曲柄的机械加工工艺规程及夹具设计

1、目录引言 21机械加工工艺规程的制定 31.1 零件的工艺分析 3.1.1零件的作用及技术要求 31.1.2零件的主要表面的加工 31.2 毛坯及其尺寸的确定 41.2.1 选择毛坯41.2.2 确定机械加工余量 41.3 制定零件的机械加工路线 51.3.1 选择定位基准 51.3.2 零件表面加工方法的选择 51.3.3 制定工艺路线 62机械加工工序设计 82.1 选择加工设备与工艺装备 82.1.1 选择机床82.1.2 选择夹具82.1.3 选择刀具92.1.4 选择量具92.2 确定工序尺寸 92.2.1 孔的工序尺寸的设计 92.3 确定切削用量及基本时间 102.3.1 工序I

2、粗、精铳端面切削用量 102.3.2 钻削加工切削用量的选择 112.3.3 基本时间 122.3.4 基本时间的计算 122.3.5 其他时间计算 162专用夹具设计 164.1 确定定位方案，选择定位元件 164.2 确定导向装置 174.3 确定夹紧机构 174.4 确定其他装置 174.5 设计夹具体 17参考文献 18曲柄的机械加工工艺规程及夹具设计郭亮2010 级机制 4 班摘要： 本次课程设计的课题是曲柄的机械加工工艺规程及工艺装备的设计，主要的设计内容包括曲柄的毛坯图，零件图，夹具装配图及装配图上的两个零件图，还有工艺过程卡片和工序卡各一张。首先是设计机械加工工艺规程，然后是机

3、械加工工序设计，最后是机床夹具的设计。1 引言机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业的一门主干专业基础课， 内容覆盖金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、机械制造工艺学及工艺装备等知识，贯穿大学的整个专业课程，是一门要求实践性和综合性的课程，通过我们做课程设计这个实践性环节才使我们对机械设计制造技术基础的基础理论有更加深刻的认识，为以后的工作打下扎实基础。课程设计是我们在学完了机械制造技术基础后进行的、这个课程设计是我们在进行毕业设计之前对所学各专业课程的一次综合性的复习。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制

4、造工艺问题，分析零件的工艺机构，对其工艺性进行分析，然后确定加工的路线， 最后设计出机床夹具。设计机床专用夹具这一典型的工装，是我们对工程训练的提升，是实践运用到理论上来，这个对提高我们认识机械制造技术基础的基本知识， 为今后的毕业设计及未来从事的机械加工工艺方向的工作打下了良好的坚实的基础。2机械加工工艺规程的制定2.1 零件的工艺分析2.1.1 零件的作用及技术要求该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。因此，其主要的要素应该包括 两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头和大头的径向孔以及柄 身部分的铸造结构。它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙 度都不难获得。表

5、面质量要求也不是很高，还是比较容易加工得到的，应该说， 这个零件的工艺性较好。2.1.2 零件的主要表面的加工零件的材料为HT250,灰铸铁铸造性能好，生产的工艺简单，但塑性较差、 脆性高，这也是它的缺点，因此不适合磨削，适合铳削加工，为此以下是曲柄需 要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔 10H9以及与此孔相贯的04的孔和9的端面，并且还要倒角。2、大头孔 18H8以及与此孔相贯的04的孔和9的端面，并且还要倒角。3、端面A和R小头孔1和小头孔2与大头端面的垂直度误差为 0.05mm4、对小孔10H9还有一定的位置要求，小头孔1与大头孔相隔100mm；小孔2 与大头孔相70mm

6、。由上面分析可知，可以粗加工曲柄的端面 A和B,然后以此作为基准采用专用夹 具进行加工大头孔和小头孔以及径向孔和径向孔的端面，并且保证位置精度要 求。再根据各加工方法所能达到的的经济精度及机床所能达到的位置精度，因为曲柄零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常用的加工方法和常 用的加工工艺均可保证上述的精度和要求。各个零件的加工要求和位置精度加，向加工精度要求Ra值大头两端面17,未注公差尺寸，是小头孔的基准面1.6小头两端面17.,未注公差尺寸，是小头孔的基准面1.6相贯孔端面3个的端面均需加工，表面质量不图12.5大头孔18H&并且还要倒角1.6小头孔110H9与大头孔相隔100

