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柴油机曲轴钻油孔工艺及夹具设计,柴油机,曲轴,钻油孔,工艺,夹具,设计
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1柴油机曲轴工艺及夹具设计【PDF报告-大学生版】报告编号：29987fefeb1919f0检测时间：2018-05-24 19:16:54检测字数：18,057字作者名称：曹博所属单位：湖南文理学院（教务处）检测范围： 中文科技期刊论文全文数据库 中文主要报纸全文数据库 中国专利特色数据库 博士/硕士学位论文全文数据库 中国主要会议论文特色数据库 港澳台文献资源 外文特色文献数据全库 维普优先出版论文全文数据库 互联网数据资源/互联网文档资源 高校自建资源库 图书资源 古籍文献资源 个人自建资源库 年鉴资源 IPUB原创作品时间范围：1989-01-01至2018-05-24检测结论：全文总相似比：13.12%（总相似比=复写率+他引率+自引率）自写率：86.88%（原创内容占全文的比重）复写率：12.48%（相似或疑似重复内容占全文的比重,含专业用语）他引率：0.64%（引用他人的部分占全文的比重，请正确标注引用）自引率：0%（引用自己已发表部分占全文的比重，请正确标注引用）专业用语：0.00%（公式定理、法律条文、行业用语等占全文的比重）总相似片段：71期刊：14 博硕：1 外文：0 综合：0 自建库：0 互联网：562本科生毕业设计题 目： 柴油机曲轴工艺及夹具设计 学生姓名： 曹 博 学 号： 201415010405 专业班级： 机自14104 指导教师： 杨 继 荣 完成时间： 2018 年5月20日 柴油机曲轴工艺及夹具设计目 录中文摘要及关键词 I英文摘要及关键词 II第一章 绪论 11.1课题的目的及意义 11.2国内外研究动态 2第二章 曲轴加工工艺过程设计 42.1零件的作用 42.2 零件的结构及工艺分析 42.3 确定生产类型 62.4毛坯的确定 62.4.1确定毛坯的制造形式 62.4.2毛坯形状及尺寸 72.5定位基准的选择 82.5.1精基准的选择 82.5.2粗基准选择 92.6制定工艺路线 102.7确定机械加工余量和毛坯的选择 152.7.1机械加工余量的确定 152.7.2工序尺寸及毛坯尺寸的确定 152.7.3刀具的选择 172.7.4量具的选择 172.7.5毛坯尺寸的确定及其加工余量 18颜色标注说明：自写片段复写片段（相似或疑似重复）引用片段引用片段(自引)专业用语（公式定理、法律条文、行业用语等）32.8确定切削用量及各工序工时 182.8.1确定3道工序的切削用量 182.8.2各工序工时的计算 222.9切削液的选择 26第三章 曲轴钻油孔夹具设计 273.1夹具设计的基本要求 273.2问题的提出 273.3定位基准及定位元件的选择 283.4定位方案的设计 283.5夹紧方案的设计 293.6切削力及夹紧力计算 303.7定位误差分析 313.8夹具设计及操作简要说明 32总 结 34参考文献 36致 谢 38中文摘要及关键词摘要：本设计针对柴油机曲轴的加工要求，通过对零件的工艺分析及加工过程的精度分析与技术要求，结合已有的柴油机曲轴的工艺方法，设计了合理的加工工艺方案，并且针对钻油孔这一道工序进行了钻床夹具设计。在设计工艺方案时，通过工艺路线的优化，提高了曲轴的加工精度和加工效率。在设计钻床夹具时，利用六点定位准则，限制了曲轴的六个自由度，属于完全定位方式。夹紧方案使用的是偏心轮-压板夹紧机构，夹紧方便且可靠。研究曲轴的加工工艺和夹具设计不仅能为工人减轻劳动强度，而且在进行大批量生产时，能够大大提高生产效率，这也正是今后我们有待提高的地方。同时，对加工类似机械零件也具有重要的参考价值。关键词：曲轴，工艺，钻床夹具，六点定位英文摘要及关键词Abstract：This design in view of the diesel engine crankshaft machining requirements, by analyzing the components ofthe process and the processing precision analysis and technical requirements, combined with the existing dieselengine crankshaft technique, design the reasonable machining process plan, and the process of drilling hole drilljig design was carried out. The machining accuracy and machining efficiency of the crankshaft are improved byoptimizing the process route during the design process. When designing the drill jig, using