汽车发动机曲轴零件的机械加工工艺规程及专用夹具工装设计-[机械毕业设计论文]
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汽车发动机
曲轴
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加工
工艺
规程
专用
夹具
工装
设计
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份，28页，12900字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。
答辩PPT一份。
中期报告一份。
图纸共2张，如下所示
A1-夹具体装配图.dwg
A3-曲轴零件图.dwg
- 内容简介：
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西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表 题 目 曲轴零件工艺规程及工装设计 学生姓名 胡阿敏 学 号 08102080243 专业名称 机械设计制造及 其自动化 指导教师 赵竹青 检查时间 班 级 08 机械（ 2）班 毕 业 设 计（论文） 进 展 情 况 1、 对所要加工的曲轴零件做详尽的分析，初步了解该零件的结构特点和主要技术要求 ， 以 及 零件加工 工艺特性。 由于 该曲轴零件 形状较为复杂 ，刚度较差，而加工技术要求较高 ， 所以需要专用夹具进行零件的加工 。 经过该时期查阅大量资料以及对零件的分 析，已经 对本次设计的要求 有所领悟。 2、 设计工艺加工过程，分析加工过程中需注意的问题 ， 提出夹具设计方案 ， 并 拟定曲轴加工的工艺规程， 制作工艺卡片。 3、 进行 夹具的整体设计， 在设计中应注意 到连杆轴颈与主轴颈存在偏心距的问题 。 4、 熟悉 并进一步掌握 件 的使用 装配图及零件工作图做准备。 以上是该阶段的情况，在下一阶段，将对各个部分进行进一步具体的设计分析 ，并着手撰写设计说明书 以及相关外文翻译 。 指 导 教 师 意 见 签字 ： 年 月 日 教研室意见 签字 ： 年 月 日 西安文理学院 机械电子工程系 本科 毕业设计 （论文） 题 目 曲轴零件 工艺规程 及工装设计 专业班级 08 级机电（ 2）班 学 号 08102080243 学生姓名 胡阿敏 指导教师 赵竹青 设计所在单位 西安文理学院 年 月 西安文理学院本科毕业设计（论文） 任务书 题 目 曲轴零件工艺规程及工装设计 学生姓名 胡阿敏 学 号 08102080243 专业 班级 机械设计制造及其自动化 08 机电 (2)班 指导教师 赵竹青 职 称 副教授 教 研 室 机械 毕业设计（论文） 任务与要求 任务 ： 1、 对 曲轴零件的结构特点和技术要求 进行 分析 2、 根据曲轴零件的结构特点，选择合适的 机 床 、刀具， 并进行 夹具设计 3、 制定 曲轴机械加工工艺规程 4、 绘制夹具装配图和零件工作图 5、 撰写相应论文 6、 相关外文翻译。 要求： 1、 收集并整理关于曲轴零件工艺设计 的相关资料，学习相关理论； 2、确定设计方案，并对各部分进行设计； 3、完成相关图文表达，撰写毕业论文。 毕业设计（论文） 工作 进程 起止时间 工作内容 受设计任务，明确设计内容要求； 查（借）阅资料，学习关于曲轴零件加工 的基础理论和知识，了解所设计的曲轴零件结构， 撰写开题报告； 进行设计分析，包括机床、刀具的选择 ，提出夹具的设计方案，并拟定 曲轴 加工 的工艺规程 ； 完成曲轴零件的工装设计； 用 相关 绘图软件绘制 夹具装配图和零件工作图； 撰写毕业论文； 论文定稿 ； 整理资料，准备 答辩 。 开始日期 2012 完成日期 2012 教研室主任（签字） 系 主任（签字） 西安文理学院本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 曲轴零件工艺规程及工装设计 学生姓名 胡阿敏 学 号 08102080243 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 赵竹青 开题 时间 班 级 08 机电 2 班 一、 选题目的和意义 本课题 研究 的是 曲轴零件的 加工 过程 ， 并 拟 定工艺规程，进行 工装设计 。 通过对该课题的研究， 对 加工曲轴所用到的工艺装备： 夹具进行设计 并选择合适的刀具 、机床 。本设计从分析曲轴零件入手， 阐明 曲轴的功用和加工 过程，以便 对曲轴及其加工方法有一 个明确的认识；然后结合曲轴生产的实际情况，通过查阅大量资料确定 曲轴加工的工艺规程 及工装设计 。 曲轴是汽车发动机的关键零件之一 ,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命 最大负荷和全部功率 ,并承受 强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。 发动机 曲轴 的作用是将活塞的 往复 直线 运动通过连杆 转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。 此 设计的 经济指标高低对于机械加工 企业具有十分重要的意义。 二、 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 在国内， 我国 曲轴 零件 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 较 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 曲轴磨床粗磨 精磨 常靠手工操作，加工质量不稳定。 