单拐曲轴机械加工工艺及工艺装备设计

单拐曲轴机械加工工艺及工艺装备设计摘要：通过对单拐曲轴零件几何形状、尺寸精度及位置精度等进行分析，制定其机械加工工艺规程，同时为了正确的保证加工表面相对其它表面的尺寸和位置精度，通过对定位、夹紧等装置的慎重选择，设计了单拐曲轴的专用夹具。本设计力求正确、简单、实用关键词：单拐曲轴,加工工艺,专用夹具ISinglethrowcrankshaftmachiningtechnologyandprocessequipmentdesignAbstract:Throughasinglethrowcrankshaftpartgeometry,dimensionalaccuracyandpositionaccuracyanalysis,preparationofitsmachiningprocessplanning,andinordertoensuretheproperprocessingofthesurfacerelativetotheothersurfacesizeandpositionaccuracybythepositioning,clampingandotherdevicescarefullyselected,designedaspecialjigcanecrankshaft.Thedesignseekstocorrect,simpleandpractical.Keywords:crankshaft;machiningprocessing;specialfixtureII目录1绪论.12零件的工艺分析.22.1零件工艺分析.22.2零件的功用分析.22.2.1轴类零件的功用.22.2.2轴类零件的主要技术要求.22.2.3轴类零件的材料、毛坯及热处理.33毛坯尺寸、工序尺寸及机械加工余量的确定.53.1工序尺寸及公差确定.53.2设备及工艺装备的确定.83.3切削用量及工时定额确定.84零件工艺规程设计.164.1确定毛坯的制造形式.164.2加工方法分析及确定.164.3加工顺序的安排.164.4定位基准的选择.164.4.1选择定位基准的方法.164.4.2轴类零件的定位基准与装夹方法.194.5拟定零件加工的工艺路线.205钻4-22孔专用夹具设计.255.1夹具设计.255.1.1定位基准的选择.255.1.2定位方案的确定.255.1.3定位元件的选用.255.1.4切削力及夹紧力计算.265.1.5钻套、连接元件及钻模板设计.275.1.6夹具体的设计.285.1.7夹具精度分析.285.1.8夹具设计及操作的简要说明.29III6车曲轴颈专用夹具设计.306.1夹具设计.306.1.1选择定位基准.306.1.2确定定位元件.306.1.3夹紧装置的设计要求.316.1.4夹具体的设计.316.1.5夹具精度分析.326.1.6夹具设计及操作的简要说明.32毕业设计总结.33参考文献.34致谢.3601绪论机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的机械加工工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制，而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力，而且可以较大程度地提高企业的利润，因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约，比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等，其中较为重要的是夹具的生产和设计。夹具是机械加工系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具的设计都是十分重要的。好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。该课题主要是为了培养我们开发、设计和创新机械产品的能力，要求我们能够结合常规机床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。就我个人而言，通过这次毕业设计队自己所学的理论知识进行一次综合运用，也是对四年的学习深度的一个检验。从中锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，并希望通过毕业设计能养成一种严谨、务实、求真、奋进的工作态度，不仅是对生活的一种感悟，而且为参加工作打下一个良好的基础。因而具有十分重要的意义。