大型汽車柴油機曲軸工藝規(guī)程設(shè)計【含5張CAD圖】

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充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙I大型汽車柴油機曲軸工藝規(guī)程設(shè)計摘要曲軸作為發(fā)動機中的關(guān)鍵組成部件，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中承受沖擊載荷，并且起到傳遞動力的作用，由于曲軸的工作環(huán)境惡劣，承受復(fù)雜多變的扭矩和彎曲載荷，并且還要抵抗在高速旋轉(zhuǎn)的磨損，柴油機曲軸特殊的結(jié)構(gòu)使得它成為柴油機中的重要部件，曲軸的加工質(zhì)量將直接影響柴油機的整體工作狀況。工藝路線的設(shè)計不僅影響曲軸的加工質(zhì)量，而且對加工效率和機械設(shè)備的合理應(yīng)用也有重要的影響。經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)后，在已有的基礎(chǔ)知識上，通過對各種因素考慮后，結(jié)合中國現(xiàn)有的機械設(shè)備編織出合理的曲軸加工工序。本次設(shè)計對重點工序進行說明，查閱加工手冊進行加工計算，完成工序卡的填寫，對粗車夾具進行設(shè)計。對加工工藝路線進行擬訂，對重點加工工序方法步驟進行說明包括粗加工，半精加工，精加工以及熱處理。還對重點工藝進行了說明，包括表面強化工藝，曲軸的平衡工藝，曲軸的磨削工藝。完成零件圖和裝夾圖的繪制與整理，尋找課題相關(guān)外文文獻并進行翻譯，最后整理論文并總結(jié)成果。關(guān)鍵詞：曲軸；工藝分析；工序安排；加工質(zhì)量充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙IIABSTRACTAs the engine crankshaft key components to withstand shock loads and passing the role of power in the engine . Due to the harsh working environment crankshaft withstand complex torque and bending loads , and also the wear resistance in high-speed rotation , diesel engine crankshaft is an important part , crankshaft machining performance will directly affect the quality of the diesel engine . The proposed process route is very important to the crankshaft machining , it not only affects the processing quality of the crankshaft, but also have an important impact on process efficiency and the rational use of machinery and equipment .After a period of study , on the basis of existing knowledge , through the consideration of various factors , combined with China's existing machinery to weave a reasonable crankshaft machining processes. The design of key processes are described , inspection and processing manual processing calculations, complete the process of card for roughing fixture design. Route carried on the elaboration process , focusing on manufacturing processes will be described , including roughing, semi-finishing , finishing, heat treatment. Also focus on the process described, including surface hardening process , crankshaft balancing process , crankshaft grinding process .Complete parts drawing and assembly drawing,find relevant foreign languagedocuments and translate them。Finally,the thesis is sorted out and the result are summarized.Keywords : crankshaft, process analysis , process arrangements , processing quality充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙1目錄摘要………………………………………………………………………………………………………….IABSTRACT…………………………………………………………………………………………………...II1 .