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功夫 編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目： 單拐曲軸工藝工裝設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 　　　 0923040　　　　 學生姓名： 吳 勇 杰 指導教師： 　 韓邦華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 37 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 單拐曲軸工藝工裝設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械91 學 號： 0923040 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院 　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、 題目及專題 1、 題目 單拐曲軸工藝工裝設計 2、 專題 二、 課題來源及選題依據 課題來源為無錫某機械公司。該課題主要是為了培養(yǎng)學生對機械產品開發(fā)、設計和創(chuàng)新的能力，要求學生能夠結合零件加工工藝與常規(guī)機床，針對實際使用過程中存在的金屬加工中所遇到的三維造型、機床的驅動及工件夾緊問題，綜合所學的機械三維造型、機械理論設計與方法、機械加工工藝及裝備等有關機械的知識，對高效、快速夾緊裝置進行改進設計，以此來實現金屬加工機床驅動與夾緊的半自動控制。 在設計專用夾具裝置時，在滿足產品工作要求的情況下，應盡可能多的采用標準件，提高其互換性要求，這樣可利于減少產品的設計與生產成本，增加企業(yè)效益。 三、 本設計（論文或其他）應達到的要求 ① 該部件工作時，能正常運轉； ② 熟悉有關標準、規(guī)格、手冊和資料的應用； ③ 擬定零件的機械加工工藝方案，并對多個方案進行對比分析，進行優(yōu)化設計； ④ 對現代加工機床所需的快速夾緊系統(tǒng)具有初步的分析能力和改進設計的能力； ⑤ 理論聯系實際的工作方法和獨立工作能力深化和提高； ⑥ 設計繪制零件工作圖若干； ⑦ 編制設計說明書1份。 四、 接受任務學生： 機械 91 班 姓名 吳勇杰 五、 開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、 設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12日 摘 要 本文是對曲軸零件三維造型及零件的機械加工工藝路線的設計，并根據加工工序的要求完成對夾具的設計。三維造型主要表達了零件的造型過程，并可根據零件三維圖樣自動生成零件的數控加工程序。 曲軸作為軸類零件，其主要加工表面是外圓及端面。其結構相對簡單，加工時間少，加工成本較低，但零件的加工精度要求較高。按照機械加工工藝要求，需遵循先面后孔的原則，并且為了保證加工精度將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段。基準選擇以外圓面作為粗基準，以兩個中心孔作為精基準，確定了其加工的工藝路線和加工中所需要的各種工藝參數。 在零件的夾具設計中，主要是根據零件加工工序要求，分析應當限制的自由度的數量，進而根據零件的表面特征選定定位元件，再分析所選定位元件能否限定應限自由度。確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件，最后就是來完成專用夾具的結構設計。 關鍵詞：曲軸；加工工藝；工序；專用夾具 Abstract This paper is the design of line machining technology of the three dimension modeling and parts of Crankshaft parts. According to desire, the author designed the fixture of the work-piece. Three dimension modeling described the process of the work-piece. Then auto generated the computer program according to the modeling. The Crankshaft components as a class of axis, its main processing surface are the plane and the cylindrical. According to the machine-finishing technological requirement, after following the first surface then the hole principle, and is clear about the hole and the plane processing divides the rough machining and the precision work stage guarantees the working accuracy. The datum choice takes the cylindrical surface by the support surface, takes the fine datum by the support