the six-pointpositioning criterion, the six degrees of freedom of the crankshaft are restricted, which belongs to the wholepositioning method. The clamping scheme is used in the eccentric - pressure plate clamping mechanism, which isconvenient and reliable. The processing technology of crankshaft and fixture design can not only reduce laborintensity of workers, and in the mass production, can greatly improve the production efficiency, which is where weneeds to improve in the future. At the same time, this design has important reference value for machining similarmechanical parts.Keywords: Crankshaft, craft, drill jig, six - point positioning绪论1.1课题的目的及意义通过完成毕业设计，能让我们重新巩固机械加工工艺、零件的定位及夹紧等理论知识，并加深对这些知识的理解，把它们运用到实际4问题中。同时也能提高我们绘图及撰写论文的能力。在进行工艺工装设计时，能正确运用各种书本、设计手册、参考文献，提高我们查找资料的能力。通过参考文献的查找、英文翻译，不但能让我们应用好网络这一工具，增强理科生英语翻译的能力，而且能使我们全面发展。毕业设计是对我们大学以来专业知识的一个综合评估，检验我们能否把握课题重点，解决实际中的问题，它能考验我们从全面思考问题到得出结论的过程，是培养我们独立思考问题的有效方法，也是理论知识转化为实践能力的一个重要机会。本次课题的意义主要有以下两点：1本次课题能让我们了解机械零件在加工过程中的各种知识，包括定位、夹紧等内容，保证零件的加工质量。这就需要我们解决零件的加工工艺规程，工序尺寸，加工余量以及在加工时工件的定位、夹紧等问题1。在进行夹具设计时，应当首先分析被加工零件的结构，根据加工工艺的原则，确定好某一道工序的夹具设计，然后绘制出一套完整的夹具装配图和零件图。这一系列工作要完成好，需要我们合理运用所学的知识进行合理的设计。在用CAD,UG等三维软件绘图时，能让我们对软件更加熟悉，提高我们的机械绘图能力。2在机械行业中，通常采用夹具作为加工时的辅助装置，因为它能够准确把工件固定在适当位置并且能确定好刀具加工的位置。夹具的使用在工艺过程中能保证工件质量，提高生产效率、减轻劳力及工作安全可靠。随着经济的发展，企业对各类机械产品的质量要求越来越高，对产品的更新换代要求越来越快，这样使得机床夹具在制造过程中占有越来越重要的地位。伴随着现代机械自动化的程度越来越高，对夹具的要求也相应会提高，目前企业所用的夹具都具有很高的自动化标准，并且工作效率也在不断提高。因此本次课题对我们了解夹具方面的新知识有重要指导意义。1.2国内外研究动态近年来，随着数控技术的发展，曲轴加工更多的采用数控技术。数控技术相对于普通机床加工起来更加方便可靠。他是依靠把事先编写好的程序输入进去，经电脑识别后开始执行命令，加工起来更加快捷，安全性也更高。数控机床还能很好的保证曲轴各个表面的精度，加工出来的质量更好。比如在对曲轴进行磨削时，采用数控磨削技术，利用静压导轨，精密加工等装置提高曲轴加工的精度2。目前日本研制出的数控专用曲轴磨床为曲轴磨加工带来了很大的方便，加工精度以及效率得到了很好的保证。这种磨床在进行加工时，利用砂轮磨削，工件可以进行自动回转，在大批量加工时，可以一次全部装夹好，大大节约了加工所需的时间，磨削精度相当高，提高了生产效率。与以前不同的是，国内外很多专门生产发动机曲轴的厂家都将柔性生产线投入到了实际产线上，这样做的好处是大大提高生产率，同时也更加符合现代技术的发展理念，更能适应市场的新需求。这种生产的新模式恰好能改善曲轴结构的复杂性，利用自动化，高效化的加工机床和专用化的加工刀具，也能满足批量生产的要求。曲轴是柴油机中非常重要的零件之一，曲轴质量的好坏将对柴油机的工作性能产生很大的影响。因此，国内外都在不断研究如何保证曲轴的加工质量。对提高曲轴生产质量的方法研究得比较多的包括曲轴的加工制造毛坯，曲轴加工工艺的改进等。曲轴结构复杂，各表面精度要求都比较高，因此在制订加工工艺时要考虑加工精度的问题。要保证曲轴的加工质量，就要不断改进曲轴加工的工艺，提高生产效率与生产质量。据资料统计，曲轴的制造成本约占柴油机总成本的203。可见，中国和国外机械行业发达的国家不断研究如何改进曲轴的质量具有非常现实的价值和意义。目前国内外加工曲轴的材质方面的研究主要是采用球墨铸铁。