单拐曲轴零件的机械加工工艺及夹具设计

1、 单拐曲轴零件的机械加工工艺及夹具设计 一、选题的依据及意义： 曲轴是柴油发动机的重要零件。它可以是有若干个相互错开一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲柄又是由主轴颈、曲柄销及曲柄臂组成。曲轴的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和柴油机发动机各辅助系统进行工作，曲轴在工作时承受着不断变化的压力，惯性力和它们的力矩作用，受力情况十分复杂。其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都有很大影响。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面质量要求相当高。曲轴中几个主要加工表面，连杆表面，轴承轴颈及锥面键槽的

2、精度要求都较高，连杆轴颈需经过抛光。所以研究曲轴加工工艺对曲轴的生产具有一定的实际意义。机械制造工艺是机械工业的基础，是机械产品的生产的基本技术，工艺工作是每一个机械企业基本活动内容，加强工艺技术研究，极高工艺水平，搞好工艺管理是提高机械产品质量，降低消耗的根本措施。此次设计的目的在于：根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，制定夹具设计方案，完成夹具结构设计。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 目前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

3、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。随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。下面就哈尔滨东安动力、一汽大柴、文登天润曲轴、滨州海得曲轴等公司的情况作以介绍。 哈尔滨东安集团曲轴生产线为全自动柔性流水生产线，粗加工生产线由德国的专机自动线（lindenmaier）、数控车-车拉、数控高速随动外铣（boehringer）、圆角滚压机（hegenscheidt-mfd）和止推面车滚专机、

4、淬火机（ema）等组成；精加工生产线由日本的数控高速cbn磨床（toyoda）、动平衡机、抛光机（impco-nachi）、检测机、清洗机等组成。连杆轴颈加工则采用了数控高速随动加工技术，全线采用高速cbn砂轮磨削技术，磨削线速度达到120m/s。 一汽大柴曲轴生产线粗、精加工工序位于不同的车间，从而保证了精加工车间的清洁。粗加工有曲轴质量定心机、数控内铣床等设备，精加工设备由英国landis、日本toyada数控曲轴磨床等进口先进设备组成。gf70m-t曲轴磨床是日本toyada工机开发生产的专用曲轴磨床，是为了满足多品种、低成本、高精度、大批量生产需要而设计的数控曲轴磨床。该磨床应用工件回

5、转和砂轮进给伺服联动控制技术，可以一次装夹而不改变曲轴回转中心即可完成所有轴颈的磨削，包括随动跟踪磨削连杆轴颈；采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠（砂轮头架）和线性光栅闭环控制，使用toyada工机生产的gc50 cnc控制系统，磨削轴颈圆度精度可达到0.002mm；采用cbn砂轮，磨削线速度高达120m/s，配双砂轮头架，磨削效率极高。 vdf 315 om-4高速随动外铣床是德国boehringer公司专为汽车发动机曲轴设计制造的柔性数控铣床，该设备应用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术，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。vdf 315 om-4高速随动外铣采用一

6、体化复合材料结构床身，工件两端电子同步旋转驱动，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特点；使用siemens 840d cnc控制系统，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450700mm、回转直径在380mm以内的各种曲轴，连杆轴颈直径误差为0.02mm。三、研究内容及实验方案： 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：根据生产类型和所在企业的生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析：确定毛坯的种类及制造方法

7、；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，确定各工序的加工余量和工序尺寸，计算个工序的切削用量和工时定额；填写机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等工艺卡片；设计指定的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图。 夹具设计包括三个步骤：设备规划、夹具规划和夹具结构设计。目前，joneja以及ferreira等人在进行capp方面的研究对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计（cafd）就夹具方面也作了一些工作：chou vc,chandru v等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法；de meter ec提出了针对机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法；markus a11

8、等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。目前，关于工件夹具的自动化配置方面的工作，自动夹具设计（afcd）中很少提及。trappeyajc等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的afcd中的研究者都承认，在一个成功的afcd研究者都承认，在一个成功的afcd系统中，工件的几何形状是一个关键因素。nnaji b,alladin s等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果也仅仅适用于特定的几何体，比如多边形棱柱。rost和goldberg提出了一个“完整“的算法用来分析多边形工件的组合夹具设计，并开发出一个组合夹具设计系统，针对一个任意存在的工件，能自动

9、产生所有可行的夹具设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化。以后的许多的研究者大多借鉴了rost和goldberg的算法。组合夹具在动力学方面的研究也取得了一定的进步，yu and golddberg的夹具加载规划方案是把夹具的加载问题看作基于传感器的集成问题，并给了一个规划算法。cai等提出了一种指导夹具设计的方法，次方法是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。hockenberger与demter提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析，这种情况是由于在单位扭球的干涉扭矩。 综上所述，制定工艺规程的思路是：掌握和熟悉制定工艺规程的有关资料图样，进行零件的结构工艺性；确定毛