two center holes, had determined in its processing's craft route and the processing needs each technological parameter. In the designing of the fixture, selected the orientation units is the main work. And analyzed the restriction of the work-piece when the machining. Then selected the gripping components and decided the contracture of the fixture. Key words: crankshaft; machining processing; workstage; special fixture 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目錄 V 1 緒論 1 1.1本課題的研究內容和意義 1 1.2國內外的發(fā)展概況 1 1.3本課題應達到的要求 2 2 零件的造型 4 2.1 零件造型軟件的介紹 4 2.2 零件造型的流程 4 3 零件的工藝分析 8 3.1 零件的工藝分析 8 3.2 零件的功用分析 8 3.2.1 軸類零件的功用 8 3.2.2 軸類零件的主要技術要求 8 3.2.3 軸類零件的材料、毛坯及熱處理 9 4 零件工藝規(guī)程的設計 10 4.1 確定制造毛坯的方式 10 4.2 加工方法分析及確定 10 4.3 加工順序的安排 10 4.4 定位基準的選擇 10 4.4.1 選擇定位基準的方法 10 4.4.2 軸類零件的定位基準與裝夾方法 12 4.5 擬定加工零件的工藝路線 13 5 毛坯尺寸、工序尺寸和機械加工余量的確定 17 5.1 工序尺寸及公差的確定 17 5.2 設備及工藝裝備的確定 20 5.3 切削用量及工時定額的確定 20 6 鉆4-φ22孔專用夾具設計 26 6.1 指出加工過程中的問題 26 6.1.1 機床夾具的作用 26 6.1.2 鉆床夾具的類型 26 6.1.3 鉆夾具選擇的原則 27 6.2 夾具的設計 27 6.2.1 定位基準的選擇 27 6.2.2 定位方案的確定 28 6.2.3 定位元件的確定 28 6.2.4 切削力及夾緊力計算 28 6.2.5鉆套、連接元件及鉆模板的設計 29 6.2.6 夾具體的設計 30 6.2.7 夾具精度分析 30 6.2.8 夾具設計及操作的簡要說明 30 7車曲軸軸頸專用夾具設計 31 7.1 問題的指出 31 7.2車夾具的選擇與設計 31 7.3 夾具設計 31 7.3.1 選擇定位基準 31 7.3.2 確定定位元件 31 7.3.3 夾緊裝置的設計要求 32 7.3.4 夾具體的設計 32 7.3.5 夾具精度分析 33 7.3.6夾具設計及操作的簡要說明 33 8 結論與展望 34 8.1結論 34 8.2不足之處及未來展望 34 畢業(yè)設計小結 35 致謝 36 參考文獻 37 單拐曲軸工藝工裝設計 1 緒論 1.1本課題的研究內容和意義 機械的加工工藝及夾具設計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯系實際的綜合運用，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術的工作打下基礎。 機械加工工藝是實現產品設計，保證產品質量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，合理的機械加工工藝過程是企業(yè)進行生產準備、計劃調度、加工操作、生產安全、技術檢測和健全勞動組織的重要依據，也是企業(yè)上品種、上質量、上水平，加速產品更新，提高經濟效益的技術保證。 因而不僅要合理結合企業(yè)的生產實際來進行零件加工工藝文件的編制，而且還要根據零件的加工要求和先進的加工機床來設計先進高效的夾具。 合理的機械加工工藝文件不僅能提高一個企業(yè)的技術革新能力，而且可以較大程度地提高企業(yè)的利潤，因而合理地編制零件的加工工藝文件就顯得時常重要。機械加工工藝文件的合理性也會受到企業(yè)各方面因素的制約，比如企業(yè)的生產設備、工人的技術水平及夾具的設計水平等，其中較為重要的是夾具的生產和設計。夾具是機械加工系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現代制造系統(tǒng)，夾具的設計都是十分重要的。好的夾具設計可以提高產品勞動生產率，保證和提高加工精度，降低生產成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設計及制造提出了更高的要求。所以對機械的加工工藝及夾具設計具有十分重要的意義。 該課題主要是為了培養(yǎng)我們開發(fā)、設計和創(chuàng)新機械產品的能力，要求我們能夠結合常規(guī)機床與零件加工工藝，針對實際使用過程中存在的金屬加工中所需要的三維造型、機床的驅動及工件夾緊問題，綜合所學的機械三維造型、機械理論設計與方法、機械加工工藝及裝備等知識，對高效、快速夾緊裝置進行改進設計，從而實現金屬加工機床驅動與夾緊的半自動控制。 就我個人而言，通過這次畢業(yè)設計隊自己所學的理論知識進行一次綜合運用，也是對四年的學習深度的一個檢驗。