《某压缩机曲轴的工艺规程及工艺装备设计》14000字（论文）

第页共39页序言压缩机作为将原动机机械能转化为气体动能的动力设备，在石油化工、冶金采矿、交通船舶、食品医疗等领域中被广泛应用。随着各工业领域中科技含量增加、生产效率提升，压缩机也在向高标准、高质量、低噪声的目标迈进。压缩机根据压缩气体的方式分为动力型、容积型和热力型三种。动力型指气体通过叶轮的高速旋转获得动能，并由扩压部件将动能转化为压力能而产生压缩气体，如轴流式、离心式属于此类型。容积型指气体通过气缸内的容积使其分子密度增大，气体压力增高而获得压缩气体，如涡旋式、往复式属于此类型。热力型指泵体内低速气体通过由外界喷射进来的高速气体而获得较高的流速，之后由扩压部件将动能转化为压力能而产生压缩气体，如喷射型压缩机。在容积式压缩机中，涡旋压缩机相比其它几种更佳高效、节能。由于其在受载和热力方面的优势，具有零件数量少、机械结构紧凑、噪声振动小、工作效率高的特点。与同等排气量的往复活塞式压缩机相比，其主要部件数量只有其十分之一，设备体积减小近四成，工作噪升音降低5分贝。涡旋压缩机主要零部件有静涡旋盘、动涡旋盘、防自转机构、曲轴、带轮等。动涡旋盘和静涡旋盘呈一定角度安装在曲轴上，并有一定的啮合点。当曲轴旋转时，这些啮合点沿着涡旋齿的周向由外向内移动，并且工作腔容积由大变小，致使工作腔内的气体被压缩，气体压力被升高，继而实现压缩气体的作用。而涡旋压缩机能稳定运转，曲轴作为安装静涡旋盘盒动涡旋盘的运动部件和受力部件，起到了重要作用。曲轴具有结构形状复杂、转动惯量大、扭转刚度小的特点，并在运转时受到交变载荷的作用，其综合性能直接影响着压缩机的可靠性和使用寿命。曲轴的工作情况决定了其材料必须具有良好的力学性能，加之其结构复杂，这导致其加工工艺的复杂程度在涡旋压缩机各个零部件中首屈一指。国内外的机械加工企业对曲轴的加工工艺都特别重视，不断优化其制造工艺，更新其切削装备，以提高其加工精度、延长使用寿命。曲轴的加工中，其轴颈、曲柄臂在工序中比重最大，通常为在车床上通过偏心卡具装夹后进行粗加工，但由于曲轴为细长结构，受到切削力后变形较大，让刀现象严重，产生的内应力较大，刀具磨损较快，加工精度和加工效率都不乐观。之后世界各国通过研发专用的曲轴切削机床，探索先进的加工工艺，使曲轴的粗加工质量有了显著的提升。如车削和铣削均采用数控技术，同时铣削还配置多刀盘进行同时切削。内铣通过双刀盘分别完成主轴颈和连杆颈的加工，加工精度和加工效率大幅提高。通过车——车拉工艺实现了所有同心圆在一次加工中完成。国内的曲轴加工工艺和加工设备的研究具有以下特点：（1）压缩机的快速发展促使曲轴的设计和加工的多种类、多方位发展，这意味着不可能通过单一技术来满足曲轴的工艺要求。（2）目前国内的曲轴加工还在初级阶段，但很多科研院所都在从事该方面的技术研究工作，取得了较为丰硕的成果，这为今后工艺和装备的开发提供了较好的技术保障。（3）随着我国对机床制造的重视，机床理论、电气理论等方面都有了长足进步，这些理论对曲轴的加工工艺和加工装备的研发起到了指导作用。国内研究学者虽然在不断学习和探索，掌握了较为先进的加工技术，但在一些关键工序上，加工设备和加工刀具对国外还比较依赖。因此，本文从深入研究曲轴加工工艺、优化加工设备的角度出发，对涡旋压缩机曲轴进行加工工艺分析和专用夹具设计，为今后的生产实践提供参考。第1章零件的分析1.1零件的作用曲轴是空气压缩的核心零件，在轴上固定有端面凸轮，并通过连杆与活塞连接。当空气压缩机运转时，曲轴带动凸轮作旋转运动，进而通过连杆使活塞作往复直线运动。曲轴受到凸轮的离心力和周期变化的惯性力的共同作用，为此曲轴需要有较高的抗弯曲和抗扭转能力，在具备足够强度和刚度的同时，还需要具有良好的耐磨性和动平衡特性。1.2零件的工艺分析本零件材料为优质碳素钢，牌号为45，力学性能为屈服强度≥335MPa、抗拉强度≥600MPa、硬度229HBS。其机械性能好，且价格较低，广泛应用机械制造中。对零件进行结构分析可知，本零件为双轴颈的曲轴，形状复杂，尺寸精度和表面粗糙度要求较高，公差等级达到IT7级，表面粗糙度达到Ra0.8。本零件加工表面有外圆表面、外锥面、外圆表面、外圆表面、外圆表面、螺纹M45×1.5、键槽、键槽和螺纹孔M12×1.25。尺寸精度方面，外圆表面为IT7，外锥面、外圆表面为IT8级，键槽为IT9级，轴颈宽度为IT11级，外圆表面为IT12级。表面糙度方面，外圆表面的表面粗糙度为0.8，外锥面、轴颈端面φ80的表面粗糙度为1.6，外圆表面、外圆表面、φ85端面、键槽的表面粗糙度为3.2，其它加工表面取粗糙度值为6.3。形状位置公差方面，外圆表面有7级的圆柱度公差0.008，外锥面相对于两个轴段轴线有8级的圆跳动公差0.025，轴颈轴线相对于两个轴段轴线有7级的同轴度公差φ0.025，键槽侧壁相对于两个轴段轴线有9级的对称度公差0.03。图1-1零件图

