空压机曲轴加工工艺

空压机曲轴加工工艺毕业设计（论文）类型毕业设计说明书毕业论文题目学生姓名指导教师专业时间2013年3月5月目录摘要IABSTRACT01绪论111课题的目的112曲轴加工技术现状113综述及设计内容，意义2131综述2132设计内容、意义22零件分析321零件的作用322零件的工艺分析3221以拐径95MM为中心的加工表面3222以轴心线两端轴为中心的加工表面323零件加工的主要问题和工艺过程设计分析43工艺规程设计731确定毛坯的制造形式732基面的选择7321粗基准选择7322精基准的选择733制定工艺路线734机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定10341加工两端中心线上的外圆表面。10342粗车86MM与93MM外圆端面11343攻M12深24MM螺孔，及攻4M20螺纹11344在轴径86MM的端面钻左端6的锥形孔11345铣右端轴径93MM的上的槽11346铣86处键槽12347钻右端轴径95MM的孔（30MM）12348铣115MM左右两侧面12349铣60MM115MM平面133410钻拐径95处的两个油孔（8）133411车磨拐径为95MM1335确定切削用量及基本工时1336时间定额计算及生产安排40361粗车左端外圆95MM40362粗车左端轴径90MM41363粗车左端轴径86MM41364粗车拐径外侧左、右端面并粗车台肩41365粗车拐径95MM42366精车拐径95MM尺寸42367精车右端轴径95MM42368精车右端轴径93MM430025369精车左端轴径950003MM433610精铣底面60MM115MM433611钻、攻4M20螺纹433612铣键槽24MM110MM44053613铣右端轴径93MM的槽4402MM443614粗镗、精镗右端30MM孔4500363615钻拐径950071MM斜油孔8MM453616钻曲拐左侧孔8MM453617粗磨左端轴径453618磨左端轴径90MM463619磨右端轴径95MM463620精磨拐径95MM至规定尺寸463621精磨左右两轴径95MM至规定尺寸473622精磨90MM至规定尺寸473623车110圆锥473624磨110圆锥86长124MM474专用夹具设计4941加工曲拐上端面油孔夹具设计49411定位基准的选择49412切削力的计算与夹紧力分析50413夹紧元件及动力装置确定50414钻套、衬套及夹具体设计52415夹具精度分析5442加工曲拐上侧面油孔夹具设计551421定位基准的选择55422切削力的计算与夹紧力分析55423夹紧元件及动力装置确定56424钻套、衬套及夹具体设计57425夹具精度分析5943铣曲拐端面夹具设计60431定位基准的选择60432定位元件的设计61433铣削力与夹紧力计算62434对刀块和塞尺设计62参考文献65致谢662摘要曲轴是空压机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到空压机的质量和寿命曲轴在空压机中承担最大负荷和全部功率,承受着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。空压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。本课题是空压机曲轴的加工工艺与夹具设计进行探讨。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，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。