7、mm,并且还要倒角1.6小头孔210H9与大头孔相70mm,并且还要倒角1.6大头孔径向孔04与孔相贯3.2小头孔1径向孔04与孔相贯3.2小头孔2径向孔04与孔相贯3.22.2 毛坯及其尺寸的确定2.2.1 选择毛坯该零件材料为HT250综合考虑到材料的性能及该零件在工作中所受冲击不 大，轮廓尺寸不大而且零件的零件结构又比较简单，生产类型为成批、大批大量的生产，因此应该选用铸件生产比较合适，从提高生产率、保证加工精度，也是 应该选金属型铸造。金属型铸造的参数毛坯种 类制造相 度（CT）毛坯尺寸公 差（mm）原材 料工件 尺寸工件 形状加工余 量等级生产 率生产类型金属型 铸造81013灰铸

8、铁中小 型复杂G高生产2.2.2 确定机械加工余量查机械制造工艺设计简明手册 确定各个加工面的铸件机械加工余量， 铸件的 分型面的选用及加工余量，如下表所示铸件的最小壁厚，查表可以得到铸件的最小壁厚。铸件的最小壁厚为2.5mm。铸件的拔模斜度铸件外表面的拔模斜度0 30.铸件内表面的拔模斜度1铸件的圆角半径铸件壁部连接处的转角应有铸造圆角。主要是为减少应力集中，防止冲砂、 裂纹等缺陷。根据国标 GB/T2822-2005,查得，对于金属型铸件一般取 R3或者 取R5。本次取 R5mm。铸件的浇注位置及分型面的选择铸件的重要加工面或主要工作面一般应处于底面或侧面，应避免气孔、砂眼、 疏松、缩孔等

9、缺陷出现在工作面上；大平面尽可能朝下或采用倾斜浇铸， 避免火 砂或夹渣缺陷；铸件的薄壁部分放在下部或侧面，以免产生浇铸不足的情况。分型面的选择一般在中心位置上。本零件的分型面选择在中心上。毛坯尺寸的确定选择的毛坯铸造方法是金属模机器造型，零件的最大尺寸250mm,铸件的机械加工余量等级则为57级（机械制造技术基础课程设计），选择6级。 对于本次零件按照要求毛坯尺寸只有孔和端面是加工的对象， 所以只需要对毛坯 的孔的尺寸进行设计，其具体尺寸见后面的工序尺寸。2.3 制定零件的机械加工路线2.3.1 选择定位基准本零件是曲柄类零件，孔是其设计基准，为了避免由于基准不重合而产生 的误差，应该选择孔为

10、定位基准，遵守基准重合的原则，选择18H8及它的端面为基准，由于本零件的全部表面都需要加工， 而孔作为精基准要先加工，故应 该选择端面为粗基准。 粗基准的选择：以零件的端面 A （大头上端面）为主要的定位粗基准， 以两个小头孔端面为辅助粗基准。精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据 基准 重合”原则和基准统一”原则，以粗加工后的端面 B为主要的定位精基准，以两 个小头孔端面为辅助的定位精基准2.3.2 零件表面加工方法的选择本零件的加工表面有端面，孔，小孔，材料为HT250,按照公差的等级和表 面的粗糙度的要求，参考机械制造技术基础课程设计，选择的机械加工方法如下：端面A和

