发动机曲轴零件的机械加工工艺及专用夹具设计

1、 目 录1 绪 论12 零件分析22.1零件的作用22.2零件的工艺分析22.2.1以拐径为Ø50mm为中心的加工表面22.2.2以轴心线两端轴为中心的加工表面22.3零件加工的主要问题和工艺过程设计分析23 工艺规程设计43.1确定毛坯的制造形式43.2基面的选择43.2.1 粗基准选择43.2.2 精基准的选择43.3制定工艺路线53.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定63.4.1加工两端中心线上的外圆表面63.4.2 粗车Ø65 mm 与M36 mm外圆端面73.4.3 铣1：10圆锥处键槽73.4.4 车磨拐径为50 mm73.5 确定切削用量84 专用夹具设

2、计204.1铣曲拐端面夹具设计204.1.1定位基准的选择204.1.2定位元件的设计204.1.3铣削力与夹紧力计算214.1.4加紧原件的选择224.1.5对刀块和塞尺设计22参考文献24攀枝花学院本科毕业设计 绪 论1 绪 论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。选择曲轴的夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学的知识。本次所选设计内容主要包括：工艺路线的确定，夹具方案的优选，各种图纸的绘制，设计说明书的编写等。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生

3、产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。利用更好的夹具可以保证加工质量，机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件是加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度。提高生产率，降低成本，使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工。扩大机床工艺范围，在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。减轻工人劳动强度，保证生产安全。为了让夹具有更好的发展，夹具行业应加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术

4、水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时局进地创新和发展夹具技术。 24攀枝花学院本科毕业设计 2 零件分析2.1零件的作用题目所给定的零件是单杠内燃机上的曲轴，它位于内燃机连杆处，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。2.2零件的工艺分析由内燃机的曲轴零件图可知，它的外表面上有多个平面需要进行加工，此外各表面上还需加工一系列螺纹、孔和键槽。因此可将其分为两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求.现分析如下:2.2.1以拐径为Ø50mm为中心

5、的加工表面这一组加工表面包括: 拐径 mm加工及其倒圆角,它的加工表面的位置要求是50 mm平行度公差为.04 mm。2.2.2以轴心线两端轴为中心的加工表面这一组加工表面：1：10锥度面上56x18mm的键槽，1个8的透孔，各轴的外圆表面, 右端面6x33 mm的圆环槽和M36x2的外螺纹。这组加工表面有一定的圆柱度要求，主要是：(1) 65和轴心基准A的同轴度。(2) 65和基准A的同轴度。(3) 68和基准A的同轴度。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要有：(1)曲轴拐径50 mm轴心线与A基准轴心线的平行度公差0.04mm又以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可在仿型车床上一起

6、加工。2.3零件加工的主要问题和工艺过程设计分析 （1）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。 （2）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2.1 车削拐径2）粗、精车轴径及粗、研磨轴径都应在曲轴拐径的对面加装配重。 图2.2 车、磨轴径（3）1：10锥度环规与塞规要求配套使用，环规检测曲轴锥度，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。（4）曲轴偏心距76.5mm的检验方法如图2-3。将等高V形块放在工作平台上，以曲轴两轴径68 mm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

7、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H,H(如两轴径均在公差范围内，这时H和 H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H。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。 图2.3 曲轴偏心距检测示意图偏心距e=（H-/2）-（H-/2）式中 H曲轴拐径最高点式(1)H（ H）曲轴轴径最高点式(2)曲轴拐径实际尺寸式(3) （）曲轴轴径实际尺寸式(4)（5）曲轴拐径轴线与轴径轴线平行度的检查，可参照图2-3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最高点两处之差（距离尽可

8、能远些），然后通过计算可得出平行度值。3 工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式零件材料45钢。考虑到内燃机曲轴的零件较大，零件比较复杂，且大批量生产应采用模锻。而且投资较少，成本较低，生产周期短。3.2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。3.2.1 粗基准选择在大批生产的条件下，通常都是采取夹具中装夹。3.2.2 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

9、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。3.3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。工艺路线方案： 1）铣端面和打中心孔，在专用机床上完成。 2）粗车长头各外圆及锥度。 3）调头粗车短头各外圆。4）精车短头个外圆。5）调头精车长头