这个得益于材料的切削性能强，强度和刚度足够，能够满足曲轴加工的条件。一般中小型的柴油机曲轴多采用球墨铸铁，而功率偏高点的发动机，它的曲轴则利用锻造技术4。不管是国内还是国外，近年来都在致力于曲轴加工工艺的改进。主要有以下两个方面的改进：1.氮化处理。对曲轴进行氮化能有效的提高曲轴的强度。2.喷丸处理。所谓喷丸就是把细小的粒状物体喷到曲轴表面，去除曲轴表面的残余应力，从而提高曲轴各方面的力学性能。国内这些年开始引进国外先进的设备与技术，这样做的目的就是为了提高曲轴制造方面的技术，使曲轴的加工更加符合生产要求，也为生产类似机械零件提供技术支持。曲轴加工工艺过程设计2.1零件的作用5柴油机曲轴自身的旋转是由活塞的往复直线运动所提供的，这个过程将化学能转变为机械能，从而使柴油机中各个零件一起工作。柴油机曲轴零件图如下：图2-1 柴油机曲轴零件图2.2 零件的结构及工艺分析的时候，首先就是要确定它的结构，只有知道它的结构，知道它在哪种环境下进行工作，我们才会对它的设计我们在对曲轴进行设计提出相应的要求，这样我们才能设计出符合我们实际情况的零件，经过大量的文献的查阅，我对曲轴结构有了一定的了解。曲轴是由主轴颈，连杆轴颈，大小头，轴肩，曲柄以及平衡重这些零件组成的。各个零件都有他们各自的作用，并且都有很高的技术要求。曲轴在工作时，它会受到惯性力、气压力的作用，在这些力的作用下，它会变弯而且还会发生扭转，这样就会对它的工作造成影响，会产生疲劳。因此在我们进行设计的时候，需要它拥有足够的疲劳强度，避免各个部分的应力集中，让各个部分的力差别不大，这样我们才会保证曲轴正常的工作。通过系统的学习，我了解到如果曲轴没有足够的弯曲强度和刚度，这样就会造成很严重的结果，会使连杆机构中其它的零件工作情况变得糟糕，影响机构的正常运行，所以为了能够保证整体机构的正常工作，曲轴必须要有这些要求，除此之外，曲轴在机构运动的过程中，它的速度是非常快的，因此在这么高的速度下，它会产生很大的磨损，所以它还需要有足够的承受压力的面积，而且在各个表面在高速的运动下，会产生摩擦力，这样它的摩擦表面还要耐磨。这样就达到了我们所要求的条件，这样就能够使机构更加正常平稳的运行，实现我们的期望值。分析零件时，考虑以下三个方面：1、零件重要表面的具体要求和加工方法；2、怎样满足重要零件的技术要求；3、如何进行零件尺寸标注和零件表面的定位方式。一个零件要分析它的工艺，首先要对零件的结构进行分析，除此之外，另外还要考虑技术条件的因素等。根据零件的形状和尺寸精度，要好好选择加工零件的材料。图纸零件的粗糙度要求，零件的机械性能这些要素都要考虑进去，最后要拟定出符合要求的工艺路线5。通过工艺分析，才能更加熟悉零件的工艺特点，掌握制订工艺路线的要点。不过在实际生产过程中必须注意以下两点：1、减少加工的面积，选择合理简单的夹紧方式，根据零件的结构，要尽可能容易的对零件进行定位和加工，同时也要简化夹紧方式。2、加工零件时，要使用符合国家规定的标准刀具和量具。同时，要控制好走刀过程，减少复杂的加工工序，合理按照一定要求加工，保证好加工精度。本次设计课题的曲轴是柴油机中一个必不可少的部分。机械中常见的曲柄连杆机构就是由曲轴中的曲柄，连杆和活塞等构成的。柴油机在运行时，活塞产生竖直方向的推力经过连杆最终作用到曲轴上，带动曲轴实现自身的旋转运动，同时输出功率给下一级，整个系统内的部件在传动系统的驱动下一起运动6。曲轴的组成结构中有主轴颈，连杆轴颈，大小头及端面，曲柄，键槽等重要结构。曲轴有如下工艺特点：1.刚性差曲轴拥有复杂的曲拐结构，它是由2个主轴颈和1个连杆轴颈所构成的。曲轴结构复杂，曲轴在运转时容易发生各种变形，导致其刚性较差。因此在加工时需要引起特别注意：在对曲轴进行粗加工时，所使用的刀具及夹具都应该不易损坏，不能破坏它的刚度；不要产生过大切削力，保证切削力和其他作用的力能够抵消掉；对加工精度要求较高的工序应安排在要求低的工序后面。2.形状复杂曲轴形状较复杂，有最主要的主轴颈与连杆轴颈，它们两者之间还有一定的偏心距离，并且要有尺寸方面的要求，曲轴中最重要的也是这两部分，在加工时要特别注意主轴颈和连杆轴颈的表面粗糙度，形位公差以及精度等级要求。同时还要考虑平衡它们的重量来安放曲轴，所以在设计夹具时，精度也要达到较高的要求。3.技术要求高曲轴的结构中需要加工的面很多，并且都不简单，要保证的技术要求也相应比较繁多，包括主轴各轴颈的圆柱度，轴颈与拐颈的圆柱6度，各连杆轴颈的同轴度，键槽与主轴的对称度等7。因此在拟定曲轴的工艺路线时，需要把这些都考虑进去，特别曲轴中很多表面还要进行精加工处理和磨削加工。并且每一个加工步骤中，还要考虑加工余量、刀具进给量以及定位基准和定位元件的选择等。2.3 确定生产类型企业的生产纲领决定了生产类型，它能反映一个企业是不是专业的，专业化程度高不高。一般情况下，可以由零件的结构复杂程度以及生产批量的多少来确定生产类型，生产类型主要包括单件小批生产、中等批量生产、大批量生产这三种类型8。本次课题任务书中给定的曲轴生产类型为大批量生产，因此在对曲轴进行工艺设计时，主要应考虑以下几点：加工过程中使用的设备其自动化、专用化程度要高；夹具方面多利用专用夹具；大量使用自动化装置，提高曲轴生产率。