從中鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，并希望通過畢業(yè)設計能養(yǎng)成一種嚴謹、務實、求真、奮進的工作態(tài)度，不僅是對生活的一種感悟，而且為參加工作打下一個良好的基礎。因而具有十分重要的意義。 1.2國內外的發(fā)展概況 夾具從產生到現在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現為夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。 在夾具設計過程中，對于被加工零件的定位、夾緊等主要問題,設計人員一般都會考慮的比較周全，但是，夾具設計還經常會遇到一些小問題，這些小問題如果處理不好，也會給夾具的使用造成許多不便，甚至會影響到工件的加工精度。我們把多年來在夾具設計中遇到的一些小問題歸納如下：零件的清根問題在設計以端面和內孔定位的夾具時，會遇到夾具體定位端面和定位外圓交界處清根問題。端面和定位外圓分為兩個單獨的零件時無此問題,。夾具要不要清根，應根據工件的結構而定。如果零件定位內孔孔口倒角較小或無倒角，則必須清根,如果零件定位孔孔口倒角較大或孔口是空位，則不需要清根，而且交界處可以倒為圓角R。端面與外圓定位時，與上述相同。讓刀問題在設計圓盤類刀具(如銑刀、砂輪等)加工的夾具時，會存在讓刀問題。設計這類夾具時，應考慮銑刀或砂輪完成切削或磨削后，銑刀或砂輪的退刀位置，其位置大小應根據所使用的銑刀或砂輪的直徑大小，留出超過刀具半徑的尺寸位置即可。更換問題在設計加工結構相同或相似，尺寸不同的系列產品零件夾具時，為了降低生產成本,提高夾具的利用率，往往會把夾具設計為只更換某一個或幾個零件的通用型夾具。 由于現代加工的高速發(fā)展，對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等。要想達到這樣的生產要求，就必須計算加工工序零件在加工過程中由于切削力、重力、慣性力等所產生的切削力及切削力矩，按照夾具設計中所確定的夾緊方式進行夾緊力的計算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊力而產生的摩擦力矩、正壓力及由此而產生的摩擦力，以達到夾具小巧而精用的目的。同時為了減少工人的勞動強度，提高工件的裝夾效率，還需要對夾具的夾緊機構的行程進行設計，以期以最短的夾緊行程，達到最佳的夾緊效果。 研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數的85％左右?，F代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新換代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產能力的工廠，里約擁有數千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，每隔3-4年就要更新50-80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10-20％左右。特別是近年來，數控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)、（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求： 1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本； 2）能裝夾一組具有相似性特征的工件； 3）能適用于精密加工的高精度機床夾具； 4）能適用于各種現代化制造技術的新型機床夾具； 5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率； 6）提高機床夾具的標準化程度。 1.3本課題應達到的要求 通過實際調研和采集相應的設計數據、閱讀相關資料相結合，首先通過對零件的三維造型，對零件的基本結構及作用有個大致的了解，在此基礎上，經過對金屬切削加工、金屬切削機床、機械設計與理論等相關知識充分掌握后，分析零件的加工工藝，確定零件各加工表面的加工方法，進而形成零件的機械加工工藝路線。并能根據零件的加工工序要求，分析零件的定位方式、金屬切削加工過程中的機床工作臺驅動、工件夾緊等方面的相關數據，結合機械機構設計的相關理論知識，完成工件的有效定位及夾緊，從而使整個零件的加工工藝路線經濟，工件定位方案合理，來達到產品的最優(yōu)化設計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數確定及計算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設計出一套適合于實際的零件加工工藝路線，從而實現適合于現代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設計。 這次畢業(yè)設計是機械制造與自動化專業(yè)的一個十分重要的學習環(huán)節(jié)， 是對入學以來所學的機械方面的知識進行的一次全面的檢查、鞏固和提高。這次畢業(yè)設計是應用所學基礎理論、專業(yè)知識與技能去分析和解決生產實際問題的一次綜合訓練。把所學的知識能夠綜合運用到實際零件的加工中。通過本次設計使我鞏固了已學的知識，加深了印象，使自己能夠運用所學的機械加工知識解決一些具體的問題。此次畢業(yè)設計涉及的知識面有夾具設計、零件安裝、加工工藝、數值計算、 刀具的性能、測量技術、CAD制圖、Autodesk?Inventor外還涉及到金屬材料、公差配合及加工設備等多方面的知識。通過這次畢業(yè)設計我發(fā)現了自己還有許多知識還沒有掌握牢固。