其中， 发 动机曲轴制造技术进展最为迅速的是机械加工装备，比较典型的加工工艺是铣削和磨削 。 在国外， 15 速随动外铣床是德国 司专为汽车发动机曲轴设计制造的柔性数控铣床，该设备可以一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。 15 速随动外铣使用 40D 制系统，设备操作说明书在人机界面上，通过输入零件的基本参数即可自 动生成加工程序，可以加工长度 450700转直径在 380内的各种曲轴，连杆轴颈直径误差为 随着 贸易 全球化的到来， 我国的发动机曲轴生产 已得到较快 的发展 ， 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 。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的生产，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。先进的 加工工艺加工出的曲轴质量好、效率高 且稳定，伴随着汽车工业的发展，我国发动机曲轴的生产发展较快 ，总量已具 有 相当 大 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 。 随着中国汽车产业的飞速发展，相应的新工艺、新装备、新材料也将不断地涌现，高速、高效加工在曲轴制造业已有相当程度的应用，并成为主要发展方向，相信曲轴制造技术在将来会有更新、更快的发展。 三、 主要研究内容 1、 对 曲轴 零件 的 结构 特点进行分析，选择合适的 机床 、刀具 ， 并进行 夹具设计 。 2、 分析 曲轴的 加工过程 ， 并结合曲轴生产 的实际情况，查阅资料确定 曲轴 加工的工艺规程及工装设计 。 3、 用 相关 绘图软件绘制夹具装配图和零件工作图 。 4、 撰写毕业论文 。 指导教师意见及建议： 签字 ： 年 月 日 教研室 审核 意见 ： 签字 ： 年 月 日 注：此 表前 三 项由学生填写后，交指导教师签署意见，经 教研室 审批后，才能开题。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 附录 A 外文翻译 f in as of a to on of of in is to is a on a of is a AD ), at of in of of a to a a 1. is a of an to a a to be to So as in in to st nd . be of of to be is . 1 of a he be of of of in of of in of as is to on it is to in of of of is up 6 13 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 2 页 3 3 is to an of be *” , “？” , “ 1” , “ 2” , “ A” ,“ B” , “ Z” , In “ *” “ ?” “ 0” *”?” . is of be 3 of of is “ 000” is a is 001” ,“ 002” , to be by If of to be as it be to to 000” , is to of is he of of is of in So he of is as So of of is of is up of by ( of is of In of So in it 2 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 3 页 In of is of to to of to of of of on on to on to is by by of by if of is of 2of If is no of on to on 1)to of 2)of of of 3)of is is on of on of of be 0kg 0be 3 is of a is as is of n is of is of is of of of of in At , as 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 4 页 . is of of is of of of in So to is to If of of a be as is a be If of is to of is of 3 he of in 1) of 2) of 3) of If of be a in is If of it is to it in If it is it it to is as a or as A is a of a A of 3 in of a 000” . A to as is by 1) If a it 3 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 5 页 as an so is it is by Or is as a 000” , in 2) If a is to be at is by is as a 3) If a a be is as in 4 BR to of of as of be is up in of of is or is is BR to on is If is to of is 5 as a is a an to in is to of BR as it of a by is of a it a of is A on 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 6 页 by +, PI n as 2D is to 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 7 页 附录 B 外文翻译 基于事例推理的夹具设计研究与应用 夹具是以确定工件安全定位准确为目的的装置，并在加工过程中保持工件与刀具或机床的位置一致不变。