DEUTZ1013柴油机曲轴加工工艺规程设计
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DEUTZ1013
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DEUTZ1013柴油机曲轴加工工艺规程设计1 绪论1.1 柴油机工作原理 发动机本身是一种能够把其他形式的能转换为机械能的机器。那么，发动机是如何完成这个转换的过程的呢?换而言之它是如何将其他形式能（热能）转换为机械能呢？完成此过程需进行进气，将可燃气体（或者新鲜的空气）放入汽缸；随后把气缸内的混合气体（或者新鲜的空气）压缩，快临近终点的时候点燃可燃气体（或者把柴油机的高压油压如气缸内并形成压缩气体然后点燃）；混合气体燃烧产生热量，气体膨胀推动活塞做功；最终排出气缸内的废气。故共四个过程：进气、压缩、做工、排气，即为一个工作循环。不断重复此循环从而实现能量的转化，发动机得以运转。循环完成一次，对应活塞不间断做四次上下往返运动，曲轴连转两圈，我们把这种类型的柴油机称作四冲程柴油机。工作循环完成一次，对应曲轴旋转一圈，活塞上下做两次往复运动，这类柴油机称作二冲程发动机。这里主要介绍四冲程发动机工作的原理和过程。 四冲程柴油机和四冲程汽油机工作原理及过程大体相似，即每一个工作循环行程相同，但是因为柴油的粘性很大，不容易蒸发，燃点低，与汽油相比差异较大，因此可燃混合气体的产生、气体温度压力变化、燃烧形式及过程与汽油相比有很大差异。这里主要比较柴油机与汽油机工作时的异同。进气四冲程柴油机进气过程中与汽油机不同的是，柴油机进入气缸的工质是纯空气而非混合可燃气体且柴油机进气系统阻力较小。终点压力pa=0.850.95MPa。与汽油温度相比略高；终点温度Ta=300340k。故与汽油相比略低。压缩与进气工质相同，压缩的也为纯空气压缩过程接近终点时，将高压柴油喷入气缸内，进气门排气门同时封闭，活塞不停向上移动，使缸内体积不断减小达到终点，缸内温度上升体积减小。缸内压力pc=8002000kpa，温度Ta=600750k，高于汽油机。做功在压缩气体达到终点时高压油泵将高压油喷入燃烧室，与空气接触随即便会燃烧。和、这与汽油机不同，柴油机的可燃混合气是在进入汽缸后混合而成的。而汽油机则是在外面的化油器里完成的。在燃烧过程中，柴油机气缸内气体膨胀，容积不变导致压力迅速上升，最高可到60009000kpa，最高温度可到18002000k。排气柴油机与汽油机的排气过程大体相同，即废气经排气管排到外面。气体排净时，温度比汽油机略低，一般为Tr=700900k。与汽油不同的是，柴油机的动力性能优越、燃烧率高、可燃气体消耗率低并且价格便宜。所以柴油机燃料性价比高；柴油机环保（排出的废气少）。但是它体积大、转速低、制造成本高、震动噪音大等等。随着技术的不断提高，这些缺点也将会被消除，变得越来越完美。上述介绍的为单杠发动机，但是现代的汽车大多为多缸四冲程发动机。二者有何区别呢？二者都需进行四个行程，即进气、压缩、做功、排气。然而单缸工作过程中只有一个行程做功，其他三个不做功。也就是说在曲轴旋转两圈的过程中仅有半圈做功。因而运行时平稳性差，但是在过程中消耗功率较大。为使转速均匀，通常装有大飞轮。但多缸的行程为彼此岔开，交替进行的。也就是说曲轴旋转交替做功。故转速均匀，振幅小。因此缸数与运转平稳性成正比，同时也间隔角成反比。1.2 柴油机曲轴的结构特性曲轴的基本构成如下图所示，由自由端、功率输出端和曲拐构成。曲拐6由主轴颈4、连杆轴径3和曲柄2构成。自由端1由曲柄、连杆轴径、主轴颈、功率输出端、曲拐和平衡块7构成。 图1.1曲轴功率输出端（飞轮端）：飞轮安装在除最后曲拐以外的部分，用以驱动机械的衔接和轴端的密封。 曲轴的自由端（前端）：是在第一个曲拐以前的部分安装传动装置，它包括：轴端密封装置、正时齿轮、柴油机辅助系统。此外，高速柴油机的汽缸中还布置了涡流室或预燃室。 曲轴结构类型分为整体式和组合式。组合式是把分成若干个零件的曲轴分别进行加工，最后拼装在一起构成完整曲轴。优点是便于加工，产品可以通用；缺点是它的结构刚度低、强度小且组装复杂。整体式是把自由端，功率输出端和曲拐连接成一个完整的零件。优点是强度高、刚度大、质量小和结构紧凑。缺点是难于加工。