第2章工艺规程设计2.1毛坯的制造形式本零件在工作时受到交变载荷和冲击载荷的作用，为避免金属纤维因载荷作用而被切断，可通过锻造的方式确保其材质内部流向，故选用锻造的形式进行毛坯制造，同时考虑本零件为大批量生产，确定为模锻实现毛坯成型。2.2基准面的选择从基准重合和基准统一的角度考虑，结合本工件回转体结构的特征，在径向方向上，加工外圆表面主要以轴线作为设计基准，故选用轴端的中心孔最为精基准，在轴向方向上选取左侧φ85端面作为精基准，以将设计基准与定位基准重合。在确定完毕精基准后，首次精基准的加工需要通过粗基准进行定位。在径向方向上，考虑本工件为轴端中心孔作为精基准，可通过定位外圆表面以进行中心孔的钻削。故粗基准选为曲轴毛坯外圆表面。在轴向方向上，选取与左侧φ85端面有线性尺寸关系48的曲柄侧面作为粗基准。2.3拟订工艺路线2.3.1工件表面加工方法的选择表2-1曲轴主要表面的加工路线加工表面尺寸精度等级表面粗糙度加工路线外圆表面IT7Ra0.8粗车、半精车、粗磨、精磨外锥面IT8Ra1.6粗车、半精车、粗磨外圆表面IT8Ra3.2粗车、半精车、粗磨外圆表面IT12Ra3.2粗车、半精车键槽IT9Ra3.2粗铣、半精铣键槽IT12Ra3.2粗铣、半精铣螺纹M45×1.56g粗车外圆、粗车螺纹、精车螺纹2.3.2工艺路线安排工艺方案一：工序10：锻造毛坯工序20：正火处理工序30：粗铣两侧端面至尺寸879±1，钻两侧中心孔φ5，孔深12.5工序40：粗车各台阶轴外圆分别至尺寸、、、、，表面粗糙度达到6.3工序50：粗车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到6.3工序60：粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3工序70：粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3工序80：半精车各台阶轴圆分别至尺寸、、，倒角至C2，表面粗糙度达到3.2工序90：半精车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到3.2工序100：车两侧退刀槽φ38×3，粗车、精车螺纹M45×1.5工序110：半精车左侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2工序120：半精车右侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2工序130：粗铣左、右两侧曲柄端面至尺寸，表面粗糙度达到6.3工序140：钻底孔4×φ10.8，深度38，攻螺纹4×M12×1.25，深度30工序150：粗铣两侧圆弧槽20，槽深10，表面粗糙度达到6.3工序160：粗铣、半精铣键槽和键槽至尺寸，槽深分别为12和8，表面粗糙度达到3.2工序170：表面淬火工序180：研修中心孔工序190：粗磨外圆表面至尺寸、，表面粗糙度达到1.6工序200：粗磨外锥面至尺寸，锥度1:10，表面粗糙度达到1.6工序210：粗磨左侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6工序220：粗磨右侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6工序230：动平衡，标记，去重量工序240：精磨外圆表面至，表面粗糙度达到0.8工序250：精磨左侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8工序260：精磨右侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8工序270：超声波探伤工序280：检验各项工艺方案二：工序10：锻造毛坯工序20：正火处理工序30：粗车左侧端面至总长883±1，钻中心孔φ5，孔深12.5工序40：粗车、半精车左侧各台阶轴外圆分别至、、、、，外锥面锥度1:10，表面粗糙度达到3.2工序50：粗车右侧端面，钻中心孔φ5，孔深12.5工序60：粗车、半精车右侧各台阶轴外圆分别至、、、、、，，表面粗糙度达到3.2工序70：粗车圆角至R2，倒角至C2，退刀槽至，粗车、精车螺纹M45×1.5工序80：粗车、半精车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到3.2工序90：粗车、半精车右侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到3.2工序100：粗铣左、右两侧曲柄端面至尺寸，表面粗糙度达到6.3工序110：钻底孔4×φ10.8，深度38，攻螺纹4×M12×1.25，深度30工序120：粗铣两侧圆弧槽20，槽深10，表面粗糙度达到6.3工序130：粗铣、半精铣键槽和键槽至尺寸，槽深分别为12和8，表面粗糙度达到3.2工序140：动平衡，标记，去重量工序150：精车、细车左侧外圆至，外锥面至尺寸，锥度1:10，表面粗糙度达到0.8工序160：精车、细车右侧外圆至、，表面粗糙度达到0.8工序170：精车、细车左侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8工序180：精车、细车右侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8工序190：超声波探伤工序200：检验各项通过对比两套工艺路线发现，一是在加工阶段的划分上，方案一将粗、精加工分开，比较适合大生产批量的加工要求，同时可以针对加工阶段，选用适当功率和适当精度的切削机床。二是方案一在精加工前安排了表面淬火和研修中心孔工序，热处理后的尺寸变化可以通过精加工进行修正，同时粗加工后中心孔相应被磨损，通过研修可以在精加工阶段提高工件的定位精度。三是方案一将外锥面的加工安排在外圆表面φ65加工完之后，这样可以用外圆表面φ65进行定位来加工外锥面，更易于保证外锥面相对于φ65轴线的半跳动公差要求。