关键词空压机曲轴工艺分析夹具设计IABSTRACTTHECARENGINECRANKSHAFTISONEOFTHEKEYPARTSANDITSDIRECTINFLUENCEONTHEPERFORMANCEOFTHEQUALITYOFLIFEANDTHECARENGINECRANKSHAFTINENGINEFORMAXIMUMLOADANDPOWER,WITHALLOFTHECHANGESDIRECTION,BENDINGANDTORQUETHROUGHLONGRUN,SOTHECRANKSHAFTMATERIALWEARHIGHRIGIDITY,FATIGUESTRENGTHANDWEARRESISTANCEENGINECRANKSHAFTROLEOFPISTONISRECIPROCALLINEARMOTIONTHROUGHTHELINKINTOTHEROTARYMOTION,THUSREALIZEENGINEBYCHEMICALENERGYINTOMECHANICALENERGYOUTPUTTHISTOPICISONLYDIESELENGINECRANKSHAFTPROCESSANALYSISANDDESIGNISDISCUSSEDTHEPROCESSROUTEPLANISTHEKEYSTAGEPROCEDUREFORMULATIONOFREGULATIONS,ISTHEOVERALLDESIGNPROCESSWHICHROUTEREASONABLEORNOT,NOTONLYINFLUENCEPROCESSINGQUALITYANDPRODUCTIVITY,ANDAFFECTWORKER,EQUIPMENT,ANDPROCESSEQUIPMENTANDPRODUCTIONSITES,WHICHAFFECTTHEREASONABLEUTILIZATIONOFPRODUCTIONCOSTTHEREFORE,THEDESIGNISINTHECAREFULANALYSISOFTHECRANKSHAFTPARTSPROCESSINGTECHNICALREQUIREMENTSANDMACHININGPRECISION,REASONABLYDETERMINESTHEBLANKTYPE,AFTERCONSULTINGRELEVANTREFERENCE,MANUALS,CHARTS,STANDARDS,ANDTECHNICALDATATODETERMINETHELOCATINGDATUM,MECHANICALPROCESSANDPROCEDURELIMITSBUTDIMENSIONSANDTOLERANCES,EVENTUALLYDEVELOPINGACRANKPARTSPROCESSINGPROCESSCARDKEYWORDSENGINECRANKSHAFTPROCESSANALYSISANDPROCESSDESIGN1绪论11课题的目的此次毕业设计是对空气压缩机曲轴零件的机械加工工艺规程的制订及专用夹的设计。设计曲轴零件的机械加工工艺规程的制订及专用夹具的设计是对一名机械专业的毕业生三年所学知识的最基本的考查。通过工艺规程的制定，可以对机械加工方法、机械制造技术有进一步的了解，也可以进一步熟悉工艺规程制订的步骤方法，能更好的提升学生的机械制图水平；能有效的提高学生查阅机械设计、工艺手册、图册的能力；能极大的加强学生对机械设计的计算、工艺分析、工序安排的了解和动手能力。这是我们在毕业之前对我们所学各课程的一次深入的综合性的总测验，也是一次理论联系实际的训练，它在我们将来的工作中占有举足轻重的地位。12曲轴加工技术现状曲轴是空压机的关键零件之一，其结构复杂，生产批量大，品种更换频繁，精度要求高。主轴连杆颈的尺寸精度为IT6IT7，圆度0005MM，表面粗糙度RA0204。因此，一条先进的曲轴生产线不仅要实现柔性换产以面对市场需求，还要满足工艺要求，保证加工精度，最终生产出合格的产品。锻钢曲轴生产线拥有世界顶级的数控机床、先进的加工工艺及日臻完善的管理制度，不仅大幅提升了曲轴的加工效率，实现了柔性快速换产能力，而且更好地保证了曲轴的加工质量。当前，曲轴的质量主要通过机加工和热处理的过程控制来保证，其途径大致有以下三种1人为检测指通过专业质检人员或操作人员自检、互检对每道工序按照工艺要求进行在线测量，及时调整工艺参数，避免不合格产品周转到下道工序或出现批量废品。2设备控制指依靠较高设备精度保证当前工序的加工精度，是保证尺寸精度、形状精度和位置精度的有效方式，也是先进曲轴加工生产线的标志之一。3工艺保障工艺是机加工过程中将曲轴毛坯转化成成品的法律准绳，是产品质量的根本保证，也是提高加工效率的前提。1先进设备控制加工精度已在锻钢生产线和部分铁轴生产线上实施，改善效果可观。