但更多的是通過這次設計使我提高、鞏固、擴大了自己所學到的理論知識與技能，提高自己設計計算、制圖、編寫技術文件的能力，學會正確使用技術資料、標準、手冊等工具書，并在這次設計中培養(yǎng)了我對機械設計的獨立工作能力，掌握了一定的機械加工設計方法步驟和思路為以后的學習和設計工作打下了良好的基礎。同時，也使我體會到了老師平時對我們的諄諄教導、用心良苦。 由于本人水平有限，設計還有許多不足之處，希望老師給予批評和指正。 2 零件的造型 2.1 零件造型軟件介紹 Autodesk?Inventor軟件為工程師提供了一套全面靈活的三維機械設計、仿真、工裝模具、可視化和文檔編制工具集，能夠幫助制造商超越三維設計，體驗數字樣機解決方案。借助Inventor軟件，工程師可以將二維AutoCAD圖紙和三維數據整合到單一數字模型中，并生成最終產品的逼真圖像，以便于在實際制造前，對產品的外形、結構和功能進行驗證。通過基于Inventor軟件的數字樣機解決方案，能夠以數字方式設計、可視化和仿真產品，進而提高產品質量，削減開發(fā)成本，縮短上市時間等特點。 2.2 零件造型過程 本次畢業(yè)設計的課題為單拐曲軸的工藝及工裝設計，零件的二維圖如圖2.1所示。 圖2.1 二維輪廓圖 根據零件的二維圖，打開造型軟件，選擇基準面，首先草繪出零件的對稱面的平面輪廓，再通過旋轉可得到曲軸主軸頸的實體圖，如圖2.2所示。 圖2.2主軸頸旋轉圖 再對主軸頸與曲軸頸間連板進行拉伸，如圖2.3所示。 圖2.2主軸頸旋轉圖 對草繪出的曲軸頸進行旋轉，得到曲軸頸的實體如圖2.4所示。 再對主軸頸與曲軸頸間連板進行拉伸，如圖2.5所示。 根據二維圖，通過旋轉得到如圖2.6所示。 圖2.3 拉伸圖 圖2.4 曲軸頸三維圖 圖2.5 拉伸圖 圖2.6 主軸頸實體圖 根據二維圖，通過拉伸得到鍵槽，如圖2.7所示。 圖2.7 拉伸鍵槽 使用孔工具中的打孔命令打孔，如圖2.8所示。 圖2.8 打孔 使用孔工具中的打孔命令打孔，如圖2.9所示。 圖2.9 打孔 使用孔工具中的打孔命令繼續(xù)進行打孔，如圖2.10所示。 圖2.10 打孔 三維圖完成如圖2.11所示。 圖2.11 三維圖 3 零件的工藝分析 3.1 零件工藝分析 1） 主軸頸、連桿軸頸本身精度： 主軸頸φ110+0.025 +0.003尺寸公差等級IT6，表面粗糙度Ra為1.25μm，連桿軸頸φ110-0.036 -0.071尺寸公差等級為IT7，表面粗糙度Ra為0.63μm，軸頸長度公差等級為IT13，圓柱度誤差0.015，連桿軸竟的圓柱度誤差0.015。 2）位置精度，主軸頸與連桿軸頸的平行度φ0.02，主軸頸的同軸度誤差為φ0.02。 3）零件結構工藝性分析 曲軸的結構與一般軸不同，它有主軸頸、連桿軸頸、主軸頸和連桿軸頸之間的連接板組成，其L/D=818/110=7.44＜12，鋼性差，易變形，形狀復雜，它的工作特點是在變動和沖擊載荷下工作，對曲軸的基本要求是高強度、高韌性、高耐磨性和回轉平穩(wěn)性，因而安排曲軸加工過程應考慮到這些特點。 3.2 零件的功用分析 3.2.1 軸類零件的功用 曲軸屬于軸類零件。 軸類零件是機器中的主要零件之一，它的主要功能是支承傳動零件(齒輪、帶輪、離合器等)和傳遞扭矩。 對于軸類零件而言，它們都是長度L大于直徑d的回轉體零件，若L／d≤12，通常稱為剛性軸，而L／d≥12則稱為撓性軸。其加工表面主要有內外圓柱面、內外圓錐面、軸肩、螺紋、花鍵、溝槽、鍵槽等組成。 3.2.2 軸類零件的主要技術要求 軸通常是由支承軸頸支承在機器的機架或箱體上，實現運動傳遞和動力傳遞的功能。支承軸頸表面的精度及其與軸上傳動件配合表面的位置精度對軸的工作狀態(tài)和精度有直接的影響。因此，軸類零件的技術要求通常包含以下幾個方面。 （1）尺寸精度：主要指直徑和長度的精度。直徑精度由使用要求和配合性質確定：對主要支承軸頸，可為IT6～IT9；特別重要的軸頸可為IT5。長度精度要求一般不嚴格，常按未注公差尺寸加工，要求高時，可允許偏差為50～200μm。 （2）形狀精度：主要是指支承軸頸的圓度、圓柱度，一般應將其控制在尺寸公差范圍內，對精度要求高的軸，應在圖樣上標注其形狀公差。 （3）位置精度：主要指裝配傳動件的配合軸頸相對裝配軸承的支承軸頸的同軸度、圓跳動及端面對軸心線的垂直度等。普通精度的軸，配合軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動一般為10～30μm，高精度的為5～10μm。 （4）表面粗糙度：是根據軸運轉速度和尺寸精度等級決定的。配合軸頸的表面粗糙度Ra值為3.2～0.8μm，支承軸頸的表面粗糙度Ra值為0.8～0.2μm。 （5）其他要求：為改善軸類零件的切削加工性能或提高綜合力學性能及其使用壽命，必須根據軸的材料和使用要求，規(guī)定相應的熱處理要求。 3.2.3 軸類零件的材料、毛坯及熱處理 軸類零件應根據不同工作條件和使用要求選擇不同的材料和不同的熱處理方法，以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。 45鋼是一般軸類零件常用的材料，經過調質可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合力學性能。40Cr等合金結構鋼適用于中等精度而轉速較高的軸，這類鋼經調質和表面淬火處理后，具有較高的綜合力學性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn可制造較高精度的軸，這類鋼經調質和表面高頻感應加熱淬火后再回火，表面硬度可達50～58HRc，并具有較高的耐疲勞性能和耐磨性。