故综合比较后，选择整体式曲轴。 主轴颈、连杆颈：工作时转速很高，在轴承内受到载荷作用。所以，对表面粗糙度和精度要求精准。为了提高耐磨性，常用处理方法为淬火和氮化处理。 曲柄：受力最薄弱和复杂的部分，所以它的结构和连接要特别注意。以下是常见曲轴，如图2.2示：圆形、椭圆形、矩形。图2.2 曲柄连接着连杆颈与主轴颈，它是核心部件。由于曲柄形状，它的应力过于集中，因此非常容易产生断裂。为减小应力集中，在小曲轴轴径和曲柄衔接处增大强度，增大弧度，使应力减小。但是，过度增大，则轴承受力面积变小从而应力变小，或者加大了柴油机的轴向尺寸。2 设计任务2.1 DEUTZ1013参数说明2.2 DEUTZ1013曲轴作用 曲轴是活塞往返运动以及旋转运动二者之间的介质，在做功行程里将能量传递出去。传递能量通过飞轮装置，由于飞轮装置位于轴末端，这样曲轴可以匀速旋转并且其余行程得以正常运转。为增强惯性力的均衡、缩小内燃机耗能，还可以在曲柄处加装平衡装置。 曲轴,作为发动机里最重要的部分，可以说是“引擎的心脏”。曲轴执行的准确程度决定着引擎是否可以正常发挥。每一个相对角度都必须精准，否则会严重影响气门正时、点火正时准确度，从而每个汽缸就不能正常运作。另一个重点则是DEUTZ1013曲轴的轴承之间的间隙。为了达到足够的润滑性和冷却性，在连杆轴承与主轴承之间必须留有适当的间隙令机油流动。否则磨损增大，机件损伤很大。但是间隙距离如果过大，会使轴承内活塞做功增加，从而造成了燃烧室内剩余机油过多影响其他行程。因此为DEUTZ1013曲轴工作得以正常进行，在加工DEUTZ1013曲轴的是要确保误差、强度、刚度等等。2.3 DEUTZ1013曲轴结构特点 曲轴的特点是每一个轴心不在一条直线，在机体的中心孔内安装的轴叫做主轴。然而它只能通过座孔绕本身运动；此外，通过曲柄、主轴相连的轴叫做连杆轴，它只绕主轴运转。曲轴，作为最重要与负荷最大的部件，主要作用是活塞往返运动及回转运动之间的介质。显而易见DEUTZ1013曲轴除了周期性扭矩和弯矩，还有扭转振动带来的附加应力，因此曲轴受力极为复杂。综上所述，根据以上曲轴的结构特点，在加工时要高强度、高刚度、强冲击韧性及强耐磨性等等。在加工工艺过程中，增大突变面积以减小应力集中，选用高强度材料，经过热处理增大耐磨性以避免断裂。 主轴与连杆轴的形状误差、定位误差和表面粗糙度要求精度很高。为不影响每个汽缸之间行程的相位配合，对齿轮偏移量提一点要求。2.4 DEUTZ1013曲轴技术要求（1）42CrMoADEUTZ1013曲轴经淬火硬度HRC4853。连杆轴径、主轴颈进行淬火处理，温度在830850。淬火深度为3.57.0mm。此外每个DEUTZ1013曲轴刚度差须在四个单位以内。（2）42CrMoADEUTZ1013曲轴再进行回火处理，以消除淬火过程中的内应力与脆性，增加DEUTZ1013曲轴的韧性和塑性。硬度HRC4853，温度260300。（3）42CrMoADEUTZ1013曲轴进行调质处理，使钢件有良好的性能。（4）主要化学成分：C0.380.45，Si0.170.37，Mn0.500.80，Cr0.901.20，Mo0.150.25。（5）疲劳强度、韧性、淬透性和强度比40Cr高，热处理无过热倾向，状态为细晶粒钢，淬火过程中形变小。（6）自身有第一回火脆性，焊接性差、冷变形塑性一般、切削加工性好。（7）DEUTZ1013曲轴磨光加工后的表面不应有黑点、刻痕。加工表面须光洁，不应有压痕、气孔、毛刺、裂纹、凹痕、废旧金属夹杂物及发裂。（8）DEUTZ1013曲轴非加工面须光洁，不得有夹灰、分层、非金属夹杂物、硬伤、裂缝及夹渣等，不可以使用焊补消除。（9）DEUTZ1013曲轴应按CA498-12型柴油机规定做抛光、磁力探伤及退磁处理。（10）DEUTZ1013曲轴加工后要进行平衡实验。