【正文】 ..................................................................... 28 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................ 29 致謝 .............................................................................................................................................. 30 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 引言 曲軸屬于異形軸，它是發(fā)動(dòng)機(jī)，空壓機(jī)，曲柄壓力機(jī)，剪切機(jī)等機(jī)械設(shè)備中的重要零件。 柴油機(jī)曲軸作為重要運(yùn)動(dòng)部件，設(shè)計(jì)要求高，在長(zhǎng)時(shí)間、高速度運(yùn)轉(zhuǎn)下，容易過(guò)早地出現(xiàn)失效或斷裂現(xiàn)象； 本文對(duì)曲軸表面強(qiáng)化處理、軸向尺 寸控制、工藝流程制定、車間布置、鍵槽位置公差及軸頸平行度 保證等生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題的解決，強(qiáng)化曲軸生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性，提高了曲軸制造質(zhì)量。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 曲軸加工工藝及 Φ 4 小孔鉆夾具設(shè)計(jì) CRANK DRILL HOLE PROCESSING TECHNOLOGY AND FIXTURE DESINGΦ 4 學(xué)院（部）： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)設(shè) 063 學(xué)生姓名： 陶思勤 指導(dǎo)教師： 何慶教授 2021 年 6 月 2 日 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) I 曲軸加工工藝及 Φ 4 小孔鉆夾具設(shè)計(jì) 摘要 零件的加工工藝編制，在機(jī)械加工 中占有非常重要的地位，零件工藝編制得合不合理，這直接關(guān)系到零件最終能否達(dá)到質(zhì)量要求；夾具的設(shè)計(jì)也是不可缺少的一部分，它關(guān)系到能否提高其加工效率的問(wèn)題。因此這兩者在機(jī)械加工行業(yè)中是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。 本次設(shè)計(jì)研究了柴油機(jī)曲軸生產(chǎn)工藝，對(duì)曲軸表面強(qiáng)化處理、 軸向尺寸控制、工藝流程、車間平面布置、鍵槽位置公差、軸頸平行度等技術(shù)問(wèn)題的解決保證了曲軸制造質(zhì)量，強(qiáng)化曲軸生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性，在實(shí)際生產(chǎn)中效益顯著。曲軸的結(jié)構(gòu)與一般軸不同，它由主軸頸，曲拐軸頸，主軸頸和曲拐軸頸間的連接板等部分組成。 曲軸專用夾具設(shè)計(jì)一般是在曲軸的機(jī)械加工工藝過(guò)程制訂之后按照某一工序的具體要求進(jìn)行的。夾具設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低，應(yīng)以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、維護(hù)容易等為其衡量指標(biāo)。曲軸在整個(gè)運(yùn)動(dòng)和能量傳遞過(guò)程中受力狀況復(fù)雜 :一方面承受很大的交變扭矩，另一方面又承受著大小和方向不斷變化著的彎曲力矩，是承受載荷最大的零件之一。 同時(shí)作為主要運(yùn)動(dòng)件，因結(jié)構(gòu)限制，其支承方式大都采用滑動(dòng)軸承，潤(rùn)滑方式以壓力潤(rùn)滑為主，通常也伴有液體動(dòng)力潤(rùn)滑的成分，因此對(duì)形位公差、尺寸公差要求都比較高 。圓柱度公差等級(jí)為 7級(jí) 。此外還有相位角度偏差，一般不大于土 2039。重要表面粗糙度一般不低于 Ra值 。加之曲軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差，尤其給機(jī)械加工帶來(lái)了很大困難。工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中，曲軸的材料因素是決定熱處理工序和選用設(shè)備及切削用量的依據(jù)。 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中，曲軸毛坯類型是選擇加工總余量及前幾道工序的加工余量的決定安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 因素，也是選擇刀具材料及設(shè)備性能的依據(jù)。好的毛坯制造工藝和毛坯質(zhì)量，往往可大幅度降低機(jī)械加工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且比采取某些高生產(chǎn) 率的機(jī)械加工工藝措施更為有效。目前長(zhǎng)度小于 1200mm的曲軸廣泛采用，并結(jié)合自動(dòng)化的圓角滾壓強(qiáng)化及校直技術(shù)，可大大提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，降低制造及使用成本。氮化層的脆性、疏松、氮化物形態(tài)按 GB11354評(píng)定。與淬火工藝相比，氮化層形成了更大的表面壓應(yīng)力，所以氮化件的抗疲勞強(qiáng)度極限可提高 15%30%。但由于曲軸呈拐狀，曲柄銷與主軸頸偏離了一定的距離，不在同一軸心線上，形狀較復(fù)雜，剛性不足，余量較大等結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，因此，在制訂曲軸機(jī)械加工工藝過(guò)程時(shí)，應(yīng)著重考慮下述幾個(gè)問(wèn)題：基準(zhǔn)的選擇；加工曲柄銷對(duì)偏心裝夾而引起的不平衡；粗加工后內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形等。