12零件的工艺分析2.1零件工艺分析1）主轴颈、连杆轴颈本身精度：主轴颈110+0.025+0.003尺寸公差等级IT6，表面粗糙度Ra为1.25m，连杆轴颈110-0.036-0.071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，连杆轴颈的圆柱度误差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。3）零件结构工艺性分析单拐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，对单拐曲轴的基本要求是高强度、高韧性、高耐磨性和回转平稳性，因而安排单拐曲轴加工过程应考虑到这些特点。2.2零件的功用分析2.2.1轴类零件的功用单拐曲轴属于轴类零件。轴类零件是机器中的主要零件之一，它的主要功能是支承传动零件(齿轮、带轮、离合器等)和传递扭矩。对于轴类零件而言，它们都是长度L大于直径d的回转体零件，若Ld12，通常称为刚性轴，而Ld12则称为挠性轴。其加工表面主要有内外圆柱面、内外圆锥面、轴肩、螺纹、花键、沟槽、键槽等组成。2.2.2轴类零件的主要技术要求轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。因此，轴类零件的技术要求通常包含以下几个方面。6152（1）尺寸精度：主要指直径和长度的精度。直径精度由使用要求和配合性质确定：对主要支承轴颈，可为IT6IT9；特别重要的轴颈可为IT5。长度精度要求一般不严格，常按未注公差尺寸加工，要求高时，可允许偏差为50200m。（2）形状精度：主要是指支承轴颈的圆度、圆柱度，一般应将其控制在尺寸公差范围内，对精度要求高的轴，应在图样上标注其形状公差。（3）位置精度：主要指装配传动件的配合轴颈相对装配轴承的支承轴颈的同轴度、圆跳动及端面对轴心线的垂直度等。普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为1030m，高精度的为510m。（4）表面粗糙度：是根据轴运转速度和尺寸精度等级决定的。配合轴颈的表面粗糙度Ra值为3.20.8m，支承轴颈的表面粗糙度Ra值为0.80.2m。（5）其他要求：为改善轴类零件的切削加工性能或提高综合力学性能及其使用寿命，必须根据轴的材料和使用要求，规定相应的热处理要求。2.2.3轴类零件的材料、毛坯及热处理轴类零件应根据不同工作条件和使用要求选择不同的材料和不同的热处理方法，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是一般轴类零件常用的材料，经过调质可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合力学性能。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴，这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn可制造较高精度的轴，这类钢经调质和表面高频感应加热淬火后再回火，表面硬度可达5058HRc，并具有较高的耐疲劳性能和耐磨性。对于高转速、重载荷等条件工作的轴，可选用20CrMnTi、20Mn2B等低碳合金钢或38CrMoAl中碳渗氮钢。14轴类零件常用的毛坯是圆棒料、锻件或铸件等，对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要轴，常选用锻件；对某些大型或结构复杂的轴（如曲轴），常采用铸件。轴类零件在机加工前、后和过程中一般均需安排一定的热处理工序。在机加工前，对毛坯进行热处理的目的主要是改善材料的切削加工性、消除毛坯制造过程中产生的内应力。如对锻造毛坯通过退火或正火处理可以使钢的晶粒细化、降低硬度、便于切削加工，同时也消除了锻造应力。对于圆棒料毛坯，通过调质处理或正火处3理可以有效地改善切削加工性。在机加工过程中的热处理，主要是为了在各个加工阶段完成后，消除内应力，以利于后续加工工序保证加工精度。在终加工工序前的热处理，目的是为了达到要求的表面力学物理性能，同时也消除应力。曲轴是将直线运动转变成旋转运动，或将旋转运动转变为直线运动的零件。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。43毛坯尺寸、工序尺寸及机械加工余量的确定3.1工序尺寸及公差确定1)外圆表面的加工0.2531m本道工序尺寸为右轴颈的加工尺寸，以左右两端面为基准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.1所示。