2.4毛坯的确定2.4.1确定毛坯的制造形式要确定好毛坯的坯料，首先要进行坯料类型的选择。其次，需要确定坯料的制造方法。坯料一般有铸造、锻造、冲压、冷挤压、焊接、切割、型材、粉末冶金等9。要正确选择好毛坯，必须注意以下几点因素：1）零件的材料和机械性能。在进行设计时，要根据零件的自身的机械因素来选择加工工件的材质。比如，如果是结构比较简单的零件，应该选用铸件毛坯；型材通常用作轴类零件的毛坯，等等。2）零件的形状和结构尺寸。在对零件毛坯进行选择时，应根据已知零件的形状和大致尺寸来确定，以便减少加工工作量，降低加工的工作时间，从而提高加工效率。3）生产类型。本次课题生产类型已确定好为大批量生产，而对于大批量生产，应尽可能减少加工工作量，考虑减少材料的浪费来减少加工耗费的资源。本次使用的毛坯类型是铸件，铸件应该利用金属模具；铸造时应采用模铸、冷轧和冷拉型材10。4）生产条件。要正确选用合适的毛坯，应联系并结合已有的加工水平和生产条件，进行专业化生产，毛坯应统一提供。5）要多采用新型技术，考虑新型材料来选择毛坯。目前，一些诸如精密铸造，粉末冶金，工程塑料，冷轧和冷挤压等新技术被广泛应用到机械加工中。新技术的引入能减少加工劳动量，大大提高加工效率。本次毕业设计加工柴油机曲轴的材料是48MnV。原因是由于48MnV的可铸性好，并且能达到曲轴的强度等各方面要求11。因此经常被用来制造曲轴毛坯。它还有很多其他优点，比如能简化工艺、消除淬火缺陷、环保等，这些优点都能使制造成本大大降低，加工时达到高效率。正是由于48MnV的可铸性好，所以毛坯应用铸造的方法，采用铸件作为毛坯，不但可以减少加工余量，提高加工精度，而且还能保证加工效率。2.4.2毛坯形状及尺寸一个整体的形状和形状和毛坯大小主要是由各种元素组成，每一部分的大小、形状、表面结构技术、规模等因素来确定加工余量，并尽量减少相似的部分，努力，努力实现少或无切削。但现在，考虑到毛坯制造技术的控制还不够完善，成本和外部因素的影响，对零件的加工要求也很苛刻，所以必须通过加工余量来保证，从而达到零件的基本要求。毛坯的大小和零件图的大小之间的区别叫做毛坯的余量。毛坯的余量由毛坯的尺寸大小、毛坯的形状及精度要求决定。2.5定位基准的选择基准的定义：在对零件进行加工时，用来保证加工面的位置正确的点或线或面12。基准的选择是工艺过程设计的第一步，因此应该合理的进行基准面的选择。在加工工件之前，首先要确定好工件定位的基准面。定位基准直接影响加工时的难易程度，基准选的好，加工起来更加方便。一般进行定位基准的选择时，有常用的一些平面作为基准，我们必须有所了解，以便正确的选择基准。所以，定位基准的选择是一个基础的概念，同时也是非常重要的一个问题。在选择定位基准时，通常按如下顺序进行选择：（1）首先挑选精基准。一般要确定把能保证加工精度的表面当作精基准。但特殊情况下，也需要选择两个面来同时作为加工精基准。（2）然后选择粗基准。粗基准是在选择好精基准后应选的。之所以要选择出粗基准，是因为粗基准的作用就是用来给精基准提供参7考的。2.5.1精基准的选择选择精基准通常要遵守以下这些原则：在选定精基准的时候，要以降低工件定位误差为主要目的，从而保证零件的精度。同时，在进行夹具设计时，要尽可能简便并且易于装配，夹具的整体结构不应该太复杂。具体应该详细地遵守以下要求：（1）为了达到规定要求的相对位置精度，要选择加工的标准表面作为参照，这样能更加容易的获得正确的位置精度。（2）在对精基准选择时，应保证所有的基准表面都是统一的。这就是基准统一原则。这将简化加工过程，缩短加工周期，减少工作量，降低生产制造所花费的成本，保证工件的精度要求。（3）自为基准原则：所谓的自我参照是将被定位为定位基准的表面，它在小而均匀的处理过程中更多地发生。（4）互为基准原则：这两种表面的定位精度都被认为是它们各自的定位基准。它们可以被加工很多次。（5）易于安装的夹紧原理，选择好的基准要能使工件简便地安装好，并且夹紧方式要简单且方便操作。上述几个原则的精基准选择，每一个原则都能说明问题的一个方面，往往不能满足所有实际应用中经常出现的矛盾，这就需要综合考虑，优先设置重点，着力解决主要矛盾。根据以上精基准选取原则，结合本次设计的零件柴油机曲轴的零件图。应以两顶尖和主轴颈作为精基准。这样没有违背上述规定。2.5.2粗基准选择粗基准的选择应符合下列要求：（1）在加工时，加工表面和无需加工表面两者要有一定的位置关系，并且要选择具有重要位置的非加工面作为加工的粗基准。（2）在加工过程时，不要选择一个大的表面作为一个粗基准。因为如果将剩余的大表面用作粗基准，就会容易留下一些原始毛坯，从而导致工件和材料的浪费。 （3）选择表面粗糙度小的面作为粗基准，这样定位更准确，夹紧更方便可靠。（4）当遇到表面特别粗糙或者不规则的面时，这时不要选择粗基准。因为这些面精度太低，影响加工出来的效果。基准的选择是加工前十分重要的一步，我们在进行基准的选择时一定要具体情况具体分析，不同的基准也要用不同的方式分析，特别在一些加工过程有特殊要求的，考虑问题要区别对待，全面分析。根据以上粗基准选取原则，决定选取 30外圆为粗基准。本次课题中曲轴的加工表面有：各轴颈，油孔，端面等。加工材料为48MnV。