故通过上述分析，最终确定工艺路线如下：工序10：锻造毛坯工序20：正火处理工序30：粗铣两侧端面至尺寸879±1，钻两侧中心孔φ5，孔深12.5工序40：粗车各台阶轴外圆分别至尺寸、、、、，表面粗糙度达到6.3工序50：粗车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到6.3工序60：粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3工序70：粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3工序80：半精车各台阶轴圆分别至尺寸、、，倒角至C2，表面粗糙度达到3.2工序90：半精车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到3.2工序100：车两侧退刀槽φ38×3，粗车、精车螺纹M45×1.5工序110：半精车左侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2工序120：半精车右侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2工序130：粗铣左、右两侧曲柄端面至尺寸，表面粗糙度达到6.3工序140：钻底孔4×φ10.8，深度38，攻螺纹4×M12×1.25，深度30工序150：粗铣两侧圆弧槽20，槽深10，表面粗糙度达到6.3工序160：粗铣、半精铣键槽和键槽至尺寸，槽深分别为12和8，表面粗糙度达到3.2工序170：表面淬火工序180：研修中心孔工序190：粗磨外圆表面至尺寸、，表面粗糙度达到1.6工序200：粗磨外锥面至尺寸，锥度1:10，表面粗糙度达到1.6工序210：粗磨左侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6工序220：粗磨右侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6工序230：动平衡，标记，去重量工序240：精磨外圆表面至，表面粗糙度达到0.8工序250：精磨左侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8工序260：精磨右侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8工序270：超声波探伤工序280：检验各项2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定2.4.1毛坯尺寸的确定（1）公差等级：普通级（2）锻件重量，毛坯重量约（3）锻件形状复杂系数S=0.8，属于级。（4）45为碳的质量分数小于0.65%的碳素钢或合金元素总质量分数小于3%的合金钢，属于级。（5）锻件分模线形状：对称（6）工件的表面粗糙度最大为0.8（7）为简化毛坯结构，降低锻模的制造难度，对于左、右两侧台阶轴均以φ85为基础进行毛坯尺寸的选取，对于两个曲颈均以φ80为基础进行毛坯尺寸的选取。则毛坯尺寸为，外圆直径φ85：单边余量推荐范围为2.5~3.2，取2.5。外圆直径φ80：单边余量推荐范围为2.5~3.2，取2.5。曲柄长度879：单边余量推荐范围为3~4.5，取4。曲柄厚度48：单边余量推荐范围为2.5~3.0，取3.0。曲柄高度140：单边余量推荐范围为2.5~3.0，取3.0。表2-2毛坯的加工面尺寸零件尺寸单边余量基本尺寸铸件尺寸外圆直径φ853.0φ90外圆直径φ803.0φ85曲柄长度8794887曲柄厚度483.051曲柄高度453.0482.4.2机械加工余量、工序尺寸1、外圆表面表2-3切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量毛坯Φ85粗车φ66.618.4IT126.3半精车φ65.61IT103.2粗磨φ65.20.4IT81.6精磨φ650.2IT70.82、外圆表面表2-4切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量毛坯φ90粗车φ51.438.6IT126.3半精车φ50.41IT103.2粗磨φ500.4IT83.23、外圆表面表2-5切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量毛坯φ90粗车φ6129IT126.3半精车φ601IT123.24、外锥面，锥度1:10表2-6切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量毛坯φ90第一次粗车Φ6129IT126.3第二次粗车φ48.412.6IT126.3半精车φ47.41IT103.2粗磨φ470.4IT86.35、外圆表面表2-7切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量毛坯φ90粗车φ855IT126.36、螺纹M45×1.5表2-8切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量毛坯φ90粗车φ4545IT126.3车螺纹M456g6.37、键槽表2-9切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量粗铣1414IT126.3半精铣162IT93.28、键槽表2-10切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量粗铣77IT126.3半精铣81IT123.29、曲柄高度45表2-11切削过程尺寸参数切削表面过程尺寸切削余量尺寸要求公差值表面质量毛坯48粗铣453IT126.32.5工艺装备的选用2.5.1加工设备的选择各工序选用的切削机床如表2-12所示表2-12各工序切削机床工序号工序内容机床类型30粗铣两侧端面至尺寸879±1