3 DEUTZ1013柴油机曲轴工艺路线3.1 批量、年产量确定生产纲领40000台/每年柴油机Q40000*1*（1+2）*（1+2）41616月产量Q/12=3468 Days=（365-52-14）/12=25天日产量（一天3班）月产量/Days=3468/25=138 生产类型查手册知，100公斤以内生产性质： DEUTZ1013曲轴生产性质为大批 选择三班制第一班：2070小时 第二班：2070小时 第三班：1560小时注：女工人占25%以下，分别为1664小时、1664小时、1248小时总计时为4556小时 其中,损失系数 -工作时段设备修理损失 -工人缺勤以及自然需求损失 -清理设备所耗的损失 -工人休息的损失 平均流水线节拍=4576*60*（1-15%）/52020=4.5min为保证产品按时完成，任何一道工序单个产品的计算时间要小于该产品的生产节拍；如果大于，将不能定时完成指标。注：填写工艺卡时，考虑到客观因素，按80%的生产节拍计算。 生产间隔和批量当最长的工序时间和整体加工的时间确定时，生产率与生产间隔、批量成正比。但与资金周转的快慢与生产率、生产间隔等有关系，因此要多方面考虑。 3.2 毛坯选择选择毛坯时要遵循四项原则，即适用性原则、经济性原则、可行性原则及环保性原则。这四项原则是相互联系的，应在保证第一原则的前提下，力求做到质量好，成本低，制造周期短和环保的原则。并且毛坯的制造方法也同样重要。对于曲轴的特殊性，要注意材料本身的加工性能、力学性能。曲轴毛坯的类型主要包括锻件、焊接件、铸件和型材等。考虑到零件的特殊性，所以采用锻件，主要流程采用锻造。锻造可以消除冶炼时产生的铸态疏松，内部通过气孔与缩孔链接，故密封性极强。此外使组织机构内金属纤维合理分布，疲劳强度高、延伸性好及抗冲压性能高。材料主要有：50Mn、45钢、20Cr等。这里采用模锻，材料选用42CrMoA。因为在大批量生产中，对毛坯要求余量小、精度要求高。模锻后，为提高机械性能和加工方便，毛坯需调质处理和去除氧化膜。3.3 定位基准3.3.1 DEUTZ1013柴油机曲轴加工工艺影响曲轴制造的两个重要因素为：摩擦副和震动副。摩擦副是主要作用于连杆及连杆轴径二者间的摩擦；震动副是做功行程中受力的作用或者DEUTZ1013柴油机在引燃爆炸过程里对曲轴的冲击的震动。曲轴虽然形状复杂，但是也有一定规律性，根据曲轴的特点，可以进行如车、镗、钻、铣等工艺方法。下面简要分析一下几个方面的工艺特点。形状由于主轴径连杆轴径分布在不同的轴线上，所以受力不平衡，使加DEUTZ1013曲轴加工工艺变得复杂。为消除不平衡现象，主要采取措施为使用平衡重，在设计中应注意在连杆轴定位时用偏心夹具。对于像大型曲轴这类的不平衡现象明显的，应使刀具旋转，曲轴不转。在曲柄臂端面处铣两处平面，用来当做确定曲轴角度精确度的辅助基准；轴向定位用齿轮销孔。刚度DEUTZ1013曲轴长径比（I/D）大，故刚度低。在切削力和自身重力作用下，产生极强的扭矩和弯矩，尤其是单动机床。故注意一下几点：制造加工过程中，如粗加工，余量大，切除余料较多。因此机床车刀、夹具等刚度要求高。曲轴加工时，为增加刚度，中间用支撑架以降低振幅和形变。为减少扭矩和弯矩，采取高强度机床。传动方式采取中间传动或者两边传动。加工时应尽量减小切削力的影响。在可能产生形变误差的工序处，后面添加校正工序工序要安排合理。技术要求上述两个方面已经阐述，刚度差、结构形状的复杂性、生产方式及规模等诸多方面考虑，DEUTZ1013柴油机曲轴的工艺路线要细致周密，工序繁多。其中，磨削占主要工序。综上，DEUTZ1013柴油机曲轴技术要求很高。如何提高生产率和生产中如何实现高效率自动化是一个待解救问题。3.3.2 定位基准由上述DEUTZ1013曲轴工艺特点分析知，刚度、形状的复杂度以及各运动件运动关系，定位基准的选择尤为重要，直接影响着零件的尺寸精度、形变量等。主要加工面包括：端面、端轴颈、主轴颈、曲轴臂以及连杆轴颈等等。由于结构的特殊性，主轴及连杆轴颈的轴线不在一条线上，所以在加工时应注意以连杆轴颈为基准。基准选择原则粗基准a、基准面尽量选择精确度高的表面b、余量分配均匀c、非加工面作粗基准时，选择位值误差尽量小的表面。d、使用原则不可重复e、粗基准面尽可能光洁，面积足够大利于装甲。精基准a、基准不变原则，即统一基准。b、基准重合原则，即设计基准和定位基准重合。c、自为基准原则，即对工件两个相互位置精确度要求高的表面相互为基准。基准的选择 主轴颈及同轴心轴颈 设计基准：主轴颈中心孔定位基准：对于主轴颈和同轴心轴颈，既要遵循基准选择原则又要保证轴端面和轴的精确度，选用中心孔定位。首先，先铣端面和中心孔（先粗铣再精铣）。