對于高轉速、重載荷等條件工作的軸，可選用20CrMnTi、20Mn2B等低碳合金鋼或38CrMoAl中碳滲氮鋼。 軸類零件常用的毛坯是圓棒料、鍛件或鑄件等，對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要軸，常選用鍛件；對某些大型或結構復雜的軸（如曲軸），常采用鑄件。 軸類零件在機加工前、后和過程中一般均需安排一定的熱處理工序。在機加工前，對毛坯進行熱處理的目的主要是改善材料的切削加工性、消除毛坯制造過程中產生的內應力。如對鍛造毛坯通過退火或正火處理可以使鋼的晶粒細化、降低硬度、便于切削加工，同時也消除了鍛造應力。對于圓棒料毛坯，通過調質處理或正火處理可以有效地改善切削加工性。在機加工過程中的熱處理，主要是為了在各個加工階段完成后，消除內應力，以利于后續(xù)加工工序保證加工精度。在終加工工序前的熱處理，目的是為了達到要求的表面力學物理性能，同時也消除應力。 曲軸是將直線運動轉變成旋轉運動，或將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動的零件。它是往復式發(fā)動機、壓縮機、剪切機與沖壓機械的重要零件。曲軸的結構與一般軸不同，它有主軸頸、連桿軸頸、主軸頸和連桿軸頸之間的連接板組成。 4 零件工藝規(guī)程設計 4.1 確定毛坯的制造形式 曲軸工作時要承受很大的轉矩及變形的彎曲應力，容易產生扭振、折斷及軸頸磨損，要求材料應有較高的強度、沖擊韌度、疲勞強度和耐磨性，所以要求用球墨鑄鐵QT600-2 曲軸的毛坯：此零件屬中批生產，固采用鑄造毛坯。 4.2 加工方法分析及確定 該零件是單拐曲軸。中批量生產。故選用中心孔定位，它是輔助基準，裝夾方便節(jié)省找正時間又能保證連桿軸頸的位置精度，連桿軸頸與主軸頸的中心距為120，所以不能直接在軸端面上鉆中心孔，加工連桿時，可以用加工過的主軸頸作為定位基準，安裝到專用的偏心卡盤分度夾具中，以此來讓連桿軸頸的軸線與轉動軸線重合，有利于零件的加工。 4.3 加工順序的安排 此零件是單拐曲軸，剛性差且易變形，屬中批量生產。故選用中心孔定位的方法，它是輔助基準，裝夾方便，不但能節(jié)省找正時間，還能保證連桿軸頸的位置精度。 先以主軸頸為粗基準連桿軸頸作支撐銑兩端面，打中心孔。由于該零件的剛性差，所以要按先粗后精的原則安排加工順序，逐步提高加工精度，主軸頸與連桿軸頸的加工順序：先粗加工主軸頸，再半精加工主軸頸，以此為基準粗加工連桿軸頸，再磨主軸頸，最后磨連桿軸頸。 4.4 定位基準的選擇 4.4.1 選擇定位基準的方法 定位基準有粗基準和精基準之分。零件開始加工時，所有的面均未加工，只能以毛坯面作定位基準，這種以毛坯面為定位基準的，稱為粗基準，以后的加工，必須以加工過的表面做定位基準，以加工過表面為定位基準的稱精基準。 在加工中，首先使用的是粗基準，但在選樣定位基準時，為了保證零件的加工精度，首先考慮的是選擇精基準，精基準選定以后，再考慮合理地選擇粗基準。 ①精基準的選擇原則 選擇精基準時，重點考慮是如何減少工件的定位誤差，保證工件的加工精度，同時也要考慮工件裝卸方便，夾具結構簡單，一般應遵循下列原則： (1)基準重合原則所謂基準重合原則是指以設計基準作定位基準，以避免基準不重合誤差。 (2)基準統(tǒng)一原則當零件上有許多表面需要進行多道工序加工時，盡可能在各工序的加工中選用同一組基準定位，稱為基準統(tǒng)一原則?；鶞式y(tǒng)一可較好地保證各個加工面的位置精度，同時各工序所用夾具定位方式統(tǒng)一，夾具結構相似，可減少夾具的設計、制造工作量。 基準統(tǒng)一原則在機械加工應用較為廣泛，如階梯軸的加工，大多采用頂尖孔作統(tǒng)一的定位基準；齒輪的加工，一般都以內孔和一端面作統(tǒng)一定位基準加工齒坯，齒形；箱體零件加工大多以一組平面或一面兩孔作統(tǒng)一定位基準加工孔系和端面；在自動機床或自動線上，一般也需遵循基準統(tǒng)一原則。 (3)自為基準原則有些精加工工序，為了保證加工質量，要求加工余量小而均勻，采用加工面自身作定位基準，稱為自為基準原則。例如在導軌磨床上磨削床身導軌時，為了保證加工余量小而均勻，采用百分表找正床身表面的方式裝夾工件。 (4)互為基準原則為了使加工面獲得均勻的加工余量和加工面間有較高的位置精度，可采用加工面間互為基準反復加工。例如加工精度和同軸度要求高的套筒類零件，精加工時，一般先以外圓定位磨內孔，再以內孔定位磨外圓。又如加工精密齒輪時，通常是齒面淬硬后再磨齒面及內孔。 (5)裝夾方便原則所選定位基準應能使工件定位穩(wěn)定，夾緊可靠，操作方便，夾具結構簡單。 以上介紹了精基準選擇的幾項原則，每項原則只能說明一個方面的問題，理想的情況是使基準既“重合”又“統(tǒng)一”，同時又能使定位穩(wěn)定、可靠，操作方便，夾具結構簡單。但實際運用中往往出現相互矛盾的情況，這就要求從技術和經濟兩方面進行綜合分析，抓住主要矛盾，進行合理選擇。 還應該指出，工件上的定位精基準，一般應是工件上具有較高精度要求的重要工作表面，但有時為了使基準統(tǒng)一或定位可靠，操作方便，人為地制造一種基準面，這些表面在零件的工件中并不起作用，僅僅在加工中起定位作用，如頂尖孔、工藝搭子等。這類基準稱為輔助基準。 ② 粗基準的選擇原則 選擇粗基準時，重點考慮如何保證各個加工面都能分配到合理的加工余量，保證加工面與不加工面的位置尺寸和位置精度，同時還要為后續(xù)工序提供可靠精基準。具體選擇一般應遵下列原則： 1)為了保證零件各個加工面都能分配到足夠的加工余量，應選加工余量最小的面為粗基準。 2)為了保證零件上加工面與不加工面的相對位置要求，應選不加工面為粗基準。當零件上有幾個加工面，應選與加工面的相對位置要求高的不加工面為粗基準。 