车辆工程毕业设计（论文）-DA468型发动机曲轴加工工艺与专用机床夹具设计【全套图纸】 .doc

第1章 绪 论1.1设计的意义和目的随着科学技术的迅猛发展和市场需求的变化及竞争加剧，传统的制造技术发展到了一个崭新的阶段；随着我国经济的持续高速发展，人们生活水平不断提高，汽车已经走进了我们的日常生活，渐渐成为一种普通消费品；随着市场对汽车需要量的增加和制造技术的发展，到了本世纪初，小作坊的生产方式已经不能满足需要，而各种新的制造工艺和新式高效机床的出现，使汽车和发动机的制造技术出现了飞跃。因此，人们对汽车的性能要求也在不断提高，不论是经济性、动力性，还是稳定性、安全性，甚至是排放性等各方面都要逐一考虑。这就需要传统制造技术和汽车专业技术相互结合，在满足汽车动力性的同时满足其经济性与生产效率，也就是工艺性。而要想使整车的工艺性完美，对各零件的加工也是最为重要的。全套图纸，加153893706曲轴是发动机中承受冲击载荷，传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴工艺规程的编制、夹具的选择都要有严格的要求。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性，因此我们应不断改进曲轴加工工艺。我国曲轴专业生产厂家不是很多，且整体规模小、专业化程度低、企业设备陈旧、产品设计和工艺落后、性能寿命和可靠性差、品种杂乱和“三化”程度低，这些都影响了整机适应国内及国际市场的能力。随着我国加入wto，内燃机零部件行业将面临更加激烈的市场竞争，也将迎来新的发展机遇。我们只有充分了解国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势，及时改进和提高曲轴制造技术水准，才能制造出具有世界一流水平的内燃机曲轴，以实力参与市场竞争。本次设计题目为“发动机曲轴加工工艺及夹具设计”，它运用了机械加工设计的基础内容，囊括了几年来所学的理论知识，使我了解曲轴飞轮组的功用及工作条件和受力情况，及了解相关零部件的材质及加工和使用特点。并确定加工工艺方案，通过对加工工艺方案的改进及加工工艺分析，提出相应加工方案，从而达到对曲轴飞轮组在发动机运转的工况了解和原理认知，为将来设计发动机打下坚实基础。同时了解机床夹具的功用、组成和分类。以及机床夹具设计的步骤和方法，夹具总图的设计和绘制方法。1.2研究方向及发展现状曲轴是内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件，也是在内燃机5大件(机体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴)中最难以保证加工质量的零件。由于曲轴工况条件恶劣，因此对曲轴的材质、毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。其中任何一个环节的质量对曲轴的寿命和整机的可靠性都具有很大的影响。因此世界各国对曲轴的加工都十分重视，都在不断地改进曲轴加工工艺，最大可能地提高曲轴寿命。曲轴质量约占内燃机质量的10%，成本约占整机的10%12%，其材质大体可分2类：一类是锻钢，一类是球墨铸铁。由于球墨铸铁的切削性能良好，并可通过各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁中的内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有钢质曲轴敏感，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛的应用。近年来，我国内燃机曲轴专业生产厂家通过引进技术消化吸收和自行开发，总体水平有了较大的提高。但是我国距世界先进水平仍相差很远，甚至于还满足不了我国内燃机工业技术发展的要求。我们只有充分了解国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势，及时改进和提高曲轴制造技术水准，才能制造出具有世界一流水平的内燃机曲轴，以实力参与市场竞争。目前，世界各国的发动机生产企业对曲轴加工都十分重视，都在不断更新曲轴加工设备改进加工工艺，以提高曲轴加工质量，延长使用寿命。我国的各大发动机生产厂经过多年的学习和探索，已经掌握了很多较为先进的血轴加工技术，生产效率较高，生产线中的大部分设各也已国产化。国内曲轴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mq8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。而发动机曲轴生产得到较大的发展，总量已具相当的规模，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。