【正文】 工件正確夾緊所需力的計算 ................................................................................. 40 螺釘夾緊力 ......................................................................................................... 40 夾具的定位精度分析 ............................................... 40 2 確定的定位方案 .................................................................................................. 40 誤差分析與計算 .................................................................................................. 41 第五章 結(jié)束語 ............................................... 42 致 謝 ...................................................... 43 參考文獻 .................................................... 44 3 第一章 緒 論 制造業(yè)生產(chǎn)的是具有直接使用價值的產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品與社會的生產(chǎn)活動和人民生活息息相關(guān)。當(dāng)今制造業(yè)不僅是科學(xué)發(fā)展和技術(shù)發(fā)明轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實規(guī)模生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并已成為為人類提供生活所需物質(zhì)財富和精神財富的重要基礎(chǔ)。良好的居住環(huán)境，充 分的能源供給，便捷的交通和通信設(shè)施，豐富多彩的應(yīng)刷出版、廣播影視和網(wǎng)絡(luò)媒體，優(yōu)良的醫(yī)療保健手段，可靠的國家和社會安全以及抵抗自然災(zāi)害的能力等，均需要制造業(yè)的支持。 設(shè)計的主要內(nèi)容 汽車發(fā)動機曲軸機械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計（生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批量生產(chǎn)）。 掌握工業(yè)規(guī)程設(shè)計的基本要求，設(shè)計工藝規(guī)程內(nèi)容及步驟，制作機械加工工藝過程卡片，機械加工工序卡片。 掌握專用機床夾具設(shè)計的基本要求，設(shè)計主軸箱零件加工 1 主要工序的專用機床夾具，掌握夾具設(shè)計的程序與內(nèi)容，繪制夾具總圖和主要零件圖，編寫夾具設(shè)計使用說明書。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國的發(fā)動機曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。曲軸在發(fā)動機中是承受載荷傳遞動力的重要零部件，也是發(fā)動機五大零部件中最難以保證加工質(zhì)量的零部件，其性能、水平直接影響整機的性能水平及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達國家十分重視曲軸的生產(chǎn)，不斷改進其材質(zhì)及加工手段， 以提高其性能水平，滿足發(fā)動機行業(yè)的需要。近幾年來， 國內(nèi)曲軸加工發(fā)展十分迅速。尤其是大功率汽車機曲軸。先進的加工工藝加工出的曲軸質(zhì)量好、效 率高且穩(wěn)定，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國的發(fā)動機曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當(dāng)?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。 曲軸是柴油機中關(guān)鍵零件之一，其材質(zhì)大體分為兩類：一是鋼鍛曲軸，二是球墨鑄鐵曲軸。由于采用鑄造方法可獲得較為理想的結(jié)構(gòu)形狀，從而減輕質(zhì)量，且機加工余量隨鑄造工藝水平的提高而減小。球鐵的切削性能良好，并和鋼制曲軸一樣可以進行各種熱處理和表面強化處理，來提高曲軸的抗疲勞強度和耐磨性。而且球鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比剛大，減小了工作時的扭轉(zhuǎn)振動的振幅和應(yīng)力，應(yīng)力 集中也沒有鋼制曲軸的敏感。所以球磨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到廣泛采用。 4 從目前整體水平來看，毛坯的鑄造工藝存在生產(chǎn)效率低，工藝裝備落后，毛坯機械性能還不穩(wěn)定、精度低、廢品率高等問題。從以下幾個工藝環(huán)節(jié)采取措施對提高曲軸質(zhì)量具有普遍意義。①熔煉 國內(nèi)外一致認(rèn)為高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球鐵的關(guān)鍵所在。為獲得高溫低硫磷的純凈鐵水，可用沖天爐溶化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。②球化處理 ③孕育處理 沖天爐熔化球鐵原鐵水對銅鉬合金球鐵采用二次孕育。這對于防止孕育衰退，改善石墨形態(tài)，細(xì)化石墨 及保證高強度球鐵機械性能具有重要作用。④合金化 配合好銅和鉬的比例對形成珠光體組織十分有利，可提高球鐵的強度，而且銅和鉬還可大大降低球鐵件對壁厚的敏感性。⑤造型工藝 氣流沖擊造型工藝由于粘土造型工藝，課獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂型具有無反彈變形量的特點，這對于多拐曲軸尤為重要。