因为夹具的结构依赖于产品的特点和在企业规划中加工工序的地位 ,所以它的设计是制造过程中的瓶颈 ,制约着效率的提高 . 夹具设计是一个复杂的过程 ,需要有从大量的设计论文中了解质量知识的经验，这些设计论文包括工件的结构设计、涉及加工工艺，和加工环境。当用这些擅长绘制详细设计图的传统的 具（如 )时 ,这仍然是一项 非常耗时的工作，但是利用以往的设计经验和资源也不能提供一些益处 ,而这正是提高效率的关键因素 . 基于事例推理 (的方法适应以往个案解决的办法 ,建立一个新问题的方法 ,主要有以下四步骤 :检索、利用、修改 ,并保留 为提出一个类似的情况 ,和采用一些修改 ,似乎不言自明 ,而且比人类更直观 在注射成型及设计、建筑设计、模具设计投死 , 规划过程中 ,还有夹具设计 . 孙用六个数字组成代码参数 ,包括工件的形状、机械部分 、轴衬 ,第一定位装置 ,第二定位装置和夹紧装置 . 但这个系统不能用于除钻床夹具外的其他夹具类型 ,不能解决储存需要保留的同一参数代码的问题 ,这在是非常重要的 . 1、 事例参数和事例图书馆的建立 例参数 事例参数应该由工件的所有的特征组成，来区别不同的夹具 . 使用他们能够使操作方便 . 因为零件的形状是多种多样的 , 在生产企业中制造的技术要求也不断发展 ,许多特征作被用做事例参数将会使搜索速度降低 ,其主要特征是不重要的 ,因为分配给每个特征的比重必须减少 . 另一方面 ,事例参数包含所有的特征是困难的。 因 此 ,考虑到实际和快速设计的需求 ,事例参数要包含工件的主要特征和夹具的结构。事例参数代码由 16 位数组成： 13 位数是事例特征 3 位数是事例识别数字。 前 13 位数代表 13 个特征。 每个数字与特征的一个属性相一致 ,这可能是*、 ？ 、 1、 2， ， A、 B, ， Z， ，等其中的一个。其中， *是指任何一个 ,?代表不确定 ,0代表没有。 系统规定 :夹具的类型，工件的形状，位置模式不能是 *和 ?。在设计系统时 ,三个项目的属性信息没有这些选择 ,这就意味着必须选择确定的属性。 最后三位 数是事例识别号码 ,如果事例特征的 13 位数是一样的 ,这三个数字就用来区别他们。 该系统还规定 :000是用于修正的一个典型事例 ,其他事例 001、 002、 ,这些是用于设计师查找参考事例的 . 如果其中一个偶尔需要改变成典型事例 ,首先它必须要求改成 000,前面的自动变成参考事例 . 事例索引码的结构如图 1 所示。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 8 页 1 夹具类型； 6 工件重量； 11 夹紧模型； 2 工件形状； 7 工件刚度； 12 夹具体； 3 工件材料； 8 加工内容； 13 其他； 4 批 量； 9 过程所有物； 14 到 16 事例识别码； 5 工件比例； 10 定位模型； 图 1 事例索引码的结构 例库 事例库由许多预定义的事例组成。事例的描述是基于事例推理的最重要的问题之一。所以由索引码复合。 例的层次化 夹具的结构相似被认为是整个夹具，成分和内容相似。所以，整个夹具事例库，成分事例库，夹具的成分事例库形成相同。整个夹具 的设计资料通常是由工件资料和工件加工资料组成 ,这就意味着夹具的设计应满足特别功能的需求 是用功能成分的名字和数字来进行描述的。成分事例代表成员（成分功能和其他结构成分，主要驱动参数，数字，和它们的约束关系）。成分事例（夹具的最低层）是功能成分和和其他成分的结构。在现代夹具设计中有很多参数化准件和普通非标准件。所以成分事例图书馆应记录特殊参数和保持它们的方法。 2、事例修改的策略 在基于事例的夹具设计中，最重要的是相似点的修改，这样能有助于获得最相似的事例，以及缩短适应时间。根 据夹具设计的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知识指导结合起来。首先在深度上查找，然后在宽度上；知识指导策略意味着在来自客观事物根源的知识规则上查找，这就要首先查找固定类型，然后查找工件的形状，第三查找定位方法。例如，如果事例索引码包括夹具类型的磨削夹具，就只查找所有的磨削夹具，然后查找工件形状的盒子，第三查找一个平面两个销的定位方法。如果没有合适的，就查找深度标点，然后回到最上层，然后再找所有与宽度相关的事例。 修改方法： 1） 根据夹具事例库的事例索引信息，查找有关事例库。 2） 将事例索引码与事例库的 每个事例码匹配，然后计算相似尺寸的价值。 3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最类似的事例。 两个事例之间的相似点是基于两个事例特征之间的相似点。相似点尺寸的计算依靠特征的类型。相似点的价值可以通过数字化的价值来计算，例如比较重量分别是 50 20工件。非数字化的价值也能计算，例如，现在前 13 位索引码都是非数字化的价值。一个夹具的相似尺寸的计算公式如下： 其中 S 表示通用夹具的相似尺寸， n 表示索引特性数， 表示每个特性的重量，表示事例库中特性 和相关夹具的特性 的相似尺寸。同时，数值计算 如下： 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 9 页 其中 表示第 i 个特征的索引特性值， 表示事例库中第 j 个事例的第 i 个特征的特性值。 所以有两种方法选择相似夹具。一个方法是建立数值。如果通用事例的相似尺寸值比给定的数值小，这些事例就不能选来作相似事例。