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车辆工程毕业设计7DA468型发动机曲轴加工工艺与专用机床夹具设计.doc
车辆工程毕业设计7DA468型发动机曲轴加工工艺与专用机床夹具设计
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车辆工程毕业设计论文
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车辆工程毕业设计7DA468型发动机曲轴加工工艺与专用机床夹具设计,车辆工程毕业设计论文
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1 第 1章 绪 论 1.1 设计的意义和目的 随着科学技术的迅猛发展和市场需求的变化及竞争加剧，传统的制造技术发展到了一个崭新的阶段；随着我国经济的持续高速发展，人们生活水平不断提高，汽车已经走进了我们的日常生活，渐渐成为一种普通消费品；随着 市场对汽车需要量的增加和制造技术的发展，到了本世纪初，小作坊的生产方式已经不能满足需要，而各种新的制造工艺和新式高效机床的出现，使汽车和发动机的制造技术出现了飞跃。 因此，人们对汽车的性能要求也在不断提高，不论是经济性、动力性，还是稳定性、安全性，甚至是排放性等各方面都要逐一考虑 。这就需要传统制造技术和汽车专业技术相互结合，在满足汽车动力性的同时满足其经济性与生产效率，也就是工艺性。而要想使整车的工艺性完美，对各零件的加工也是最为重要的。 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，因此对曲轴工艺规程的编制、夹具的选择都要有严格的要求。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，因此我们应不断改进曲轴加工工艺。 我国曲轴专业生产厂家不是很多，且整体规模小、专业化程度低、企业设备陈旧、产 品设计和工艺落后、性能寿命和可靠性差、品种杂乱和“三化”程度低，这些都影响了整机适应国内及国际市场的能力。随着我国加入 WTO，内燃机零部件行业将面临更加激烈的市场竞争，也将迎来新的发展机遇。我们只有充分了解国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势，及时改进和提高曲轴制造技术水准，才能制造出具有世界一流水平的内燃机曲轴，以实力参与市场竞争。 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 了解曲轴飞轮组的功用及工作条件和受力情况，及了解相关零部件的 材质及加工和使用特点。并确定加工工艺方案，通过对加工工艺方案的改进及加工工艺分析，提出相应加工方案，从而达到对曲轴飞轮组在发动机运转的工况了解和原理认知，为将来设计发动机打下坚实基础。同时了解机床夹具的功用、组成和分类。以及机床夹具设计的步骤和方法，夹具总图的设计和绘制方法。 1.2 研究方向及发展现状 nts 2 曲轴是内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件，也是在内燃机 5 大件(机体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴 )中最难以保证加工质量的零件。由于曲轴工况条件恶劣，因此对曲轴的材质、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。其中任何一个环节的质量对曲轴的寿命和整机的可靠性都具有很大的影响。因此世界各国对曲轴的加工都十分重视，都在不断地改进曲轴加工工艺，最大可能地提高曲轴寿命。 曲轴质量约占内燃机质量的 10%，成本约占整机的 10%12%，其材质大体可分 2类：一类是锻钢，一类是球墨铸铁。由于球墨铸铁的切削性能良好，并可通过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。球墨铸铁中的内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有钢质曲轴敏感，所以球墨铸铁曲轴在国 内外得到了广泛的应用。近年来，我国内燃机曲轴专业生产厂家通过引进技术消化吸收和自行开发，总体水平有了较大的提高。但是我国距世界先进水平仍相差很远，甚至于还满足不了我国内燃机工业技术发展的要求。我们只有充分了解国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势，及时改进和提高曲轴制造技术水准，才能制造出具有世界一流水平的内燃机曲轴，以实力参与市场竞争。 目前，世界各国的发动机生产企业对曲轴加工都十分重视，都在不断更新曲轴加工设备改进加工工艺，以提高曲轴加工质量，延长使用寿命。我国的各大发动机生产厂经过多年的学习和探索， 已经掌握了很多较为先进的血轴加工技术，生产效率较高，生产线中的大部分设各也已国产化。 国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用 MQ8260 等曲轴磨床粗磨 -半精磨 -精磨 -抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。