⑥澆注冷卻工藝采用立澆 立冷，斜澆 斜冷、斜澆 反斜冷三種澆注方式較為理想，其中后一種最好。斜澆 反斜冷的特點是：型腔排氣充分，鐵水充型平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)撇渣效果好，冒口對鑄件的補縮效果好，適應(yīng)大批量流水線生產(chǎn)。 目前，國內(nèi) 大部分專業(yè)廠家普遍采用普通機床和專用組合機床組成的流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率、自動化程序較低。曲軸的關(guān)鍵技術(shù)項目仍與國外相差 12 個數(shù)量級。國外的加工工藝大致可歸納為如下幾個特點：①廣泛的采用數(shù)控技術(shù)和自動線，生產(chǎn)線一般由幾段獨立的自動化生產(chǎn)單元組成，具有很高的靈活性和適應(yīng)性。采用龍門式自動上下料，集放式機動滾道傳輸，切削液分粗加工與精加工兩段集中供應(yīng)和回收處理。②曲軸的主要加工工序基準(zhǔn)中心孔，一般采用質(zhì)量定心加工方式，這樣在靜平衡時，加工量很少。③軸頸的粗加工一般采用數(shù)控銑削或車?yán)に?。工序質(zhì)量科達到國內(nèi)粗磨后 的水平，且切削變形小、效率高。銑削和車?yán)乔S粗加工的發(fā)展方向。④國外的曲軸軸磨床均采用 CNC 控制技術(shù)，具有自動進給、自動修正砂輪、自動補償和自動分度功能，使曲軸的磨削精度和效率顯著提高。⑤油孔的加工采用鼓輪鉆床和自動線，近幾年隨著槍鉆技術(shù)應(yīng)用，油孔的加工大已采用槍鉆自動線鉆孔 修緣 拋光。⑥曲軸拋光采用 CNC 控制的砂帶拋光機，所有軸頸一次拋光只需 20 秒，粗糙度可達 以下，大大減小了發(fā)動機的磨合期。⑦動平衡一般采用 CNC 控制的綜合平衡機，測量，修正一次完成。⑧檢驗一般生產(chǎn)線上配備 MARPOSS 或 HOMWORK 綜合檢測機，實現(xiàn)在線檢測，對曲軸的幾乎所有機加工項目均可一次完成檢測、顯示和打印。⑨曲軸的清潔采用專用精洗機定點定位清洗，保證了曲軸清潔度要求。⑩廣泛采用了軸頸過度圓角滾壓技術(shù)。專用圓角滾壓機自動控制，對所用軸頸圓角進行一次滾壓，而且滾壓力和滾壓角可自動調(diào)節(jié)，使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余應(yīng)力，提高了曲軸的疲勞強度。 曲軸熱處理的關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理，一般均為正火處理，為表面處理做好準(zhǔn)備。 5 表面強化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝，少數(shù)廠家還引用了圓角淬火技術(shù)和設(shè)備。 球鐵曲軸具有諸多優(yōu)點，國內(nèi)外廣泛采 用。但整體水平與國外還有相當(dāng)差距，出生產(chǎn)規(guī)模小，管理落后外，主要差距仍是制造工藝的落后。借鑒國外的先進技術(shù)和工藝方法是提高我國曲軸制造水平的捷徑。 夾具是工藝裝備的主要組合部分，在機械制造中占有重要地位。夾具對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，減輕勞動強度，擴大機床使用范圍，縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。目前，單件、小批量生產(chǎn)正逐漸成為現(xiàn)代機械制造業(yè)新的生產(chǎn)模式。在這種生產(chǎn)模式中，要求加工機床和夾具裝備具有更好的柔性，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，降低生產(chǎn)成本，所以，按單一品種設(shè)計專用夾具的方法已不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求 ，而組合夾具正式適應(yīng)這一生產(chǎn)模式的柔性工裝設(shè)備。它對縮短工藝裝備的設(shè)計，制造周期，以及產(chǎn)品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關(guān)重要的作用。國外為了適應(yīng)這種生產(chǎn)模式，也把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展。 我國于 80 年代末開始對組合夾具元件的設(shè)計和管理進行了研究和開發(fā)，在總結(jié)和吸取我國應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢，研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調(diào)性和孔的旋轉(zhuǎn)可調(diào)性的優(yōu)勢，可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此 系統(tǒng)把大中小三個系列的原件郵寄融為一體，可在一塊多夾具基礎(chǔ)板上，既能組裝單個大工件，又能組裝多個中小零件夾具，有利于裝夾具基礎(chǔ)板長期固定在機床工作臺上，次系統(tǒng)還設(shè)有孔系和槽系過渡元件，便于實現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學(xué)麻建東和劉璇開開發(fā)的組合夾術(shù)應(yīng)用，油孔的加工大已采用槍鉆自動線鉆孔 修緣 拋光。⑥曲軸拋光采用CNC 控制的砂帶拋光機，所有軸頸一次拋光只需 20 秒，粗糙度可達 以下，大大減小了發(fā)動機的磨合期。⑦動平衡一般采用 CNC 控制的綜合平衡機，測量，修正一次完成 [12]。⑧檢驗一般生產(chǎn)線 上配備 MARPOSS 或 HOMWORK 綜合檢測機，實現(xiàn)在線檢測，對曲軸的幾乎所有機加工項目均可一次完成檢測、顯示和打印。⑨曲軸的清潔采用專用精洗機定點定位清洗，保證了曲軸清潔度要求。⑩廣泛采用了軸頸過度圓角滾壓技術(shù)。專用圓角滾壓機自動控制，對所用軸頸圓角進行一次滾壓，而且滾壓力和滾壓角可自動調(diào)節(jié)，使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余應(yīng)力，提高了曲軸的疲勞強度。 