事例库最初建立的时候，只有一些事例，数值可以建小一点。如果有大量的相似事例，数值就应该建的大一些。另外一个方法是只建立相似事例的数字（例如 10），这是类型单里相似尺寸的最大值。 3 、事例的修改和存储 例的修改 夹具设计中相似事例的修改包括 以下三个阶段： 1） 成分的替代 2） 保持形式不变，调整成分的特性 3） 模型重新设计 如果夹具的成分是普通的物品，它们能通过使用工具被修改，代替以及删除，这些已经被设计好了。 例的存储 在将一个新的事例保存到事例库之前，设计者必须考虑保存是否有价值。如果这个事例不能增加系统的知识，就没有必要把它保存到事例库里。如果它有价值的话，设计者在保存之前必须分析一下，看看这个事例是否作为标准事例或参考事例被存储了。一个标准事例是一个描述同族事例主要特征的标准。一个同族事例是有事例库中索引码前 13 位相同而最后三位不同的 那些事例组成的。一个标准事例的最后三位通常是“ 000”。一个参考事例属于同族标准事例，最后三位用不同数字区分。 从被解释的概念中，可采用以下方法： 1）如果一个新的事例和任何一个存在的事例族一致，和一个存在的标准事例的前 13 位数相同，那么这个事例就不能存储因为已经这种标准事例了。或者只能作为一个参考事例保存（最后三位不是“ 000”，而且和其它的不一样）在事例库中。 2）如果一个新的事例和任何一个存在的事例族一致，并且被认为代替这个事例族要比以前的标准事例好，那么这个标准事例就被这个新的事例代替，以前的标准 事例作为一个参考事例保存。 3）如果一个新的事例和任何一个存在的事例族不一致，一个新的事例族将会自动产生，并作为标准事例保存到事例库中。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 10 页 4、夹具设计中基于事例推理的过程 根据夹具设计的特性，夹具设计的基本信息，例如夹具的名字，零件，生产和设计者等等，必须先输入。然后，输入或设计工件的模型。输入有关工件的细节信息，建立事例索引码，然后 始依靠相似尺寸查找相似事例，选出最相似的事例。如果需要的话，事例要满足通用性设计，再存储到事例库中。程序流程图如图 2 所示 图 2 基于事例推理的夹具设计流程图 6、 结论 基于事例推理，作为一个问题解决的方法，是一个比模仿人类思想的专业系统更有效的方法，已经在很多难获取知识的领域里得到发展。基于事例推理的优点如下：它和人类的思想很相似；一个事例库通过保存新事例获得自学能力，它比有惯例库更快更容易，它可以更好的传递和解释新的知识，这和惯例库有很大的不同。基于事例推理中提出的一个夹具设计的框架已经被实行了，使用的是支持基础数据的 ， 脑绘图软件。这个框架也已经和普通成分库和典型夹具库结合起来。这个发展的标准系统，用于航空项目，帮助夹具设计者提高设计效率 和重新使用先前的设计资源。 导教师 ： 赵 竹 青 曲 轴 零件的 工 艺规 程及工装 设计 班 级 ： 08机 电 （ 2） 班 学 生：胡阿敏 学号 ： 08102080243 论文的结构和主要内容 第一部分 课题内容 第二部分 所提出的问题 第三部分 如何解决问题 第四部分 解决的结果 零件图的分析 主轴轴线偏心轴线机械加工工艺过程综合卡片 机械加工工艺过程综合卡片 产品名称 零件名称 材 料 发动机曲轴 曲 轴 序号 工序名称 技术条件及检查要求 工 序 简 图 设备 1 铸造 按曲轴铸造工艺进行 2 热处理 正火 3 铣两端面 总长为 265床 4 车两端工艺搭子外圆 直径 45床 5 钻主轴颈中 心孔 车床 6 钻连杆轴颈中心孔 正对连杆中心 7 检验 8 粗车三个连杆轴颈 留余量 床 9 精车三个连杆轴颈 留余量 床 10 车工艺搭子两端面 车床 11 粗车各处外 圆 留余量 2床 机械加工工艺过程综合卡片 (续表 ) 12 精车各处外 圆 留余量 床 13 检验 14 磨削连杆轴颈外圆 圆磨床 15 磨削两主轴 颈 25+圆磨床 16 磨削 22 外圆磨床 17 磨削 20 外圆磨床 18 检验 19 车掉两端工艺搭子 长度为 215车床 20 车两端面 表面粗糙度 0 车床 21 铣键槽 铣床 22 倒角 为 1床 23 去毛刺 24 最后检验 普通轴类零件，可以用三爪卡盘、或四爪卡盘作夹具，进行车削。 而本课题所研究的偏心曲轴，由于主轴线与偏心轴线存在偏心距 e，为加工偏心部分的轴颈，应设计专用夹具加工偏心部分曲轴轴颈，以保证零件的偏心距和平行度问题。使偏心轴线与车床轴线重合，才能实现本课题研究的问题 零件图样分析及问题提出 夹具设计 夹具体偏心套曲轴偏 心 距 在四年大学生活即将结束之际，我要感谢所有曾经教导过我们的老师，是他们为我们打下了机械专业知识的基础；同时我还要感谢所有同学给予我的极大帮助。而此次毕业设计的顺利完成，要特别感谢我的指导老师赵老师，在整个过程中她给了我很大的帮助。 谢谢大家！ 西安文理学院机械电子工程系 本科 毕业设计（论文） 题 目 曲轴零件工艺规程 及工装设计 专业班级 08 级机电（ 2）班 学 号 08102080243 学生姓名 胡阿敏 指导教师 赵竹青 设计所在单位 西安文理学院 2012 年 5 月 第 1 页 曲轴零件工艺规程及工装设计 摘要： 曲轴是汽车发动机的关键零件之一 ,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。 本 课题 研究的是曲轴零件的加工 工艺 过程，对 曲轴 的 机械 加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。 所撰写的工艺路线合理与否， 对 加工质量和生产率 有重要 的 意义。 所以， 本设计是根据被加工曲轴的技术要求 ，进行机械工艺规程设计，然后运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计。