曲轴各表面的具体加工要求和加工方法如下：表2-1 各表面加工要求及方法加工表面 形位精度要求 加工方法 75.75mm主轴颈 同轴度为 0.015，表面粗糙度为0.4 车，磨 64.2mm连杆轴颈 同轴度为 0.015，表面粗糙度为0.4 车，磨大小头及其端面 表面粗糙度为12.5 车，磨各轴肩 表面粗糙度为0.8 车，磨法兰外圆面 表面粗糙度为0.4 车，磨法兰端面 表面粗糙度为1.6 铣 30外圆 表面粗糙度为0.4 车，磨 30端面 表面粗糙度为1.6 铣，磨 50外圆 表面粗糙度为0.4 车钻 5.5的斜油孔 表面粗糙度为12.5 钻，铰铣键槽 表面粗糙度为1.6 铣2.6制定工艺路线8在拟定一套完整的加工工艺规程之前，要分析曲轴各个表面的精度要求。同时要考虑曲轴工作时的环境比较恶劣，要承受相当大的力以及力矩的作用。所以要求曲轴要有较强的硬度与刚度，同时还需要有一定的润滑效果。本次设计毛坯选择的是铸造件，能让曲轴具有更好的工艺性能，保证零件能正常工作。根据曲轴的特性，查阅相关资料后，拟订以下两套工艺路线： 方案一如下表2-2：表2-2 方案一工序号 工序名称 工序内容005 铸造 铸造010 时效处理 时效处理孔015 车 车右端面，打中心020 车 车左端面，打中心孔025 车 粗车各段外圆030 车 粗车主轴颈035 车 半精车各段外圆040 车 半精车主轴颈颈045 磨 粗磨主轴050 车 车大小头055 钻 钻右端8的孔060 铣 铣曲柄侧面065 车 粗车连杆轴颈070 车 半精车连杆轴颈075 钻 钻45.5孔080 磨 精磨主轴颈085 磨 精磨法兰外圆090 磨 精磨连杆轴颈095 倒角 倒角100 铣 铣键槽105 淬火 淬火110 钳工 去毛刺115 检验入库 检验入库方案二如下表2-3：表2-3 方案二工序号 工序名称 工序内容005 铸造 铸造010 正火 正火015 车 车左端面及各段外圆020 车 车右端面及各段外圆025 铣 铣曲柄侧面030 车 车主轴颈035 车 车各连杆轴颈9040 钻 钻右端8的孔045 铣 铣键槽050 钻 钻45.5孔055 淬火 淬火060 磨 磨主轴颈065 磨 磨法兰外圆070 磨 磨连杆轴颈075 倒角 倒角080 钳工 去毛刺085 检验入库 检验入库工艺方案一相对于方案二而言，方案一中每个工序都更明了，并且按照先后顺序加工，粗精加工分开，更加符合实际生产路线。而方案二没有遵循安排工艺的基本原则，不能更好地保证零件的加工精度。经过综合比较，考虑到曲轴各加工面的精度，以及加工面的各项工艺要求，决定采取方案一。工艺路线见下表2-4：表2-4 工艺路线工序号 工序名称 工序内容005 铸造 铸造010 时效处理 时效处理，打中心孔015 车 车右端面020 车 车左端面，打中心孔025 车 粗车各段外圆030 车 粗车主轴颈035 车 半精车各段外圆040 车 半精车主轴颈045 磨 粗磨主轴颈050 车 车大小头055 钻 钻右端8的孔060 铣 铣曲柄侧面065 车 粗车连杆轴颈070 车 半精车连杆轴颈075 钻 钻45.5孔080 磨 精磨主轴颈085 磨 精磨法兰外圆090 磨 精磨连杆轴颈095 倒角 倒角100 铣 铣键槽105 淬火 淬火110 钳工 去毛刺115 检验入库 检验入库102.7确定机械加工余量和毛坯的选择2.7.1机械加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表2.2-3，得尺寸公差等级范围在79级之间，现取精度等级为8级查机械制造工艺设计简明手册表2.2-5，加工余量的等级为F13下：具体查得结果如1）加工主轴颈 加工圆面到加工基准的尺寸为37.87，其加工余量为1.5mm2）加工连杆轴颈 加工圆面到加工基准的尺寸为32.1，其加工余量为1.5mm3）加工孔 其加工余量为2.5mm4）加工端面 其加工余量为4.0mm2.7.2工序尺寸及毛坯尺寸的确定轴，用铸造方法制作毛坯。本次设计生产类型是大批量生产，选择用48MnV材料来加工曲通过查阅手册以及对工艺的分析，确定好了各加工余量。表2-5 铣端面加工余量工序名称 加工余量（mm）铣 2.5表2-6主轴颈75.75h8加工余量工序名称 加工后尺寸（mm）粗车 2.6半精车 1.1粗磨 0.3精磨 0.125表2-7 法兰外圆99.8加工余量后尺寸（mm）工序名称 加工粗车 2.9半精车 1.1精磨 0.1表2-8 5.5mm斜油孔加工余量工序名称 加工后尺寸（mm）钻 5.5表2-9 连杆轴颈64.2H11加工余量工序名称 加工后尺寸（mm）粗车 2.4半精车 1.1粗磨 0.3精磨 0.12.7.3刀具的选择查阅机械制造工艺设计手册，得到如下选取的刀具（1）孔加工刀具的选择表2-10 麻花钻钻孔11加工孔 刀具名称 直径d（mm）5.5 硬质合金锥柄麻花钻 5.58 硬质合金锥柄麻花钻 8表2-11 中心钻钻孔加工孔 刀具名称 直径d（mm）6.3 中心钻 6.3（2）端面加工刀具表2-12 铣端面刀具加工表面 刀具名称 直径d（mm）端面 镶齿套式面铣刀 80（3）外圆面加工刀具选择表2-13 车外圆刀具加工方法 刀具名称 刀杆尺寸（BH） 刀片厚度（mm）粗车 YT5硬质合金 1625 4.5半精车 YT15硬质合金 1625 4.5精车 YT30硬质合金 1625 4.52.7.4量具的选择查机械制造工艺设计简明手册可知，当孔径d50时，选用椎柄圆柱塞规，d50时，选用三牙锁紧式塞规，当需要测量平面，外圆面时，应使用游标卡尺。