为保证DEUTZ1013曲轴毛坯外径的轴线与中心孔重合主，故以毛坯外圆端面为粗基准；为减少系统误差和测量误差，把3号主轴（中间轴）作为粗基准，余量两端对称分配。这样保证了径向和轴向余量分布的均匀性。连杆轴颈曲柄臂平面的两个工艺平面作为辅助精基准，工艺平面距离主轴颈轴心与连杆轴的连线根据尺寸公差表查出公差值，保证各个方向余量的分布。 连杆的精加工，既要满足连杆轴曲柄半径值和主轴的不平衡度又要遵循基准选择原则，所以选用磨削过的最远端的主轴作为精基准。这样一方面便于安装，满足技术要求并且形变量小；另一方面连杆轴不在同一平面，1号轴和5号轴装有定位销，故运动受限。对于各轴颈的轴向尺寸公差，定位基准通常采用主轴任意一个端面。3.4 工艺路线3.4.1 机械加工工序安排先基准后其他先平面后孔先粗后精先主后次3.4.2 确定工艺路线加工基准面车、半精车主轴颈粗车、半精车连杆颈钻、扩定位销孔钻扩齿轮定位销检查感应淬火校正粗磨、精磨主轴颈粗磨、精磨连杆轴颈钻油孔检查钻轴端孔动平衡、去重抛光检查3.4.3 DEUTZ1013曲轴表面加工方法的选择DEUTZ1013曲轴加工面有端面、质量中心孔、主轴颈、螺纹、连杆轴颈、中心孔及键槽等。86mm大端轴颈：尺寸公差 表面粗糙度Ra0.8m，公差等级为IT6。需粗车半精车磨削。71主轴颈：尺寸公差 公差等级为IT5，表面粗糙度Ra0.4m。需粗车半精车粗磨半精磨精磨。60连杆轴颈：尺寸公差公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra0.4m。两端25质量中心孔：无尺寸公差，公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra6.3m。需钻。小端螺纹M241.5：直径为24，无尺寸公差要求，表面粗糙度为Ra6.3m。螺纹需攻。螺纹直径需粗车半精车精车。两端端面：本零件为轴端端面，故无尺寸公差要求，表面粗糙度为Ra6.3m。64小端轴颈：尺寸公差公差等级为IT11，表面粗糙度为Ra6.3m。需粗车半精车43齿轮轴轴颈：尺寸公差 公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra0.8m。需粗车半精车16齿轮轴键槽：尺寸公差 公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra3.2m。需粗铣半精铣。大端M141.5-6H螺纹孔,无尺寸公差，表面粗糙度为Ra3.2m。需钻扩攻。3.4.4 最终工艺路线工序工序10：粗铣两端端面工序20：半精铣两端端面工序30：钻25质量中心孔工序40：粗车86大端轴颈工序50：粗车5号主轴颈粗车第八曲臂止推台阶工序60：粗车M241.5螺纹直径粗车43齿轮轴轴颈粗车64小端轴颈 粗车1号主轴颈第一曲臂止推台阶工序70：粗车封油轴颈齿轮轴直径螺纹直径工序80：半精车1号、5号主轴颈半精车M241.5螺纹直径车推刀槽工序90：粗铣半精铣第一曲臂对称定位面工序100：粗铣、半精铣24号主轴颈挡宽止推台阶粗铣、半精铣14号连杆轴颈挡宽工序110：人工时效工序120：粗磨全面主轴颈25号主轴挡宽1号主轴挡宽工序130：半精车大端端面钻、扩大端端面孔工序140：半精车大端轴颈半精车小端轴颈刀检2、3曲柄臂工序150：钻大端1018定位销工序160：粗磨连杆轴颈粗磨挡宽粗磨行程工序170：枪钻7油道孔枪钻8斜油孔工序180：油孔喷沙工序190：中检工序200：中间清洗工序210：热处理工序220：中间探伤工序230：精车43齿轮轴轴颈精车M241.5螺纹直径工序240：半精磨24号主轴颈半精磨挡宽工序250：半精磨1、5号主轴颈半精磨挡宽工序260：精磨86大端轴颈工序270：精磨1、4号连杆轴颈精磨2、3号连杆轴颈工序280：粗铣、半精铣齿轮轴键槽工序290：精磨1、5号主轴轴颈挡宽工序300：精磨24号主轴轴颈挡宽工序310：精车大端端面大端倒角精车螺纹端面主轴颈倒角工序320：中检工序330：成品探伤工序340：钻、扩、攻大端螺纹孔攻小端螺纹工序350：油孔倒角、全部油孔抛光工序360：动平衡测试工序370：清理毛刺工序380390：抛光工序400：成品检查工序410：入库3.5 计算余量及设计毛坯图3.5.1 计算机械加工余量锻造工件的加工余量，根据锻件的形状复杂系数、质量及表面粗糙度等和孔的加工余量，都查表得之。 