主要工作有：绘制产品零件图，了解零件的结构特点和技术要求； 拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备和工艺设备；填写机械加工工艺过程卡片，绘制 夹具 装配总图和零件图 等 。 关键词： 发动机 曲轴 工艺分析 工艺 设计 第 2 页 he is of on of of in So is is of is or is on of of to of to of of of ix 录 第 1 页 目录 第一章 绪论 . 1 . 1 题的目的与意义 . 1 课题主要讨论问题 . 1 第二章 曲轴零件图的结构分析 . 2 . 2 . 2 . 2 . 2 定生产类型 . 2 . 2 . 2 . 3 第三章 机械加工工艺规程的制定 . 4 . 4 序尺寸及公 差的确定 . 4 . 5 . 5 钻中心孔 . 6 . 6 . 6 . 6 . 6 . 7 . 7 . 9 . 10 第四章 夹具设计 . 13 本组成和功用 . 13 . 13 . 13 . 14 . 15 . 15 计 . 16 . 16 . 16 . 18 . 19 . 20 结术语 . 21 致 谢 . 22 目录 第 2 页 参考文献 . 23 附录 1 外文翻译 . 错误 !未定义书签。 附录 2 外文翻译 . 错误 !未定义书签。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 第一章 绪论 轴工艺设计的研究状况及发展趋势 曲轴 零件 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，工序的质量稳定性较 差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用半精磨 抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。其中，发 动机曲轴制造技术进展最为迅速的是机械加工装备，比较典型的加工工艺是铣削和磨削 。 在国 外， 15 设备可以一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。 15 速随动外铣使用 40D 备操作说明书在人机界面上，通过输入零件的基本参数即可自动生成加工程序，可以加工长度 450 700转直径在 380杆轴颈直径误差为 随着 贸易 全球化的到来， 我国的发动机曲轴生产已得到较快的发展，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。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的生产，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。先进的加工工艺加工出的曲轴质量好、效率高且稳定，伴随着汽车工业的发展，我国发动机曲轴的生产发展较快，总量已具有相当大的规模，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。随着中国 汽车产业的飞速发展，相应的新工艺、新装备、新材料也将不断地涌现，高速、高效加工在曲轴制造业已有相当程度的应用，并成为主要发展方向，相信曲轴制造技术在将来会有更新、更快的发展。 题的目的与意义 曲轴是汽车发动机的关键零件之一 ,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命 并承受强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。 发动机 曲轴 的作用是将活塞的 往复 直线 运动通过连杆 转化为旋转运动，从而 实现发动机由化学能转变为机械能的输出。 此设计的经济指标高低对于机械加工企业具有十分重要的意义。 课题主要讨论问题 本课题 设计的 主要内容是汽车发动机曲轴的工艺工装设计，包括机床选择，夹具设计等。目的就是要阐明曲轴加工的一系列相关的 知识内容。根据零件的性能，加工精度，表面粗糙度等要求，再通过查阅相关的设计手册，结合设计的原理和设计思路， 通过查阅大量资料，确定 曲轴零件的工艺规程及工装设计。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 2 页 第二章 曲轴零件图的结构分析 件的 结构 分析 件的功用 曲轴是发动机上极为重要的零件， 他是将连杆传来的径向力转变成绕其本身轴线旋转的扭矩，并将此扭矩输出给汽车或其他装置。同时，曲轴还驱动配气机构以及其它各辅助装置。曲轴 在工作 时 ，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂 ， 曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴 要 具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好 等条件 。 件的结构特点与工艺性 曲轴绝大部分是整体式，只有极少数柴油机采用组合式。曲柄臂和连杆轴颈、主轴颈由圆角连接。通常在前端设有驱动附件、凸轮轴的轴颈，在后端设有输出法兰。曲轴内设有主轴颈通向连 杆轴颈的供油孔。 曲轴在低转 速时主要受到燃烧压力的作用，在高转速时主要受到惯性力和弯曲振动及 扭转振动合成的附加力的作用。振动引起的附加力的精确计算非常复杂，所以常和实测并用 。 要加工表面及其技术要求 杆轴颈本身的精度，即尺寸公 差 等级 杆轴颈本身的精度，即尺寸公 差 等级 面粗糙度 为 m。