表2-14 量具的选择基本尺寸D L5.5(钻 5.5孔) 748(钻 8孔) 872.7.5毛坯尺寸的确定及其加工余量表2-15 毛坯尺寸零件尺寸（mm） 单边加工余量（mm） 铸造尺寸（mm）主轴颈75.75 2.6 81连杆轴颈64.2 2.4 69法兰外圆99.8 2.9 106曲轴长646 2.5 6512.8确定切削用量及各工序工时2.8.1确定3道工序的切削用量（1）粗车主轴颈75.75的车削用量的确定本道工序使用的机床是C6201卧式车床，刀具是YT5硬质合金可转位车刀，刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片的厚度为4.5mm。查切削用量简明手册表1.3，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒菱形前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角刀尖圆弧半径mm14。确定切削深度确定进给量f，根据切削用量简明手册，在粗车钢料，刀杆尺寸为16mm25mm，工件直径为60100mm时，按C6201机床的进给量，最终选择：度的要求。切削进给量确定好之后，还要考虑是否满足机床强查相关手册可知C6201机床进给机构允许的进给力。当钢料，12时，进给力，的修正系数为，。故实际进给力为。因为切削时的进给力在机床允许的进给力范围之内，所以选择的满足要求。选择车刀磨钝标准及耐用度，查阅切削用量简明手册，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度确定切削速度v，用YT15硬质合金车刀加工钢料，切削速度。查切削用量简明手册，切削速度的修正系数为，故（2-1）代入数据 按C6201机床的转速机械制造工艺设计简明手册表4.28选择则实际切削速度效验机床功率，当，时， 切削功率的修正系数，故实际切削时的功率为根据切削用量简明手册，当时，机床主轴允许功率。，该道工序的车削用量为：由于，故所选的切削用量可在C6201上进行。由以上计算分析内容可知，（2）钻4- 5.5斜油孔的切削用量的确定：查阅资料后，本道工序选用的机床为:Z35，选取的刀具为高速钢复合钻头，直径d=5.5mm，钻4个斜油孔。使用切削液。考虑到孔的大小和深度比较小，所以可以进行手动进给。取钻头后刀面最大磨损量为0.8mm，耐用度查切削用量简明手册，根据的球墨铸铁加工属性，可知进给量。查表得，由以上计算分析内容可知，本道工序的切削用量为：，（3）铣31mm键槽铣削用量的确定本工序为粗铣键槽。所选刀具为高速钢直柄键槽铣刀，铣刀直径d=14mm，宽度L=70mm，查阅资料选择铣刀的几何形状，由于加工钢料的在6001000Mpa范围内，故选前角，后角（圆齿），（端齿）已知铣削宽度，铣削深度，加工机床选择X51型立式铣床，铣键槽。确定每齿进给量，X51立式铣床的功率为4.5KW，系统为中等刚性水平，用细齿圆柱铣刀加工钢料，查阅相关手册后，得每齿进给量，现取。选择铣刀磨钝标准及耐用度。根据切削用量简明手册，用高速钢盘铣刀粗铣加工钢料，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.15mm，铣刀直径d=14mm，耐用度。确定切削速度和工作台每分钟进给量，由切削速度的计算公式（2-2）式中： 代入上式得： 转速： 根据参考文献13表4.239选X51立式铣床主轴转速为实际切削速度 工时每分钟进给量为 加根据X51型铣床工作台进给量机械制造工艺设计简明手册表4.240选择则实际的每齿进给量为效验机床功率，根据切削用量简明手册表3.28的计算公式，铣削时的功率为13（2-3）（2-4）式中 代入上式得：由得：X61铣床主电动机的功率为4.5KW。因此所选的切削用量可以使用。由以上计算分析内容可知，本道工序的切削用量为：2.8.2各工序工时的计算（1）粗车75.75主三轴的基本时间，根据机械制造工艺设计简明手册表6.21，车外圆的基本时间为：（2-5）其中：,，粗车75.75主轴颈的基本时间：其中： 同理，可算出粗车连杆轴颈64.2，法兰外圆99.8的加工工时如下：粗车连杆轴颈64.2的加工工时：粗车法兰外圆99.8的加工工时：（2）半精车主三轴75.75的加工工时：其中：,，半精车主轴颈 75.75的加工工时：半精车连杆轴颈64.2的加工工时：半精车法兰外圆99.8的加工工时：（3）粗磨主三轴75.75的加工工时：粗磨主轴颈75.75的加工工时：粗磨连杆轴颈64.2的加工工时：粗磨法兰外圆99.8的加工工时：（4）精磨主三轴75.75的加工工时：精磨主轴颈 75.75的加工工时：2的加工工时：精磨连杆轴颈64.