，钻两侧中心孔φ5，孔深12.5X2540双柱铣床40粗车各台阶轴外圆分别至尺寸、、、、，表面粗糙度达到6.3CA6140卧式车床50粗车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到6.3CA6140卧式车床60粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3CA6140卧式车床70粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3CA6140卧式车床80半精车各台阶轴圆分别至尺寸、、，倒角至C2，表面粗糙度达到3.2CA6140卧式车床90半精车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到3.2CA6140卧式车床100车两侧退刀槽φ38×3，粗车、精车螺纹M45×1.5CA6140卧式车床110半精车左侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2CA6140卧式车床120半精车右侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2CA6140卧式车床130粗铣左、右两侧曲柄端面至尺寸，表面粗糙度达到6.3Z3040摇臂钻床140钻底孔4×φ10.8，深度38，攻螺纹4×M12×1.25，深度30Z3040摇臂钻床150粗铣两侧圆弧槽20，槽深10，表面粗糙度达到6.3X52K立式铣床160粗铣、半精铣键槽和键槽至尺寸，槽深分别为12.2和8.2，表面粗糙度达到3.2X52K立式铣床190粗磨外圆表面至尺寸、，表面粗糙度达到1.6MGB1320外圆磨床200粗磨外锥面至尺寸，锥度1:10，表面粗糙度达到1.6MGB1320外圆磨床210粗磨左侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6MGB1320外圆磨床220粗磨右侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6MGB1320外圆磨床240精磨外圆表面至，表面粗糙度达到0.8MGB1320外圆磨床250精磨左侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8MGB1320外圆磨床260精磨右侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8MGB1320外圆磨床2.5.2工艺装备的选择各工序选用的切削刀具和量具如表2-13所示表2-13各工序切削刀具和量具工序号刀具类型量具类型30d/z=80/10高速钢镶齿套式面铣刀、φ5的高速钢中心钻游标卡尺40高速钢外圆车刀游标卡尺50高速钢外圆车刀游标卡尺60高速钢外圆车刀游标卡尺70高速钢外圆车刀游标卡尺80高速钢外圆车刀游标卡尺90高速钢外圆车刀游标卡尺1003mm高速钢切槽车刀，高速钢螺纹车刀游标卡尺110高速钢外圆车刀游标卡尺120高速钢外圆车刀游标卡尺130d/z=25/3高速钢立铣刀游标卡尺140φ10.8高速钢麻花钻，M12高速钢机用丝锥游标卡尺、螺纹量规150d/z=20/3高速钢立铣刀游标卡尺160d/z=14/3高速钢立铣刀，d/z=7/3高速钢立铣刀，d/z=16/3高速钢立铣刀，d/z=8/3高速钢立铣刀游标卡尺190φ400×40粒度80陶瓷结合剂的砂轮千分尺200φ400×40粒度80陶瓷结合剂的砂轮千分尺210φ400×40粒度80陶瓷结合剂的砂轮千分尺220φ400×40粒度80陶瓷结合剂的砂轮千分尺240φ400×40粒度120陶瓷结合剂的砂轮千分尺、粗糙度仪250φ400×40粒度120陶瓷结合剂的砂轮千分尺、粗糙度仪260φ400×40粒度120陶瓷结合剂的砂轮千分尺、粗糙度仪2.6确定切削用量及基本工时工序30：粗铣两侧端面至尺寸879±1，钻两侧中心孔φ5，孔深12.5本工序分为两个工步，即工步1：粗铣两侧端面、工步2：钻两侧中心孔φ5（1）加工机床：X2540双柱铣床（2）加工刀具：工步1规格为d/z=80/10的高速钢镶齿套式面铣刀，工步2规格为φ5的高速钢中心钻（3）加工参数：工步1由过程尺寸确定背吃刀量为4mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.2mm/z和v=19.2m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=75r/min。则实际切削速度为，工步2由过程尺寸确定背吃刀量为，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.06mm/r和v=12m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=600r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：工步1，由、、得，工步2，由、得，工序40：粗车各台阶轴外圆分别至尺寸、、、、，表面粗糙度达到6.3（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：高速钢外圆车刀（3）加工参数：由过程尺寸确定最大背吃刀量为22.5mm，均分3次走刀为7.5mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.71mm/r和v=20m