锻件的质量。根据毛坯估算其值约为20kg。 锻件形状复杂系数s 设毛坯件长650mm，直径170mm 查表知，形状复杂系数为，较复杂级别。 锻件加工表面粗糙度参考值Ra0.4m。 对于机械加工余量，查表知各个轴颈余量为0.250.5；其他加工面余量为0.56。 由于是批量生产并且为提高生产效率、毛坯质量，这里采用模锻。3.5.2 设计毛坯图毛坯公差尺寸的确定毛坯的公差尺寸要依据锻件质量m、形状复杂系数s、锻件材质系数以及分模线形状种类，查表得之。表3.5.1 DEUTZ1013曲轴毛坯尺寸零件尺寸单面加工余量锻件尺寸716086644324633.554.53346.57638191.54123.44.43.50.60.460.40.640.57361.7956646.43263755.133.4646.976.64219.5锻件形状复杂系数、锻件质量，42CrMoA的C含量为0.380.45%，查表得锻件材质系数为，采用不对称弯曲分模线。错差公差查表的1.4mm，残留飞边公差查表的1.4mm。表3.5.2 毛坯尺寸公差锻件尺寸偏差依据厚度63731+3.3-1.7+1.9-0.9机械制造工艺设计简明手册表2.2-14内表面66+1.9-0.9外表面7361.79546.432+1.9-0.9+1.9-0.9+2.1-1.1+1.9-0.9+1.7-0.8台阶55.176.6+1.9-0.6+1.9-0.6机械制造工艺设计简明手册表2.2-16毛坯图3.6 加工装备选择及安排 3.6.1选择机床 选择机床注意事项 加工面的精度和机床精度相符合。 选择机床时，应尽可能发挥机床作用及负荷平衡。 选择与工件尺寸、形状相符合的机床规格。 这里选择的生产方式为大批量生产，故应选高产率的机床。 选择机床 具体机床选择1) 工序1020是粗铣和半精铣，各个工序步骤少且为大批量生产，零件的外廓尺寸适中并且精度要求 适中，因此选用ZBT8261型卧式双面铣床。2) 质量中心孔尺寸小，它的精度要求适中，故选择SM-002质量定心机。3) 工序4090主要是粗车，所以精度要求不是很高且加工零件是回转体，故选CW6163型卧式车床。4) 工序100120需要半精车，精度要求比较高，考虑到尺寸及加工要求，选用V36数控车床。5) 工序130为铣第一曲臂定位基准面，所以要求精度精准，另外还需要去除毛刺，故选X1532单柱卧式铣床。6) 工序130150只要为内铣，加工复杂，表面粗糙度小，精度要求高，故选GPM240F2-3型内铣机床。7) 工序170为磨削及工序28中的1号、5号主轴颈，精度要求高，故选择MQ1350型外圆磨床。8) 工序190210主要为半精车，考虑到锻件材质等，选用CA6140型普通车床9) 工序220定位销，需用专门的定位销孔专机，这里选用的型号为JS274。10) 工序230为内部粗磨，加工复杂，要求精度高，故选MQ8260型外圆磨床。11) 工序240，对于加工油孔，需用专门的油孔专机，这里选用MS-U028型油孔专机。12) 工序260270及350380主要为精车，因此精度要求高，故选C620普通车床。13) 工序280290主要是精磨，表面粗糙度较小，宜用磨床，故选H173数控外圆磨床。14) 工序300310工序为内部精磨，所以加工复杂，故选5SEGV100C型外圆磨床。15) 工序320齿轮轴键槽，加工尺寸小，考虑到加工面，故选X6020B卧式升降台铣床。16) 工序330，由于1号、5号主轴颈在两端外部，考虑到结构，故选TOYODAGL100MT数控外圆磨床。17) 工序340,24号主轴颈在中间，由于结构复杂性，故选TOYODAGL7P数控外圆磨床。18) 工序390400主要为钻孔等，加工复杂，为了保证精度，故选YNC-027双端面加工中心。3.6.2 量具的选择 由于生产方式是批量生产模式，故通常选用通用量具。这里采用按计量器的测量方法极限误差选择。