而 发动机曲轴生产得到较大的发展，总量已具相当的规模，无论是设计水平，还是产品品种、质量、生产规模、生产方式都有很大的发展。曲轴在发动机中是承受载荷传 递动力的重要零部件，也是发动机五大零部件中最难以保证加工质量的零部件，其性能、水平直接影响整机的性能水平及可靠性。因此，各工业发达国家十分重视曲轴生产，不断改进其材质及加工手段，以提高其性能水平，满足发动机行业的需要。近几年来，国内曲轴加工发展十分迅速。尤其是发动机曲轴。先进的加工工艺加工出的曲轴质量好、效率高且稳定。而欧美等汽车工业发达的国家，经过多年的积累，。在加工工艺方面，由于国外大多采用了先进的数控设备，而国内大多以手动设备为主，精度差，这就要求我们在实际设计加工工艺的过程中充分考虑各方面的因素，在nts 3 借鉴国外先进的工艺方案的同时充分考虑现有设备资源的利用和改造，达到少投入，大收益。 发达国家的发展经验告诉我们，工业化是迈向现代化的必经之路。而制造业，特别是装备制造业是实现工业化的主力军，是实现现代化的原动力，发展制造业始终是振兴经济、实现现代化的最佳路径。曲轴是发动机中用于传递动力的核心零件，由于工况条件恶劣，且承受复杂的冲击载荷，因此对曲轴的材质、 NI 精度、表面质量、动平衡等的要求都十分严格。又由于曲轴的材料为高强度合金钢，难于加工和断屑，而且曲轴主轴颈和连杆轴颈几何形状复杂，因此作为发动机五大零件之 一的曲轴，其加工难度、加工工艺复杂程度在发动机各零部件中都首屈一指，它的结构参数和加工工艺水平直接影响着整机的尺寸和重量，以及发动机的可靠性和寿命。世界各国的发动机生产企业对曲轴。加工都十分重视，都在不断更新曲轴加工设备改进加工工艺，以提高曲轴加工质量，延长使用寿命。我国的各大发动机生产厂经过多年的学习和探索已经掌握了很多较为先进的血轴加工技术，生产效率较高，生产线中的大部分设各也已国产化。但是，在一些关键工序所采用的关键工艺上，我们还是非常依赖国外的技术，需要使用国外的设备和刀具。因此，我们还需进一步 研究曲轴加工工艺，尤其是要深入研究关键工艺和关键设备，这对提升曲轴乃至发动机的生产水平都是相当重要的。 1.3 设计的主要内容 曲轴的 材料是由碳素结构钢或 球墨铸铁 制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸 活塞 连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑 这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠 机油泵 提供压力供油进行润滑、降温。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 。 曲轴的结构包括 轴颈、曲轴臂、曲轴销、侧盖以及连杆大端轴承。轴颈具有一第一油路。曲轴臂连接于轴颈。曲轴销设置于曲轴臂之中，并且抵接于轴颈。曲轴销具有第一机油缓冲室、第二机油缓冲室以及第二油路。第一机油缓冲室系连接于第二机油缓冲室，第二油路连接于第二机油缓冲室。侧盖设置于曲轴臂中，侧盖与曲轴销之间成形有一空间，该空间连接于第一油路与第一机油缓冲室之间。连杆大端轴承设置于曲轴臂之中，曲nts 4 轴销套设于连杆大端轴承之中，第二油路连接于第二机油缓冲室与连杆大端轴承之间。本实用新型可将机油内微小异物过滤掉，减少了连杆大端轴承遭受微小异物侵入的机会，并避免连杆大端轴承损坏，进而可延长曲轴结构的使用寿命。 在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。 目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般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。精加工普遍采用 MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。 现在加工 曲轴粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用车 拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。 nts 5 第 2章 曲轴毛坯的选择 2.1 分析曲轴零件图 2.1.1 曲轴使用的性能与工作条件 曲轴是将直线运动变成旋转运动，或将旋转运动变成直线运动的零件。它是往复式发动机、压缩机、剪切机与冲压机械的重要零件。 曲轴工作时要承受很大的扭应力及 大小和方向都在不断变化的弯曲应力的作用，因此曲轴应具有足够的强度和支承刚性。曲轴工作时的旋转速度很高，曲轴的轴颈和连杆轴颈需要足够的耐磨性，且曲轴的质量分布应当平衡，以防因不平衡而产生离心力使曲轴承受附加载荷。 图 2.1 曲轴锻件的三维模型 图 2.2曲轴零件图 nts 6 多拐曲轴是多个曲柄连杆机构的组合，主轴颈和连杆轴颈不在同一条在线，各连杆轴颈间应有一定的角度位置要求，曲轴在各个连杆轴颈处形成了多个开檔，因此曲轴设计时应根据这些特点，正确确定其结构及尺寸、位置、形状精度，满足曲轴使用性能要求。 2.1.2 曲轴 的结构与技术要求 1、曲轴的结构 根据上述的使用要求及结构特点，可以看出曲轴是一个形状复杂、结构细长、多曲拐、刚性极差、技术要求高的异形轴类零件。 