3)為了保證零件上重要表面加工余量均勻，應選重要表面為粗基準。零件上有些重要工作表面，精度很高，為了達到加工精度要求，在粗加工時就應使其加工余量盡量均勻。 例如車床床身導軌面是重要表面，不僅精度和表面質量要求很高，而且要求導軌表面的耐磨性好，整個表面具有大體一致的物理力學性能。床身毛坯鑄造時，導軌面是朝下放置的，其表面層的金屬組織細微均勻，沒有氣孔、夾砂等缺陷。因此，導軌面粗加工時，希望加工余量均勻，這樣，不僅有利于保證加工精度，同時也可能使粗加工中切去一層金屬盡可能薄一些，以便留下一層組織緊密而耐磨的金屬層。為了達到上述目的，在粗基準選擇時，應以床身導軌面為粗基準先加工床腳平面，再以床腳面為精基準加工導軌面，這樣就可以使導軌面的粗加工余量小而均勻。反之，若以床腳為粗基準先加工導軌面，由于床身毛坯的平行度誤差，不得不在床身的導軌面上切去一層不均勻的較厚金屬，不利于床身加工質量的保證。 以重要表面作粗基準，在重要零件的加工中得到較多的應用，例如機床主軸箱箱體的加工，通常是以主軸孔為粗基準先加工底面或頂面，再以加工好的平面為精準加工主軸孔及其他孔系，可以使精度要求高的主軸孔獲得均勻的加工余量。 4)為了使定位穩(wěn)定、可靠，應選毛坯尺寸和位置比較可靠、平整光潔面作粗基準。作為粗基準的面應無鍛造飛邊和鑄造澆冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夾具裝夾時，還應使夾具結構簡單，操作方便。 5)粗基準應盡量避免重復使用，特別是在同一尺寸方向上只允許裝夾使用一次。因粗基準是毛面，表面粗糙、形狀誤差大，如果二次裝夾使用同一粗基準，兩次裝夾中加工出的表面就會產生較大的相互位置誤差。 4.4.2 軸類零件的定位基準與裝夾方法 （1）定位基準 由軸類零件本身的結構特征決定了最常用的定位基準是兩頂尖孔，因為軸類零件各外圓表面、螺紋表面的同軸度及端面對軸線的垂直度等這些精度要求，它們的設計基準一般都是軸的中心線，用頂尖孔作為定位基準，重復安裝精度高，能夠最大限度地在一次安裝中加工出多個外圓和端面，這符合基準統(tǒng)一原則。 軸類零件粗加工時為了提高零件剛度，一般用外圓表面與頂尖孔共同作為定位基準；軸較短時，可直接用外圓表面定位。 （2）裝夾方法 為保證軸類零件的加工精度，其裝夾尺可能遵守基準重合和基準統(tǒng)一原則，其裝夾方法有以下幾種： 1）單用卡盤裝夾外圓表面（一夾）：用外圓表面定位時可用三爪自定心卡盤或四爪單動卡盤夾住外圓表面。 2）卡盤和頂尖配合使用裝夾零件（一夾一頂）：粗加工時，切削力較大，常采用三爪自定心卡盤夾一頭，后頂尖頂另一頭的裝夾方法。 3）卡盤和中心架配合使用裝夾零件（一夾一托）：加工軸上的軸向孔或車端面、鉆中心孔時，為提高剛性，可用三爪卡盤夾住一頭，中心架托住另一頭的裝夾方法。當外圓為粗基準時，必須先用反頂尖頂住工件左端，在毛坯兩端分別車出支承中心架的一小段外圓，方可使用此裝夾方法。 4）兩頭頂尖裝夾零件（雙頂）：用前后頂尖與中心孔配合定位，通過撥盤和雞心夾帶動工件旋轉，此法定位精度高，但支承剛度較低，傳動的力矩較小，一般多用于外圓表面的半精加工和精加工。當零件的剛度較低時，可在雙頂尖之間加裝中心架或跟刀架作為輔助支承以提高支承剛度。 5）當生產批量大，零件形狀不規(guī)則時，可設計專用夾具裝夾。 （3） 選擇曲軸零件定位基準 在加工單拐曲軸時以主軸頸為基準，并打中心孔。以兩頂尖定位方式粗加工主軸頸，再半精加工主軸頸，再以偏心卡盤分度夾具夾住主軸頸加工連桿軸頸。 4.5 擬定零件加工的工藝路線 1） 加工方法分析確定 該零件是單拐曲軸。中批量生產。故選用中心孔定位，它是輔助基準，裝夾方便節(jié)省找正時間又能保證連桿軸頸的位置精度，連桿軸頸與主軸頸的中心距為120不能直接在軸端面上鉆中心孔，加工連桿時，可利用以加工過的主軸頸定位，安裝到專用的偏心卡盤分度夾具中使連桿軸頸的軸線與轉動軸線重合 2） 加工順序的安排 先以主軸頸為粗基準連桿軸頸作支撐銑兩端面，粗打中心孔。該零件的剛性差，應按先粗后精的原則安排加工順序，逐步提高加工精度，主軸頸與連桿軸頸的加工順序：先粗加工主軸頸再半精加工主軸頸，然后粗加工連桿軸頸，再磨主軸頸，再磨連桿軸頸。 3） 加工階段的劃分說明 加工階段分為：粗加工階段、半精加工階段、精加工階段 4）單拐曲軸機械加工工藝路線初步擬定 根據以上分析，現初步擬定單拐曲軸機械加工工藝路線分別如表4-1和4-2所示。 表4-1 加工工藝路線一 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 1 鑄造 鑄造 2 清砂 清砂 3 熱處理 人工時效處理 4 清砂 細清砂 5 涂漆 非加工表面涂紅色防銹漆 6 劃線 以毛坯外形找正，劃主要加工線，偏心距120±0.10㎜及外形加工線 7 粗銑 用V形塊和輔助支承調整裝夾工件后壓緊，銑75㎜×140㎜平面和270㎜上、下面，留加工余量5~6㎜ X6132 8 銑 以75㎜×140㎜兩平面定位加緊，按線找正銑另一側面，留加工余量3㎜，厚度尺寸保證149㎜ X6132 9 銑 以75㎜×140㎜兩平面定位加緊，按線找正銑另一側面，留加工余量3㎜，保厚度尺寸為146+0.5 0㎜ X6132 10 檢驗 超聲波檢查 超聲波檢測儀 11 劃線 劃軸兩端中心孔線，照顧各部加工余量 12 鉆 工件平放在鏜床工作臺上，壓φ110㎜兩處，鉆左端中心孔。 