緒論 ..........................................................................................................................................................11.1 柴油機的工作原理 ......................................................................................................................11.2 柴油機曲軸發(fā)展概況 .................................................................................................................21.3 工作的意義及研究的主要內(nèi)容 ..............................................................................................22曲軸分析及參數(shù)說明 ..............................................................................................................................32.1 柴油機曲軸結(jié)構(gòu)特征 .................................................................................................................32.2 曲軸的作用及工作狀況 .............................................................................................................42.3 曲軸的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求 ...................................................................................................52.4 柴油機曲軸參數(shù)說明 .................................................................................................................63 毛坯的選擇 ...............................................................................................................................................73.1 毛坯的材料 ...................................................................................................................................73.2 毛坯制造 ........................................................................................................................................74 工藝路線的擬定 ......................................................................................................................................84.1 年生產(chǎn)量和批量的確定 .............................................................................................................84.2 定位基準(zhǔn)的分析 .........................................................................................................................84.3 工藝路線的擬定 .......................................................................................................................104.4 工藝卡的填寫 ............................................................................................................................134.5 工藝設(shè)計的綜合評估 ..............................................................................................................165 夾具分析與裝配 ....................................................................................................................................175.1 夾具分析 .....................................................................................................................................175.2 夾具經(jīng)濟性分析 ......................................................................................................................216 零件的檢查 .............................................................................................................................................226.1 檢查夾具 .....................................................................................................................................226.2 氣動量儀 .....................................................................................................................................237 結(jié)論 ...........................................................................................................................................................24參考文獻 ...................................................................................................................................25附錄 1：外文翻譯 .....................................................................................................................................26附錄 2：外文原文……………………………………………………………………………33致謝 ……………………………………………………………………………………………………. . 44充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 1 -1 緒論1．1 柴油機的工作原理發(fā)動機是能夠轉(zhuǎn)化燃料能量為汽車等提供動力的裝置。柴油機的工作原理主要可以分為四個部分來解釋，那就是進氣、壓縮、做功和排氣，四個過程組成了柴油發(fā)動機的一個工作循環(huán)。這四個過程都是伴隨著氣缸體積的變化而進行的，第一個行程進氣是隨著氣缸體積的增大，氣缸內(nèi)注入新鮮空氣，壓縮行程是氣缸內(nèi)體積變小，并在壓縮行程即將結(jié)束時噴入霧狀柴油，霧狀柴油與空氣混合成為可燃混合氣，并體積迅速膨脹使得氣缸體積增大，這就是做功行程，最后一個行程排氣就是通過氣缸體積的減小將燃燒后的廢氣排出缸外。不斷反復(fù)工作循環(huán)，就是柴油機的作業(yè)狀態(tài)。 [1]四行程柴油機的工作原理圖 1.1 為四行程柴油機工作原理圖雖然從布局結(jié)構(gòu)上看，四行程柴油機和汽油機固然、存在個別分歧，但是二者的工作過程是基本上類似的，都是通過氣缸內(nèi)體積的變化來實現(xiàn)每個工作過程的進行。但是燃料和機器結(jié)構(gòu)上還是存在區(qū)別，所以如果將二者進行比較，柴油機的優(yōu)點則是燃燒原料的價格低廉，運行成本低，而且燃料的利用率較汽油機而言更高。反之相比之下，柴油機的缺點是機器整體結(jié)構(gòu)過大，噪音大，加工上仍存在有待攻克的難題，如果機器出現(xiàn)問題，維修的成本比較高。 [2]多缸發(fā)動機的工作原理 多缸發(fā)動機顧名思義就是由多個氣缸組成，常見的有四缸、六缸還有八缸等等。在單杠發(fā)動機中，機器運動一個工作循環(huán)中，只有第三個行程做功行程是有能量輸出的，相當(dāng)于只有四分之一的部分是對外做功的，而多缸發(fā)動機通過多個氣缸的配合，可以彌補單缸發(fā)動機輸出不穩(wěn)定的問題，使發(fā)動機可以持續(xù)平穩(wěn)地向外做功。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 2 -1.2 柴油機曲軸發(fā)展概況柴油機作為一種動力系統(tǒng)，在船舶、大型機械及公路運輸中得到廣泛應(yīng)用。雖然我國在 20 世紀(jì) 80 年代后柴油機有了較快的發(fā)展，但是與國外相比，由于柴油機的制造技術(shù)水平落后，還是存在著較大的差距。其中曲軸的加工技術(shù)可以說是是影響柴油機發(fā)展?fàn)顩r的重要因素，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和加工工藝水平不僅會決定機器本身的尺寸和重量，還會在很大程度上影響著發(fā)動機運轉(zhuǎn)的的穩(wěn)定性可靠性和使用壽命的長短。 [3]因此，改進曲軸加工方法，進而提高發(fā)動機曲軸的加工精度一直是研究的重要方向。從曲軸的材料上來說，目前用的較為普遍的是球墨鑄鐵和鋼兩類。球墨鑄鐵具有良好的切削性能，可以通過合理的加工工藝獲得理性的結(jié)構(gòu)形狀。球墨鑄鐵和鋼一樣可以通過表面處理而獲得良好的機械性能，并且球墨鑄鐵的成本只有調(diào)質(zhì)鋼的 1/3,因此得到廣泛的應(yīng)有，據(jù)調(diào)查表明，在美國、英國、日本、德國、比利時等國家在大批量采用球墨鑄鐵。對于大功率的曲軸，各方面性能要求更為嚴(yán)苛，而鍛鋼有較高的綜合機械性能，所以在中高速柴油機的制造中，一般使用鍛鋼作為加工材料。