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=80r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由、得，工序50：粗车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到6.3（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：高速钢外圆车刀（3）加工参数：由过程尺寸确定最大背吃刀量为6.3mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.56mm/r和v=20m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=125r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由、、得，工序60：粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：高速钢外圆车刀（3）加工参数：由过程尺寸确定最大背吃刀量为9.2mm，均分两次走刀为4.6mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.71mm/r和v=20m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=80r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由得，工序70：粗车左侧轴颈处外圆至、，端面至，表面粗糙度达到6.3（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：高速钢外圆车刀（3）加工参数：由过程尺寸确定最大背吃刀量为9.2mm，均分两次走刀为4.6mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.71mm/r和v=20m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=80r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由得，工序80：半精车各台阶轴圆分别至尺寸、、，倒角至C2，表面粗糙度达到3.2本工序分为两个工步，即工步1：半精车各台阶轴外圆、工步2：倒角至C2（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：工步1为高速钢外圆车刀，工步2为高速钢外圆车刀（3）加工参数：工步1由过程尺寸确定背吃刀量为0.5mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.61mm/r和v=31m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=160r/min。则实际切削速度为，工步2与工步1主轴转速相同，采用手动进给。（4）加工工时：工步1由、得，工序90：半精车外锥面至，锥度1:10，表面粗糙度达到3.2（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：高速钢外圆车刀（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.5mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.61mm/r和v=31m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=200r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由、、得，工序100：车两侧退刀槽φ38×3，粗车、精车螺纹M45×1.5本工序分为三个工步，即工步1：车两侧退刀槽φ38×3、工步2：粗车螺纹M45×1.5、工步3：精车螺纹M45×1.5（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：工步1为规格宽度3mm的高速钢切槽车刀，工步2为高速钢螺纹车刀，工步3为高速钢螺纹车刀（3）加工参数：工步1由过程尺寸确定背吃刀量为3.5mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.1mm/r和v=27m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=200r/min。则实际切削速度为，工步2由过程尺寸确定最大背吃刀量为0.4mm，进行5次走刀，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=1.5mm/r和v=15m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=100r/min。