T617A 續(xù)表4-1 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 13 粗車 夾右端頂左端中心孔，車左端外圓φ110+0.025 +0.003 ㎜至φ1250 –0.021㎜，車右端所有軸徑至φ114±0.08㎜，粗車拐徑 外側左、右端面，保證拐徑外側的對稱度及尺寸為320㎜ CW6163 14 粗車 夾左端，右端上中心架車端面，去長短保證總長尺寸鉆中心孔 CW6163 15 銑 以75㎜×140㎜兩處平面定位壓緊，在左端φ1250 –0.021㎜上銑鍵槽寬10㎜、深5㎜、長80㎜ X52K 16 粗車 粗車拐徑φ110-0.036 –0.071 ㎜尺寸至φ115㎜，粗車拐徑內側面164+0.53 0㎜至162±0.8㎜.裝夾在車拐徑專用工裝上 CW6163 專用車拐徑工裝 17 精車 精車拐徑φ110.-0.036 -0.071 ㎜至φ110.8±0.1㎜，車拐徑內側面164+0.53 0㎜至尺寸要求，車倒圓R3 CW6163專用車拐工裝 18 精車 夾右端φ114±0.08㎜處，頂左端中心孔，精車軸徑至φ111㎜，長度尺寸至94㎜保75㎜尺寸 CW6163 19 精車 夾左端（φ110㎜處）頂右端中心孔 精車軸徑至φ111㎜，長度尺寸至103㎜，其余部分車至φ106㎜，保75㎜尺寸 CW6163 20 粗磨 以兩中心孔定位，磨右端軸徑至φ110.6+0.05 0㎜，軸徑φ105-0.24 -0.40㎜至尺寸φ105.6+0.05 0㎜ M1450B 21 粗磨 以兩中心孔定位，調頭裝夾，磨左端軸徑φ110+0.025 +0.003㎜至尺寸φ110.6+0.05 0㎜ M1450B 22 銑 精銑140+0.022 +0.008㎜兩端面至圖樣尺寸 X6132 23 銑 銑底面75㎜×140㎜，以兩側面定位并壓緊，保證距中心高80㎜，總高為270㎜ X6132 24 鉆 以兩軸徑φ110.6+0.05 0㎜定位壓緊，鉆攻4×M24-7H螺紋孔 Z3050鉆模 25 磨 以兩端中心孔定位，磨拐徑φ110-0.036 -0.071㎜至圖樣尺寸。模圓角R3 M8260A 26 磨 以兩端中心孔定位，精磨兩拐徑φ110+0.025 +0.003㎜至圖樣尺寸，磨圓角R3，磨φ105-0.24 -0.40㎜至圖樣尺寸，磨圓角R3 M1432A 27 車 夾左端，頂右端中心孔，車1：10圓錐，留磨量1.5㎜ CW6180 28 磨 以兩端中心孔定位，磨1:10圓錐φ105㎜長216㎜ M1432A 29 檢驗 磁粉探傷各軸徑，拐徑 探傷機 30 劃線 劃鍵槽線28-0.022 -0.074㎜×176㎜ 31 銑 銑鍵槽，以兩軸徑φ110-0.036 -0.071㎜定位，采用專用工裝夾具，銑鍵槽28-0.022 -0.074㎜×176㎜×10㎜至圖樣尺寸， X5030A專用工裝 續(xù)表4-1 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 32 鉆 鉆左端φ20㎜孔，孔深136㎜，擴φ32㎜，深50㎜，锪60°角 T617A 33 鉆 重新裝夾工件，鉆φ10㎜油孔，及M42-7H底孔，M12-7H底孔，攻M24-7H，M12-7H螺紋 T617A 34 鉆 鉆拐徑φ10㎜斜油孔，采用專用工裝裝夾 Z3032 35 鉗 修油孔、倒角、清污垢 36 檢驗 檢查各部尺寸 37 入庫 涂油入庫 表4-2 加工工藝路線二 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 1 鑄 鑄造，清理 2 熱處理 正火 3 鋸 4 鉆中心孔 銑曲軸兩端面鉆中心孔 臥式雙面中心鉆床 5 粗車 粗車主軸頸右端 CA6140 6 粗車 粗車主軸頸左端 CA6140 7 半精車 半精車主軸頸右端 CA6140 8 半精車 半精車主軸頸左端 CA6140 9 粗車 粗車連桿軸頸切第一、二側板 特種多刀車床 10 粗銑 粗銑連桿上、下及前、后端 X6132 11 鉆孔 在第一側板及主軸頸上鉆油孔 特種兩面四軸鉆床 12 擴孔 擴孔φ32 特種兩面四軸鉆床 13 攻螺紋 在油孔上攻螺紋4-M24、M12并倒角 特種雙面臥式四軸攻螺紋機床 14 銑鍵槽 在主軸頸右端粗銑鍵槽 X6132 15 校直 校直 壓床 續(xù)表4-2 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 16 熱處理 淬火 17 去毛刺 在所有側面去除機械加工所留下的毛刺 輥道上 18 清理并吹凈 在乳化液中清洗頂尖和油孔保證沒有贓物并吹凈 清洗機上 19 檢驗 檢驗以上加工尺寸 檢驗臺上 20 修正中心孔 修正中心孔 21 磨削 磨削主軸頸右端并倒角 M1432A 22 磨削 磨削主軸頸左端并倒角 M1432A 23 磨削 磨削連桿軸頸第一、二側板并倒角 M1432A 24 磨削 磨削連桿上、下及前、后端并倒角 M1432A 25 去毛刺吹凈 在所有孔口處拋光棱邊在主軸頸、連桿軸頸上去毛刺并吹凈 輥道上 26 檢驗 檢驗 檢驗臺上 27 動平衡 曲軸動平衡量每端不大于120g.cm n=600r/min 動平衡機上 28 去除不平衡量 去除不平衡量 立式鉆床、立式銑床 29 校直 校直 液壓床上 30 終檢 終檢 檢驗臺上 5）機加工工藝路線的確定 經過綜合比較和分析，筆者認為路線二，在保證產品的設計要求的基礎上更加高效簡潔，有利于批量生產，故選擇路線二。 5 毛坯尺寸、工序尺寸及機械加工余量的確定 5.1 工序尺寸及公差確定 1) 外圓表面的加工 本道工序尺寸為右軸頸的加工尺寸，以左右兩端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-1所示。 