11、B:未注公差尺寸，表面粗糙度 Ra为1.6mm,需要进行粗铳 和精铳。相贯孔端面：未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra12.5mm,粗铳即可。大头孔18H8:表面粗糙度为Ra1.6mm,并进行倒角，需要进行钻t半 精锋t精锋。小头孔10H9表面粗糙度为Ra1.6mm,并进行倒角，需要进行钻t半 精锋t精锋。大小头孔径向孔 04:表面粗糙度为 Ra3.2mm,进行钻孔和半精链就可 以了。各表面的加工方法见下表曲柄零件表面加工方法的选择加工向加工方法的选择Ra值端面A和B粗铳上T粗铳下T精铳上T精铳下1.6相贯孔端面粗铳12.5大头孔钻T半精键T精锋1.6小头孔1钻T半精键T精锋1.6小头孔2钻T半精

12、键T精锋1.6大头孔径向孔钻T半精锋3.2小头孔1径向孔钻T半精锋3.2小头孔2径向孔钻T半精锋3.22.3.3 制定工艺路线机械零件的加工工艺路线一般是先进加工基准面，先粗后精，先面后孔的 原则，按照上述的原则，曲柄零件的加工工艺路线一根据曲柄零件的几何形状、 尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲 领是大批大量的情况下，并尽量使工序集中来提高生产率，以便使生产成本尽量低。查机械制造工艺设计简明手册选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序10 铸造毛坯工序20粗铳30上端面，以毛坯为定位基准，采用 X51立式铳床加专用 夹具；工序30 粗铳 20上端面，以

13、30上端面为定位基准，采用 X51立式铳 床加专用夹具；工序40精铳30下端面，以上端面为定位基准，采用 X51立式铳床加专 用夹具；工序50精铳20下端面，以上端面为定位基准，采用 X51立式铳床加专 用夹具；工序60粗铳3个端面，采用X51立式铳床加专用夹具；工序70钻18H8孔，以30上端面为基准，采用Z525立式钻床加专用 夹具；工序80钻10H9孔，以30上端面为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具;工序90钻10H9孔，以30上端面为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序100钻三个径向孔 4,采用Z525立式钻床加专用夹具；工序110半精链大头孔 18Ha采用T68立式链床加

14、专用夹具;工序120半精链小头孔 10H9采用T68立式链床加专用夹具; 工序130半精链大头孔 10H9采用T68立式链床加专用夹具; 工序140精链大头孔 18H8,采用T68立式链床加专用夹具； 工序150精链小头孔 10H9,采用T68立式链床加专用夹具；工序160精链小头孔 10H9,采用T68立式链床加专用夹具； 工序170去毛刺工序180检验入库曲柄零件加工工艺路线加工内容说明10铸造毛坯20清砂除去浇冒口，株边及型砂30热处理退火以便于切削加工40粗铳端面A50粗铳端面B60精铳端面A留B面的精铳余量70精铳端面B80粗铳3个端面表面质量要求12.5,粗铳就可90钻大头孔18H

15、8100钻小头孔10H9110钻三个径向孔04达到图样尺寸120半精锤大头孔18H8130半精镇小头孔10H9140半精链04150精镇大头孔18H8达到图样尺寸160精镇小头孔10H9达到图样尺寸170去毛刺倒孔口角及去锐边毛刺180检验入库3机械加工工序设计3.1选择加工设备与工艺装备3.1.1选择机床加工内容机床设备说明10铸造毛坯铸造车间20清砂30热处理40粗铳端面AX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适50粗铳端面BX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适60精铳端面AX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适70精铳端面BX51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适8

16、0粗铳3个端面X51常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适90钻大头孔18H8Z525常用，工作孔径，机床电动机功率均合适100钻小头孔10H9Z525常用，工作孔径，机床电动机功率均合适110钻三个径向孔04Z525常用，工作孔径，机床电动机功率均合适120半精镶大头孔18H8T68常用，最大链孔直径、机床电动机功率均合适130半精镇小头孔10H9T68常用，最大链孔直径、机床电动机功率均合适140精镇大头孔18H8T68常用，最大链孔直径、机床电动机功率均合适150精镇小头孔10H9T68常用，最大链孔直径、机床电动机功率均合适160精镇小头孔10H9T68常用，最大链孔直径、机床电动机功