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。近几年来，国内曲轴加工发展十分迅速。尤其是发动机曲轴。先进的加工工艺加工出的曲轴质量好、效率高且稳定。而欧美等汽车工业发达的国家，经过多年的积累，。在加工工艺方面，由于国外大多采用了先进的数控设备，而国内大多以手动设备为主，精度差，这就要求我们在实际设计加工工艺的过程中充分考虑各方面的因素，在借鉴国外先进的工艺方案的同时充分考虑现有设备资源的利用和改造，达到少投入，大收益。发达国家的发展经验告诉我们，工业化是迈向现代化的必经之路。而制造业，特别是装备制造业是实现工业化的主力军，是实现现代化的原动力，发展制造业始终是振兴经济、实现现代化的最佳路径。曲轴是发动机中用于传递动力的核心零件，由于工况条件恶劣，且承受复杂的冲击载荷，因此对曲轴的材质、ni精度、表面质量、动平衡等的要求都十分严格。又由于曲轴的材料为高强度合金钢，难于加工和断屑，而且曲轴主轴颈和连杆轴颈几何形状复杂，因此作为发动机五大零件之一的曲轴，其加工难度、加工工艺复杂程度在发动机各零部件中都首屈一指，它的结构参数和加工工艺水平直接影响着整机的尺寸和重量，以及发动机的可靠性和寿命。世界各国的发动机生产企业对曲轴。加工都十分重视，都在不断更新曲轴加工设备改进加工工艺，以提高曲轴加工质量，延长使用寿命。我国的各大发动机生产厂经过多年的学习和探索已经掌握了很多较为先进的血轴加工技术，生产效率较高，生产线中的大部分设各也已国产化。但是，在一些关键工序所采用的关键工艺上，我们还是非常依赖国外的技术，需要使用国外的设备和刀具。因此，我们还需进一步研究曲轴加工工艺，尤其是要深入研究关键工艺和关键设备，这对提升曲轴乃至发动机的生产水平都是相当重要的。1.3设计的主要内容曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑 这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋转是发动机的动力源。曲轴的结构包括轴颈、曲轴臂、曲轴销、侧盖以及连杆大端轴承。轴颈具有一第一油路。曲轴臂连接于轴颈。曲轴销设置于曲轴臂之中，并且抵接于轴颈。曲轴销具有第一机油缓冲室、第二机油缓冲室以及第二油路。第一机油缓冲室系连接于第二机油缓冲室，第二油路连接于第二机油缓冲室。侧盖设置于曲轴臂中，侧盖与曲轴销之间成形有一空间，该空间连接于第一油路与第一机油缓冲室之间。连杆大端轴承设置于曲轴臂之中，曲轴销套设于连杆大端轴承之中，第二油路连接于第二机油缓冲室与连杆大端轴承之间。本实用新型可将机油内微小异物过滤掉，减少了连杆大端轴承遭受微小异物侵入的机会，并避免连杆大端轴承损坏，进而可延长曲轴结构的使用寿命。在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。目前，国内较陈旧的曲轴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。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用mq8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。现在加工曲轴粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。第2章 曲轴毛坯的选择2.1分析曲轴零件图2.1.1曲轴使用的性能与工作条件曲轴是将直线运动变成旋转运动，或将旋转运动变成直线运动的零件。它是往复式发动机、压缩机、剪切机与冲压机械的重要零件。曲轴工作时要承受很大的扭应力及大小和方向都在不断变化的弯曲应力的作用，因此曲轴应具有足够的强度和支承刚性。曲轴工作时的旋转速度很高，曲轴的轴颈和连杆轴颈需要足够的耐磨性，且曲轴的质量分布应当平衡，以防因不平衡而产生离心力使曲轴承受附加载荷。图2.1曲轴锻件的三维模型图2.2曲轴零件图多拐曲轴是多个曲柄连杆机构的组合，主轴颈和连杆轴颈不在同一条在线，各连杆轴颈间应有一定的角度位置要求，曲轴在各个连杆轴颈处形成了多个开檔，因此曲轴设计时应根据这些特点，正确确定其结构及尺寸、位置、形状精度，满足曲轴使用性能要求。2.1.2曲轴的结构与技术要求1、曲轴的结构根据上述的使用要求及结构特点，可以看出曲轴是一个形状复杂、结构细长、多曲拐、刚性极差、技术要求高的异形轴类零件。2、曲轴的主要技术要求为了保证曲轴的正常工作，对曲轴规定了严格的技术要求。其主要技术要求如下：主轴颈和连杆轴颈的尺寸精度通常为it6it7，同轴度允许偏差0.015mm，表面粗糙度值为0.20.4um。轴颈长度公差等级it9it10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之内。本次设计圆柱度公差为0.005。