2、曲轴的主要技术要求 为了保证曲轴的正常工作，对曲轴规定了严格的技术要求。其主要技术要求如下： 主轴颈和连杆轴颈的尺寸精度通常为 IT6IT7，同轴度允许偏差 0.015mm，表面粗糙度aR值为 0.20.4um。轴颈长度公差等级 IT9IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之内。本次设计圆柱度公差为 0.005。 位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为 100mm 之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为 0.025mm，中大型低速轴为0.03 0.08mm；各连杆轴颈的位置度不大于 20 。 本设计中各连杆轴颈的轴心线应与主轴颈中心线在同一平面内，位置公差为0.2。 2.2 曲轴毛坯的选择 2.2.1 选择毛坯 曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求所用材料应有较高的强度、疲劳强度和耐磨性。对于材料的选择有一定的要求：一般曲轴为 35、 40、 45 钢或球墨铸铁 QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用 35CrMoAl、 42Mn2V 等材料。该零件材料为 QT800-2， 考虑该工件形状比较复杂，因此应该选用铸件，以最大限度减少金属切屑量，保证高效率低消耗。 nts 7 图 2.3 曲轴铸件图 2.2.2 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 由零件图可知，该曲轴为球墨铸铁，牌号为 QT800-2，铸造，查机械加工简明手册表 1.3-1 知， CT9 级， MA-G 级，采用壳模铸造。又由 CT9 级， MA-G级和曲轴基本尺寸查机械加工简明手册表 2.2-4知其加工余量如下表 2-1 表 2-1 曲轴铸件毛坯各段尺寸公差以及加工余量 项目 曲轴前端 主轴颈 连杆轴颈 全部曲柄 法兰 端 公差等级 CT 9 9 9 9 9 加工面尺寸 40 70 57 84 105 铸件尺寸公差 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 机械加工余量等级 G G G G G 加工余量 2.5 2.5 3 3 2.5 毛坯基本尺寸 45 75 63 90 110 nts 8 2.3 本章小结 本章通过分析曲轴零件图，了解了曲轴的使用性能与工作条件，知道了曲轴的结构与技术要求，确定了零件的生产类型 和加工余量，审查了零件的加工工艺性，选择了适当的毛坯。 nts 9 第 3章 曲轴机械加工工艺设计 3.1 工艺基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，再确定粗基准。 精基准的选择 选择精基准时应遵循下列原则： 基准重合原则； 基准统一原则； 自为基准原则； 互为 基准原则； 便于装夹原则。 加工齿轮轴，主轴和曲柄侧面时，以第 8侧板右侧面为精基准，符合基准统一原则。 加工各轴面均一轴心为精基准。 加工右端法兰盘以以经精加工后的轴肩为基准。 法兰铣缺口以法兰上对应两孔为精基准，遵循互为基准原则。 钻斜油孔以曲柄侧面和轴心夹角为基准、前端铣键槽。钻孔和攻螺纹以已加工曲柄侧面为基准。 法兰上钻，扩定位孔，螺栓孔以法兰圆盘中心为基准。 粗基准的选择 选择粗基准时应遵循下列原则： 余量均匀原则； 保证加工表面位置正确的原则； 粗基准只能有效使用 一次的原则； 粗基准平整光洁定位可靠的原则。 该曲轴粗选择左端面和第 8曲柄右侧面为粗基准进行加工。 3.2 加工阶段的划分 曲轴为异形轴类零件，且加工精度要求比较高。 粗加工阶段 ； 钻两端中心孔 ,为方便后续工作定位安装。 将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。 铣 外形 ,铣 各主轴颈曲柄和连杆轴颈 .达到半精加工前要求。 半精加工阶段：粗磨 铣 各主轴颈曲柄和连杆轴颈 ,精铣加工和 铣 螺纹，钻，nts 10 扩定位，斜油孔，法兰定位孔，安装孔孔。 精加工阶段 ； 精磨各主轴颈曲柄和连杆轴颈，镗孔。 超精加工阶段 ； 抛光加工。 3.3 工序的集中与分散 该曲轴的生产类型为大批生产，且工序较多。因此选用工序集中原则安排曲轴的加工工序。采用高效专用设备及工艺装备，以提高生产率，工序装夹的次数少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。 3.4 工序顺序的安 排 1.机械加工工序的安排 遵循 “ 基面先行 ” 原则，先加工精基准 -铣第 8曲柄外侧面。 遵循 “ 先粗后精 ” 原则，先进行粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循 “ 先主后次 ” 原则，先加工主要表面。各段主轴和曲柄断面，直径，后加工次要表面 -法兰面等。 遵循 “ 先面后孔 ” 原则，先加工各平面，最后进行螺纹孔的加工。 2.热处理工序的安排 由于毛坯为铸件，壁厚不均匀，在加热冷却及相变过中。会产生效 应力和组织应力，应采用回火消除这种应力，毛坯在出厂前已经过相应热处理，在此工艺路线中将省略。 