8表3.1右轴颈工序尺寸及公差(mm)工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸铸1151.415.4粗车400.2半精车110.420.0540.54磨1100.40.022.2312)外圆表面的加工0.3671m本道工序为左轴颈的基本工序尺寸，以左右两端面为基准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.2所示。表3.2左轴颈工序尺寸及公差(mm)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870.8714磨1100.40.035.36013)外圆表面的加工0.2415m本道工序为1：10锥度左端的基本工序尺寸，以左右两端面为基准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.3所示。5表3.3锥度左端工序尺寸及公差(mm)工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸粗车70.8714半精车105.420.350.35磨1044)外圆表面的加工0.2814m本道工序为曲轴最大外圆的基本工序尺寸，以左右两端面为基准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.4所示。表3.4外圆表面工序尺寸及公差(mm)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0.145磨1400.50.016.2085)轴向长度94mm的端面加工本道工序为曲轴左端的基本工序尺寸，以右端面为基准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.5所示。表3.5曲轴左端工序尺寸及公差(mm)工艺路线工序余量工序尺寸铸89粗车2.691.6半精车293.6磨0.4946)右端长度为103mm的主轴颈轴向长度的加工6本道工序为曲轴左端外圆的长度基本工序尺寸，以左右两端面为基0.2531m准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.6所示。表3.6右端主轴颈长度工序尺寸及公差(mm)工艺路线工序余量工序尺寸铸98粗车2.6100.4半精车2102.4磨0.41037)轴向长度为的跨距的加工0.53164m本道工序为曲轴内槽长度的基本工序尺寸，以左右两端面为基准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。其工序尺寸及公差如表3.7所示。表3.7主轴颈间跨距工序尺寸及公差(mm)工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸铸1591.4159.4粗车30.63磨160m8)径向270mm轴宽的加工本道工序为曲轴最大外圆端面的基本工序尺寸，以左右两端面为基准，粗车和精车选用CA6140车床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.8所示。表3.8轴宽工序尺寸及公差(mm)工艺路线工序余量工序尺寸铸275粗铣4.5270.5磨0.527079)键槽的加工0.2748m本道工序为曲轴右端键槽的基本工序尺寸，以左端面为基准，选用X6132铣床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.9所示。表3.9键槽工序尺寸及公差(mm)工艺路线基本尺寸工序余量工序精度工序尺寸粗铣327磨280.30.052.048m10)10油孔的加工本道工序为曲轴油槽的基本工序尺寸，以左右两端面为基准，选用Z525立式钻床进行加工，最后使用万能外圆磨床加工。如表3.10所示。表3.10油孔工序尺寸及公差(mm)工艺路线工序余量工序尺寸粗铣9.7磨0.3103.2设备及工艺装备的确定所用的设备有：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。3.3切削用量及工时定额确定（1）粗车曲轴两端面，钻中心孔机床：CA6140卧式车床。8刀具：90外圆车刀，刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mm25mm，kr=900，0=150，0=80，r=0.5mm。确定切削用量：1）背吃刀量：ap=5mm。2）进给量：根据切削用量简明手册表1.4，选用f=0.5mm/r。