位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速轴为0.030.08mm；各连杆轴颈的位置度不大于20。本设计中各连杆轴颈的轴心线应与主轴颈中心线在同一平面内，位置公差为0.2。2.2曲轴毛坯的选择2.2.1选择毛坯曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求所用材料应有较高的强度、疲劳强度和耐磨性。对于材料的选择有一定的要求：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁qt600-2；对于高速、重载曲轴，可采用35crmoal、42mn2v等材料。该零件材料为qt800-2，考虑该工件形状比较复杂，因此应该选用铸件，以最大限度减少金属切屑量，保证高效率低消耗。图2.3曲轴铸件图2.2.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差由零件图可知，该曲轴为球墨铸铁，牌号为qt800-2，铸造，查机械加工简明手册表1.3-1知，ct9级，ma-g级，采用壳模铸造。又由ct9级，ma-g级和曲轴基本尺寸查机械加工简明手册表2.2-4知其加工余量如下表2-1表2-1曲轴铸件毛坯各段尺寸公差以及加工余量项目曲轴前端主轴颈连杆轴颈全部曲柄法兰端公差等级ct99999加工面尺寸40705784105铸件尺寸公差3.63.63.63.63.6机械加工余量等级ggggg加工余量2.52.5332.5毛坯基本尺寸457563901102.3本章小结本章通过分析曲轴零件图，了解了曲轴的使用性能与工作条件，知道了曲轴的结构与技术要求，确定了零件的生产类型和加工余量，审查了零件的加工工艺性，选择了适当的毛坯。第3章 曲轴机械加工工艺设计3.1工艺基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，再确定粗基准。 精基准的选择选择精基准时应遵循下列原则：基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则；便于装夹原则。加工齿轮轴，主轴和曲柄侧面时，以第8侧板右侧面为精基准，符合基准统一原则。加工各轴面均一轴心为精基准。加工右端法兰盘以以经精加工后的轴肩为基准。法兰铣缺口以法兰上对应两孔为精基准，遵循互为基准原则。钻斜油孔以曲柄侧面和轴心夹角为基准、前端铣键槽。钻孔和攻螺纹以已加工曲柄侧面为基准。法兰上钻，扩定位孔，螺栓孔以法兰圆盘中心为基准。 粗基准的选择选择粗基准时应遵循下列原则：余量均匀原则；保证加工表面位置正确的原则；粗基准只能有效使用一次的原则；粗基准平整光洁定位可靠的原则。 该曲轴粗选择左端面和第8曲柄右侧面为粗基准进行加工。3.2加工阶段的划分曲轴为异形轴类零件，且加工精度要求比较高。 粗加工阶段； 钻两端中心孔,为方便后续工作定位安装。 将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。铣外形,铣各主轴颈曲柄和连杆轴颈.达到半精加工前要求。 半精加工阶段：粗磨铣各主轴颈曲柄和连杆轴颈,精铣加工和铣螺纹，钻，扩定位，斜油孔，法兰定位孔，安装孔孔。 精加工阶段；精磨各主轴颈曲柄和连杆轴颈，镗孔。 超精加工阶段；抛光加工。3.3工序的集中与分散该曲轴的生产类型为大批生产，且工序较多。因此选用工序集中原则安排曲轴的加工工序。采用高效专用设备及工艺装备，以提高生产率，工序装夹的次数少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。3.4工序顺序的安排1.机械加工工序的安排 遵循“基面先行”原则，先加工精基准-铣第8曲柄外侧面。 遵循“先粗后精”原则，先进行粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面。各段主轴和曲柄断面，直径，后加工次要表面-法兰面等。 遵循“先面后孔”原则，先加工各平面，最后进行螺纹孔的加工。2.热处理工序的安排由于毛坯为铸件，壁厚不均匀，在加热冷却及相变过中。会产生效应力和组织应力，应采用回火消除这种应力，毛坯在出厂前已经过相应热处理，在此工艺路线中将省略。在精磨加工前，为提高球墨铸铁的表面机械性能和磨削精度，应安排淬火工艺，本加工采用电热淬火。淬火后，为消除淬火带来的残余应力。应安排回火处理。3.辅助工序的安排 校直工序：由于结构复杂，工序较多，为严格控制加工质量，保证直线度精度，减少废品率，应在加工阶段安排多次校直工序，本加工工艺规程安排在第03，14，23，28，35，47工序，采用液压压床设备。 检验工序：同样由于工序较多，结构复杂的原因，为控制废品率，安排多处检验，本规程竟检验安排在第5，7，13，26，44，51工序。清洗和去毛刺：为便于后续工序的准确定位，消除切屑对后工序表面质量的影响，在重要加工工序和检验前都应该清洗和去毛刺。