10、坯的类型及制造方法；选择定位基准；拟定工艺路线；确定个工序的余量、工序尺寸及其公差；确定个工序的设备、刀具、夹具、和辅助工具；确定个工序的切削用量及时间定额；确定主要工序的技术要求及检验方法；进行技术经济分析，选择最佳方案；编制工艺文件。 夹具设计的思路是：明确设计任务，收集设计资料；拟订夹具的结构方案、绘制结构草图；绘制夹具总装图。绘制夹具总装图的顺序和方法；对零件进行编号，填写零件明细栏和标题栏；绘制夹具零件图。计算机辅助绘制夹具装配图。4、 目标、主要特色及工作进度 曲轴是柴油机中关键零件之一，其材质大体分为两类：一是钢锻曲轴，二是球墨铸铁曲轴。由于采用铸造方法可获得较为理想的结构形状，

11、从而减轻质量，且机加工余量随铸造工艺水平的提高而减小。球铁的切削性能良好，并和钢制曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理，来提高曲轴的抗疲劳强度和耐磨性。而且球铁中的内摩擦所耗功比刚大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有钢制曲轴的敏感。所以球磨铸铁曲轴在国内外得到广泛采用。从目前整体水平来看，毛坯的铸造工艺存在生产效率低，工艺装备落后，毛坯机械性能还不稳定、精度低、废品率高等问题。从以下几个工艺环节采取措施对提高曲轴质量具有普遍意义。熔炼 国内外一致认为高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球铁的关键所在。为获得高温低硫磷的纯净铁水，可用冲天炉溶化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉

12、中升温并调整成分。球化处理 孕育处理 冲天炉熔化球铁原铁水对铜钼合金球铁采用二次孕育。这对于防止孕育衰退，改善石墨形态，细化石墨及保证高强度球铁机械性能具有重要作用。合金化 配合好铜和钼的比例对形成珠光体组织十分有利，可提高球铁的强度，而且铜和钼还可大大降低球铁件对壁厚的敏感性。造型工艺 气流冲击造型工艺由于粘土造型工艺，课获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量的特点，这对于多拐曲轴尤为重要。浇注冷却工艺采用立浇-立冷，斜浇-斜冷、斜浇-反斜冷三种浇注方式较为理想，其中后一种最好。斜浇-反斜冷的特点是：型腔排气充分，铁水充型平稳，浇注系统撇渣效果好，冒口对铸件的补缩效果好，适应

13、大批量流水线生产。曲轴加工工艺的主要特点是广泛的采用数控技术和自动线，生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成，具有很高的灵活性和适应性。采用龙门式自动上下料，集放式机动滚道传输，切削液分粗加工与精加工两段集中供应和回收处理。曲轴的主要加工工序基准中心孔，一般采用质量定心加工方式，这样在静平衡时，加工量很少9。轴颈的粗加工一般采用数控铣削或车拉工艺。工序质量科达到国内粗磨后的水平，且切削变形小、效率高。铣削和车拉是曲轴粗加工的发展方向。国外的曲轴轴磨床均采用cnc控制技术，具有自动进给、自动修正砂轮、自动补偿和自动分度功能，使曲轴的磨削精度和效率显著提高。油孔的加工采用鼓轮钻床和自动线，近几年

14、随着枪钻技术应用，油孔的加工大已采用枪钻自动线钻孔-修缘-抛光。曲轴抛光采用cnc控制的砂带抛光机，所有轴颈一次抛光只需20秒，粗糙度可达ra0.4以下，大大减小了发动机的磨合期。本课程的工作进度是1查阅资料，英文资料翻译，撰写开题报告 2绘制零件图一份 3编制机械加工工艺规程一份 4设计并绘制典型加工工序专用夹具装配图2份 5绘制夹具主要零件图 6编写设计计算说明书 五、参考文献1 苏铁熊，张翼，发动机设计讲义，922吉林大学汽车工程系.汽车构造.第五版.北京；人民交通出版社.2005.9.733张进生，机械制造工艺与夹具设计指导书m,北京：机械工业出版社，19954钱进.国产重卡柴油机发展

15、趋势.内燃机.2005(4).75宋金山，肖承和，杨佳荣等，奥贝球铁480柴油机曲轴的初步研究，现代铸铁，1991（01），36豆丁网，发动机机械加工工艺规程设计及夹具设计2011.02.277李建强，曲轴加工工艺及设备j,现代零部件，2010（09），128黄晓峰，陆凤详，r175型柴油机曲轴生产线的工艺设计及应用j,农业机械，2006（02），33-349 祝小军，黄晓峰，小型柴油机曲轴生产线新工艺的应用研究j,小型内燃机和摩托车，2006（04），1110吉国光，柴油机曲轴加工中的几个问题j,柴油机，1994（02），811江学仁，美国车用柴油机曲轴加工工艺，拖拉机与农用运输车，1995（05），312刘丕人，吴亚龙，陈银涛等，tb620v16柴油机曲轴动平衡分析，铁路机车车辆，2011（s1），513王文贵，袁成岗，柴油机曲轴故障浅析，南通航运职业技术学院院报，2006（02）14徐立华，柴油机曲轴断裂失