轴颈长度公差等级为 颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差 的一 半。 括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为 100轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为 20 。 算生产纲领，确定生产类型 发动机 曲轴，该产品年产量 Q=100000（台 /年）， n=1（ 件 /台），设其备品率a%为 10%，机械加工废品率 % 为 1%，现制定该曲轴零件的机械加工工艺规程。 年生产纲领： n (1 % % )1 0 0 0 0 0 1 (1 1 0 % % )111000N Q a ( 曲轴的年产量为 111000 件，现 在已知该产品为中型机械，根据机械 制造工艺设计手册生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为大 批量生产 。 件毛坯的选择 件的材料 曲轴是发动机上必须的传动件，要求具有较高的刚度、强度、耐磨性和平衡性 。该零件的材料为 45钢 ，轮廓尺寸不大且形状比较复杂，又属于大批量生产，西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 3 页 因此采用模锻成型。 件的毛坯及其制造 曲轴零件 的形状比较复杂，因此毛坯形状要与零件的形状尽量接近，即外形锻成三 拐形式，两端空寂台阶不用锻出。毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 4 页 第三章 机械加工工艺规程的制定 轴的机械加工工艺 分析 1)该零件是三拐小型曲轴，故选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但 由于 轴两端的轴颈分别是 20 25三处连杆轴颈中心距分布在 30圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端 50工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，达到用中心孔定位的目的。 2）在工艺搭子端面上钻四对中心孔，先以两主轴颈为 粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔；然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工 30周 120均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度。 3）该零件刚性较差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可以避免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴 的 加工精度。 4）由于使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必须提前 在还保留工艺搭子中心孔时进行，同时要注意防止已磨好的表面被碰伤 等 。 械加工余量、工序尺寸及公差的确定 表 工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差 铸造 30 1 粗车 车 削 25 表 工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差 铸造 28 1 粗车 车 削 24 表 轴 工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差 铸造 28 1 粗车 车 2 削 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 5 页 表 0工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公 差 铸造 26 1 粗车 车 2 削 20定工时定额 工序 8：粗车三个连杆轴颈 至 选用机床： 。 1) 被吃刀量 取 1 2) 进给量 f：取 f mm r 。 3) 机床主轴转速 : 取 n=600r/) 切削速度： m i n/ 0 0/)6 0 0 0 0/)( (5) 计算切削工时：被切削层长度 l =3 22=66mm m 0 66 m， ( 因为粗车走刀 两次，故 序 9：精车三个连杆轴颈 至 用机床： 1) 被吃刀量 取 2) 进给量 f：取 f=r 3) 机床主轴转速 : 取 n=800r/) 切削速度： m i n/ 0 0/)8 0 0 0 0/)( 5) 计算切削工时：被切削层长度 l =3 22=66mm m 6 m，因为粗车走刀两次，故 轴主要加工工序分析 曲轴的主要加工表面为 主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工表面为两端面、键槽。此外， 还有检验、清洗、去毛刺等工序。 连杆各主要表面的工序安排如下： （ 1）、主轴颈：粗车、精车、磨削； （ 2）、连杆轴颈：粗车、精车、磨削； （ 3）、 车、精车、磨削； （ 3）、 车、精车、磨削 ; 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 6 页 曲轴两 端面 ,钻中心孔 本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引 起偏移 而折断，因此采用先面后孔的 加工 原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准 ，贯穿整个曲轴加工始终， 因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中应 考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差。 