10、个外圆。6）铣角向定位。7）粗车连杆轴颈外圆及曲柄臂开裆。8）粗磨长头轴承位外圆。9）粗磨短头轴承位外圆。10）粗磨连杆颈外圆。11）粗铣长头键槽。12）精铣长头键槽。13）倒角。14）精磨连杆颈外圆。15）粗磨1：10的锥度。16）车飞轮螺母锁紧外螺纹 。17）钻8透孔。 18）研磨连杆颈外圆。 19）点击。 20）去毛刺。21）清洗。22）探伤。23）再次清洗。24）理丝。3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定内燃机曲轴零件材料为45钢，硬度190270HBS，毛坯重量约为40.3kg，生产类型为大批生产，采用毛坯锻件。3.4.1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

11、高，它们的表面粗糙度有Ra1.6和Ra3.2，根据工序要求，轴径68mm，65mm，65 mm加工分粗、精车，65，65要粗磨。65还要研磨。粗车：参照机械加工工艺手册表2.3-22，其余量规定为 ，现取。精车：参照机械加工工艺手册表2.3-39，其余量规定为 1mm粗磨：参照机械加工工艺手册表2.3-42，其余量规定为 ，现取。研磨：参照机械加工工艺手册表2.3-44，其余量规定为 现取。轴径68mm，65 mm，65锻造毛坯的基本尺寸分别为：68+（2.5+1+0.5）*2=76mm,65+（2.5+1+0.5+0.01）*2=73.02mm。根据机械加工工艺手册表2.3-18,锻件尺寸公

12、差为，现取1mm。对轴径68mm有：毛坯的名义尺寸为：68+（2.5+1.1+0.5）*2=76mm毛坯最小尺寸为：76-1=75 mm毛坯最大尺寸为：76+1=77mm精车后尺寸为：68+0.5*2=69mm粗磨后尺寸与零件图尺寸相同，即68mm对轴径65 mm有：毛坯的名义尺寸为：65+（2.5+1+0.5+0.01）*2=73.02mm。毛坯最小尺寸为：73.02-1=72.02mm毛坯最大尺寸为：73.02+1=74.02mm精车后尺寸为：65+（0.5+0.01）*2=66.02 mm 研磨后尺寸与零件图尺寸相同, 即65 mm对轴径65 mm有：毛坯的名义尺寸为：65+（2.5+1

13、+0.5）*2=73mm。毛坯最小尺寸为：73.02-1=72mm毛坯最大尺寸为：73.02+1=74mm精车后尺寸为：65+0.5+*2=66 mm粗磨后尺寸与零件图尺寸相同, 即65 mm而对于锥度为1：10的轴径粗糙度要求为Ra 3.2,精车能达到要求，此时直径粗加工余量2Z=5mm精加工为0.5mm能满足加工要求。而对于飞轮外螺纹表面粗糙度要求为Rm故粗车就能达到要求。3.4.2 粗车Ø65 mm 与M36 mm外圆端面根据工艺要求，端面精度要求不高粗糙度为Ra12.5。只需要粗加工就可以了。粗车：参照机械加工工艺手册表2.3-5，其余量规定为 ，现取。锻造毛坯的基本尺寸为：

14、716+2+2=720mm。3.4.3 铣1：10圆锥处键槽根据工艺要求，端面精度要求不高粗糙度为Ra3.2,需要粗精铣键槽，此时的余量2Z=3mm已能满足加工要求。3.4.4 车磨拐径为50 mm由于表面的粗糙度要求较高，它们的表面粗糙度都是Ra，根据工序要求，拐径50 mm加工分粗、精车，还有粗、研磨。粗车：参照机械加工工艺手册表2.3-5，其余量规定为 ，现取。 精车：参照机械加工工艺手册表2.3-39，其余量规定为 。粗磨：参照机械加工工艺手册表2.3-42，其余量规定为 ，现取。研磨：参照机械加工工艺手册表2.3-44，其余量规定为 ，现取。拐径50 mm锻造毛坯的基本尺寸为：50+

15、（2.5+1+0.5+0.01）*2=58.02mm。根据机械加工工艺手册表2.3-18,铸件尺寸公差等级选用-12，取锻件尺寸公差为，对轴径Ø95 mm有： 毛坯的名义尺寸为：50+（2.5+1+0.5+0.01）*2=58.02mm；毛坯最小尺寸为：58.02mm-1mm=57.02mm;毛坯最大尺寸为：58.02mm+1mm=59.02mm;精车后尺寸为：50+0.5+0.01=50.51mm；研磨后尺寸与零件图尺寸相同，即50 mm。3.5 确定切削用量工序1：铣端面，打中心孔 加工材料：45钢工序2：粗车外圆68 mm。加工条件 工件材料：45钢, 锻件。 加工要求：粗车左