在精磨加工前，为提高球墨铸铁的表面机械性能和磨削精度，应安排淬火工艺，本加工采用电热淬火。 淬火后，为消除淬火带来的残余应力。应安排回火处理。 3.辅助工序的安排 校直工序：由于结构复杂，工序较多，为严格控制加工质量，保证直线度精度，减少废品率，应在加工阶段安排多次校直工序，本加工工艺规程安排在第 03， 14， 23， 28， 35， 47工序，采用液压压床设备。 检验工序：同样由于工序较多，结构复杂的原因，为控制废品率，安排多处检验，本规程竟检验安排在第 5， 7， 13， 26， 44， 51工序。 清洗和去毛刺：为便于后续工序的准确定位，消除切屑对后工序表面质量的影响，在重要加工工序和检验前都应该清洗和去毛刺。 综上所述，该换工件工序的安排顺序为：基准加工 主要表面粗加工及一些余量大的表面加工 主要表面半精加工及次要表面加工 热处理 主要表面精加工，超精加工。 nts 11 3.5 确定工艺路线 曲轴的工艺路线，机床设备及工艺装备见表 3-1。 表 3.1 工序目录表 工序号 工序名称 设备名称 001 检查 002 热处理 003 批量毛坯检验 004 铣两端面 数控铣床 005 钻中心孔 专用钻中心孔机床 006 铣工艺定位面 双柱铣床 007 粗车第三主轴颈 数控车床 008 粗车第一、二、四、五主轴颈 数控车床 009 半精车第三主轴颈 数控车床 010 半精车第一、二、四、五主轴颈 数控车床 011 铣定位基准面 铣床 012 粗车一、二连杆轴颈 数控车床 013 粗车三、五连杆轴颈 数控车床 014 半精车一、四连杆轴颈 数控车床 015 半精车三、五连杆轴颈 数控车床 016 钻、铰工艺孔 专用钻床 017 钻油孔 深孔组合钻床 018 粗磨第三主轴颈 数控磨床 019 粗磨第一、二、四、五主轴颈 数控磨床 020 粗磨第一、四连杆轴颈 数控磨床 021 粗磨第二、三连杆轴颈 数控磨床 022 精磨第三主轴颈 数控磨床 023 精磨第一、二、四、五主轴颈 数控磨床 024 精磨第一、四连杆轴颈 数控磨床 025 精磨第二、三连杆轴颈 数控磨床 026 铣键槽 键槽铣床 027 动平衡检查 动平衡机 028 粗抛光各轴颈 抛光机床 nts 12 029 精抛光各轴颈 抛光机床 030 清洗 清洗机 031 最终检查 3.6 加工余量、工序尺寸和公差的确定 工序尺寸及公差的确定有两种情况；一种是工序尺寸及其公差与零件上某设计尺寸或其他工序尺寸相关，需要通过解算尺寸链的方法来确定。另一种是工序尺寸及其公差仅与工序余量有关，如加工过程中不存在基准转换的情况。此时，可按如下方法确定个工序尺寸和公差： 确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工 余量是否合理。 自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）个工序的基本余量，便可得到各工序的基本工序尺寸。 除终加工工序外，根据各工序的加工方法及其经济加工精度，确定其工序公差和表面粗糙度。 按“入体原则”以单向偏差方式标注工序尺寸，并可作适当调整。 加工余量、工序尺寸和公差的计算： 圆柱面加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度， 由 机械设计简明手册得出：曲轴上各 圆柱面加工余量，工序尺寸以及公差和粗糙度如表 3.2(a)、 (b)、 (c)。 表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度 （ a） 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 Ra( ) M36X2螺纹 铸件 车螺纹 精车 半精铣 粗铣 5 0.4 1.0 3.6 CT9 IT6 IT10 IT12 41 1.0 10.0 28.036 0 10.04.36 0 25.04.37 0.8 6.3 12.5 nts 13 1： 8圆锥面 铸件 磨削 半精铣 粗铣 5 0.4 1.0 3.6 CT9 IT6 IT10 IT12 5.0051 3.0059 5.0067 0.8 6.3 12.5 45油封档 铸件 研磨 磨削 半精车 5 0.4 1.0 CT9 IT6 IT10 50 1.0 0 062.045 010.0 062.045 0 1.04.45 0.8 0.8 6.3 表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度 （ b） 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 Ra( ) 45油封档 粗铣 3.6 IT12 0 25.04.46 12.5 40主轴颈 铸件 精磨 粗磨 半精铣 粗铣 5 0.2 0.6 1.1 3.1 CT9 IT6 IT7 IT10 IT12 55 1.0 025.0 009.050 041.0 011.02.50 0 12.08.50 0 3.09.51 0.8 0.8 6.3 12.5 60 铸件 半精铣 粗铣 5 1.1 3.9 CT9 IT10 IT12 65 1.1 131.0 011.060 0 3.01.61 6.3 12.5 60 铸件 半精车 粗车 5 1.1 3.9 