对于工艺保障，由于国内外曲轴的加工工艺大同小异，且刀具、砂轮、切削液、淬火涨量、加工参数及加工余量等影响质量因素涉及改善周期长、优化空间小及普及性差等特点，因此要通过加工工艺的改进、优化来提高产品质量。13综述及设计内容，意义131综述空压机曲轴是空压机中接受电动机以扭矩形式输入的动力、并将旋转运动变为直线运动的一个重要零件，它在工作过程中将承受周期性的、复杂的交变载荷，曲轴常用材料有优质碳素结构钢和球墨铸铁等，因此曲轴毛坯也就有锻造曲轴和铸造曲轴两大类。本设计当中，曲轴采用铸造毛坯。132设计内容、意义曲轴是空压机的主要零部件之一，用来将活塞的往复运动转变为旋转运动。根据发动机气缸的数目，曲轴一般分单缸、双缸、三缸、四缸和六缸曲轴。曲轴的加工工艺复杂，特别是轴颈有很高的尺寸和形位公差要求，一般按6级精度制造，粗糙度不高于RA08M。轴颈表面需要热处理以提高其耐磨性，常用的热处理形式为氮化和高频淬火。本设计是3L10/8固定式空压机曲轴的工艺及工装设计。要求年生产任务为5000件。本曲轴的材料为QT6002。近年来，球墨铸铁和稀土球墨铸铁得到了广泛的运用，其特点为可铸性好，有较高的强度和较小的缺口敏感性，有较好的减振性及耐磨性。对典型零件的工艺及夹具结构设计，在加深我们对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。使我们能够将大学三年所学知识融会贯通，也使我们在设计过程中不断学习一些新知识。同时，为我们即将步入工作岗位，作为机械设计制造技术人员从事机械设计制造工作打下一定基础。通过毕业设计环节，培养我们广泛查找资料、分析问题、解决问题的能力，使我们养成认真仔细，精益求精的科学工作习惯。22零件分析21零件的作用零件是空气压缩机上的曲轴，它位于空气压缩机连杆处，曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，并将旋转转为直线运动，它在工作过程中将承受周期性的复杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，是连杆获得所需的动力。22零件的工艺分析从曲轴的形状来看，其横断面会沿轴线方向急剧变化，应力的分布极不均匀，尤其是曲柄臂和曲轴颈、过渡圆角部分以及油孔附近会产生应力集中。曲轴要承受自身的扭转振动所引起的附加力，曲轴在长期的运行过程中，在应力集中区产生疲劳破坏，因此弯曲和疲劳断裂是主要的破坏形式，曲轴连杆轴颈、主轴颈及轴承副在较高的比压下进行高速的相对旋转，轴颈与曲轴过渡处疲劳引起的裂纹，将会造成磨损发热和烧伤，其中曲轴表面的磨削下当将产生严重后果。7根据曲轴的工作状况，为保证曲轴进行可靠的工作，曲轴必须有足够的强度、硬度、良好的耐磨性和高的抗疲劳性能，质量要小，各工作标表面要求耐磨、润滑良好。具体来讲曲轴应具有以下力学性能1具有足够的强度，减少轴颈的翘曲变形，提高自抗振能力。2表面有高的硬度、弯曲疲劳强度、扭转强度和耐磨性。3有良好的抗疲劳强度和冲击性。4有良好的润滑作用。曲轴失效的形式主要有以下两种1疲劳破坏。一是在轴颈与轴柄过渡圆角处产生疲劳裂纹；二是轴颈中部的油道内壁产生环行的裂纹，逐渐发展为曲柄处的断裂。2轴颈表面严重磨损。221以拐径95MM为中心的加工表面0036这一组加工表面包括拐径950071MM加工及其倒圆角,两个8的斜油孔,两个0036油孔孔口倒角，它的加工表面的位置要求是950071MM圆柱度公差为001MM。222以轴心线两端轴为中心的加工表面0052这一组加工表面110锥度面的键槽240MM并左端倒角，左端面15MM深30025168MM的中心孔,2个M12深24MM的螺纹孔，各轴的外圆表面,右端面950003MM0084的孔300MM。这组加工表面有一定的位置要求，主要是00521键槽240MM110MM与110锥度轴心线的对称度公差为010MM。2110锥度轴心线对AB轴心线的的圆跳动公差0025MM；022390057MM轴表面的圆柱度公差为001MM这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要有00361曲轴拐径950071MM轴心线与AB轴心线的平行度公差003MM又以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证他们的位置精度要求。