17、率均合适170去毛刺手工到孔口角及去锐边毛刺。180检验入库3.1.2选择夹具由于本零件比较特殊，所以全部选择专用的夹具，进行加工3.1.3选择刀具加工内容机床设备刀具说明10铸造毛坯符合要求11失效处理20粗铳上表面AX51硬质合金端面 铳刀，刀盘直径80大头直径30 ,查表可得选择刀盘直径为8030粗铳卜表面BX5140精铳上表面AX5150精铳卜表面BX5160粗铳3个端面X5170钻大头孔18H8Z525局速钢麻花钻钻头直径1780钻小头孔10H9Z525钻头直径0990钻小头孔10H9Z525钻头直径09100钻三个径向孔04Z525钻头直径3110半精镶大头孔18H8T68机夹单刃

18、键刀120半精链小头孔10H9T68机夹单刃键刀130半精链小头孔10H9T68机夹单刃键刀135精较径向孔04Z525钻头直径04140精镇大头孔18H8T68机夹单刃键刀 18H8150精镇小头孔10H9T68机夹单刃键刀 10H9160精镇小头孔10H9T68机夹单刃键刀 10H9170去毛刺180检验入库3.1.4选择量具由于本零件的尺寸适中，适合选择游标卡尺作为量具。所以全部选择游标卡尺作为量具。3.2 确定工序尺寸3.2.1 孔的工序尺寸的设计前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个 加工工序的加工余量如下：18H8的工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量

19、工序达到的公差工序尺寸及公差精锋0.7IT818严7半精锋1IT12 17.85 产18钻-IT12 17110H9的工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差精锋0.36IT8工，C书.036100半精锋0.15IT12HC C 书18 9.8。钻0.49IT12hc 书.18 90平面工序尺寸及公差的计算工序名称工序双边余量工序达到的公差工序尺寸及公差精铳0.7IT717 0.021粗铳1IT1218.4 0.21毛坯-士 120.4 13.3 确定切削用量及基本时间3.3.1 工序I粗、精铳端面切削用量根据加工余量来确定铳削背吃刀量。 粗铳时，为提高切削效率，一

20、般选择铳 削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铳完。半精铳时，背吃刀量一般是 0.52mm；精铳时一般是 0.11mm或更小。铳削加工要注意区分的铳削要素包括：Vc 铳削速度（m/min）；d铳刀直径（mm）;n铳刀转速（r/min）；f 铳刀每转工作台移动速度，即每转进给量（mm/r）;fz铳刀每齿工作台移动速度，即每齿进给量（mm/z）；Vf进给速度，即工作台每分钟移动的速度（mm/min）；z铳刀齿数；ac一一铳削宽度，即垂直于铳刀轴线方向的切削层尺寸（ mm）;asp一一铳削背吃刀量，即平行于铳刀轴线方向的切削层尺寸（mm）铳削的切削用量查机械制造技术基础课程设计表5-79表5-82。

21、机床：X51刀具：硬质合金端铳刀（面铳刀）材料：W18Cr4V D = 8 0 mm 齿数Z = 10粗铳背吃刀量aD: aD = 3mm p p每齿进给量f :根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取f = 0.20呼 铳削速度V:根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取V = 40 mmin 机床主轴转速n:1000Vn =冗d1000x403.14x80=159.24160 r min精铳背吃刀量aD: aD = 3mm p p每齿进给量f :根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取f = 0.20 mmr 铳削速度V：根据参考文献机械制造技术基础课程设计，取V = 40 mmin 3.

