同的工艺资料，奇遇相同部分可以不予考虑。方案1：毛坯为：42mm104mm棒料，材料为1Cr18Ni9Ti钢，重量1.14kg，每吨材料价格9480元，毛坯成本10.8元，其工序成本如下表：表5-2 方案1的工序内容及工序成本全年工艺成本Sn1=V1N+C1=19.48V+192.75式中V1包括毛坯成本与各工序可变成本。方案2：毛坯为锻模件，材料为1Cr18Ni9Ti钢,每吨锻件成本（不包括锻模成本）为12300元。锻模价值8400元，使用寿命35000件，共计修磨6次，年不变费用3200元，毛坯成本为5.445元/件，其工序费用如下表所示。表5-3 方案2的工序内容及工艺成本全年工艺成本Sn2=V2N+C2=12.795N+3071.95式中V2包括毛坯成本与各工序可变费用。方案2因采用锻模，毛坯形状、尺寸均接近零件的形状和尺寸，可以减少金属材料消耗和机械加工劳动量，但锻模制造费用较高。如果制造模具的费用是追加投资，则不仅要考虑锻模的年度使用费用，还要考虑追加投资年度补偿额为：Sn=K840051680(元/年)利用方案2的最低年产量，由Nj=Cn2+Sn-Cn1V1-V2 可计算出：Nj=3071.95-192.75+168019.48-12.795=682件由于零件年产量大于682件，所以选择方案2是合理的，图5-1表示两个方案的工艺成本与年产量之间的关系。 图5-1 案1与2的临界产量结 论通过这次毕业设计，我对曲轴加工工艺及专用夹具设计有了进一步的认识，在理论联系实际的基础上又有了很大的进步。特别是在设计铣键槽夹具和钻直油孔夹具过程中，我在以往的设计基础上进行了改进：1、铣键槽夹具中在曲轴小头端安装刀具引导装置，这样利于提高键槽的加工精度。2、铣键槽采用了立式铣床，即在普通铣床上即可完成，节约加工成本。3、钻直油孔夹具采用了一次装夹即可加工四个直油孔，避免了工件的多次安装，提高加工精度。4、曲轴在家具上的固定都采用了螺栓夹紧，从而有利于夹紧可靠。另外就是在制定YC4108Q曲轴的工艺过程中把粗加工和半精加工安排在一起，也避免了曲轴的多次装夹，提高曲轴的加工精度，在车削主轴颈是采用曲轴车床，可以同时加工5个主轴颈，提高加工效率。在夹具设计的过程中我设计的夹具体过于庞大，在夹具加工的过程中存在一些浪费。这在以后的设计过程中我会注意到这一点。我们设计的产品要坚持经济性和实用性这两条原则。由于水平有限，缺乏经验等，在设计中难免存在不足之处，望各位老师给予指正。致 谢本文是在老师精心指导和大力支持下完成的。在本次论文设计过程中，老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这四年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！ 老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于机械基础方面的知识，实验技能有了很大的提高。 我还要衷心感谢机电系各个老师们的严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，各位老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。四年多来，老师们不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 由于本人能力有限，对所学知识运用能力不够，任务书中难免有不足或是错误之处，情各位老师给予批评指正。总之，通过本次毕业设计，对自己是个系统的锻炼过程，收获很大，在此感谢各位老师的指点。参考文献1.王先逵，机械加工工艺手册M,北京:机械工业出版社,20062.李庆余、张佳，机械制造装备设计M,北京:机械工业出版社,20033.王先逵，机械制造工艺学M,机械工业出版社,2006.4.何小柏，机械设计课程设计M,高等教育出版社,1996.5.陈宏钧、马素敏，金属切削速查速算手册M,北京:机械工业出版社,2003.6.张力真、徐允长，金属工艺学实习教材（第三版）M,北京:高等教育出版社,2001.7.邹青，机械制造技术基础课程设计指导教程M,北京:化学工业出版社,2003.8.孙丽媛，机械制造工艺及专用夹具设计指导M,北京:冶金工业出版社,2002.9.薛源顺，机床夹具设计M,北京:机械工业出版社,2001.10.张进生，房晓东.机械工程专业课程设计指导M,北京:机械工业出版社,2003.11.成大仙，机械设计手册M,北京:化学工业出版社.12.李旦等，机床专用夹具图册M,哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998.13.孟宪栋，刘彤安.机床夹具图册M,北京:机械工程出版社,2002.14.赵如福等，金属机械加工工艺人员手册M,北京:机械工业出版社,1990.15.郑修本，机械制造工艺学（第二版）M,北京:机械工业出版社,2006.16.濮良贵、纪名刚，机械设计（第八版）M,北京:高等教育出版社,2006.