曲軸熱處理的關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理，一般均為正火處理，為表面處理做好準(zhǔn)備。表面強化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝，少數(shù)廠家還引用了圓角淬火技術(shù)和設(shè)備。 球鐵曲軸具有 諸多優(yōu)點，國內(nèi)外廣泛采用。但整體水平與國外還有相當(dāng)差距，出生產(chǎn)規(guī)模小，管理落后外，主要差距仍是制造工藝的落后。借鑒國外的先進技術(shù)和工藝方法是 6 提高我國曲軸制造水平的捷徑。 夾具是工藝裝備的主要組合部分，在機械制造中占有重要地位。夾具對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，減輕勞動強度，擴大機床使用范圍，縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。目前，單件、小批量生產(chǎn)正逐漸成為現(xiàn)代機械制造業(yè)新的生產(chǎn)模式。在這種生產(chǎn)模式中，要求加工機床和夾具裝備具有更好的柔性，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，降低生產(chǎn)成本，所以，按單一品種設(shè)計專用夾具的方法已不 能滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求，而組合夾具正式適應(yīng)這一生產(chǎn)模式的柔性工裝設(shè)備。它對縮短工藝裝備的設(shè)計，制造周期，以及產(chǎn)品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關(guān)重要的作用。國外為了適應(yīng)這種生產(chǎn)模式，也把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展。 我國于 80 年代末開始對組合夾具元件的設(shè)計和管理進行了研究和開發(fā)，在總結(jié)和吸取我國應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢，研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調(diào)性和孔的旋轉(zhuǎn)可調(diào)性的優(yōu)勢，可直接組裝獲得任何直線 尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個系列的原件郵寄融為一體，可在一塊多夾具基礎(chǔ)板上，既能組裝單個大工件，又能組裝多個中小零件夾具，有利于裝夾具基礎(chǔ)板長期固定在機床工作臺上，次系統(tǒng)還設(shè)有孔系和槽系過渡元件，便于實現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學(xué)麻建東和劉璇開開發(fā)的組合夾具元件庫，元件庫模塊的核心程序用ohjectARX 工具包開發(fā)，界面程序用 AU TOCAD 提供的對話框控制語言DCL(Dialog Cont rol Language)語言開發(fā)，在 VC++ 的編譯和聯(lián)接，生成的 ARX 課執(zhí) 行程序在 AU TOCAD14 下直接加載運行。元件庫可為使用者提供 7 類組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設(shè)計功能，并生成三維組合夾具構(gòu)型圖，在 CAD 的環(huán)境中可進行修改或刪除，山東工業(yè)大學(xué)的徐志剛在“廣義隱射原理”的指導(dǎo)下，開發(fā)了支持“ topdown”風(fēng)范的夾具設(shè)計軟件自動化系統(tǒng)。吳玉光博士在這個機構(gòu)領(lǐng)域取得了較大的突破。提出孔系基礎(chǔ)板組合夾具設(shè)計的系統(tǒng)方法。該方法利用連桿機構(gòu)原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件全部候選定位方案，并提出定位銷可見錐概念和定位銷轉(zhuǎn)動支點的概念，進行定位方案的卸裝方便性分析 。進一步提出瞬心三角形和同向邊的概念，對工件進行可夾緊分析、確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)開拓了新的局面。 7 第二章 零件分析 零件的作用 曲軸是汽車發(fā)動機的重要零件。它的作用是把活塞的往復(fù)直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動，將作用在活塞上的氣體壓力變成扭矩，用來驅(qū)動工作機械和汽車發(fā)動機各輔助系統(tǒng)進行工作。 曲軸在工作時承受著不斷變化的壓力、慣性力和它們的力矩作用，因此要求曲軸具有強度高、剛度大、耐磨性好，軸頸表面加工尺寸精確。 曲軸工藝分析 曲軸一般是由自由端、功率輸出端和若干個曲 拐組成。曲拐由主軸頸、連桿軸頸和曲柄組成。如所示，該曲軸是整體式曲軸，有四個曲拐；主軸頸和連桿軸頸分布在同一平面內(nèi)，四個連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布，相互夾角 180176。 曲軸的工藝特點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量要求較高；剛性差，屬于易彎曲變形的異性軸類零件。 曲軸的主要加工表面有：主軸頸、連桿軸頸及法蘭盤端等。除了在零件圖上的技術(shù)要求之外還應(yīng)滿足以下要求： 曲軸半徑公差為177。 。 主軸頸、連桿軸頸與曲柄連接圓角的 Ra ≤ m。 各連桿軸頸線之間的角度偏差不大于177。 30′。 主軸頸、連桿軸頸需高頻淬火，硬度為 55— 62HRC，淬火層深度不小于 3mm。 曲軸的動力平衡不得大于 120g178。 cm。 圖 21 零件圖 圖 21 8 第三章 工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的材料和制造形式 曲軸要求較高的剛性和沖擊韌性，其形狀尺寸以軸為主，毛坯形狀較復(fù)雜，