综上所述，该换工件工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面加工主要表面半精加工及次要表面加工热处理主要表面精加工，超精加工。3.5确定工艺路线曲轴的工艺路线，机床设备及工艺装备见表3-1。表3.1 工序目录表工序号工序名称设备名称001检查002热处理003批量毛坯检验004铣两端面数控铣床005钻中心孔专用钻中心孔机床006铣工艺定位面双柱铣床007粗车第三主轴颈数控车床008粗车第一、二、四、五主轴颈数控车床009半精车第三主轴颈数控车床010半精车第一、二、四、五主轴颈数控车床011铣定位基准面铣床012粗车一、二连杆轴颈数控车床013粗车三、五连杆轴颈数控车床014半精车一、四连杆轴颈数控车床015半精车三、五连杆轴颈数控车床016钻、铰工艺孔专用钻床017钻油孔深孔组合钻床018粗磨第三主轴颈 数控磨床019粗磨第一、二、四、五主轴颈数控磨床020粗磨第一、四连杆轴颈数控磨床021粗磨第二、三连杆轴颈数控磨床022精磨第三主轴颈数控磨床023精磨第一、二、四、五主轴颈数控磨床024精磨第一、四连杆轴颈数控磨床025精磨第二、三连杆轴颈数控磨床026铣键槽键槽铣床027动平衡检查动平衡机028粗抛光各轴颈抛光机床029精抛光各轴颈抛光机床030清洗清洗机031 最终检查3.6 加工余量、工序尺寸和公差的确定工序尺寸及公差的确定有两种情况；一种是工序尺寸及其公差与零件上某设计尺寸或其他工序尺寸相关，需要通过解算尺寸链的方法来确定。另一种是工序尺寸及其公差仅与工序余量有关，如加工过程中不存在基准转换的情况。此时，可按如下方法确定个工序尺寸和公差： 确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工余量是否合理。 自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）个工序的基本余量，便可得到各工序的基本工序尺寸。 除终加工工序外，根据各工序的加工方法及其经济加工精度，确定其工序公差和表面粗糙度。 按“入体原则”以单向偏差方式标注工序尺寸，并可作适当调整。加工余量、工序尺寸和公差的计算： 圆柱面加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度，由机械设计简明手册得出：曲轴上各圆柱面加工余量，工序尺寸以及公差和粗糙度如表3.2(a)、(b)、(c)。表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（a）加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度ra()m36x2螺纹铸件车螺纹精车半精铣粗铣50.41.03.6ct9it6it10it12411.00.86.312.51：8圆锥面铸件磨削半精铣粗铣50.41.03.6ct9it6it10it120.86.312.545油封档铸件研磨磨削半精车50.41.0ct9it6it10501.00.80.86.3表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（b）加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度ra()45油封档粗铣3.6it1212.540主轴颈铸件精磨粗磨半精铣粗铣50.20.61.13.1ct9it6it7it10it12551.00.80.86.312.560铸件半精铣粗铣51.13.9ct9it10it12651.16.312.560铸件半精车粗车51.13.9ct9it10it12651.16.312.550主轴颈铸件精磨粗磨半精铣粗铣50.20.61.13.1ct9it6it7it10it12551.00.80.86.312.540圆柱面铸件精磨粗磨半精铣粗铣50.20.61.03.2ct9it6it7it10it12451.00.80.86.312.5表 3.2 加工余量、工序尺寸以及公差、和粗糙度（c）加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度ra()45连杆颈铸件研磨精磨粗磨半精铣粗铣50.20.61.03.2ct9it5it6it7it10it12501.00.40.80.86.312.548孔铰孔钻孔0.27.8it8it127.81.612.52m10x1.25攻丝钻孔8.8it128.812.519孔铰孔钻孔0.518.5it8it1218.51.612.52m6攻丝钻孔5it12512.514.2斜孔钻孔14.2it1214.212.55斜油孔抛光钻孔5it8it1250.812.53.7确定切削用量及时间定额1.铣各轴颈切削用量及时间本工序选用数控铣床，拨盘、顶尖装夹，分三个工步：工步1为铣40h6，工步2为铣50k6主轴颈，工步3为铣60。