则实际切削速度为，工步3由过程尺寸确定最大背吃刀量为0.1mm，进行3次走刀，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=1.5mm/r和v=18m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=125r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由、、得，工步1为工步2为工步3为工序110：半精车左侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：高速钢外圆车刀（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.5mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.35mm/r和v=45m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=250r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由得，工序120：半精车右侧轴颈处外圆至，端面至，表面粗糙度达到3.2（1）加工机床：CA6140卧式车床（2）加工刀具：高速钢外圆车刀（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.5mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.35mm/r和v=45m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=250r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由得，工序130：粗铣左、右两侧曲柄端面至尺寸，表面粗糙度达到6.3本工序分为两个工步，即工步1：粗铣左侧曲柄端面至尺寸、工步2：粗铣右侧曲柄端面至尺寸（1）加工机床：X52K立式铣床（2）加工刀具：工步1为规格d/z=25/3的高速钢立铣刀，工步2为规格d/z=25/3的高速钢立铣刀（3）加工参数：工步1由过程尺寸确定背吃刀量为3mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.12mm/z和v=22m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=300r/min。则实际切削速度为，工步2由过程尺寸确定背吃刀量为3mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.12mm/z和v=22m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=300r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由、、得，工步1为工步2为工序140：钻底孔4×φ10.8，深度38，攻螺纹4×M12×1.25，深度30本工序分为两个工步，即工步1：钻底孔4×φ10.8深度38、工步2：攻螺纹4×M12×1.25深度30（1）加工机床：Z3040摇臂钻床（2）加工刀具：工步1为规格φ10.8的高速钢麻花钻，工步2为M12高速钢机用丝锥（3）加工参数：工步1由过程尺寸确定背吃刀量为5.4mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.5mm/r和v=12m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=320r/min。则实际切削速度为，工步2由过程尺寸确定最大背吃刀量为0.6mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=1.25mm/r和v=10m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=250r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：工步1由、得，工步2由、得，工序150：粗铣两侧圆弧槽20，槽深10，表面粗糙度达到6.3（1）加工机床：X52K立式铣床（2）加工刀具：规格d/z=20/3的高速钢立铣刀（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为20mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.06mm/z和v=19m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=300r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：由、得，工序160：粗铣、半精铣键槽和键槽至尺寸，槽深分别为12和8，表面粗糙度达到3.2本工序分为四个工步，即工步1：粗铣键槽、工步2：粗铣键槽、工步3：半精铣键槽、工步4：半精铣键槽（1）加工机床：X52K立式铣床（2）加工刀具：工步1为规格d/z=14/3的高速钢立铣刀，工步2为规格d/z=7/3的高速钢立铣刀，工步3为规格d/z=16/3的高速钢立铣刀，工步4为规格d/z=8/3的高速钢立铣刀（3）加工参数：工步1由过程尺寸确定背吃刀量为14mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.04mm/z和v=23m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=475r/min。则实际切削速度为，工步2由过程尺寸确定背吃刀量为7mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.02mm/z和v=36m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=1500r/min。