16、端外圆68 mm。 机床：仿型车床 刀具：YG61)被吃刀量：取单边余量Z=2mm， 2)进给量f：根据3 表2.4-3，取。3)切削速度： 按3 表2.4-20，切削速度，4)机床主轴转速： 按机床说明书，与相近的转速为400 ，则：.实际铣削速度：5)检验机床功率：主切削力Fc按3表2.4-9，可查得 由仿型车床说明书可知，车床主电动机功率为13KW，当主轴转速为400 r/min时，主轴传递的功率为7.5kW，所以机床功率足够，可以正常工作。6)计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=52.5mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0,L1=2mm刀具

17、切出长度：取工序3：粗车轴径65 mm加工条件 工件材料：45刚, ，锻件。 加工要求：粗车左端外圆65mm。 机床：仿型车床 刀具：YG61) 被吃刀量：取单边余量Z=4mm， 2) 进给量f：根据3表2.4-3，取。3) 切削速度： 按3表2.4-20，切削速度：，4) 机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为400r/min，则实际速度：。5)检验机床功率：主切削力Fc按3表2.4-20，可查得 由车床说明书可知，车床主电动机功率为75KW，当主轴转速为400r/min时，主轴传递的功率为4.5kW，所以机床功率足够，可以正常工作。6) 计算切削工时：按工艺手册表2.5-3

18、，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=44mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取工序4：粗车拐径50 mm机床：仿型车床 刀具：YG6（1）粗车拐径50 mm 1)被吃刀量：参照3表2.3-5，其余量规定为 ， 现也取。分两次加工，=2.5mm。2)进给量f：根据3表2.4-3，取。 3)切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4)机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为590r/min，则实际速度。5)检验机床功率：主切削力Fc按2表1.29所示公式计算 式中：所以： 切削时消耗功率PC

19、为: 由机床说明书可知，主电动机功率为75KW，当主轴转速为590r/min时，主轴传递的功率为45kW，所以机床功率足够，可以正常工作。6) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=123mm刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间：工序5： 精车拐径50 mm尺寸机床：仿型车床 刀具：YG6 1 )被吃刀量：=0.6mm。2) 进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。 3) 切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按3表3.1-

20、22可得，与相近的转速为1000r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=89mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间：工序6：精车轴径68 mm机床：仿型车床 刀具：YG6 1) 被吃刀量：=0.6mm。2) 进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。 3) 切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按机床说明书，与相近的转速为700r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切

21、削层长度：由毛坯尺寸可知L=52.5mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间： 工序7： 精车轴径65 mm 机床：CW6180B卧式车床 刀具：YG6 1 )被吃刀量：=0.6mm。2)进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。3) 切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为740r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=74mm刀具切入长度：L1=/tg+(23

22、)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间： 工序8：粗车锥度1：10轴机床：仿型车床 刀具：YG6 1)被吃刀量：=0.6mm。2)进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。 3)切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为540r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=145mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间：工序9：精车锥度1：10轴机床：

23、仿型车床 刀具：YG6 1)被吃刀量：=0.6mm。2)进给量f：根据3表2.4-4，预估切削速度1.33，取。 3)切削速度： 按2表1.27，切削速度计算公式（寿命选T=60min）。 式中： 所以： 4) 机床主轴转速： 按3表3.1-22可得，与相近的转速为740r/min，则实际速度。5) 计算切削工时：按3表2.5-3，取被切削层长度：由毛坯尺寸可知L=145mm 刀具切入长度：L1=/tg+(23)主偏角=0, L1=2mm刀具切出长度：取本工序机动时间：工序10：铣键槽18mm×56mm 机床：X52k 刀具：高速钢镶齿三面刃槽铣刀 ，齿数 L=201) 铣削深度：2

24、) 每齿进给量：根据3表2.4-76，取3) 铣削速度：参照3表2.4-86，取：4) 机床主轴转速：，取实际铣削速度：5) 给量：工作台每分进给量：6) 刀具切入长度：精铣时 被切削层长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1机动时间：工序11：粗磨轴径68 mm机床：M1450A磨床 1）砂轮的直径与宽度：砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=500mm，砂轮的宽度取B=75 mm2)工件回转速度与转数：根据3表2.4-148，查得=0.2330.476,取=0.350， 3)轴向进给量:根据3表2.4-148，查得=(0.50.8)B，取=45 4）径向切入进给量：根据3表2.