加工后表面粗糙度为ra12.5。(1) 工步1粗铣40h61）选择刀具 选择外圆车刀。 根据切削用量简明手册表1.1，由于铣床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸bxh=16mmx25mm，刀片厚度为4.5mm。 根据切削用量简明手册表1.2，可选择yg6牌号硬质合金。 车刀几何形状（见表1.3），选择平面带倒棱前刀面，r=60，r=10，。=6，。=12，s= 10，=0.8mm， =10，=0.4mm。2）选择切削用量 确定切削深度p 由于粗加工余量仅为1.6mm，可在一次走刀内切完，故：p=（4541.8）/2mm=1.6mm 确定进给量f 根据切削用量简明手册表1.6，在粗铣铸铁、表面粗糙度ra=12.5m时：f=0.250.40mm/r按数控铣床说明书选择：f=0.36mm/r 选择铣刀磨钝标准及寿命 根据切削用量简明手册表1.9，铣刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命t=60min。 确定切削速度vc 切削速度vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。根据切削用量简明手册表1.27 (11)式中 ：=故由公式(1-1)得：vc=69.6m/minn=492r/min按数控铣床说明书，选择n=500r/min，这时vc=110m/min。最后决定的铣削用量为：p=1.6mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，vc=110m/min。3）计算基本工时： （12）式中l=l+y+，l=12mm，根据切削用量简明手册表1.26，铣削时的入切量及超切量y+=2.1mm，则l=12+2.1mm=14.1mm，故由公式(1-2)得：tm=0.08min(2) 工步2粗铣50k6主轴颈1）选择刀具 选择外圆铣刀。 根据切削用量简明手册表1.1，由于铣床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸bxh=16mmx25mm，刀片厚度为4.5mm。 根据切削用量简明手册表1.2，可选择yg6牌号硬质合金。 铣刀几何形状（见表1.3），选择平面带倒棱前刀面，r=60，r=10，。=6，。=12，s= 10，r=0.8mm，=10，=0.4mm。2）选择切削用量 确定切削深度p 由于粗加工余量仅为1.55mm，可在一次走刀内切完，故：p=（5551.9）/2mm=1.55mm 确定进给量f 根据切削用量简明手册表1.6，在粗铣铸铁、表面粗糙度ra=12.5m时：f=0.250.40mm/r 选择铣刀磨钝标准及寿命 根据切削用量简明手册表1.9，铣刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命t=60min。 确定切削速度vc 切削速度vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。根据切削用量简明手册表1.27 （11）式中：=故由公式(1-1)得：vc=69.9m/minn=405r/min按数控铣床说明书，选择n=500r/min，这时vc=86m/min。最后决定的车削用量为：p=1.55mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，vc=86m/min。3）计算基本工时 (12)式中l=l+y+，l=21mm，根据切削用量简明手册表1.26，铣削时的入切量及超切量y+=2.1mm，则l=21+2.1mm=23.1mm，故由公式(1-2)得：tm=0.13min(3) 工步3粗车601）选择刀具选择r3成形车刀。2）选择切削用量 确定切削深度p 由于粗加工余量仅为1.95mm，可在一次走刀内切完，故：p=（6561.1）/2mm=1.95mm 确定进给量f 根据切削用量简明手册表1.6，在粗铣铸铁、表面粗糙度ra=12.5m时：f=0.250.40mm/r 选择铣刀磨钝标准及寿命 根据切削用量简明手册表1.9，铣刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命t=60min。 确定切削速度vc 切削速度vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。根据切削用量简明手册表1.27 （11）式中：=故由公式(1-1)得vc=59.7m/minn=271r/min按数控铣床说明书，选择n=500r/min，这时vc=110m/min。最后决定的铣削用量为：p=1.95mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，vc=110m/min。