则实际切削速度为，工步3由过程尺寸确定背吃刀量为2mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.02mm/z和v=33m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=600r/min。则实际切削速度为，工步4由过程尺寸确定背吃刀量为1mm，由工件与刀具材质、背吃刀量确定进给量和切削速度分别为f=0.01mm/z和v=51m/min。则加工机床主轴转速为，，取n=1500r/min。则实际切削速度为，（4）加工工时：工步1由得，工步2由得，工步3由得，工步4由得，工序190：粗磨外圆表面至尺寸、，表面粗糙度达到1.6本工序分为两个工步，即工步1：粗磨外圆表面至尺寸、工步2：粗磨外圆表面至尺寸（1）加工机床：MGB1320外圆磨床（2）加工刀具：工步1为规格400×40、粒度80陶瓷结合剂的砂轮，工步2为规格400×40、粒度80陶瓷结合剂的砂轮（3）加工参数：工步1由过程尺寸确定背吃刀量为0.2mm。砂轮速度取28m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取16m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=100r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取工步2由过程尺寸确定背吃刀量为0.2mm。砂轮速度取28m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取16m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=80r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取（4）加工工时：工步1为工步2为工序200：粗磨外锥面至尺寸，锥度1:10，表面粗糙度达到1.6（1）加工机床：MGB1320外圆磨床（2）加工刀具：规格400×40、粒度80陶瓷结合剂的砂轮（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.2mm。砂轮速度取28m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取16m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=85r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取（4）加工工时：工序210：粗磨左侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6（1）加工机床：MGB1320外圆磨床（2）加工刀具：规格400×40、粒度80陶瓷结合剂的砂轮（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.2mm。砂轮速度取28m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取16m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=80r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取（4）加工工时：工序220：粗磨右侧轴颈处外圆至尺寸，表面粗糙度达到1.6（1）加工机床：MGB1320外圆磨床（2）加工刀具：规格400×40、粒度80陶瓷结合剂的砂轮（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.2mm。砂轮速度取28m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取16m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=80r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取（4）加工工时：工序240：精磨外圆表面至，表面粗糙度达到0.8（1）加工机床：MGB1320外圆磨床（2）加工刀具：规格400×40、粒度120陶瓷结合剂的砂轮（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.1mm。砂轮速度取30m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取30m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=150r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取（4）加工工时：工序250：精磨左侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8（1）加工机床：MGB1320外圆磨床（2）加工刀具：规格400×40、粒度120陶瓷结合剂的砂轮（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.1mm。