3）切削速度：查切削用量简明手册表1.27可得各系数，切削速度计算值如下：（3-1）vcxympCkTaf代入数据可得：vcxympkaf=95.56(m/min)4）确定主轴转速：(3-2)10cswvnd=276.66(r/min)95.6根据机床主轴转速图可知，可取n=450r/min。所以实际切削速度为:1035wcdnv=108.8(m/min)5）校验机床功率和机床进给机构强度：略工时定额：1）计算基本时间：(3-3)12bLtnf式中：L=118,L1=4,L2=0所以：min1840.753btf2）取：T辅=5min，=3%，=2%，T准终=10min3）单件的工时定额为：544.801.9769=7.8min3210110.540TTN准终作（2）粗车主轴颈右端时：切削用量：（车刀刀杆尺寸取2525）ap=2.6，由切削用量简明手册表5.3.1得f=1.3，由切削用量简明手册表5.3.20查得v=59m/min，则n=318v/d=31859/112.4=166.9=167r/min工时定额：由切削用量简明手册表3.3.1得：装夹工件时间为1.1min由切削用量简明手册表3.3.2得：松开卸下工件时间为0.76min，由切削用量简明手册表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由切削用量简明手册表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由切削用量简明手册表5.4.1得机动时间为：T2=0.07+0.06+0.04+0.03=0.2min由切削用量简明手册表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：a=2.6p由切削用量简明手册表5.3.1得：f=1.3mm/r由切削用量简明手册表5.3.20得：v=59m/min则n=318v/d=31859/112.4=166.9=167r/min工时定额：（同上）T1=2.61minT2=0.2minT3=53minT4=15minT基=91.65/1671.32.6=0.81minT总=T1+T2+T3+T3+T基=74.62min(4)半精车主轴颈右端时：10切削用量：（刀尖圆弧半径取0.5）a=2p由切削用量简明手册表5.3.2得f=0.1mm/r由切削用量简明手册表5.3.20得v=120m/min则n=318v/d=318x120/110.4=346r/min工时定额：（同上）T1=2.61minT2=0.2minT3=56minT4=15minT基=lz/nfap=410.85/3460.12=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：a=2p由切削用量简明手册表5.3.2得f=0.1mm/r由切削用量简明手册表5.3.20得v=120m/min则n=318v/d=318x120/110.4=346r/min工时定额：（同上）T1=2.61minT2=0.2minT3=56minT4=15minT基=93.65/3460.12=6.8minT总=80.61min(6)粗车连杆轴颈，切第一、二侧板切削用量：a=4.6p由切削用量简明手册表5.3.1得f=1.2mm/r由切削用量简明手册表5.3.20得v=48m/min则n=318v/d=31848/110.4=139r/min工时定额：由切削用量简明手册表3.3-21得装夹工件时间为0.6min由切削用量简明手册表3.3-23得操作时间为0.02+0.02+0.05+0.05+0.01=0.15min由切削用量简明手册表3.3-24得测量工件时间为0.14minT1=0.6+0.4+0.15+0.14=1.29minT2=0.2minT3=56minT4=15minT基=lz/nfa=163.55/1391.24.6=1.1minpT总=73.6min(7)粗铣连杆上、下端及前、后端：切削用量：a=4.5p由切削用量简明手册表6.3.2得f=0.25mm/r11由切削用量简明手册表6.3.21的硬质合金铣刀铣削灰铸铁时v=120m/min则n=318v/d=318120/270.5=142r/min工时定额：由切削用量简明手册表6.4.1得：T2=lw+l1+l2/vf=313+10+10/0.25142=9.4min由切削用量简明手册表3.3.7得操作时间为：0.83min由切削用量简明手册表3.3.8得测量工件时间为：0.14minT1=2.27minT3=51minT4=15minT基=lz/nfap=3135/1420.254.5=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：a=230