3）计算基本工时 （12）式中l=l+y+，l=6mm，根据切削用量简明手册表1.26，铣削时的入切量及超切量y+=3.6mm，则l=6+3.6mm=9.6mm，故由公式(1-2)得：tm=0.05min2. 钻孔切削用量及时间（1）选择刀具选择高速钢麻花钻头，其直径d。=14.2mm。钻头几何形状为：双锥修磨横刃，=30，2=118，21=70，b=3.5mm，。=12，=55，b=2mm，l=4mm。（2）选择切削用量1）决定进给量f 按加工要求决定进给量：根据切削用量简明手册表2.7，当加工要求为h12h13精度，铸铁的硬度大于200hbs，d。=14.2mm时，f=0.370.45mm/r。由于l/d=47/14.2=3.33，故应乘孔深修正系数k1f=0.915，则：f=（0.370.45）x0.915mm/r=0.340.41mm/r 按钻头强度决定进给量：根据切削用量简明手册表2.8，当灰铸铁硬度大于213hbs，d。=14.2mm，钻头强度允许的进给量f=1.0mm/r。 按机床进给机构强度决定进给量：根据切削用量简明手册表2.9，当灰铸铁硬度大于210hbs，d。14.5mm，机床进给机构允许的轴向力为8830n时，进给量为0.81mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.340.41mm/r。根据z5125钻床说明书，选择f=0.36mm/r。2）决定钻头磨钝标准及寿命 由切削用量简明手册表2.12，当d。=14.2mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，寿命t=60min。3）决定切削速度 由切削用量简明手册表2.15，当f=0.36mm/r时，vt=13m/min。切削速度的修正系数为：ktv=1.0，kcv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，故：v=vtkv=13x1.0x1.0x0.85x1.0m/min=11.1m/minn=1000v/(d。)=248.8r/min根据z5125钻床说明书，可考虑选择n=272r/min,但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.28mm/r；也可选择较低一级转数n=195r/min,仍用f=0.36mm/r，比较这两种方案：第一方案 f=0.28mm/r,n=272r/min nf=2720.28mm/min=76.16mm/min第二方案 f=0.36mm/r,n=195r/min nf=1950.28mm/min=70.2mm/min因为第一方案nf的乘积较大，基本工时较少，故第一方案较好。这时vc=12m/min;f=0.28mm/r。（3）计算基本工时 （12）式中l=l+y+，l=47mm，根据切削用量简明手册表2.29，入切量及超切量y+=6mm，则l=47+6mm=53mm，故由公式(1-2)得：tm=0.70min3.工序铣端面切削用量及时间（1）选择刀具1）根据切削用量简明手册表1.2，选择yg6a硬质合金刀片。根据切削用量简明手册表3.1，铣削深度p4mm时，圆盘铣刀直径d。为80mm，a为60mm。但已知铣削宽度ae为70mm，故应根据铣削宽度ae49mm，选择d。=80mm。由于采用标准硬质合金圆盘铣刀，故齿数z=12。2）铣刀几何形状（表3.2）；由于铸铁硬度大于200hbs，故选择r=60，r=30，r=5，。=8（假定cmax0.08mm）, 。=10, s= 10，。1=5。（2）选择切削用量1）决定铣削深p 由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则：p=h=3mm2)决定每齿进给量fz 根据切削用量简明手册表3.3，当使用yg6a，铣床功率为4.5kw时：fz=0.200.30mm/z取：fz=0.30mm/z3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据切削用量简明手册表3.8，由于铣刀直径d。=80mm，故刀具寿命t=180min。4）决定切削速度vc和每分钟进给量vf 切削速度vc可根据切削用量简明手册表3.27中的公式计算，也可直接由表中查出。根据切削用量简明手册表3.27的公式进行计算。各修正系数为：kmv=0.72，ksv=0.8 (见表1.28) kv= kmv ksv=0.576故 ：vc=14.5m/minn=58r/min根据x62w型铣床说明书选择：n=60r/min,vfc=235mm/min因此实际切削速度和每齿进给量为：vc=d。n/1000=3.14*80*60/1000m/min=15m/minfzc=vfc/n z=235/(60*12)mm/z=0.33mm/z（3）计算基本工时 （13）式中l=l+y+，l=40mm，根据切削用量简明手册表3.25，入切量及超切量y+=17mm，则l=40+17mm=57mm，故由公式(1-3)得：tm=0.32min其余工序切削用量及基本时间见工序卡片。