22、3.2钻削加工切削用量的选择钻削用量的选择包括确定钻头直径、 进给量和切削速度。粗加工的时候，应 该尽可能选择大直径钻头、大的进给量，再选择合适的钻削速度，以取得高的钻 削效率、提高生产率。查表机械制造技术基础课程设计得钻孔切削用量的选 择如下： 钻 18H8孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为 17mm所以可以得到背吃到量 ap=8.5mm,查表可以得到进给量为0.700.86mm,选取进给量为 f =0.3mm ,切削速度 vc=0.45m/s。 钻 10H9孔，采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为Wmm所以可以得到背吃到量 ap=4.5mm ,查表可以

23、得到进给量为0.470.57mm,选取进给量为 f = 0.3mm ,切削速度 vc = 0.45m/s。三个孔的径向孔采用直柄麻花钻3.9mm,进给量为0.180.22mm,可以选取进2&量为f =0.2mm ,切削速度vc =0.45m/s ,背吃到量ap = 1.95mm。半精链孔的切削用量选择：大孔18H8,采用机夹单刃键刀，进给量为f =0.5mmr ,切削速度vc =0.45m/s ,背吃到量 ap = 0.9mm。小头孔10H9,采用机夹单刃键刀，进给量为 f=0.5mmr，切削速度vc =0.45m/s ,背吃到量 ap = 0.5mm。径向孔 04,采用机夹单刃键刀，进给量为

24、f =0.5m% ,切削速度vc =0.45m/s ,背吃到量 ap = 0.2mm 。精链孔的切削用量选择：18H8,采用机夹单刃键刀，进给量为f =0.04mm/ ,切削速度vc =2m/s ,背吃到量ap =0.2mm 。10H9,采用机夹单刃键刀，进给量为f = 0.04mm/ ,切削速度vc =2m/s ,背吃到量ap =0.2mm 。3.3.3基本时间时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额由基本时间 Tp,辅助时间Ta,布置工作地时间Ts,休息和生理需要时间Tr,准备与结束时间Tc等组成。3.3.3.1 基本时间的计算钻削基本时间的计算

25、，见机械制造技术基础课程设计可以得到：计算公式：T丫,其中式中：l1 =(%)cot kr+(12) ; l2=1 4,本次计算选取l2 = 2mm ,其中D为钻孔的孔径，kr为刀具的主偏角。查机械制造工艺设计简明手册得: 钻大孔 18H8:其进给量f = 0.3mm，主轴钻速n = 430r/min 一主偏角kr=3039所以 11 =(D2)cot kr 1.5 = (-)cot30 1.5 = 4.877mmfnfn17 4.877 2 min=0.19min 0.3 430钻10H9孔,采用高速钢麻花钻，按照工序尺寸可以知道，钻孔的直径为 9mm所以可以得到背吃到量ap=4.5mm ,

26、查表可以得到进给量为 0.280.34mm,选取进给量为f =0.3mm ,切削速度vc=0.45m/s。Tb2Tl 1i I2fn70.3 430径向孔4:其进给量f =0.2mm ,主轴钻速n=430r/min ,主偏角kr = 30 所以 11 = (D 2)cot kr 1.5 =(39)cot 30 1.5 = 4.877mm大头孔径向孔时间:L . l 1i l2一i 二fnfn7 4.877 2 min =0.16min0.2 430小头孔1、2径向孔时间：l 1i I2 c 6 4.877 2fn0.2 430二 2 min = 0.3min镇大头孔 18H8的基本时间的计算，

27、见机械制造技术基础课程设计得:计算公式Ui二号工 D-d.式中：1i =(21)cot kr +(12);其中1i为针孔刖的孔径(mm); D为针孔后的孔径（mm）; kr为主偏角。查表机械制造技术基础课程设计得：可以选取进给量为f= 0.17mm,分5次走到完成，主轴钻速为n = 430r/min取 kr=30。，l2 =2mm , D=17.85mm, d1 =17mm ,D -d.17.85-17 11 = (1)cot kr 1.5= cot301.5mm = 2.236mmL l 1 1 17 2.236 2牛精雄孔时间 Tb = 一 i = =min = 0.29minfn fn