粗加工切除毛坯的大部分余量，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，以便及時(shí)報(bào)廢或補(bǔ)救，避免完工后才發(fā)現(xiàn)而造成的加工費(fèi)用損失。所以不在前幾道工序就對(duì)其某一部位完成高精度面的最終加工，而是先完成各表面的粗加工，然后再完成各表面精加工，主要表面的精加工和光整加工放在最后進(jìn)行。 在基準(zhǔn)的選擇上，首先要貫徹精基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，這樣以來(lái)許多工序的夾具定位裝置和夾緊裝置都相同或相似。以兩端主軸外圓作為精基準(zhǔn)，在機(jī)床上統(tǒng)一用 V 型定位塊定位，在粗磨和精磨連桿軸頸外圓兩道工序中均以此為精基準(zhǔn)。小工序余量對(duì)切入式 (成形 )磨削的砂輪的形狀保持尤其有利，在磨削過(guò)程中，能夠有效避免中途修整砂輪。結(jié)合不同的最終熱處理方式，精加工和光整加工的順序也有所不同 :采用淬火工藝，則在半精加工后淬火處理，在精加工后進(jìn)行冰冷處理及低溫回火，最后再進(jìn)行光整加工 。m厚度的曲軸有效表面硬度達(dá)到 HV450以上，不宜深度光整 加工 。為了消除粗加工后零件內(nèi)應(yīng)力，不管最終熱處理采用什么方式，曲軸在半精加工之前還必須進(jìn)行去應(yīng)力處理。采用這種方式加工精度較低、柔性很差、工序質(zhì)量穩(wěn)定性低，且容易產(chǎn)生較大的內(nèi)部 應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。因此粗加工需要給后續(xù)精加工工序留較大的加工余量，以去除彎曲變形量。通?？渴止げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率較高。精加工仍以普通磨床磨削工藝為主。精加工工藝多采用半自動(dòng)曲軸磨床，頭架和尾座同步傳動(dòng)，加工精度有一定的提高。曲軸精加工已少量采用數(shù)控磨床磨削工藝，尺寸的一致性得到改善 。另外， CNC 車－車?yán)に嚰?工連桿軸安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 頸要二道工序， CNC 高速外銑只要一道 工序就能完成，具有以下優(yōu)點(diǎn)：切削速度高 (可高達(dá) 350m/min)、切削時(shí)間較短、工序 循環(huán) 時(shí)間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少、加工精度更高、柔性更好。精加工使用數(shù)控磨床，采用靜壓主軸、靜壓導(dǎo)軌、靜壓進(jìn)給絲杠 (砂輪頭架 )和線性光柵閉環(huán)控 制等控制裝置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證，精加工還廣泛使用數(shù)控砂帶 拋光機(jī) 進(jìn)行超精加工，經(jīng)超精加工后的曲軸軸頸表面粗糙度至少提高一級(jí)精度 20世紀(jì) 90年代中期又開(kāi)發(fā)出 CNC 高速外銑，它對(duì)平衡塊側(cè)面需要加工的曲軸，比 CNC 車削、 CNC 內(nèi)銑、車 車?yán)纳a(chǎn)效率還要高。所以 CNC 高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發(fā)展方向。 20世紀(jì) 90年代 開(kāi)發(fā)的 CBN 高速磨削。這將會(huì)出現(xiàn)以磨代替其他粗加工工藝的新局面。過(guò)去將加工中心稱為復(fù)合加工機(jī)床，但因工具交換加工的品種受到限制，而且也走不出切削加工的領(lǐng)域，現(xiàn)在已經(jīng)不再將一般的加工中心稱之為復(fù)合加工機(jī)床了。奧地利 WFL公司生產(chǎn)的臥式車銑復(fù)合加工中心能在曲軸硬化前 “ 一次裝夾，完全加工 ” ，加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn)入精加工工序。該機(jī)床代表了我國(guó)同類機(jī)床的最高水平。該加工中心備有 48~96 工位刀庫(kù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，一次裝卡可進(jìn)行車、銑、鉆、鏜、攻絲等的加工。 1． 5 曲軸加工工藝總的發(fā)展趨勢(shì) 由以上演變可以看出，曲軸的加工工藝正向著高速、高效、復(fù)合 化方向發(fā)展。主軸頸和連桿頸可一次裝夾全部磨削完畢；超精加工采用數(shù)控砂帶拋光機(jī)，帶尺寸控制裝置。粗加工設(shè)備多采用 S1 20 S1 217 或 S1130 車主支承頸及連桿銷頸 , 工序質(zhì)量的穩(wěn)定性較差 , 難以達(dá)到合理加工余量。 止推面留單邊余量 013～ 014mm, 為保證成品尺寸 , 采取多次磨削方式。通常靠手工操作 , 加工質(zhì)量不穩(wěn)定 , 廢品率高。曲軸的關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目仍與國(guó)外相差 1～ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。采用龍門式自動(dòng)上下料 , 集放式機(jī)動(dòng)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。 cm 以內(nèi)。工序質(zhì)量可達(dá)到國(guó)內(nèi)粗磨后的水平 , 且切削變形小、效率高。 (4) 國(guó)外的曲軸磨床均采用 CNC 控制技術(shù) , 具有自動(dòng)進(jìn)給、自動(dòng)修正砂輪、自動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)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(dòng)線 , 近幾年隨著槍鉆技術(shù)的應(yīng)用 , 油孔的加工大多已采用槍鉆自動(dòng)線鉆孔 — 修緣 — 拋光。 (7) 動(dòng)平衡一般采用 CNC 控制的綜合平衡機(jī) ,測(cè)量、修正一次完成。 (9) 曲軸的清洗采用專用精洗機(jī)定點(diǎn)定位清洗 , 保證了曲軸清潔度要求。專用圓角滾壓機(jī)自動(dòng)控制 , 對(duì)所有軸頸圓角進(jìn)行一次滾壓 , 而且滾壓力和滾壓角度可自動(dòng)調(diào)節(jié) , 使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余壓應(yīng)力 , 提高了曲軸的疲勞強(qiáng)度。 （ 1） 保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量 由于航空航天、精密機(jī)械、電子工業(yè)和軍工的需要，對(duì)零件的精度和表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，相繼出現(xiàn)了新工藝和新技術(shù)。 （ 2） 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的方法有三種。二是改進(jìn)工藝方法、創(chuàng)造新工藝如利用鍛壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削加工，對(duì)高強(qiáng)度、高硬度的難切削材料采用特種加工等。如采用數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、成組技術(shù)和無(wú)人化車間或工廠等。 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過(guò)程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁，夾具的機(jī)能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。 隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來(lái)愈高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機(jī) 械生產(chǎn)的主流，為了適應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢(shì)，必然對(duì)機(jī)床夾具提出更高的要求。 （ 2） 大力研制推廣實(shí)用新型機(jī)床夾具 在單件，小批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制中，應(yīng)推廣使用組合夾具和半組合夾具。 （ 3） 提高夾具的機(jī)械化，自動(dòng)化水平 近十幾 年來(lái)，高效，自動(dòng)化夾具得到了迅速的發(fā)展。 本文研究?jī)?nèi)容 曲軸 是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的機(jī)件 ， 其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個(gè)重要部位：主軸頸 和 連桿頸。 曲軸的潤(rùn)滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤(rùn)滑和兩頭固定點(diǎn)的潤(rùn)滑 。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程就是，活塞經(jīng)過(guò)混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 同時(shí) ， 曲軸還驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)以及其它各輔助裝置 。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2 制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對(duì)生產(chǎn)組織和零件加工工藝過(guò)程起著重要的作用，它決定了個(gè)工序所需專業(yè)化和自動(dòng)化的程度以及所選用的工藝方法 和工藝裝備。 由零件生產(chǎn)綱領(lǐng)計(jì)算公式： (1 % % )N Q n ??? ? ? 得： (1 % % )N Q n ??? ? ? 1 5 0 0 0 1 (1 1 0 % 1 % )? ? ? ? ? 16650 /? 件 年 （ 21） 生產(chǎn)綱領(lǐng)決定生產(chǎn)類型，但是生產(chǎn)類型與零件的大小和復(fù)雜程度有關(guān)，由曲軸的年產(chǎn)量，且已知該零件為輕型零件 ，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 表 型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)關(guān)系為大批生產(chǎn)。曲軸在整個(gè)運(yùn)動(dòng)和能量傳遞過(guò)程中受力狀況復(fù)雜 :一方面承 受很大的交變扭矩，另一方面又承受著大小和方向不斷變化著的彎曲力矩，是承受載荷最大的零件之一。 零件圖樣分析 曲軸零件圖樣見(jiàn)圖 21所示。 （ 2）主軸頸和兩岸軸頸連接 的 各處為光滑圓角，其目的是減少應(yīng)力集中。 （ 4）加工后應(yīng)清除油孔內(nèi)一切雜物。 （ 6）保證主軸頸的外圓全跳動(dòng)公差為 （ 7）保證連桿軸頸Φ 65軸線對(duì)Φ 70h6 軸線平行度公差為 。 （ 9）保證鍵槽 ? 軸線 對(duì) 02:1 錐度軸線的 平行度 公差為 。各種型材和工程塑料件等。例如，零件材料為鑄鐵，須用鑄造毛坯；強(qiáng)度要求高而形狀不太復(fù)雜的鋼制品零件一般采用鍛件。 （ 3）依據(jù)生產(chǎn)類型確定毛坯。例如模鍛、壓力鑄造等。 （ 4）確定毛坯時(shí)既要考慮毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)能力又要充分注意采用新工藝、新技術(shù)、新材料的可能性。曲軸零件材料為 QT7002， ，零件結(jié)構(gòu)一般，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表 毛坯的制造采用 熔模鑄造，制造精度 108?IT ，鑄件的尺寸公差等級(jí) 75?IT ， 加工余量等級(jí) D。定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn)。 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。否則，加工工藝過(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。因此選擇定位基準(zhǔn)的總原則應(yīng)該是從有較高位置精度要求的表面中進(jìn)行選擇。 粗基準(zhǔn)的選擇 選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，考慮的重點(diǎn)是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表面與加工表面間的尺寸、位子符