（5） 5.5mm斜油孔基本工时的确定：查切削用量简明手册，取钻头后刀面最大磨损量为0.8mm，耐用度,钻孔基本工时为查切削用量简明手册，根据的球墨铸铁加工性属4，确定进给量。查阅手册可查得（6）铣31mm键槽基本工时的确定：根据机械制造工艺设计简明手册表6.27，三面刃铣刀铣槽的基本时间为（2-6）式中： 各工序所用工时具体见下表。表2-16 各工序工时工序内容 切削工时（min）粗车法兰外圆 0.45粗车主三轴 0.31半精车法兰外圆 0.4914半精车主三轴 0.41粗磨主三轴 1.45粗车主轴颈 1.04半精车主轴颈 1.4粗磨主轴颈 3.08粗车连杆轴颈 0.42半精车连杆轴颈 1.56粗磨连杆轴颈 4.84钻斜油孔 2.9精磨主轴颈 1.04精磨法兰 0.73精磨连杆轴颈 1.6铣键槽 0.795择2.9切削液的选曲轴在加工过程中，有很多工序，比如车端面，铣键槽，钻油孔，磨轴颈等工序。在加工时，一般需要对工件选择合适的切削液。切削液的作用主要就是冷却工件并有一定的润滑效果。本次设计加工曲轴时，查阅一些资料后，最后决定用乳化液作为切削液。它不但能够对曲轴有良好的清洗作用，而且它的润滑能力也相对不错。特别适合曲轴这样的工件，能使曲轴的表面质量得到提高。曲轴钻油孔夹具设计根据本设计的具体要求，还需要对加工工艺中某一道典型的工序进行专用夹具的设计15。在对曲轴这一零件进行加工时，不同的地方需要不同的加工方法，有的需要车，有的需要铣，还有的要钻或者磨等等。按照指导老师的要求与老师商定后，决定进行夹具设计的工序为钻45.5油孔，该工序在实际生产过程比较重要，因此根据要求对它设计了一套回转式钻模夹具。3.1夹具设计的基本要求（1）保证零件的精度要求夹具设计最重要的一点就是要使工件的精度达到规定要求。这需要我们根据零件的加工要求，结合零件的结构特点，制订工件定位夹紧解决方案，并要考虑是否符合实际生产要求。（2）提高生产效率，降低制造成本夹具设计应当符合实际生产规律。在进行大批量生产时，要利用一些自动化装置完成夹具设计，因为自动化装置的引入使加工更简便，加工效率更高。而且，在设计夹具结构方面，也要考虑选择简单可行的结构，这样也有利于降低制造成本。（3）结构简单，安全可靠，便于使用夹具应当是方便固定、易于操作、安全可靠的机械装置，从而减少人力工作强度。在使用夹具时，要能方便地操作，并且操作者要在确保安全的前提下才能进行操作。（4）良好的结构工艺性在对夹具结构进行设计时，应秉着结构简单，易于生产装配，便于加工并且具有良好工艺性 16。上面几点要求可能会存在对立面，有时候不能全部满足要求，所以应该全盘分析，尽可能的满足更多的设计要求。3.2问题的提出 本套夹具是针对钻4-5.5油孔这一道工序所进行的。油孔作为柴油机油箱和油道间的中间零件，起着至关重要的作用。油箱里的油经过油孔到达各主轴颈，连杆轴颈，对曲轴各部分起到润滑作用。本道工序加工时需要设计好如何对曲轴进行正确定位以及夹紧，考虑如何提高油孔位置精度、加工精度以及生产效率17。3.3定位基准及定位元件的选择15选取合适的定位元件是夹具设计中非常关键的一部分，在加工零件时，首先考虑的就是要如何把工件定位好，选择合适的定位元件。在夹具设计时，应尽量使定位基准和设计基准保持一致18。工件在加工时的位置是否正确既需要定位基准选择对也要利用合适的定位元件。根据以上要求，本次设计选择的定位基准主要是法兰外圆和端面，使用V型块，定位块和球形调节支撑螺钉作为本次夹具设计的主要定位元件。3.4定位方案的设计本次毕业设计课题的夹具设计主要是对钻45.5孔时的这道工序进行专用夹具设计。装夹采用的是完全定位准则：由图3-1，运用六点定位原理可知，将两个V型块分别放置主轴颈一和主轴颈五的位置，两个V型块一共限制了曲轴Y方向移动，Y方向旋转，Z方向移动，Z方向旋转这四个自由度。然后在主轴颈四的轴肩位置放入一个定位块，此定位块限制了曲轴X方向移动。最后在曲轴连杆轴颈位置加入一个球形调节支撑螺钉来限制曲轴X方向旋转。这样一共限制了曲轴六个自由度，属于完全定位。定位简图如下图3-1：图3-1 曲轴零件图坐标轴如下图3-2：图3-2 坐标轴3.5夹紧方案的设计工件的夹紧方案一般是在定位确定后要设计的一个重要环节。夹紧是为了维持对工件进行加工时的位置不变，不让工件失去它原有的定位方式19。夹紧不等于定位，两者是有区别的。在设计夹紧方案时，要注意以下几点要求：夹紧时不能改变工件的定位。在对工件加工时，夹紧装置产生的夹紧力会使工件产生小的振动，但不能影响工件的位置。夹紧力不能太大，过大容易使工件报废。夹紧机构必须可靠并且各个元件要有一定的刚度和强度。操作者在使用夹紧机构时，应安全可靠，并且操作过程不要太过复杂，应简洁且操作省力。夹紧机构不应太复杂，应使用常见的各种元件，符合生产要求。本次课题选用的夹紧结构时偏心轮-压板夹紧机构，属于手动夹紧，其具体原理及操作如下：由图3-3可知，在对钻油孔这道工序进行夹具设计时，将曲轴定好位置后，两块压板分别放置在曲轴主轴颈一和主轴颈五的上方压紧曲轴，压板上方有一偏心轮机构，利用手柄转动带动偏心轮转动，根据偏心轮的的自锁原理将曲轴夹紧。这样的夹紧方式既简单方便又安全可靠20。图3-3 夹紧装置示意图3.6切削力及夹紧力计算 夹紧力的大小主要由切削力Ff和重力G两者来决定，重力G一般情况下不予考虑其变化，而切削力随着刀具不断切削总是不断变化的21。