CT9 IT10 IT12 65 1.1 131.0 011.060 0 3.01.61 6.3 12.5 nts 14 50主轴颈 铸件 精磨 粗磨 半精铣 粗铣 5 0.2 0.6 1.1 3.1 CT9 IT6 IT7 IT10 IT12 55 1.0 018.0 002.050 030.0 002.02.50 0 12.08.50 0 3.09.51 0.8 0.8 6.3 12.5 40圆柱面 铸件 精磨 粗磨 半精铣 粗铣 5 0.2 0.6 1.0 3.2 CT9 IT6 IT7 IT10 IT12 45 1.0 0 016.040 0 025.02.40 0 10.08.40 0 25.08.41 0.8 0.8 6.3 12.5 表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度 （ c） 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 Ra( ) 45连杆颈 铸件 研磨 精磨 粗磨 半精铣 粗铣 5 0.2 0.6 1.0 3.2 CT9 IT5 IT6 IT7 IT10 IT12 50 1.0 0 016.045 010.0 016.045 0 025.02.45 0 1.08.45 0 25.08.46 0.4 0.8 0.8 6.3 12.5 4 8孔 铰孔 钻孔 0.2 7.8 IT8 IT12 138.0 080.09.51 7.8 1.6 12.5 2 M10X1.25 攻丝 钻孔 8.8 IT12 8.8 12.5 19孔 铰孔 钻孔 0.5 18.5 IT8 IT12 072.0 025.09.51 18.5 1.6 12.5 nts 15 2 M6 攻丝 钻孔 5 IT12 5 12.5 14.2斜孔 钻孔 14.2 IT12 14.2 12.5 5 斜油孔 抛光 钻孔 5 IT8 IT12 5 0.8 12.5 3.7 确定切削用量及时间定额 1.铣各轴颈切削用量及时间 本工序选用数控铣床，拨盘、顶尖装夹，分三个工步：工步 1 为铣 40h6，工步 2 为铣 50k6 主轴颈，工步 3 为铣 60。加工后表面粗糙度为 Ra 12.5。 (1) 工步 1粗铣 40h6 1）选择刀具 选择外圆车刀。 根据切削用量简明手册表 1.1，由于铣床的中心高为 200mm（表 1.30），故选刀杆尺寸 BXH=16mmX25mm，刀片厚度为 4.5mm。 根据切削用量简明手册表 1.2，可选择 YG6牌号硬质合金。 车刀几何形状（见表 1.3），选择平面带倒棱前刀面， r=60， r=10，。 =6，。 =12， s= 10， =0.8mm， 01= 10，1b=0.4mm。 2）选择切削用量 确定切削深度 p 由于粗加工余量仅为 1.6mm，可在一次走刀内切完，故： p=（ 45 41.8） /2mm=1.6mm 确定进给量 f 根据切削用量简明手册表 1.6，在粗铣铸铁、表面粗糙度 Ra=12.5 m时： f=0.25 0.40mm/r 按数控铣床说明书选择： f=0.36mm/r 选择铣刀磨钝标准及寿命 根据切削用量简明手册表 1.9，铣刀后刀面最大磨损量取为 1.0mm，车刀寿命 T=60min。 确定切削速度 Vc 切削速度 Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。 根据切削用量简明手册表 1.27 nts 16 vyvxvpmvc kfTCv(1 1) 式中 ：Vk=tvk vKk svk Tvk Kvk故由公式 (1-1)得： Vc=69.6m/min n=492r/min 按数控铣床说明书，选择 n=500r/min，这时 Vc=110m/min。 最后决定的铣削用量为： p=1.6mm， f=0.36mm/r， n=500r/min， Vc=110m/min。 3）计算基本工时： nfLtm （ 1 2） 式中 L=l+y+， l=12mm，根据切削用量简明手册表 1.26，铣削时的入切量及超切量 y+ =2.1mm，则 L=12+2.1mm=14.1mm，故由公式 (1-2)得： tm=0.08min (2) 工步 2粗铣 50k6主轴颈 1）选择刀具 选择外圆铣刀。 根据 切削用量简明手册表 1.1，由于铣床的中心高为 200mm（表 1.30），故选刀杆尺寸 BXH=16mmX25mm，刀片厚度为 4.5mm。 根据切削用量简明手册表 1.2，可选择 YG6牌号硬质合金。 铣刀几何形状（见表 1.3），选择平面带倒棱前刀面， r=60， r=10，。 =6，。 =12， s= 10， r =0.8mm，01= 10，1b=0.4mm。 2）选择切削用量 确定切削深度 p 由于粗加工余量仅为 1.55mm，可在一次走刀内切完，故： p=（ 55 51.9） /2mm=1.55mm 确定进给量 f 根据切削用量简明手册表 1.6，在粗铣铸铁、表面粗糙度 Ra=12.5 m时： f=0.25 0.40mm/r 选择铣刀磨钝标准及寿命 根据切削用量简明手册表 1.9，铣刀后nts 17 刀面最大磨损量取为 1.0mm，车刀寿命 T=60min。 确定切削速度 Vc 切削速度 Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。 