表5-1右軸頸工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 基本尺寸 工序余量 工序精度 工序尺寸 鑄 115 1.4 粗車 112.4 2.6 0.140 半精車 110.4 2 0.054 磨 110 0.4 0.022 2) 外圓表面的加工 本道工序為左軸頸的基本工序尺寸，以左右兩端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-2所示。 表5-2 左軸頸工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 基本尺寸 工序余量 工序精度 工序尺寸 鑄 115 1.4 φ1151.4 粗車 110.4 4.6 0.087 磨 110 0.4 0.035 3) 外圓表面的加工 本道工序為1：10錐度左端的基本工序尺寸，以左右兩端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-3所示。 表5-3 錐度左端工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 基本尺寸 工序余量 工序精度 工序尺寸 鑄 110 1.4 φ1101.4 續(xù)表5-3 工藝路線 基本尺寸 工序余量 工序精度 工序尺寸 粗車 107.4 2.6 0.87 半精車 105.4 2 0.35 磨 105 0.4 0.16 4) 外圓表面的加工 本道工序為曲軸最大外圓的基本工序尺寸，以左右兩端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-4所示。 表5-4 外圓表面工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 基本尺寸 工序余量 工序精度 工序尺寸 鑄 145 1.4 φ1451.4 粗車 142.5 4.5 0.1 磨 140 0.5 0.016 5) 軸向長度94mm的端面加工 本道工序為曲軸左端的基本工序尺寸，以右端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-5所示。 表5-5 曲軸左端工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 工序余量 工序尺寸 鑄 89 粗車 2.6 91.6 半精車 2 93.6 磨 0.4 94 6) 右端長度為103mm的主軸頸軸向長度的加工 本道工序為曲軸左端外圓的長度基本工序尺寸，以左右兩端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-6所示。 表5-6 右端主軸頸長度工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 工序余量 工序尺寸 鑄 98 續(xù)表5-6 工藝路線 工序余量 工序尺寸 粗車 2.6 100.4 半精車 2 102.4 磨 0.4 103 7) 軸向長度為的跨距的加工 本道工序為曲軸內槽長度的基本工序尺寸，以左右兩端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。其工序尺寸及公差如表5-7所示。 表5-7 主軸頸間跨距工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 基本尺寸 工序余量 工序精度 工序尺寸 鑄 159 1.4 粗車 163.5 4.5 0.63 磨 164 0.5 0.53 8) 徑向270mm軸寬的加工 本道工序為曲軸最大外圓端面的基本工序尺寸，以左右兩端面為基準，粗車和精車選用CA6140車床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-8所示。 表5-8 軸寬工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 工序余量 工序尺寸 鑄 275 粗銑 4.5 270.5 磨 0.5 270 9) 鍵槽的加工 本道工序為曲軸右端鍵槽的基本工序尺寸，以左端面為基準，選用X6132銑床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-9所示。 表5-9 鍵槽工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 基本尺寸 工序余量 工序精度 工序尺寸 粗銑 27.7 0.13 磨 28 0.3 0.052 10) φ10油孔的加工 本道工序為曲軸油槽的基本工序尺寸，以左右兩端面為基準，選用Z525立式鉆床進行加工，最后使用萬能外圓磨床加工。如表5-10所示。 表5-10 油孔工序尺寸及公差 (mm) 工藝路線 工序余量 工序尺寸 粗銑 9.7 磨 0.3 10 5.2 設備及工藝裝備的確定 所用的設備有：臥式雙面中心鉆床、CA6140、特種多刀車床、立式銑床、搖臂鉆床、攻螺紋機床、液壓床、輥道、清洗機、檢驗臺、外圓磨床、動平衡機。 夾具有：頂尖、V形塊、偏心卡盤分度夾具。鉆直孔專用夾具、鉆斜孔專用夾具。 刀具有：90度車刀、R3圓弧車刀、銑刀、φ10、φ20鉆頭、砂輪、切斷刀。 量具有：千分尺、游標卡尺、專用卡規(guī)。 5.3 切削用量及工時定額確定 （1）粗車曲軸兩端面，鉆中心孔 機床：CA6140臥式車床。 刀具：90°外圓車刀，刀片材料為YT15， 刀桿尺寸為16mm×25mm， kr=900，γ0=150，α0=80，rε=0.5mm 。 ①確定切削用量： 1）背吃刀量：ap=5mm。 2）進給量：根據《切削用量簡明手冊》表1.4，選用f=0.5mm/r。 3）切削速度：查《切削用量簡明手冊》表1.27可得各系數，切削速度計算值如下： （5-1） 代入數