從工藝與生產(chǎn)設(shè)備上來說，國內(nèi)還沿用舊的生產(chǎn)路線，很多廠家還用普通機床和專用組合機床，這樣的生產(chǎn)路線設(shè)備較多，因此占地面積較大，生產(chǎn)周期長，從而導(dǎo)致生產(chǎn)率低。進入 20 世紀(jì)末，一些企業(yè)開始引進數(shù)控機床從而大大改善了曲軸的加工。在國外曲軸加工廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)及自動線，德國還設(shè)計開發(fā)了柔性高速數(shù)控銑床。 [4]隨著國際競爭越來越激烈，我相信高速、高效的制軸技術(shù)也在快速發(fā)展，由于現(xiàn)在環(huán)境形式，在未來發(fā)展中曲軸的加工技術(shù)也將致力于綠色環(huán)保。 1.3 工作的意義及研究的主要內(nèi)容在曲軸的加工過程中存在許多需要攻克的困難，而加工工藝安排則是難中之難。曲軸作為柴油機內(nèi)部的重要組成，在內(nèi)部承受著各種沖擊，復(fù)雜的受力情況使得曲軸對機械性能要求很高。但是曲軸是一個復(fù)雜件，加工質(zhì)量很難得到保障，因此對曲軸加工工藝的研究對我國內(nèi)燃機和船舶等行業(yè)發(fā)展有重要意義。 [5]通過一直對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，我對機械加工工藝的安排有了一定的見解。我希望通過此次的畢業(yè)設(shè)計，學(xué)習(xí)曲軸加工工藝方面的知識，學(xué)習(xí)其方法和步驟。通過對以前設(shè)計者方法的了解概括，應(yīng)用自己的知識加以改進和完善，從而達到對自己所學(xué)知識的鞏固。在相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上完成對年產(chǎn)量和批量的確定、毛坯的選擇、定位基準(zhǔn)的分析、工藝路線的擬定及工藝卡的填寫等工作。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 3 -2曲軸分析及參數(shù)說明2.1 柴油機曲軸結(jié)構(gòu)特征曲軸的基本組成如下圖所示。圖 2.1 曲軸基本結(jié)構(gòu)1-自由端（前端） ；2- 曲柄；3-連桿軸頸；4- 主軸頸；5-功率輸出端（飛輪端） ；6-曲拐；7- 平衡塊曲軸可以根據(jù)結(jié)構(gòu)組成進行分類，可分成整體式曲軸和組合式曲軸兩種。整體式是指曲軸整體直接一次性加工得出，不可拆分，這種類型的曲軸加工難度大，設(shè)計困難，但是由于結(jié)構(gòu)緊湊，曲軸整體的機械特性好，具有優(yōu)秀的剛度強度。而相比之下，組合式曲軸可以將曲軸分成若干個部分進行分開生產(chǎn)，之后再進行組裝使用，這樣的曲軸加工過程相對簡單，加工流程設(shè)計相對容易，但是由于曲軸不是一個整體，所以機械性能要比整體式曲軸差。常見的曲柄形狀如圖 2-2 所示：a 矩形、b 橢圓形、c 圓形。 充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 4 -(a) (b) (c)在曲軸加工過程中，最有難度的設(shè)計區(qū)域就是曲柄與主軸頸、連桿頸的連接處，因為連接處在發(fā)動機工作時會產(chǎn)生巨大復(fù)雜的應(yīng)力集中情況，往往這樣的連接處是一個工藝設(shè)計有瑕疵的曲軸最容易出現(xiàn)裂痕問題的部位。為了解決連接處的這個問題，緩解它受力復(fù)雜混亂帶來的影響，通常會采用過渡圓角連接的方法，同時過渡圓角的大小也應(yīng)經(jīng)過合理的設(shè)計，保證過渡半徑足夠能夠起到緩解作用。但是，過渡半徑也不是一味得越大越好，也應(yīng)有合適的范圍，不合適的過渡半徑會使柴油機軸向尺寸加大。2.2 曲軸的作用及工作狀況曲軸是發(fā)動機中的核心組成，發(fā)動機能夠做到各個行程順暢切換運轉(zhuǎn)，源源不斷提供動力，都是因為曲軸獨特的結(jié)構(gòu)起到了重要作用。因為四個行程中只有一個行程做功，所以飛輪還能起到儲存能量的作用，使得活塞的其他三個行程即使沒有做功也能正常工作，保證曲軸的旋轉(zhuǎn)均勻。在前文中已經(jīng)提及過，曲軸在工作過程中承受了方向、大小不斷變化的復(fù)雜應(yīng)力，還要受到劇烈振動所產(chǎn)生的應(yīng)力作用。同時，由于曲軸工作的高速，曲軸各個軸表面的耐磨度要達到一定要求。曲軸是整個柴油機的心臟，它的結(jié)構(gòu)的每一個小細節(jié)出現(xiàn)差錯，都會使柴油機的功能就無法正常發(fā)揮。柴油機運轉(zhuǎn)過程中，為了使運轉(zhuǎn)穩(wěn)定均勻，所以出現(xiàn)了點火提前角等等的定義，定義之細致可以讓人感覺到曲軸的設(shè)計應(yīng)細致入微，各個角度的安排必須準(zhǔn)確無誤，否則柴油機運轉(zhuǎn)時四個行程就無法精準(zhǔn)有序的一個接著一個的運作，無法使柴油機發(fā)揮出最大的功用。此外，曲軸軸承的間隙安排也是個重點，只有安排了適當(dāng)?shù)拈g隙，才保證了機油能夠順暢流動對曲軸起到充分的潤滑和冷卻作用。所以為了保證曲軸能夠安全可靠的工作，曲軸應(yīng)該有足夠的剛度，強度，抗疲勞性和抗沖擊韌性。 [6]充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 5 -2.3 曲軸的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求2.3.1 曲軸的結(jié)構(gòu)特點曲軸有兩個軸組成，兩個軸的軸心不位于一條直線上，其中軸心與機體中心孔重合的軸叫做主軸，主軸是在柴油機內(nèi)繞著自身中心線轉(zhuǎn)動。另一個軸叫做連桿軸，是通過曲柄與主軸連接，它軸心與主軸不同，但運轉(zhuǎn)中是繞主軸旋轉(zhuǎn)。