23零件加工的主要问题和工艺过程设计分析（1）曲轴在铸造时，左端9500250003MM要在直径方向上留出工艺尺寸量，铸造尺寸为105MM，这样为开拐前加工出工艺键槽准备。该工艺键槽与开拐工装配合传递扭转。（2）为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、精加工分开的原则。（3）曲轴加工应充分考虑在切削时平衡装置。1）车削拐径用专用工装及配重装置。图11车削拐径2）粗、精车轴径及粗、精磨轴径都应在曲轴拐径的对面加装配重。4图12车、磨轴径（4）110锥度环规与塞规要求配套使用，环规检测曲轴锥度，粗加工时，用粉笔的加工零件上细画一条线，用环规套上，转半圏。看零件上磨擦的痕迹，小头被抹掉表示锥度小了，大头抹掉表示锥度大了。精加工时，用红丹粉涂。除了锥度，还要注意表面的接触面积要大于85以上才算合格。塞规检测与之配套的电机转子锥孔或联轴器锥孔，以保证配合精度。（5）曲轴偏心距100将两个短V形块放在工作平台上，01MM的检验方法如图23。0025以曲轴两轴径950003MM作为测量基准。将曲轴放在V形块上。首先用百分表将两轴径的最高点调整到等高（可用纸垫V形块的方法），并同时用高度尺测出轴径的最高点实际尺寸H2,H3如两轴径均在公差范围内，这时H2,H3应等高。用百分表将曲轴拐径调整到最高点位置上，同时用高度尺测出拐径最高点实际尺寸H1。1在用外径千分尺测出拐径1和轴径2,3的实际尺寸。这样经过计算可得出偏心距的实际尺寸。5图13曲轴偏心距检测示意图偏心距H11/2H22/2式21式中H1曲轴拐径最高点H2（H3）曲轴轴径最高点1曲轴拐径实际尺寸23曲轴轴径实际尺寸（6）曲轴拐径轴线与轴径轴线平行度的检查，可参照图23进行。当用百分表将两轴径的最高点，调整到等高后，可用百分表再测出拐径1最高点两处之差，然后通过计算可得出平行度值。（7）曲轴拐径、轴径圆度测量，可在机床上用百分表测出。圆柱度的检测，可以在每个轴上选取23个截面测量，通过计算可得出圆柱度值。63工艺规程设计31确定毛坯的制造形式零件材料为球墨铸铁，根据型号为QT6003。考虑到空气压缩机曲轴的零件较大，零件比较复杂，应采用铸件。而且投资较少，成本较低，生产周期短。32基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，不盲目的选择基面。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。参照参考文献机械制造技术基础321粗基准选择在小批生产的条件下，通常都是采取划线找正。所以曲轴加工的第一道工序是钳工划线，划出主轴颈端面的十字中心线以及待加工表面的轮廓线，然后按划线找正将曲轴安装在机床上进行加工。这样兼顾了各部分的加工余量，以减少毛坯的废品率。322精基准的选择加工曲轴的主轴颈止以及与主轴颈同旋转轴心线的其它配合部分和曲柄外圆弧面、外端面时，同轴类零件外圆表面加工一样，采用辅助精基准顶针孔。用顶针孔作为精基准，符合基面同一的原则，从而可以保证一次安装中加工的各表面的同轴度或垂直度。对于主轴颈较大而偏心距又较小的曲轴，可以在曲轴两端面上分别各打出两个顶针孔A及B，使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。1，正确选择加工基准面。33制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能7得到合理的保证。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。根据参考文献机械加工工艺手册工艺路线方案（一）1）画线，以毛坯外形找正，划主要加工线，偏心距10001MM及外形加工。2）划轴两端中心孔线，顾各部加工余量。00253）工件平放在镗床工作台上，压轴950003MM两处，钻右端中心孔。00254）夹右端（110锥度一边）顶右端中心孔，粗车左端外圆950003MM，粗2，制定出下面工艺方案。车左端所有轴径，粗车拐径外侧左、右端面，保证拐径外侧的对称性及尺寸，粗铣凸台25。