轴主轴颈的车削 由于曲轴年产量决定 ，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通 车床上进行。曲轴安装 在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余 量 大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺 序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧 以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。 轴连杆轴颈的车削 主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车 削连杆轴颈，车 削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位 ， 以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的 V 型块组成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转 180度，依次车削两个连杆轴颈。 削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块，消除曲轴 旋转时不平衡力矩的 产 生。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量控制在 时车床旋转 不能太高，刀具 材料 采用高速钢。 槽加工 对于该 键槽 的 加工 ，其 应安排在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在普通铣床上进行。 颈的磨削 由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为 面粗糙度 m，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度表面粗糙度。 在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 7 页 心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。 由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直接影响轴颈与圆角的形状，磨削余量 根据车削后的精度而定，粗磨余量值每边 磨余量控制在 在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为避免曲轴弯曲， 采用可以调节的中心架，否则就不能去掉上道工序留下的弯曲度，最好在 这个轴颈的摆差减小 后，再 开始使用中心架。 磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净，去砂粒及油泥，确保加工基准 中心孔的精度，磨削工序之前必须修研中心孔。 轴 机械加工工艺过程卡 及工序简图 拐曲轴零件示意图 图 分析 ： 1） 该工件为三拐曲轴，其形状复杂，加工技术要求较高。为加工三拐径，应制做专用工装 夹具 ，其要求为，能够均分三等份 (曲轴三拐径偏心距为30 并要保证回转平衡。 2） 工件加工时应将粗、精车分开，必要时也可以将粗、精磨分开，这样有利于 提高 工件 的 加工精度。 3） 为了使用专用 夹具加工曲轴的三个拐径，在铸造工序上有意加大曲轴左端轴径尺寸，留出工艺键槽的加工余量。 4） 所有轴径及轴径线上的各部尺寸的加工均以两中心孔为定位基准，所以同轴度均由设 备 (工艺 )来保证。如需要检查两轴径同轴度，可以用一对标准的4 径，用百分表测量。 5） 工件 1:20 锥度的检查采用专用环规检查。 6） 曲轴偏距的检测可以参照单揭曲轴偏心距的检测方法进行检测。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 8 页 7)三个拐径 120均布的检查，可参看图 一对标准 V 形块 (V 形块安放在标准平台上 )，支撑工件两端轴径 24 后调整两端便支撑处轴径的轴心线与平台平行。 图 20等分检测 示意图 用高度尺测量尺寸 拐径中心和轴径中心连接在水平面夹角为 30，通过计算算出拐径角度误差。 30s e=(式中 ： 标准 30位置拐径计算的理论值（各辆径、拐径尺寸均为实测值）（ 支承轴径外圆实际高度（ 曲轴轴径实际尺寸（ D 曲轴拐 径实际尺寸（ E 偏心距（ 按计算出 寸调整好一侧拐径位置之后，测量与之相对应的拐径高度值B，若 B 值与 相等，即等分合格；若 B 值与 不相等，这时应计算出拐径中心和轴径中心连线与水平面的夹角： m= n=2文） 第 9 页 (2E 式中 拐径中心和支承轴中心连线与水平面的夹角； B 实际测量尺寸； m、 n 为计算值而给出的中间变量。 =30 如果为负值，则此拐径与标准 30位置拐径夹角小于 120，反之夹角大于 120。 8)拐径轴线对轴径的轴线平行度误差，可在图 为两轴线的平行度误差，三个拐径分别测量即可。 拐曲轴机械加工工艺过程卡 表 工序号 工序名称 工序内容 工艺装备 1 铸 铸造（左端 255 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 按毛坯外形找正，照顾各加工面，划外形尺寸线 7 铣 经两轴径部分定位压紧分别铣两个端面保证总长尺寸 520左端中心孔 62W （端铣） 8 粗车 夹右端外圆，找正两轴径外圆。