砂轮速度取30m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取30m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=150r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取（4）加工工时：工序260：精磨右侧轴颈处外圆至，表面粗糙度达到0.8（1）加工机床：MGB1320外圆磨床（2）加工刀具：规格400×40、粒度120陶瓷结合剂的砂轮（3）加工参数：由过程尺寸确定背吃刀量为0.1mm。砂轮速度取30m/s，则砂轮转速为，。工件速度由工件磨削表面直径取30m/min，则工件转速为。由于MGB1320为主轴为无级调速控制，则取n=150r/min。纵向进给量得。横向进给量由工件磨削表面直径、工件速度、纵向进给量占比，取（4）加工工时：第3章专用铣夹具的设计本章节针对“工序160：粗铣、半精铣键槽和键槽至尺寸，槽深分别为12和8，表面粗糙度达到3.2”，进行了专用铣夹具的设计。3.1定位基准的选择通过加工工艺方案可知，在进行本表面的加工前，已经加工完成了工件的端面和外圆表面，为此可采用这些表面作为精基准来进行本道工序的加工。由键槽的参数要求可知，槽深8mm，槽壁相对于轴线有0.03mm的对称度要求，长度分别为键槽长108mm、键槽为15mm。故需要对本工件进行完全定位。选择左端面进行点定位，限制一个移动自由度，保证键槽长度方向尺寸。选择两处外圆表面进行定位，限制两个旋转自由度和两个移动自由度，保证凹槽两侧壁与轴线的对称度。选择一处曲拐端面进行点定位，限制一个旋转自由度、保证键槽在外圆表面的周向位置。3.2定位元件的设计对于外圆表面的定位，采用V形块作为定位元件，由于设计V形块限制四个自由度，故采用两个短V形块的组合形式。在定位位置上，左右两个各有一个φ65g6外圆表面，两个轴段的直径参数相同，故将V形块布置到这两个轴段处。对左端面采用定位销进行点定位，以限制沿轴线的移动自由度。定位销与夹具体采用过渡配合H7/n6，最后通过螺纹紧固。对一处曲拐采用定位销进行点定位，以限制绕轴线的旋转自由度。定位销与夹具体采用过渡配合H7/n6，最后通过螺纹紧固。3.3定位误差的计算根据零件的尺寸要求可知，凹槽深度尺寸8mm未进行公差标注，则可以按照《GB/T1804-2000未注公差的线性和角度尺寸公差》，取中等公差等级m，具体为线性公差±0.2mm，角度公差±30′。（1）对于长度尺寸，由于左端面和定位销紧密接触，故因本定位元件产生的定位误差为，（2）对于对称度公差0.03mm，由于V形块具有自定心的作用，故在凹槽两侧壁对于轴线的对称度的定位误差为，（3）对于槽底与轴线的平行度，双短V形块组合形式的定位误差根据下式进行计算，为，式中，分别为两个定位外圆的尺寸公差，此时两个定位外圆的已完成半精加工，尺寸公差为。α为V形块的夹角，本夹具中取。为两V形块定位点间的距离，由装配图得，则所用夹具能够满足加工所需的定位要求。3.4导向装置在铣削加工中，通常选用对刀块作为导向装置实现快速对刀。在本工序中采用行业标准件直角对刀块作为导向装置，设置与加工侧一端，对刀块与立铣刀间距1mm以放置塞尺，避免刀具和对刀块发生接触和磨损。对刀块与夹具体通过φ5的圆柱销定位，采用过渡配合H7/n6，并通过M6的内六角螺钉进行紧固。3.5夹紧力的确定在本工序中，考虑到已对工件的外圆表面进行了定位，且V形块承载力更强，故将夹紧力施加在垂直于V形块基面上。夹紧力的大小必须大于工件所受切削力，且在对键槽16进行粗加工时切削力最大。高速钢立铣刀对45钢进行粗铣时，铣削力的计算公式为，式中，为铣削深度，。f为每齿进给量，f=0.04mm/z。d为铣刀直径，d=14mm。b为铣削宽度，b=8。z为铣刀齿数，z=3。为工件材料修正系数，当材料为45钢时，。则，对求解数值乘以安全系数，得到切削力为，式中，为实际所需的夹紧力大小；为切削力等其它外力大小之和；为安全系数，通常K=2.2。3.6夹紧机构的设计在本工序中，同时对两个工件进行夹紧，故采用选用两个移动压板与螺纹夹紧相组合的结构进行夹紧力的施加，将压板作用到外圆表面上，通过联动装置，通过螺纹手柄同时控制对两个压板的动作。夹紧螺纹采用M8，所施加的夹紧力计算公式为，式中，螺纹直径，作用力Q=100N，施力长度L=120mm，当量摩擦半径，螺纹中径的一半，螺纹升角，当量摩擦角。得，W=4216N。通过装配图得知，施力点到支承点的距离为50mm，作用点到支承点的距离为82mm将计算夹紧力与切削力的力矩比较为，故本夹具采用的移动压板螺纹夹紧，夹紧力大小满足要求。

第4章总结本课题是某压缩机曲轴的工艺规程及工艺装备设计。首先压缩机及核心零件曲轴进行了阐述。其次针对该工件进行工艺分析和工艺规程的设计，并工艺装备的选择和切削用量及切削时间的确定，同时完成工艺文件的填写。最后，针对铣削键槽和键槽的工序完成了专用铣夹具的设计。并得出以下结论：（1）本工件毛坯通过锻造成型，根据基准统一和基准重合的原则确定工件的轴线和左端面为精基准，并确定粗基准为毛坯的外圆表面和右端面。（2）从基准重合、先粗后精、先面后孔的角度设计了工艺加工路线，并将辅助加工工序与切削加工工序进行了合理结合。（3）设计专用铣夹具时，采用完全定位的方式并计算定位误差满足零件技术要求。对刀装置选用直角对刀块，并配合塞尺完成对刀。对确定夹紧力方向垂直于主定位面，选择铰链板和移动压板的联动夹紧方式实现了工件的夹紧，并校核夹紧力满足要求。

参考文献朱耀祥,浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京:机械工业出版社,2018:14