根据切削用量简明手册表 1.27 vyvxvpmvc kfTCv（ 1 1） 式中：Vk=tvk vKk svk Tvk Kvk故由公式 (1-1)得： Vc=69.9m/min n=405r/min 按数控铣床说明书，选择 n=500r/min，这时 Vc=86m/min。 最后决定的车削用量为： p=1.55mm， f=0.36mm/r， n=500r/min， Vc=86m/min。 3）计算基本工时 nfLtm (1 2) 式中 L=l+y+， l=21mm，根据切削用量简明手册表 1.26，铣削时的入切量及超切量 y+ =2.1mm，则 L=21+2.1mm=23.1mm，故由公式 (1-2)得： tm=0.13min (3) 工步 3粗车 60 1）选择刀具 选择 R3成形车刀。 2）选择切削用量 确定切削深度 p 由于粗加工余量仅为 1.95mm，可在一次走刀内切完，故： p=（ 65 61.1） /2mm=1.95mm 确定进给量 f 根据切削用量简明手册表 1.6，在粗铣铸铁、表面粗糙度 Ra=12.5 m时： f=0.25 0.40mm/r 选择铣刀磨钝标准及寿命 根据切削用量简明手册表 1.9，铣刀后刀面最大磨损量取为 1.0mm，车刀寿命 T=60min。 确定切削速度 Vc 切削速度 Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。 根据切削用量简明手册表 1.27 nts 18 vyvxvpmvc kfTCv（ 1 1） 式中：Vk=tvk vKk svk Tvk Kvk故由公式 (1-1)得 Vc=59.7m/min n=271r/min 按数控铣床说明书，选择 n=500r/min，这时 Vc=110m/min。 最后决定的铣削用量为： p=1.95mm， f=0.36mm/r， n=500r/min， Vc=110m/min。 3）计算基本工时 nfLtm （ 1 2） 式中 L=l+y+， l=6mm，根据切削用量简明手册表 1.26，铣削时的入切量及超切量 y+ =3.6mm，则 L=6+3.6mm=9.6mm，故由公式 (1-2)得： tm=0.05min 2.钻孔切削用量及时间 （ 1）选择刀具 选择高速钢麻花钻头，其直径 d。 =14.2mm。 钻头几何形状为：双锥 修磨横刃， =30， 2 =118， 2 1=70， b=3.5mm，。 =12， =55， b=2mm， l=4mm。 （ 2）选择切削用量 1）决定进给量 f 按加工要求决定进给量：根据切削用量简明手册表 2.7，当加工要求为 H12 H13精度，铸铁的硬度大于 200HBS， d。 =14.2mm时， f=0.37 0.45mm/r。 由于 l/d=47/14.2=3.33，故应乘孔深修正系数 k1f=0.915，则： f=（ 0.37 0.45） X0.915mm/r=0.34 0.41mm/r 按钻头强度 决定进给量：根据切削用量简明手册表 2.8，当灰铸铁硬度大于 213HBS， d。 =14.2mm，钻头强度允许的进给量 f=1.0mm/r。 按机床进给机构强度决定进给量：根据切削用量简明手册表 2.9，当灰铸铁硬度大于 210HBS， d。 14.5mm，机床进给机构允许的轴向力为 8830N时，进给量为 0.81mm/r。 从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为nts 19 f=0.34 0.41mm/r。根据 Z5125钻床说明书，选择 f=0.36mm/r。 2）决定钻头磨钝标准及寿命 由切削用 量简明手册表 2.12，当 d。 =14.2mm时，钻头后刀面最大磨损量取为 0.8mm，寿命 T=60min。 3）决定切削速度 由切削用量简明手册表 2.15，当 f=0.36mm/r时， Vt=13m/min。 切削速度的修正系数为： kTv=1.0， kcv=1.0， klv=0.85， ktv=1.0，故： v=vt kv=13X1.0X1.0X0.85X1.0m/min=11.1m/min n=1000v/( d。 )=248.8r/min 根据 Z5125钻床说明书，可考虑选择 n=272r/min,但因所选转 数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取 f=0.28mm/r；也可选择较低一级转数 n=195r/min,仍用 f=0.36mm/r，比较这两种方案： 第一方案 f=0.28mm/r,n=272r/min nf=272 0.28mm/min=76.16mm/min 第二方案 f=0.36mm/r,n=195r/min nf=195 0.28mm/min=70.2mm/min 因为第一方案 nf 的乘积较大，基本工时较少，故第一方案较好 。这时Vc=12m/min;f=0.28mm/r。 （ 3）计算基本工时 nfLtm （ 1 2） 式中 L=l+y+， l=47mm，根据切削用量简明手册表 2.29，入切量及超切量 y+ =6mm，则 L=47+6mm=53mm，故由公式 (1-2)得： tm=0.70min 3.工序铣端面切削用量及时间 （ 1）选择刀具 1）根据切削用量简明手册表 1.2，选择 YG6A硬质合金刀片。 根据切削用量简明手册表 3.1，铣削深度 p 4mm时，圆盘铣刀直径 d。