顶左端中心孔，车两轴径处，其中1： 20 一端（右端）尺寸为 62一端（左端）尺寸为 40艺尺寸） 粗车 倒头装夹工件左端 40，中心架夹带锥一端 32径上，钻右端中心孔 车锥度一端各部尺寸，留加工余量 50 划线 在右 端 40径上划键槽线深 5 10 35艺用键槽） 11 铣 以两 40103552K 12 粗车 采用 专用工装装夹 工件粗车曲轴三个拐径及拐径两个侧面， （ 可进行三等分分度）留加工余量 53 精车 精车曲轴三个拐径及拐径两个侧面，留磨量 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 10 页 14 精车 夹工件左端，顶右端中心孔，车工件右端各部尺寸， 1： 20锥度留加工余量 15 精车 倒头，采用两顶尖装夹工件，车左端尺寸 角 6 检验 检查曲轴偏心距 17 磨 以两中心孔定位装夹工件 ， 磨拐径三处至图样尺寸 磨拐径两侧及圆角 8240 18 磨 以两中心孔定位装夹工件，磨轴径两处 图样尺寸磨 20 9 磨 夹工件左端，中心架夹右端 找正，磨 1： 20 锥度至图样尺寸 0 划线 划 621 铣 以两轴径定位装夹工件铣 622 钳 修锉飞刺 23 检验 磁粉探伤 24 检验 按图样检验工件各部尺寸精度 25 入库 涂油入库 拐曲轴机械加工工序安排 表 机械加工工艺过程综合卡片 产品名称 零件名称 材 料 发动机曲轴 曲 轴 序号 工序名 称 技术条件及检查要求 工 序 简 图 设备 1 铸造 按 曲轴铸造 工艺进行 2 热处理 正火 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 11 页 3 铣两端 面 总长为 265床 4 车两端工艺搭子外圆 直径 45床 5 钻主轴颈中心孔 车床 6 钻连杆轴颈中心孔 正对连杆中心 7 检验 8 粗车三个连杆轴颈 留余 量 床 9 精车三个连杆轴颈 留余量 床 10 车工艺搭子两端面 车床 11 粗车各处外圆 留余量 2床 12 精车各处外圆 留余量 床 13 检验 14 磨削连杆轴颈外圆 圆磨床 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 12 页 15 磨削两主轴颈 25+圆磨床 16 磨削 22 外圆磨床 17 磨削 20 外圆磨床 18 检验 19 车掉两端工艺搭子 长度为 215车床 20 车两端 面 表面粗糙度 0 车床 21 铣键槽 铣床 22 倒角 为 1床 23 去毛刺 24 最后检 验 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 13 页 第四章 夹具设计 一 个机床的机械制造工艺系统由机床、工件、刀具和夹具组成。机床夹具是用以 装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中 使 这个位置不变，可以看出夹具在机械加工中占有很重要的地位，尤其是在成批生产时 更是大量采用机床夹具，它们是 处在 机床和工件之间的连接装置，使工件相对机 床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏直接影响工件加 工表面的位置精度。所以，机床夹具设计是装备设计中的一项重要工作。 在设计夹具之前，一般要收集和分析下述资料： 1 熟 悉产品的零件图：了解零件的作用、形状、结构特点、材料及毛坯的制造方法，分析尺寸精度、加工表面粗糙度、形状和位置精度等技术要求。 2 详细分析加工工业过程及本工序在整个过程中的顺序、加工方法和要求，了解本工序的加工余量和切屑用量。在设计夹具时，还应从设计夹具的角度出发，进一步分析定位 夹紧的可能性、可靠性、夹具结构的复杂性、工件安装的方便性和操作的安全性等因素。 3 了解使用该夹具的机床的主要规格、性能特点、机床运动的情况、功率和刚度等，以及在机床上安装夹具部分的结构和配合尺寸。 4 了解 所用切削工具的结构、尺寸、运功和夹具的配合方式。 5 了解工件的年产量，每次投产的批量和生产效率等要求，以便决定每次装 夹工件的数量和选择相应的夹紧机构，以及确定夹具的自动化程度。 床夹具的分类、基本组成和功用 机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：通用夹具，专用夹具，通用可调整夹具和成组夹具，组合夹具 ，随行夹具。机床夹具的基本组成，根据功用一般可分为： 1）定位原件或装置，用以确定工件在夹具中的正确位置； 2）刀具导向原件或装置，用以引导刀具或用以调整刀具相对于工件的位置； 3）夹紧元件或装置，用以夹紧元件； 4）连接原件，用以确定工件在机床上的正确位置并与机床相连接； 5）夹具体，用以连接各夹具元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上； 6）其他元件及装置，如分度装置、防错装置等。 机床夹具的功用一般为： 1）保证加工质量； 2）提高生产率，降低成本； 3）扩大机床工艺范围，做到一机多能； 4）平衡各工序 时间，以便组织流水生产； 5）减轻工人劳动强度，保证生产安全 等 。 通夹具装夹偏心曲轴方法 具为三爪卡盘 对于 长度较短，数量较多，偏心距较小，精度要求不高的偏心工件，可以在三爪卡盘的一个卡爪上垫上垫片，使工件产生偏心来车削偏心 曲轴 工件。 其中 垫片厚度计算公式 为： =1/2 22 33 (式中： D 工件直径 (e 工件偏心距
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