28、0.17 430 半精镇总时间 Tb =5Tb =5x0.29min =1.45min 。半精链径向孔 g的基本时间的计算，见机械制造技术基础课程设计,计算公式Tb=Li=tj, fn fn式中：l = （D 2d1）cotkr +（12）; 1i为精链孔前的孔径（mm）; D为精链孔后的孔径（mm）； kr为主偏角。半精链径向孔时间计算：进给量 f =0.5mm ,主轴钻速为 n=100r/min , kr =30。，l2 =13mm4 -3.9)cot kr 1.5= cot301.5mm = 1.587mm2 Tb1L二一 ifnl l1 l26 1.587 13=min =0.41mi

29、nfn 0.5 100L l l1 l27 1.587 13 Tb2 = i = =min = 0.42 minfn fn 0.5 100:精链径向孔总时间 Tb =2Tb1+Tb2 =2父0.41+0.42min =1.24min 。精镇大头孔 18H8时间计算：进给量f = 0.04mm，主轴钻速为n = 300r / min ,kr =30口，l2 =13mm。l-( D-d1)cot k 1.5= 18 -17.85 向301.5mm = 1.63mm12r2 Tb1L . l 11 l2i 二fn fn17 1.63 130.04 300min = 2.64min精镇小头孔1、2的时

30、间计算：进给量f = 0.04mm ,分两次走到完成，主轴钻速为 n =300r/min , kr =30, 12=13mm。 - 11 = (D-d1)cotkr 1.5= 1098 cot30 1.5mm = 1.673mm12r2.Fi=ULJz = 17 1.673 13 min=2.64min fn fn 0.04 3003.3.3.2辅助时间定额的计算查表机械制造技术基础课程设计得:动作时间/min动作时间/min拿取工件并放在夹具上0.8手动放松夹紧0.6拿取扳手、启动和调节切削液0.05气、液动放松夹紧0.03气、液动夹紧工件、工件快速趋近刀具0.04用划线针找正并锁紧工件0.

31、25手动夹紧工件0.7打开或关上回转压板或钻模板0.5启动机床，变速或艾换进给量、 放下清扫工具0.02拿链杆将其穿过工件和链模并 连接在主轴上1接逋或断开自动进给，放下量 具或拿清扫工具0.03在钻头、钱刀、丝锥上刷油0.1工件或刀具退离并复位0.04根据手柄刻度调整背吃刀量、用压缩空气吹净夹具0.05父换刀架或转换方位0.95移动转臂，钻头对准钻套0.07放松移动锁紧尾架0.45更换普通钻套，用内径千分尺 测量一个孔径0.3更换夹具导套、测量一个尺寸（用极限量规）0.10回转转模转换方位0.4更换快换刀具（钻头、钱力）0.15清理磁性工作台以便安装工件0.5取量具0.04取卜工件0.5清扫

32、工件或清扫夹具定位基面0.153.3.3.3其他时间计算作业时间Tb指的是基本时间又和辅助时间Ta之和。即是：TB = Ta+Tb。布置工作地时间Ts,操作者用于照管工作地，使之保持正常的工作状态和良好的工作环境所消耗的时间，一般按作业时间的 2%7%计算，即取Ts = 5%Tb； 休息及生理需要时间，操作者为恢复体力和满足生理上需要所消耗的时间， 一般是作业时间的2%7%计算，即取=5%Tb；准备于结束时间Te,操作者为生产一批产品或零件进行准备和结束工作所需消耗的时间。一般按工作时间的2%7%计算，即取Te =5%Tb4专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工零件曲柄时， 需要设计专用夹具。机床夹具（夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它 的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使被加工工件在夹具 中占有同一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这 一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。本夹具是工序钻孔 10H9而设计的专用夹具，加工曲柄零件小孔的夹具，根据课程设计任务要求中 的设计内容设计钻床，需要设计加工小孔 10H9的钻床夹具一套。4.1 确定定位方案，选择定位元件每道工序的定位方案需要根据被加工零件的结构、加工方法和具体的加工要