如粗磨各71主轴颈，查表得T=0.05，K=0.25，极限误差为12.5 表3.2 加工面所用量具加工面尺寸尺寸公差量具860.022测量范围0300的游标卡尺，测量范围0125的游标卡尺，分度值为0.02710.013640.2600.02430.025633.50.3分度值为0.1，测量范围01000的游标卡尺5540.3740.3分度值为0.05，测量范围0150的游标卡尺550.3380,2330.2300.2190.2250.03分度值为0.05，测量范围0100的深度千分尺3.6.3 选择夹具 夹具的设计与使用有提高产率、扩大机床使用范围、保证加工制造的质量及减缓劳动力很大作用。另外，夹具的正确使用还有促进精密零件的掌握情况和解决繁多复杂的工艺等等。具体分析请见后面夹具设计。3.6.4 刀具选择选择刀具的过程主要包括刀具材料、构造及类型。考虑因素主要包括：加工精度、粗糙度、加工方法、生产率、经济性及加工件形状等等。原则是主要采用标准刀具，特殊情况采用专用刀具。铣端面工序选用YT15右车刀；粗车工序：粗车大端轴颈、5号主轴颈、螺纹直径、齿轮轴轴颈、小端轴颈1号主轴、第一曲臂止推台阶、封油轴颈，及半精车工序：半车大端端面，查表后选用右车刀YT15；考虑到加工精度及角度等因素，半精车两端轴颈选用右车刀YT15；精车小端螺纹端面选用右车刀。粗车5号主轴颈以及曲臂止推台阶采用专用车刀。在数控车是。车1号、5号主轴颈、小端轴颈及其推刀槽时，选用多方向切割杆车刀、机夹刀片。精车螺纹直径以及齿轮轴直径，分别选用机夹刀和机夹刀。精车大端端面采用专门的端面车刀YT30。铣第一曲臂基准面，由于精度要求高，选用机夹铣刀盘。内铣24号主轴及连杆轴颈，选用主轴刀盘和连杆轴刀盘。粗磨工序。粗磨主轴颈选用P75034305A46M6V35砂轮；连杆轴颈选用P90035305A46M6V35。半精磨工序。24号主轴颈，选用P1134305A46M6V35；1号和5号主轴颈P75033305A46M6V35。精磨工序。大端轴颈选用P90050305A46M6V35；连杆轴颈p1100/10653435砂轮；1号和5号主轴颈选用P50035030CBN砂轮；24号主轴颈选用P91534305砂轮铣齿轮键槽，查表知采用B165、齿数8的半圆键槽铣刀。钻质量中心孔选用B6.3/20中心钻；钻大端定位销选用锥柄麻花钻10钻、扩、攻；大端螺纹孔分别采用12.560107钻头、12.5扩孔钻、M141.5丝锥；枪钻油道孔7选用7枪钻；直油孔划窝10及8，深度2，根据查表选用划窝钻；枪钻连杆轴斜油孔6选用6枪钻。3.6.2 工序尺寸确定通常来说，确定工序尺寸的方法为由后推前，既有最后加工工序先前推，零件尺寸标注要按工序尺寸标注。基础不重合时，选择工艺尺寸链计算；无转换基础时，同一加工面的工序尺寸只与加工余量相关。规定宽度为垂直刀具的方向；长度为沿刀具的方向。注：工件为回转体或者加工圆面时，长度等于宽度。 例如图3.6.1，由宽度知，工件直径小于刀剑直径可方便进行铣削。机动时间通过切入超出、长度来确定。 图3.6.1注：加工圆面时，对于车、磨等其他工序直径为未加工时的尺寸；长度为工件进给的尺寸。动机时间（基本时间）由加工面的切入超出、长度确定，关于切入超出的详细计算在后面进行详细论述。 3.7 切削用量与基本时间确定工序10。本工序为粗铣和半精铣，加工材料为42CrMoA，锻件。机床为ZBT8261型卧式双面铣床，专用夹具装夹。 确定粗铣两端面的切削用量 选用刀具为材料W18Cr4V、=50mm、齿数z=10，查表知，。 a.确定切削深度 考虑到公差和模锻斜度等，可以走到次数为1,则 确定进给量f。查表知，=3.5，故进给量f范围为0.030.3mm/r。根据根据直径，取进给量f=0.068mm/r。根据进给量f，查表得切入和超出量为24，f=34mm/min。 b.确定切削速度。 其中，t-刀具耐用度 f-进给量 -切削深度根据上面表格，查得t=200。代入上面公式，解得v251min/s。在计算转速 n=497，按ZBT8261型卧式车床转速表查得，n=500注：根据实际情况，验算是否在主轴转数的级数之内，理论值是否可以达到，根据相应机床转速表选择相近数值即可。 c.计算切削力。 查表的切削力 其中-侧吃刀量 -进给方向吃刀量 - 背吃刀量 Z-铣刀齿数-铣刀直径故=9,8110110=5.50N基本时间a.单个工件的时间组成如下， 其中， 服务时间是指工作地方的时间。如刀具的更换和变调、去除切削、等。一般可按照=（3.0%5.0%）估算。本次工艺卡填写按照5%估算。 基本时间。