p由切削用量简明手册表7.3.1得f=0.5mm/r由切削用量简明手册表7.3.11得v=16m/min则n=318v/d=31816/20=254.4r/min工时定额：当钻20深230油孔时：T2=lw+lf+lt/fn=230+17+0/0.5254.4=1.9min(lf=dm/2cotkr=20/2cot120=17)T基=23020/254.40.5230=0.16min当钻20深160油孔时：由表7.4.1得T2=lw+lf+lt/fn=160+17+0/0.5254.4=1.4min(lf=dm/2cotkr=20/2cot120=17)T基=16020/=0.16min当钻10深200油孔时:T2=lw+lf+lt/fn=200+8.5+0/0.5254.4=1.7min(lf=dm/2cotkr=10/2cot120=8.5)T基=20010/254.40.5200=0.08min由切削用量简明手册表3.3.9得装夹工件时间为0.17min由切削用量简明手册表3.3.10得松卸工件时间为0.15min由切削用量简明手册表3.3.11得操作时间为0.4min由切削用量简明手册表3.3.12得测量工件时间为0.04minT1=0.76minT3=47minT4=15minT总=68.07min(9)在主轴颈右端粗铣键槽：切削用量：a=9.7p12由切削用量简明手册表6.3.2得f=0.3mm/r由切削用量简明手册表6.3.11得v=49m/min则n=318v/d=31849/105=149r/min工时定额：由切削用量简明手册表6.4.1得T2=(t+lw)/vf2+(lw-d0)/vf=(10+179.7)/499.7+(179.7-105)/(490.3)5.5min由切削用量简明手册表3.3.5得装夹工件时间为0.11min由切削用量简明手册表3.3.6得松卸工件时间为0.1min由切削用量简明手册表3.3.7得操作时间为0.68min由切削用量简明手册表3.3.8得测量工件时间为0.18minT1=1.07minT3=51minT4=15minT基=lz/nfa=179.710/1490.39.7=4.2minpT总=76.8min(10)磨削主轴颈右端并倒角：切削用量：a=0.4由表10.2.2得f=0.4mm/rv=22m/minpn=318v/d=31822/110=64r/min工时定额：由表切削用量简明手册3.3.13得装夹和松卸工件时间分别为：0.19min和0.10min由切削用量简明手册表3.3.15得操作时间为0.37min由切削用量简明手册表3.3.16得测量工件时间为0.08minT1=0.74minT基=4030.4/640.50.4=13minT3=60minT4=15minT总=88.74min(11)磨削主轴颈左端并倒角：切削用量：a=0.4p由切削用量简明手册表10.2.2得f=0.4mm/rv=22m/min则n=318v/d=64r/min工时定额：由切削用量简明手册表3.3.13得装夹和松卸时间为0.19min和0.10min由切削用量简明手册表3.3.15得操作时间为0.37min由切削用量简明手册表3.3.16得测量工件时间为0.08minT1=0.74minT3=60minT4=15minT基=940.4/640.50.4=3min13T总=78.74min（12）磨削连杆轴颈第一、二侧板并倒角切削用量：a=0.4p由切削用量简明手册表10.2.2得f=0.4mm/rv=22m/min则n=318v/d=64r/min工时定额：由切削用量简明手册表3.3.13得装夹和松卸时间为0.09min和0.08min由切削用量简明手册表3.3.15得操作时间为0.39min由切削用量简明手册表3.3.16得测量工件时间为0.08minT1=0.64minT3=60minT4=15minT基=1640.4/640.50.4=5.2minT总=82.9min（13）磨削连杆上、下端并倒角：切削用量：a=0.5p由切削用量简明手册表10.2.2得f=0.5mm/rv=22m/min则n=318v/d=31822/270=26r/min工时定额：由切削用量简明手册表3.3.13得装夹和松卸时间为0.19min和0.10min由切削用量简明手册表3.3.15得操作时间为0.41min由切削用量简明手册表3.3.16得测量工件时间为0.08minT1=0.78miT3=60minT4=15miT基=2700.5/260.60.5=17.3minT总=93.1min（14）钻孔32在钻削切削用量中，对孔精度影响较大的分别是背吃刀量和进给量，对钻头的使用寿命影响较大的是背吃刀量和切削速度。