3.8本章小结本章对曲轴加工工艺进行分析与设计，在工艺路线确定之后，确定各工序的的具体内容，并通过手册确定加工余量及工序尺寸、设备与工艺设备、切削用量与时间定额。第4章 钻床夹具的设计4.1夹具的概念1、 夹具的定义夹具是用以装夹工件的装置。机械制造过程中广泛地使用各种夹具，包括机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具、检验夹具等。机床夹具用于切削加工。在切削加工中，用以固定加工对象，使之定位。机床、夹具、刀具、工件在加工时组成加工系统，工件实现定位和夹紧。2、 夹具的作用保证加工精度；减少安装工件的辅助时间，提高劳动生产率；改善劳动条件，减少劳动量和劳动强度；降低加工成本，扩大机床的使用范围；保证安全生产等。 3、夹具的分类机床夹具一般按适用对象、使用特点、使用机床和动力源分类。具体说来，有：1）通用夹具：用以加工两种或两种以上工件的同一夹具。特点：能较好地适应加工工序和加工对象的变换，一般结构均已定型，尺寸、规格系列化。2）专用夹具：专为某一工件的某一工序而设计的夹具。 我们设计的钻模夹具就是专用夹具的一种。3）可调夹具：通过调整或更换个别零、部件，能适用多种工件加工的夹具。特点：夹具的使用对象在设计前并不非常确定，通用性范围大。4）成组夹具：根据成组技术原理设计的用于成组加工的夹具。设计成组夹具的前提是成组工艺。特点：只需对个别定位和夹紧组件进行调整或更换，即可用于加工成组内的所有零件。5）组合夹具：由可循环使用的标准夹具零、部件组装成易于联接和拆卸的夹具。6）随行夹具：用以装夹工件，并由工件输送带送至自动线各工位的装置。 4、进行夹具设计的意义夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工之前，先要对其进行夹具设计。 5.夹具设计中需注意的问题 在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题，设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。在此归纳一下在夹具设计中经常遇到的一些小问题，具体如下： 1）清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆如不连接就无此问题。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角，则必须清根；如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角。端面与外圆定位时，也采取一样的规则。 2）让刀问题 在设计圆盘类刀具（如铣刀、砂轮等）加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。3）更换问题 在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本，提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。定位件外圆与夹具体孔之间的配合不能有间隙，若有了间隙就会影响夹具的定位精度；但是，两者之间也不能有太大的过盈量，如果过盈量太大，就使得零件更换困难。所以，设计时一般采用较紧的过渡配合。为了使定位件能够顺利拆下来，可以在定位件中心设计一螺孔，用一螺杆拧入螺孔内，定位件就能顺利地被顶出。当然，此螺孔直径应小于夹具体孔。.4）防松问题 在夹具设计中，经常会使用双头螺柱，双头螺柱一端固定于夹具上，另一端用螺母压紧于加工的零件。双头螺柱与夹具的固定端一般采用六角薄螺母锁紧，然而用螺母锁紧后，在使用中常常会出现松动。如果把螺柱的固定端与夹具体背面基本拧平（螺柱头略低于夹具体），在背面（即左端面）螺纹旋合处，沿圆周均匀铆三点，就能够起到防松作用。而且省去锁紧螺母，需要时还可以进行更换。6.对夹具体的要求 1）有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位工件的表面、导向组件的表面以及夹具体的安装基面等，应有适当的尺寸和形状精度，他们之间应有适当的位置精度。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具要进行退火处理。 2）有足够的强度和刚度加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生不允许的变形和振动，夹具体应该有足够的强度和刚度。因此夹具体须有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。