附录机械设计基础序言是机械设计的概述。首先它提出机械设计的定义和重要作用，机构和它的组成部件之间的关系。然后它概述了机械设计作为一项基本课程，并概述了被所有工程师共同遵守的机械设计的总体步骤。最后，它列出了机械设计的内容和最初被接受的目标。 1.1机械设计的作用 机械设计是为了确切的表达一个工程的计划。机械设计从本质上说是利用现有的资源和自然法则，以造福人类。作为设计的一个重要部分，机械设计在材料，力学，热学，流体学，控制学，电工学和生产上存在这一系列的要求。虽然许多高技术已被电脑化和自动化，并且一步一步的融入到我们的日常生活中，机械在多种专门的工作中是不可或缺的，例如一些对于人类来说是困难的或者是无法实现的工作。此外 ，机械可以显著提高生产效率和生产质量，这对于目前竞争激烈的全球市场是至关重要的。在现代工业化世界，一个国家的产品设计和制造能力与他的财富和生活水平是紧密联系在一起的。可以声称，提高机械设计和制造能力能显着促进一个国家产业化的整体水平。这些国家，谁在设计和制造领域做的不好， 那么在世界市场就没有竞争力。显而易见的是，一些国家在设计和制造领域一直出于领导地位，直到20世纪六十年代和七十年代，可在20世纪90年代，就下滑了或者失去了领导地位。相反的，我们的国家自上世纪80年代在全球的制造业地位开始上升，并且在全球市场发挥着越来越重要的作用。为了加速我国工业化的进程，高度熟练的设计工程师要求有渊博的知识和丰富的经验。这是为什么机械设计的课程对于设计专业的学生来说是重要的。机械设计的过程需要从不同的自然科学和数学背景考虑。对于大多数学生，这也许是他们的一个基本的专业课程以致获得解决问题的方法。显然代表着理解科学，通常这种理解可能还不够，经验知识或工程判断，必须也能解决。进一步说， 由于是专业性质的问题，大多数设计问题可能还没有一个合适的解决方案。1.2机械及部件一个国家最先进的机器可能包括全部或部分机械，电气，控制，传感器，监测和润滑分支系统。在这些零件的有效期内，机器也可以被看作是能量的组成，传输，执行和控制操纵部件。关注它的复杂性，然而，主要功能部分可能仍然是机械系统。为了方便分析，机械系统可以分解为构件，目的是执行一些专门的工作，并且该机构还可以进一步分解成部件。从某种意义上说，机械部件的基本组成要素是构件。 对整个机械部件可分为通用部件和专用部件。螺栓 ，齿轮和链轮是典型的通用部件，它们可广泛应用于工业不同领域的不同机器上。涡轮机叶片，曲轴和飞机螺旋桨是专用部件，他们是为了实现专门的目的而设计的。除此之外，如果一些部件被制造，装配，甚至作为一个单独的系统而被装备，例如，弹簧在某一时起作用，但是它也作为一个机械的部件。 一个良好的机器，需要优质的独立部件。显然 ，部件的设计是非常重要的。当设计一台机器时，另一方面，工程师们无一例外地发现，部件的要求和限制，其组成部分是相互联系的。作为一个传统的部分，该部件预计在机器上将发挥一定的作用，因此，必须对整个系统进行适当的限制。在一个减速箱中齿轮的设计，例如，取决于不仅强度和刚度，而且还可供齿轮和轴的配合以及对其它传动装置的驱动。这就意味着设计的机械部件，不可避免地需要一个整体的观点，整个系统。由于一台机器之间的关系及其组成部分，机械设计的进程通常包括设计相互关联的机器，零件和构件。任何构件的修改和调整可能会大大影响其他组成部件或零件的设计。对于目前可能最佳的设计解决方案，反复评估，分析和优化的的过程似乎是必不可少的。 1.3机械设计概述 本课程主要涉及的设计，具体组成部件的机器或机械系统。 在以后的课程和专业实践需要具备考虑和综合完整设备和系统的能力。可以看出，即使是设计单螺栓或弹簧都要设计师透彻了解它们的工作原理和机械设计的方法，需要查阅资料，良好的判断力，甚至聪明的才智，才能在当今社会产生最佳的产品。 设计工程师首先考虑新产品或装置的功能性和经济方面的合理性这是很自然的过程。机械设计需要在寿命期内确保产品的安全性和可靠性。为了处理这样的问题，常规的机械部件的设计审议主要是围绕两个主要方面的问题： （ 1 ）强度，刚度，稳定性准则和表面的现象，包括摩擦，润滑，磨损和环境恶化。 然而，因为复杂的心理和社会学因素，相对于简单的应力和挠度计算，设计确定安全性和可靠性有可能是一个难以实现的和无限期的问题。必须牢记，安全性和可靠性具有内在的相对联系，价值的判断，必须在安全性，可靠性，成本，质量等方面相对平衡。 另一方面，机械设计的真实需要，是能清楚地反映经济性才能确保成本的最低，以及最少的能源和材料的消耗。另外，产品或设备的设计将不再仅仅是为了工程或商业利益。如今， 制造和装配阶段需要考虑的因素，包括设计，制造，检查，以致达到最满意的质量和成本。除了这些传统的技术和经济方面，需要考虑基本的设计和开发机械部件和系统，现代的工程师们越来越关注与生态学，运动学，人机工程学，可维护性和整体生活素质的可持续发展。显然，比以往任何时候都更大的更广泛的考虑有关的影响，像对环境的影响。 下面列出考虑工程师设计过程的一般性因素，它从不同
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