机床：Z512台式钻床。刀具：32mm硬质合金麻花钻确定切削用量：1）背吃刀量：ap=2mm。142）进给量：查切削用量简明手册表3.3.13可得，取f=0.2mm/r3）切削速度：取Z512台式钻床主轴转速2200r/min，根据切削速度计算公式：确定工时定额1）计算基本时间：12bLTnf式中：L=45,L1=5,L2=0所以：min450.142bf2）取：T辅=4min，=3%，=2%，T准终=0min3）单件的工时定额为：=4.2min32110.1840N准终作3201./min01wcdnv154零件工艺规程设计4.1确定毛坯的制造形式曲轴工作时要承受很大的转矩及变形的弯曲应力，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。4.2加工方法分析及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，所以不能直接在轴端面上钻中心孔，加工连杆时，可以用加工过的主轴颈作为定位基准，安装到专用的偏心卡盘分度夹具中，以此来让连杆轴颈的轴线与转动轴线重合，有利于零件的加工。54.3加工顺序的安排此零件是单拐曲轴，刚性差且易变形，属中批量生产。故选用中心孔定位的方法，它是辅助基准，装夹方便，不但能节省找正时间，还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，打中心孔。由于该零件的刚性差，所以要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，以此为基准粗加工连杆轴颈，再磨主轴颈，最后磨连杆轴颈。4.4定位基准的选择4.4.1选择定位基准的方法定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有的面均未加工，只能以毛坯面作定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准，以后的加工，必须以加工过的表面做定位基准，以加工过表面为定位基准的称精基准。16在加工中，首先使用的是粗基准，但在选样定位基准时，为了保证零件的加工精度，首先考虑的是选择精基准，精基准选定以后，再考虑合理地选择粗基准。7精基准的选择原则选择精基准时，重点考虑是如何减少工件的定位误差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件装卸方便，夹具结构简单，一般应遵循下列原则：(1)基准重合原则所谓基准重合原则是指以设计基准作定位基准，以避免基准不重合误差。(2)基准统一原则当零件上有许多表面需要进行多道工序加工时，尽可能在各工序的加工中选用同一组基准定位，称为基准统一原则。基准统一可较好地保证各个加工面的位置精度，同时各工序所用夹具定位方式统一，夹具结构相似，可减少夹具的设计、制造工作量。基准统一原则在机械加工应用较为广泛，如阶梯轴的加工，大多采用顶尖孔作统一的定位基准；齿轮的加工，一般都以内孔和一端面作统一定位基准加工齿坯，齿形；箱体零件加工大多以一组平面或一面两孔作统一定位基准加工孔系和端面；在自动机床或自动线上，一般也需遵循基准统一原则。(3)自为基准原则有些精加工工序，为了保证加工质量，要求加工余量小而均匀，采用加工面自身作定位基准，称为自为基准原则。例如在导轨磨床上磨削床身导轨时，为了保证加工余量小而均匀，采用百分表找正床身表面的方式装夹工件。(4)互为基准原则为了使加工面获得均匀的加工余量和加工面间有较高的位置精度，可采用加工面间互为基准反复加工。例如加工精度和同轴度要求高的套筒类零件，精加工时，一般先以外圆定位磨内孔，再以内孔定位磨外圆。又如加工精密齿轮时，通常是齿面淬硬后再磨齿面及内孔。(5)装夹方便原则所选定位基准应能使工件定位稳定，夹紧可靠，操作方便，夹具结构简单。以上介绍了精基准选择的几项原则，每项原则只能说明一个方面的问题，理想的情况是使基准既“重合”又“统一”，同时又能使定位稳定、可靠，操作方便，夹具结构简单。但实际运用中往往出现相互矛盾的情况，这就要求从技术和经济两方面进行综合分析，抓住主要矛盾，进行合理选择。还应该指出，工件上的定位精基准，一般应是工件上具有较高精度要求的重要工作表面，但有时为了使基准统一或定位可靠，操作方便，人为地制造一种基准面，17这些表面在零件的工件中并不起作用，仅仅在加工中起定位作用，如顶尖孔、工艺搭子等。这类基准称为辅助基准。粗基准的选择原则选择粗基准时，重点考虑如何保证各个加工面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与不加工面的位置尺寸和位置精度，同时还要为后续工序提供可靠精基准。