3）结构工艺性好夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种组件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式、半开式和框架式结构等。 4）排屑方便切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体上开排屑槽或在夹具体下部设置排屑斜面。5）在机床上安装稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。7.钻模夹具体毛坯的类型1）铸造夹具体铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁，要求强度高时用铸钢，要求重量轻时用铸铝。 在底座毛坯类型选择时，考虑到铸造。2）焊接夹具体它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。 对于一些工型或者凹槽类的夹具，可以考虑到使用焊接，这样可以节省所用的材料，降低成本。3）锻造夹具体它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需要经退火处理。此类夹具体应用较少。在设计滑板时考虑要首先考虑到这种类型。4）型材夹具体这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻。5）装配夹具体此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点，有利于夹具标准化、 系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。4.2钻斜油孔专用夹具设计4.2.1部分基本件的选择钻模类型的选择：钻模的类型有很多种，在设计钻模时，需要根据工件的形状尺寸、重量、加工要求和批量来选择钻模的结构类型。本文选择固定式钻模。钻套类型的选择：钻套和钻模板是钻床夹具的特殊原件。钻套装配在钻模板上，其作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工。在本文选择可换钻套。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。其中螺钉能防止加工时钻套转动和退刀时随刀具拔出。钻套的尺寸、公差及材料的选择：钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸，采用基轴制间隙配合。座套的导向高度取的要大一点，这样导向性能可增强，刀具强度高，则加工精度高，但钻套和刀具的磨损加剧。一般取(为钻套孔直径)。对于加工精度要求高的孔或者是被加工孔中心较小且其钻头刚度较差时，则应取较大值，反之取较小值。钻套底面应与工件表面留一定空间，方便排屑5。钻模板的选择：应具有足够的刚度来保证钻套位置的准确性。4.2.2 主要零件的选择在进行钻斜油孔时，由于要完成钻2个油孔，因此在设计时就要完成零件的钻第1油孔-放松曲轴-旋转-加紧-移动-停止-钻第2油孔的步骤，利用底座作为滑板的与支架的支撑，滑板完成移动的功能，v型块和v型块夹板保证曲轴的定位与加紧，因此主要零件包括v型块、v型块夹板、滑板、支架、底座等。4.2.3 工步的制定在进行钻斜油孔时，主要由2个工步组成，第一个工步为钻第一个斜油孔，首先将曲轴安放在v型块上，利用活节螺栓和螺母将v型块和v型块夹板进行手动机械加紧，钻第一个油孔，第2工步步骤为，放松螺母，旋转v型块夹板，将曲轴旋转180，利活节螺栓和螺母手动机械加紧，利用液压机构推动滑板带动曲轴运动到第2个油孔位置，利用液压缸的自动锁至机构保证滑板上的曲轴在底座上的位置保持不动，钻第2个斜油孔。4.2.4 钻模夹具应注意的问题1、钻削过程中切削力不大且主切削力向下，所以钻床夹具不一定要固定在机床上。2、钻床夹具应具有确定刀具位置和方向的导向组件钻套和导套以及安装钻套的钻范本。钻套和导套孔就以刀具导向部分尺寸为依据确定其尺寸。钻套高度一般为加工孔径的1.52倍。钻套下端面与所加工孔端面的距离不宜过小或过大，过小了不宜排屑；过大了影响刀具导向精度，一般为1/31倍加工孔径。3、钻模与多轴头配合使用时，钻床夹具应设计导柱或导孔为多轴头导向用。两面导柱和导孔距离应一致，并验算多轴头与夹具在钻床上的封闭尺寸6。4.2.5 钻模夹具的定位及设计原则本文设计的钻模夹具，主要有两个作用。首先它是曲轴在钻油路孔时的钻模夹具。另外可以用作油路孔检验夹具。当然这两个部分，它的定位是有区别的。主要体现在夹紧和量具方面。1、钻模夹具的定位在钻斜油路孔时，采用底座支撑，由于曲轴斜油孔与水平面具有25的夹角，为了保证在钻孔时钻头能够竖直钻入曲轴中，因此在设计底座时，把底座设计成斜面，并与水平面成25的夹角。左右采用两个v形块在下面起支撑作