因为这里设计的加工工序，故也叫机动时间。机动时间是直接影响加工零件的尺寸、形状、表面质量等方面的时间变化值。 辅助时间。在保证基础时间的基础上，完成辅助动作所用的时间。如测量、操作机床、装卸工件、切削用量的变化等等。此时间可查表选择，也可依据公式=（10.0%20.0%）计算。这里按照10.0%估算。 准备与终结时间。在了解工件内容、领取毛坯、选择并安装设备等一系列工作中，一个工序完成后单件额定时间不计入其中。由于这里生产方式为批量生产，所以为零。b.基本时间计算 其中，加工长度(mm) 加工切入(mm) 加工超出(mm) =3.50 将=3.50代入下列式中， =0.1=0.350 =0.05=0.181 =3.50+0.350+0.181=4.03min 故，=3.55min 图3.7.1 铣端面工序20。本工序为半精铣，加工材料为42CrMoA，锻件。机床为S3X-5021型卧式双面铣床，专用夹具装夹。 半精铣两端的切削用量 选用刀具为材料W18Cr4V、=50mm、齿数z=10，查表知，。 a.确定切削深度 考虑到公差和模锻斜度等，可以走到次数为1,则 b.确定进给量f。查表知，=2，故进给量f范围为0.120.18mm/r。根据根据直径，取进给量f=0.18mm/r。根据进给量f，查表得切入和超出量为24，f=0.30mm/min。c.确定切削速度。 根据（1）中耐用度表格，查得t=200。代入上面公式，解得v=113min/s。在计算转速 n=181，按S3x-5021型卧式车床转速表查得，n=180 d.计算切削力。 其中-侧吃刀量 -进给方向吃刀量 - 背吃刀量 Z-铣刀齿数-铣刀直径故=9,8110110=2.81N计算基本时间 其中，加工长度(mm) 加工切入(mm) 加工超出(mm) =3.46 将=3.46代入下列式中， =0.1=0.346 =0.05=0.173 =3.46+0.346+0.173=3.979min =3.66min工序30。钻两端质量中心孔。切削用量=3，进给量=0.08mm/r，=40mm/min,转速n=500，切削速度=9.4m/min。=0.53。工序40。粗车大端轴颈。 切削用量=4.5，进给量f=0.3mm/r，f=53.4mm/min,转速n=178，切削速度=57m/min。=1.32。工序50。粗车第八曲臂止推台阶。切削用量=3.5，进给量f=0.54mm/r，f=71.3mm/min,转速n=132，切削速度36=m/min。=0.68。粗车5号主轴颈。切削用量=3.5，进给量f=0.54mm/r，f=71.3mm/min,转速n=132，切削速度=36m/min。=0.68。其余工序参数值请见工序卡。4 机床夹具4.1 夹具分析4.1.1 夹具功能 加工时确保精度。加工工件是通过夹具来固定、加工。加工的精度通过两个方面来保证。一方面，运用定位元件确定准确位置；另一方面，运用加紧机构来保证加工过程中零件的固定。 提高工件产率。夹具的使用可以大大的减少辅助时间，如对刀、划线、找正等。 即加强了安全，又减小了劳动强度。4.1.2夹具设计分析夹具的分类方式主要依据其特点和机床。依据机床可包括镗床夹具、车床夹具及钻床夹具等；铣床夹具依据使用特点可包括：可调夹具、组合夹具、通用夹具及专用夹具等。本设计为批量生产，故多用专用夹具。（专用夹具：为加工工件某一工序而专门设计的夹具，通常用在批量生产中）关于装夹方法，一是先在图样上划线，再在装夹的时候通过指示表或者划针找正之后，再装夹于工作台（或者花盘）上。这种装夹方式通常用于小批量（或者单件）生产；二是加工工件通过夹具再安装在机床上。这种方式一般适用于成批量（大批量）生产中。4.1.3确定定位与夹紧方案这里采用的是无需反复定位的夹具，这样可以大大地提高了生产率。因为5号轴、1号轴的轴心与销孔中心线共线的原因，所以定位时主轴中心及1、4曲拐是关键。依据定位夹紧的选择原则以及确保定位销的顺利加工，定位曲拐中心时，选用自动定心夹紧装置，用主轴中心轴线定位来限制旋转方向自由度；主轴轴线选用两端顶尖定位孔，采用的是活顶尖，因此可以限制4个自由度；大端端面紧靠夹具体，轴向自由度可以限制。它的工作原理是先把工件预定，通过液压控制使夹紧机构中上下夹板以相同速度向中心运动，使得主轴中心线与机床中心线组成的平面一直和夹具面始终平行。