具体选择一般应遵下列原则：1)为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量最小的面为粗基准。2)为了保证零件上加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗基准。当零件上有几个加工面，应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为粗基准。3)为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。零件上有些重要工作表面，精度很高，为了达到加工精度要求，在粗加工时就应使其加工余量尽量均匀。例如车床床身导轨面是重要表面，不仅精度和表面质量要求很高，而且要求导轨表面的耐磨性好，整个表面具有大体一致的物理力学性能。床身毛坯铸造时，导轨面是朝下放置的，其表面层的金属组织细微均匀，没有气孔、夹砂等缺陷。因此，导轨面粗加工时，希望加工余量均匀，这样，不仅有利于保证加工精度，同时也可能使粗加工中切去一层金属尽可能薄一些，以便留下一层组织紧密而耐磨的金属层。为了达到上述目的，在粗基准选择时，应以床身导轨面为粗基准先加工床脚平面，再以床脚面为精基准加工导轨面，这样就可以使导轨面的粗加工余量小而均匀。反之，若以床脚为粗基准先加工导轨面，由于床身毛坯的平行度误差，不得不在床身的导轨面上切去一层不均匀的较厚金属，不利于床身加工质量的保证。以重要表面作粗基准，在重要零件的加工中得到较多的应用，例如机床主轴箱箱体的加工，通常是以主轴孔为粗基准先加工底面或顶面，再以加工好的平面为精准加工主轴孔及其他孔系，可以使精度要求高的主轴孔获得均匀的加工余量。4)为了使定位稳定、可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。作为粗基准的面应无锻造飞边和铸造浇冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夹具装夹时，还应使夹具结构简单，操作方便。185)粗基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。因粗基准是毛面，表面粗糙、形状误差大，如果二次装夹使用同一粗基准，两次装夹中加工出的表面就会产生较大的相互位置误差。4.4.2轴类零件的定位基准与装夹方法（1）定位基准由轴类零件本身的结构特征决定了最常用的定位基准是两顶尖孔，因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度等这些精度要求，它们的设计基准一般都是轴的中心线，用顶尖孔作为定位基准，重复安装精度高，能够最大限度地在一次安装中加工出多个外圆和端面，这符合基准统一原则。轴类零件粗加工时为了提高零件刚度，一般用外圆表面与顶尖孔共同作为定位基准；轴较短时，可直接用外圆表面定位。（2）装夹方法为保证轴类零件的加工精度，其装夹尺可能遵守基准重合和基准统一原则，其装夹方法有以下几种：261）单用卡盘装夹外圆表面（一夹）：用外圆表面定位时可用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘夹住外圆表面。2）卡盘和顶尖配合使用装夹零件（一夹一顶）：粗加工时，切削力较大，常采用三爪自定心卡盘夹一头，后顶尖顶另一头的装夹方法。3）卡盘和中心架配合使用装夹零件（一夹一托）：加工轴上的轴向孔或车端面、钻中心孔时，为提高刚性，可用三爪卡盘夹住一头，中心架托住另一头的装夹方法。当外圆为粗基准时，必须先用反顶尖顶住工件左端，在毛坯两端分别车出支承中心架的一小段外圆，方可使用此装夹方法。4）两头顶尖装夹零件（双顶）：用前后顶尖与中心孔配合定位，通过拨盘和鸡心夹带动工件旋转，此法定位精度高，但支承刚度较低，传动的力矩较小，一般多用于外圆表面的半精加工和精加工。当零件的刚度较低时，可在双顶尖之间加装中心架或跟刀架作为辅助支承以提高支承刚度。5）当生产批量大，零件形状不规则时，可设计专用夹具装夹。（3）选择曲轴零件定位基准19在加工单拐曲轴时以主轴颈为基准，并打中心孔。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。4.5拟定零件加工的工艺路线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2）加工顺序的安排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）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4）单拐曲轴机械加工工艺路线初步拟定根据以上分析，现初步拟定单拐曲轴机械加工工艺路线分别如表4.1和4.2所示。