为 80mm， a为 60mm。但已知铣削宽度 ae为 70mm，故应根据铣削宽度 ae 49mm，选择 d。 =80mm。由于采用标准硬质合金圆盘铣刀，故齿数 z=12。 2）铣刀几何形状（表 3.2）；由于铸铁硬度大于 200HBS，故选择 r=60， r =30， r =5， 。 =8（假定 cmax0.08mm ） , 。 =10 , s= 10， 。 1= 5。 （ 2）选择切削用量 nts 20 1）决定铣削深 p 由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则： p=h=3mm 2)决定 每齿进给量 fz 根据切削用量简明手册表 3.3，当使用 YG6A，铣床功率为 4.5KW 时： fz=0.20 0.30mm/z 取： fz=0.30mm/z 3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据切削用量简明手册表 3.8，由于铣刀直径 d。 =80mm，故刀具寿命 T=180min。 4）决定切削速度 Vc 和每分钟进给量 Vf 切削速度 Vc 可根据切削用量简明手册表 3.27中的公式计算，也可直接由表中查出。 根据切削用量简明手册表 3.27的公式进行计算。 各修正系数为： kMv=0.72， ksv=0.8 (见表 1.28) kv= kMv ksv=0.576 故 ： Vc=14.5m/min n=58r/min 根据 X62W型铣床说明书选择： n=60r/min,Vfc=235mm/min 因此实际切削速度和每齿进给量为： vc= d。 n/1000=3.14*80*60/1000m/min=15m/min fzc=Vfc/n z=235/(60*12)mm/z=0.33mm/z （ 3）计算基本工时 fm vLt （ 1 3） 式中 L=l+y+， l=40mm，根据切削用量简明手册表 3.25，入切量及超切量 y+ =17mm，则 L=40+17mm=57mm，故由公式 (1-3)得： tm=0.32min 其余工序切削用量及基本时间见工序卡片。 3.8 本章小结 nts 21 本章对曲轴加工工艺进行分析与设计，在工艺路线确定之后，确定各工序的的具体内容，并通过手册确定加工余量及工序尺寸、设备与工艺设备、切削用量与时间定额。 nts 22 第 4 章 钻床夹具的设计 4.1 夹具的概念 1、 夹具的定义 夹具是用以装夹工件的装置。机械制造过程中广泛地使用各种夹具，包括机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具、检验夹具等。机床夹具用于切削加工。在切削加工中，用以固定加工对象，使之定位。机床、夹具、刀具、工件在加工时组成加工系统，工件实现定位和夹紧。 2、 夹具的作用 保证加工精度；减少安装工件的辅助时间，提高劳动生产率；改善劳动条件，减少劳动量和劳动强度；降低加工成本，扩大机床的使用范围；保证安全生产等。 3、夹具的分类 机床夹具一般按适用对象、使用特点、使用机床和动力源分类。具体 说来，有： 1） 通用夹具： 用以加工两种或两种以上工件的同一夹具。特点：能较好地适应加工工序和加工对象的变换，一般结构均已定型，尺寸、规格系列化。 2） 专用夹具： 专为某一工件的某一工序而设计的夹具。 我们设计的钻模夹具就是专用夹具的一种。 3） 可调夹具： 通过调整或更换个别零、部件，能适用多种工件加工的夹具。特点：夹具的使用对象在设计前并不非常确定，通用性范围大。 4） 成组夹具： 根据成组技术原理设计的用于成组加工的夹具。设计成组夹具的前提是成组工艺。特点：只需对个别定位和夹紧组件进行调整或更换，即可用于加工成组 内的所有零件。 5） 组合夹具： 由可循环使用的标准夹具零、部件组装成易于联接和拆卸的夹具。 6） 随行夹具： 用以装夹工件，并由工件输送带送至自动线各工位的装置。 4、进行夹具设计的意义 夹具是机械制造厂里使用的一种 工艺装备 。 对工 件 进 行机械加工 时 ， 为 了保证 加工要求，首先要使工件相 对 于刀具及机床有正确的位置，并使 这个 位置在加工 过 程中不因外力的影 响 而 变动 。 为 此，在 进 行机械加工之前，先要 对 其 进 行 夹具 设计 。 nts 23 5.夹具设计中需注意的问题 在 夹 具 设计过 程中， 对 于被加工零件的定位、 夹紧 等主要 问题，设计 人 员 一般都 会考虑 的比 较 周全，但是， 夹 具 设计还经 常 会 遇到一些 小问题，这 些 小问题如果 处 理不好，也 会给夹 具的使用造成 许 多不便，甚 至会 影 响 到工件的加工精度。在此 归纳 一下在 夹 具 设计 中 经 常遇到的一些 小问题， 具体如下： 1）清根问题 在 设计 端面和 内 孔定位的 夹 具 时 ， 会 遇到 夹 具体定位端面和定位外 圆 交界 处清 根 问题 。端面和定位外 圆 如不 连 接 就无 此 问题 。 夹 具要不要清根， 应根 据工件的 结 构而定。如果零件定位 内 孔孔口倒角 较 小或 无 倒角， 则 必 须 清根；如果零件定位孔孔口倒角 较 大或孔口是空位， 则 不需要清根，而且交界 处 可以 倒为圆 角 R 。 端面与外 圆 定位 时 ，也采取一 样 的 规则 。 2）让刀问题 在 设计圆盘类 刀具（如 铣 刀、 砂轮 等）加工的 夹 具 时 ， 会 存在 让 刀 问题 。 