5）夹右端，左端上中心架车端面，去长短保证总长尺寸610MM，钻左端中心孔，钻左端6的孔，深168MM，锪60角，深78MM，再锪120角，深18MM。00366）粗车拐径950071MM尺寸。00367）精车拐径950071MM尺寸。00258）夹左端，顶右端中心孔，精车右端轴径950003MM，长度尺寸至87MM，保证曲拐端面60MM尺寸，精车右端轴径93至图示长度12MM。00259）夹右端，顶左端中心孔，精车左端轴径950003MM，长度尺寸至85MM，保曲拐端面60MM尺寸。002502210）以两中心孔定位，磨左端轴径950003MM，磨左端轴径90057MM。002511）以两中心孔定位，倒头装夹，磨左端轴径950003MM。12）底面60MM115MM，以两侧面定位并压紧，保证距中心高70MM，总高236MM。13）以两轴径定位压紧钻、攻4M20螺纹。003614）以两端中心孔定位，精磨拐径950071MM至图样尺寸，磨圆角R6。002515）以两端中心孔定位，精磨两轴径950003MM至图样尺寸，磨圆角R6，精022磨90057MM至图样尺寸，倒角2545。16）夹右端，顶右端中心孔车110圆锥，留余量15MM。817）以两端中心孔定位，磨110圆锥86长124MM，磨圆角R6。18）磁粉探伤各轴径，拐径。002519）划键槽线24MM110MM，铣键槽，以两轴径950003MM定位，采用专用工装装夹铣键槽24MM110MM至图样尺寸。0520）铣右端轴径93MM的槽4402MM至图样尺寸。008421）粗镗、精镗右端300MM孔至图样尺寸，深75MM。锪60角，深55MM，再锪120角，深2MM。003622）重新装夹工件，采用专用工装装夹，钻拐径950071MM两斜油孔8MM。27）钳工，修油孔，倒角，清污垢。28）检查。工艺路线方案（二）1）钻两端中心孔2粗车左端外圆95MM3）粗车左端轴径90MM4）粗车左端轴径86MM5）粗车拐径外侧左、右端面并粗车台肩6）粗车拐径95MM7）精车拐径95MM尺寸8）精车右端轴径95MM9）精车右端轴径93MM10）精车左端轴径95MM11）精铣底面60MM115MM12）钻、攻4M20螺纹13）铣键槽24MM110MM14）铣右端轴径93MM的槽44MM15）粗镗、精镗右端30MM孔16）钻拐径95MM两斜油孔8MM17）钻曲拐左侧孔18）粗磨左端轴径95MM19）磨左端轴径90MM20）磨右端轴径95MM21）精磨拐径95MM22）精磨左右两轴径95MM23）精磨90MM24车110圆锥25）磨110圆锥86长124MM26）钳工，修油孔，倒角，清污垢。27检查。通过两种工艺方案的比较可得出第一种方案中在精磨以后再铣键槽、钻油孔，这样会影响精磨后各轴的加工精度。而第二种方案则比较好些，它在铣键槽、钻油孔后粗、精磨各轴保证了各轴的精度要求。934机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“3L10/8空气压缩机”曲轴零件材料为球墨铸铁，硬度190270HBS，毛坯重量约为403KG，生产类型为大批生产，采用毛坯铸件。341加工两端中心线上的外圆表面。由于这些表面的粗糙度要求较高，它们的表面粗糙度都是RA16M，根据工0220025序要求，轴径90057MM，950003MM加工分粗、精车，还有粗、精磨。粗车其余量规定为355MM，现取45MM。精车其余量规定为11MM粗磨其余量规定为0405MM，现取045MM。精磨其余量规定为00080012MM现取001MM。0220025轴径90057MM，950003MM铸造毛坯的基本尺寸分别为9045110450019615MM,95451104500110115MM。022铸件尺寸公差为449MM，现取7MM。对轴径90057MM有毛坯的名义尺寸为9045110450019615MM毛坯最小尺寸为9615359265MM毛坯最大尺寸为9505359965MM精车后尺寸为9011450019156022精磨后尺寸与零件图尺寸相同，即90057MM0025对轴径950003MM有毛坯的名义尺寸为95451104500110115MM。毛坯最小尺寸为10115359665MM毛坯最大尺