25、4-1480，预估=0.350mm可查得=0.01760.0110，取=0.150 5）每分种金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削层长度：单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间 工序12：粗磨轴径65mm机床：M1450A磨床 1）砂轮的直径与宽度：砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=500mm，砂轮的宽度取B=75 mm 2) 工件回转速度与转数：根据3表2.4-148，查得=0.2330.476,取=0.350， 3) 轴向进给量:根据3表2.4-148，查得=(0.50.8)B，取=45 4）径向切入进给量：根据3表

26、2.4-1480，预估=0.350mm可查得=0.01760.0110，取=0.150 5）每分种金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削层长度：单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间 工序13：粗磨拐径50 mm 机床：M1450A磨床 1) 砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=500mm，砂轮的宽度取B=75 mm 2) 工件回转速度与转数：根据3表2.4-148，查得=0.2330.476,取=0.350， 3) 轴向进给量:根据3表2.4-148，查得=(0.50.8)B，取=45 4) 径向切入进给量：根据3表2.4

27、-1480，预估=0.350mm可查得=0.01760.0110，取=0.150 5) 每分种金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削层长度：单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间 工序14：研磨拐径50 mm机床：M1432A磨床 1) 砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=400mm，砂轮的宽度取B=50 mm2) 工件回转速度与转数：根据3表2.4-149，取=0.6 ， 3) 轴向进给量:根据3表2.4-149，查得=(0.50.8)B， 4) 径向切入进给量：根据3表2.4-149，预估=0.6mm可查得=0.0028

28、 5) 每分种金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削层长度：单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间 工序15：精磨轴径65 mm 机床：M1432A磨床 1) 砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=400mm，砂轮的宽度取B=50 mm2) 工件回转速度与转数：根据3表2.4-149，取=0.6 ，3) 轴向进给量:根据3表2.4-149，查得=(0.50.8)B，4) 径向切入进给量：根据3表2.4-149，预估=0.6mm可查得=0.00285) 每分种金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削

29、层长度：，单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间 本工序的机动时间：=+=0.34工序16：磨1：10圆锥65长145mm （1）粗磨1：10圆锥65 机床：M1450A磨床 1) 砂轮的直径与宽度：砂轮的直径与宽度：根据3表3.1-45，砂轮的直径D=500mm，砂轮的宽度取B=75 mm2) 工件回转速度与转数：根据3表2.4-148，查得=0.2330.476,取=0.350， 3） 轴向进给量:根据3表2.4-148，查得=(0.50.8)B，取=454）径向切入进给量：根据3表2.4-1480，预估=0.350mm可查得=0.01760.0110，取=0.150

30、5）每分种金属磨除量Z可用公式计算： Z=1000 mm 6) 机动时间：被磨削层长度：单面余量：局部修磨的系数k：根据3表2.5-11，机动时间工序17：钻8透孔机床：组合钻床刀具：麻花钻 1) 进给量：根据3表2.4-39，其取值范围为，取2) 切削速度：参照3表2.4-41，取3) 机床主轴转速：，取 实际切削速度： 4) 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间： 工序18：磁粉探伤各轴径，拐径工序19：钳工，修油孔，倒角，清污垢。工序20：检查。4 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。在加工汽车曲轴零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中

31、的设计内容，需要铣曲拐端面夹具一套。曲拐端面夹具将用于X62W铣床，刀具为两把硬质合金端铣刀YG8 ，齿数对曲轴两个端面同时进行加工。4.1铣曲拐端面夹具设计本夹具主要用来铣空气压缩机曲轴端面。由加工本道工序的工序简图可知。铣端面时，左右端面有尺寸要求，以及端面均有表面粗糙度要求Rz12.5。本道工序仅是对端面进行加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。4.1.1定位基准的选择在进行端面铣加工工序时，左右两端的轴没加工，用两个V型块定位。因此工件选用两端轴中心线作为定位基准。选择两个V型块作为定位基面限制了工件的四个自由度，还要一个

32、挡板，限制一个自由度。夹具上的定位元件是：其中定位元件为挡板和两个V型块。4.1.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为两个V形块和定位销作定位，所以相应的夹具上的定位元件应主要是两个V形块。因此进行定位元件的设计主要是对V形块进行设计。由机床夹具设计手册查的可知:根据工件的直径 D=70mm可知V形块的结构尺寸如下：表4.6 V形块的结构尺寸HD >60-8050121812301525125V形块设计如图：图4.6 V形块图4.1.3铣削力与夹紧力计算根据机械加工工艺手册可查得：根据机械加工工艺手册可查得：铣削力计算公式为圆周分力 查表可得： 代入得 =查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值