机构优点是无论曲轴轴径尺寸是否精准，都不会产生影响。轴向旋转定位选择5号曲轴，这样可以使切削力与夹紧点距离更近，直径大的轴离定位点远，可以使加工精准。4.1.4夹具设计预定位正式定位之前，要先进行工件预定位。预定位元件选择的是圆柱形挡棍及两个短V形块。挡块放于1号曲拐下处，短形V形快放在2、4号主轴颈处，三者要略低于曲轴下面。主轴中心线定位与夹紧定位主轴中心线定位方式选用顶尖定位，顶尖选择浮动顶尖。定位装置用液压控制，左端液压缸直径比右端直径小，二者工作时运动方向是从右向左推进，大端端面靠近夹具体，从而限制方向自由度。夹紧夹紧机构选择自动化夹紧机构，通过等速位移来消除尺寸误差。曲轴定位与夹紧定位 在整个设计制造中，最重要且最有难度的是曲轴定位加工。因为曲轴的中心 线与主轴回转中心线不同，定位元件选择锥度心轴，限制以及Y、Z的旋转。夹紧曲轴夹紧装置选择自动夹紧装置。通过两夹板将将工件向轴心双向夹紧以保证孔的加工精度。两个夹板分别在两个丝杠上，丝杠螺纹的旋向相反，丝杠由二级齿轮来传递。其中，第一级齿轮是通过与液压缸活塞相连的齿条传递，齿条被活塞推动作往复运动，再由齿轮传递给丝杠。如图4.1.1所示。图4.1.1注：夹紧机构基本条件：夹紧时，工件既要保持既定位置不变又要不离开定位支撑。夹紧力的选择要保证工件的定位又要避免工件变形、位移及振动，保证夹紧行程顺利进行。自动化夹紧机构中的自动化程度、复杂程度要与成产方式相匹配。4.1.5夹紧行程确定本设计采用的夹紧机构是由液压缸控制，所以与活塞杆有密切联系。预定位时存在距离差，差值为4。为消除差值在两个夹板处移动6。故丝杠中二级齿轮模数M为2；齿数为18、58、21。故第二级齿轮转数： 第二级齿轮转过距离： =40.914.1.6计算夹紧力确定夹紧力夹紧力是依据切削力估算得出来的，所以计算夹紧力的时候结合切削力以及夹紧力结构列出静平衡方程，求出安全系数k，进而求出实际夹紧力。在计算时，要把夹具和加工工件看作统一的刚性系统，工件受力情况要在切削力方向、大小和作用点最不利的情况考虑。 其中，计算夹紧力 实际夹紧力 K安全系数 其中，一般安全系数 加工性质系数 刀具顿化系数 断续切削系数查机械制造装备设计表格，计算k=2.5粗加工钻孔时力矩最大，可以求出和 其中，M切削扭矩 f进给量 修正系数 钻头直径 由于工件材料为结构钢、刀具材料为高速钢，所以代入上式得: =1.233综上，将代入解得： 图4.1.2 受力分析列静平衡方程 其中，N=2840N列力矩平衡方程 其中， 解得 其中，检验计算最大夹紧力P 其中， 注：工作压力p取值范围为1.05.0，这里取3.5将以上计算值代入上式解得综上，符合设计要求。4.2 夹具装配 整体装配 二级传动齿轮中的齿条与活塞杆连接后，再把二级齿轮装配于齿轮箱，齿轮轴再和丝杠相连。将液压缸紧固于夹具。先把油缸底座、钻模支架套安装在夹具之上，再把顶尖放于二者之上后装入钻模。最后安装挡块和短V形块。安装检查后再把夹具紧固于机床上。局部装配将圆螺母和压板与齿轮轴和齿条两两相连，完毕后连接齿条。齿轮轴上的推力轴承与丝杠安装完毕后与夹具固定。4.3 夹具经济性能在夹具设计过程中，除了要考虑工艺方面的性能，也要对经济性进行分析。控制装置应多选取机动控制装置而非手动装置，这样有利于提高产率、减轻劳动力；也有利于实现远端控制。夹具中应多选用标准件，这样有利于降低成本；也有利于避免更换零件时的重复设计，从而减少更换用时。夹具设计时尽量使精加工面面积最小，以降低成本。5 检验零件5.1 气动量仪 曲轴的主轴颈用用气动量仪检测，如图5.1.1所示为气动量仪的工作原理。过滤压缩的空气通过稳压室1经由主喷嘴2进到测量气室内，从输出管道6溢出，这样管内压强产生变化。利用U形管的前后差值，反应管内压强变化值，继而间接测量出主喷嘴处流速的变化值，其函数关系式为P=f(S)。其数值通过刻度尺9来记录。 图5.1.15.2气动卡规该器件用作曲轴生产之用，如图所示。被测工件的尺寸变化产生的弹性形变使喷嘴1二者之间间隙发生变化，变化值通过气动量仪的刻度尺记录。5.3检验夹具 首先，先把曲轴放于支架1、5之上，皮带轮端的顶尖孔
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