23表4.1加工工艺路线一工序号工序名称工序内容工艺装备1铸造铸造2清砂清砂3热处理人工时效处理4清砂细清砂5涂漆非加工表面涂红色防锈漆6划线以毛坯外形找正，划主要加工线，偏心距1200.10及外形加工线7粗铣用V形块和辅助支承调整装夹工件后压紧，铣75140平面和270上、下面，留加工余量56X6132208铣以75140两平面定位加紧，按线找正铣另一侧面，留加工余量3，厚度尺寸保证149X61329铣以75140两平面定位加紧，按线找正铣另一侧面，留加工余量3，保厚度尺寸为146+0.50X613210检验超声波检查超声波检测仪21续表4.1工序号工序名称工序内容工艺装备11划线划轴两端中心孔线，照顾各部加工余量12钻工件平放在镗床工作台上，压110两处，钻左端中心孔。T617A13粗车夹右端顶左端中心孔，车左端外圆110+0.025+0.003至12500.021，车右端所有轴径至1140.08，粗车拐径外侧左、右端面，保证拐径外侧的对称度及尺寸为320CW616314粗车夹左端，右端上中心架车端面，去长短保证总长尺寸钻中心孔CW616315铣以75140两处平面定位压紧，在左端12500.021上铣键槽宽10、深5、长80X52K16粗车粗车拐径110-0.0360.071尺寸至115，粗车拐径内侧面164+0.530至1620.8.装夹在车拐径专用工装上CW6163专用车拐径工装17精车精车拐径110.-0.036-0.071至110.80.1，车拐径内侧面164+0.530至尺寸要求，车倒圆R3CW6163专用车拐工装18精车夹右端1140.08处，顶左端中心孔，精车轴径至111，长度尺寸至94保75尺寸CW616319精车夹左端（110处）顶右端中心孔精车轴径至111，长度尺寸至103，其余部分车至106，保75尺寸CW616320粗磨以两中心孔定位，磨右端轴径至110.6+0.050，轴径105-0.24-0.40至尺寸105.6+0.050M1450B21粗磨以两中心孔定位，调头装夹，磨左端轴径110+0.025+0.003至尺寸110.6+0.050M1450B22铣精铣140+0.022+0.008两端面至图样尺寸X613223铣铣底面75140，以两侧面定位并压紧，保证距中心高80，总高为270X613224钻以两轴径110.6+0.050定位压紧，钻攻4M24-7H螺纹孔Z3050钻模22续表4.1工序号工序名称工序内容工艺装备25磨以两端中心孔定位，磨拐径110-0.036-0.071至图样尺寸。模圆角R3M8260A26磨以两端中心孔定位，精磨两拐径110+0.025+0.003至图样尺寸，磨圆角R3，磨105-0.24-0.40至图样尺寸，磨圆角R3M1432A27车夹左端，顶右端中心孔，车1：10圆锥，留磨量1.5CW618028磨以两端中心孔定位，磨1:10圆锥105长216M1432A29检验磁粉探伤各轴径，拐径探伤机30划线划键槽线28-0.022-0.07417631铣铣键槽，以两轴径110-0.036-0.071定位，采用专用工装夹具，铣键槽28-0.022-0.07417610至图样尺寸，X5030A专用工装32钻钻左端20孔，孔深136，扩32，深50，锪60角T617A33钻重新装夹工件，钻10油孔，及M42-7H底孔，M12-7H底孔，攻M24-7H，M12-7H螺纹T617A34钻钻拐径10斜油孔，采用专用工装装夹Z303235钳修油孔、倒角、清污垢36检验检查各部尺寸37入库涂油入库表4.2加工工艺路线二工序号工序名称工序内容工艺装备1铸铸造，清理2热处理正火3锯23续表4.2工序号工序名称工序内容工艺装备4钻中心孔铣曲轴两端面钻中心孔卧式双面中心钻床5粗车粗车主轴颈右端CA61406粗车粗车主轴颈左端CA61407半精车半精车主轴颈右端CA61408半精车半精车主轴颈左端CA61409粗车粗车连杆轴颈切第一、二侧板特种多刀车床10粗铣粗铣连杆上、下及前、后端X613211钻孔在第一侧板及主轴颈上钻油孔特种两面四轴钻床12扩孔扩孔32特种两面四轴钻床13攻螺纹在油孔上攻螺纹4-M24、M12并倒角特种双面卧式四轴攻螺纹机床14铣键槽在主轴颈右端粗铣键槽X613215校直校直压床16热处理淬火17去毛刺在所有侧面去除机械加工所留下的毛刺辊道上18清理并吹净在乳化液中清洗顶尖和油孔保证没有赃物并吹净清洗机上19检验检验以上加工尺寸检验台上20修正中心孔修正中心孔21磨削磨削主轴颈右端并倒角M1432A22磨削磨削主轴颈左端并倒角M1432A23磨