设计这类夹 具 时 ， 应 考 虑铣 刀或 砂轮 完成切削或磨削后， 铣 刀或 砂轮 的退刀位置，其位置大小 应根 据所使用的 铣 刀或 砂轮 的直 径 大小，留出超 过 刀具半 径 的尺寸位置即可。 3）更换问题 在 设计加 工 结 构相同或相似，尺寸不同的系列 产 品 零件夹 具 时 ， 为 了降低生产 成本，提高 夹 具的利用率，往往 会 把 夹 具 设计为只 更 换 某一 个 或几 个 零件的通用型 夹 具。 定位件外 圆 与 夹 具体孔 之间 的配合不能有 间 隙，若有了 间 隙就 会 影 响夹 具的定位精度；但是， 两 者 之间 也不能有太大的 过 盈量，如果 过 盈量太大，就使得零件更 换 困 难 。所以， 设计时 一般采用 较紧 的 过 渡配合。 为 了使定位件能 够顺 利拆下 来 ，可以在定位件中心 设计一 螺孔，用一螺杆 拧 入螺孔 内 ，定位件就能 顺 利地被 顶出。当然 ，此螺孔直 径应 小于 夹 具体孔。 .4）防松问题 在 夹 具 设计 中， 经 常 会 使用 双头 螺柱， 双头 螺柱一端固定于 夹 具上，另一端用螺母 压紧 于加工的零件。 双头 螺柱与 夹 具的固定端一般采用六角薄螺母 锁紧 ，然而用螺母 锁紧 后，在使用中常常 会 出 现松动 。如果把螺柱的 固定端与 夹 具体背面基本 拧 平（螺柱 头略 低于 夹 具体），在背面（即左端面）螺 纹旋 合 处 ，沿 圆 周均 匀铆 三 点 ，就能 够 起到防松作用。而且省去 锁紧螺 母，需要 时还 可以 进 行更 换 。 6.对夹具体的要求 1）有适当的精度和尺寸稳定性 nts 24 夹具体上的重要表面，如安装定位工件的表面、导向组件的表面以及夹具体的安装基面等，应有适当的尺寸和形状精度，他们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具要进行退火处理。 2）有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹 具体不产生不允许的变形和振动，夹具体应该有足够的强度和刚度。因此夹具体须有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。 3）结构工艺性好 夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种组件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式、半开式和框架式结构等。 4）排屑方便 切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体上开排屑槽或在夹具体下部设置排屑斜面。 5）在机床上安装稳定可靠 夹具在机床上 的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。 7.钻模夹具体毛坯的类型 1）铸造夹具体 铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁，要求强度高时用铸钢，要求重量轻时用铸铝。 在底座毛坯类型选择时，考虑到铸造。 2）焊接夹具体 它由钢板、型材焊接而成，这 种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。 对于一些工型或者凹槽类的夹具，可以考虑到使用焊接，这样可以节省所用的材料，降低成本。 3）锻造夹具体 nts 25 它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需要经退火处理。此类夹具体应用较少。在设计滑板时考虑要首先考虑到这种类型。 4）型材夹具体 这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻。 5）装配夹具体 此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点，有利于夹具标准化、 系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。 4.2 钻斜油孔专用夹具设计 4.2.1 部分基本件的选择 钻 模 类 型的 选择 ： 钻 模的 类 型有很多种，在 设计钻 模 时 ，需要根据工件的形状 尺寸、重量、加工要求和批量 来选择钻 模的 结 构 类 型。本文 选择 固定式 钻 模。 钻 套 类 型的 选择 ： 钻 套和 钻 模板是 钻 床 夹 具的特殊原件。 钻 套 装配 在 钻 模板上，其作用是确定被加工孔的位置和引 导 刀具加工。在本文 选择可换钻 套。 当钻套磨 损 后，可卸下螺 钉 ，更 换 新的 钻 套。其中螺 钉 能防止加工 时钻 套 转动 和退刀时随刀 具拔出。 钻 套的尺寸、公差及材料的 选择 ： 钻 套 导 向孔的基本尺寸取刀具的 最大极限尺寸，采用基 轴 制 间 隙配合。座套的 导 向高度取的要大一 点 ， 这样导 向性能可增强 ，刀 具强 度高， 则 加工精度高，但 钻 套和刀具的磨 损 加 剧 。一般取dH 5.21 (d 为钻 套孔直 径 )。 对 于加工精度要求高的孔或者是
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