切削用量的不均匀变化，工件质量的不规律，刀具使用过程中的磨损量等等这些因素都会对切削力的大小有影响。而夹紧力也与很多外界因素有关系，比如工件与定位元件，工件与夹紧元件接触表面的光整度，以及系统内元件的刚性等等这些因素22。因此在夹具设计中，只能对夹紧力进行理论上的计算，外界因素的影响都没考虑进去。在对曲轴油孔进行加工时，钻头加工时的切削力越大，夹紧机构提供的夹紧力也越大。在钻5.5mm斜油孔时，使用的是高速钢复合钻头，它具有很好的刚度和耐磨度，加工安全可靠。根据计算公式：（3-1）其中，得由于有两块压板对曲轴进行夹紧，则夹紧力3.7定位误差分析16本道钻4-5.5斜油孔工序中，主要的定位元件为V型块。在计算定位误差前，要先明白影响定位误差D的大小主要有两个方面，一是基准不重合误差B，二是基准位移误差Y。因此要计算本道工序的定位误差，要对基准不重合误差B与基准位移误差Y进行分析。定位基准沿V型块方向的位移S= TD/2cot/2。先计算基准不重合误差加工斜油孔时的定位基准是主轴颈与V型块所接触表面的母线，但是设计基准是中心线，所以（3-2）接下来计算基准位移误差Y（3-3）故定位误差（3-4）而在钻油孔这一工序中，TD=0.06，=90，D=0.042，而斜油孔公差的1/5为0.04，公差的1/3为0.067，因此，该工序的定位误差在这个范围内，符合要求。3.8夹具设计及操作简要说明1) 操作简要说明：钻4-5.5这道工序的夹具方案中，使用的是回转式钻模设计。当要对4个油孔进行加工时，将整个夹具装置安装在钻床的分度盘上，先加工任意两个方向相同的油孔。加工完毕后，把曲轴旋转180后，再对另外两个方向相同的油孔进行同样的加工19。这样，不仅操作方便，而且在大批量生产时，节省了不少的时间。2）各加工方法应达到的公差等级查阅极限与配合相关手册得到各加工方法的公差等级，见下表3-123表3-1各加工方法的公差等级加工方法 公差等级粗车 半精车 13 10，11钻 13磨 8理要求3)各个元件的材料及热处查阅零件的加工材料及热处理方式资料，得到零件加工材料及热处理要求，见下表3-224表3-2夹具元件的材料及热处理名称 材料 热处理支撑板 HT150 淬火5055HRC球形支撑钉 45 淬火4348HRCV形块 20 渗碳深0.81.2，淬火5864HRC衬套 T10A 淬火5864HRC钻套 T10A 淬火5864HRC4）各个元件公差配合的确定查阅零件之间的配合公差资料，得到零件的配合要求，见下表3-3表3-3夹具元件的公差配合零件名称 公差配合衬套 H7/g6钻套 G7/h6螺栓 H9/d9，H8/f717球形定位钉 H7/g6总 结毕业设计是我们毕业前必须完成的一项任务，它需要我们把学过的理论知识很好的运用到我们的实际设计课题中，把书本里的知识结合起来，其中包括形位公差，表面粗糙度的标注，确定加工工艺，专用夹具的设计等重要内容。重新查阅我们的专业书籍，能让我们把学过的知识巩固一遍，这样能让我们更好的理解实际中的问题。在进行毕业设计的过程中，不只是需要我们参考课本中的专业知识，还要我们借阅其他相关知识的期刊与杂志，这就需要培养我们查找书本，文献的能力。本次设计的课题是柴油机曲轴工艺及夹具设计，它涉及的知识面较广，主要包括工艺路线的拟定和夹具设计两大部分。在进行夹具设计时，必须要掌握夹具的定位和夹紧等方面的知识。其中包括各个定位以及夹紧元件的结构，功用等，这些知识都要很熟练的掌握好。除此之外，毕业设计课题要完成好，必须要联系实际生产中的各种问题，还要考虑加工是否方便，是否达到精度要求以及操作是否安全可靠。在设计期间我发现了自己很多方面的知识掌握得还不太牢固，因此，需要完善的地方还很多。毕业设计锻炼的是我们的实践能力，图纸的绘制，论文的撰写，这些都是日积月累所形成的。在这几个月的时间里，让我把相关的专业知识重新又学习了一遍。学习后的效果就是能够把这些知识恰到好处地运用到自己的设计中。这是一个长久的过程，需要每天积累不同的知识，在整个毕业设计过程中每天都要不断的学习与应用，并且要不断改进选择最优方案。这就要求我们要有很好的专业素养，这样在实际设计中才会得心应手，事半功倍。现在回顾起此次毕业设计，经过了几个月的时间，期间遇到了不少困难和阻力。每次一遇到不能解决的问题就查找资料，还有杨老师给我进行答疑，以及来自同学的帮助，这些都是为了使自己的毕业设计顺利进行。的确是这样的，一开始选到这个题目我都困难重重，到最后通过老师的答疑与自己不断的学习，终于完成好了设计，过程很漫长很艰难，可结果还是让人满意的。在此期间，查阅了不少书籍资料，请教了许多次老师与同学，这些都使我系统的掌握了机械加工工艺与夹具设计方面的知识，对专业方面有了更系统的认知。这些知识很好的武装了我的大脑，让我对工艺以及夹具设计这一块有了清晰的认识。并且在与老师和同学的交流过程中，让我发现了自己在设计中所暴露出来的短处，我相信这些毛病在我以后的生活中不会再出现了。以前可能以为自己总是对的，但是通过毕
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