曲軸的受力情況非常復(fù)雜，為了保證柴油機的持續(xù)均勻穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，所以曲軸應(yīng)對毛坯選擇有很高的要求，加工后的曲軸應(yīng)具有很高的剛度和強度，良好的機械性能。同時為了保證工作的連貫順暢，每個氣缸的配氣相位也要合理安排，連桿軸相對主軸的偏移量也應(yīng)合理。 [7]2.3.2 曲軸的技術(shù)要求(1) 毛坯鍛造后，應(yīng)進行調(diào)質(zhì)處理.，確保硬度為 HRC28-34。(2) 曲軸主軸表面和連桿表面都須采取淬火處理，控制淬火層深度范圍在 3-7mm內(nèi)，保證硬度范圍為 HRC28-34。(3) 當(dāng)曲軸用兩最外側(cè)主軸頸支撐時，主軸頸軸心線與連桿軸軸心線的不平行度允許誤差為 0.01mm，大端飛輪軸的跳動允許誤差為 0.025。(4) 各個連桿軸中心線相互之間的偏移允許誤差為 '15?。(5) 曲軸上所有的主軸頸以及連桿軸上的油孔表面都應(yīng)拋光處理，保證光潔度高于 1.6，主軸頸和連桿軸孔的內(nèi)表面光潔度高過 6.4。(6) 保證曲軸加工的材料質(zhì)量。(7) 曲軸在拋光處理后，可進行磁力探傷，并在磁力探傷結(jié)束后對曲軸作退磁處理。 [8]具體如下圖所示：充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 6 -圖 2.1 CA498-12 型柴油機曲軸技術(shù)要求2.4 柴油機曲軸參數(shù)說明 表 2.1 曲軸參數(shù)材料 42GrMoA 行程 106主軸直徑 φ71 油孔 直、斜油孔主軸檔寬 33 缸數(shù) 4連桿軸直徑φ57 總長 633.5連桿軸檔寬 33 充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 7 -3 毛坯的選擇3.1 毛坯的材料在柴油機工作時曲軸工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，承受不斷變化的彎矩和扭矩的影響，也經(jīng)受高速旋轉(zhuǎn)中的磨損。由于曲軸處于特殊的工作條件下，所以就要求曲軸毛坯的材料有很好的力學(xué)性能和加工性能。目前鍛鋼，鑄鋼和球墨鑄鐵是制造曲軸的三種常用材料。曲軸毛坯的材料有 45 鋼，45Mn2，50Mn，40Cr 及 QT600-3 球墨鑄鐵等。3.2 毛坯制造在毛坯的制造過程中，曲軸毛坯的選擇對于總的加工余量和加工工序中的余量的設(shè)定都會產(chǎn)生影響，也是選擇刀具材料和加工機床的重要依據(jù)。好的毛坯制造工藝和質(zhì)量，會大大減少加工過程的加工強度，提高生產(chǎn)品質(zhì)。對于曲軸制造來說，一般存在兩種毛坯制造方法，那就是鑄造和鍛造。對于曲軸這種復(fù)雜大型件來說，鑄造毛坯往往存在許多缺陷。這將影響到曲軸強度和抗疲勞性。鍛造制造能使金屬內(nèi)部組織緊密，從而提高材料的耐沖擊能力、延展能力和抗疲勞強度。在大批量生產(chǎn)中，一般會選擇模鍛。 [9]通過模鍛制造出的毛坯應(yīng)調(diào)質(zhì)處理，提高毛坯在表層的加工質(zhì)量，設(shè)計中我們選用的是 42CrMoA 合金鋼。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 8 -4 工藝路線的擬定4.1 年生產(chǎn)量和批量的確定4.1.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)50000 臺/每年 柴油機年產(chǎn)量 ??=生 產(chǎn)綱領(lǐng) ×每臺件數(shù) ×（ 1+備 品率 ） ×（ 1+廢品率） ??=50000×1×(1+2%)×(1+2%)=52020月產(chǎn)量 =??÷12=4335 ????????=(365?48?11)÷12=25天日產(chǎn)量（一天 3 班） =月 產(chǎn) 量 ÷????????=4335÷25=174(1) 生產(chǎn)量類型的確定：根據(jù)工藝人員手冊，曲軸屬于輕型零件，則對應(yīng)的生產(chǎn)性質(zhì)：中批產(chǎn)量 500～5000 大批產(chǎn)量 5000～50000本次設(shè)計曲軸的生產(chǎn)性質(zhì)：大批生產(chǎn)(2) 年時基數(shù)，若三班制，則：第一班 小時，第二班 小時，第三班2080 2080小時。1560女職工人數(shù)不到 ：則第一班 小時， 第二班 小時，第三班 小時 25% 1664 1664 1248?？偣残r數(shù)為 小時。4576(3)平均流水線節(jié)拍 =流水線實際平均基數(shù) ×60×（ 1???） ÷零件年 產(chǎn) 量其中，η－損失系數(shù)：A. 工作期間設(shè)備維護管理方面損失 η 1B. 職員缺工方面損失 η 2C. 設(shè)備清潔維護損失 η 3D. 職員歇息整頓損失 η 4??=??1+??2+??3+??4=15%平均流水線節(jié)拍 =4576×60×（ 1?15%） ÷52020=4.5??????為了保證加工零件可以準(zhǔn)時達到數(shù)量要求，所以加工過程中每道工序的加工時間應(yīng)不得大于生產(chǎn)節(jié)拍。4.1.2 生產(chǎn)周期的計算生產(chǎn)周期＝ 每 天 有 效 工 作 時 間 最 長 工 序 時 間）（ 批 量 －一 個 零 件 總 的 加 工 時 間 *1?充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 9 -生產(chǎn)周期 =1.26天4.2 定位基準(zhǔn)的分析 4.2.1 曲軸加工工藝特點分析曲軸的制造加工必須考慮兩個重點：一個是曲軸的摩擦副，主要表現(xiàn)在曲軸的連桿軸頸與連桿之間的摩擦。二是曲軸的震動副，主要表現(xiàn)為柴油機在點火爆炸的過程中對曲軸產(chǎn)生的沖擊，另外還有曲軸在加工的工程中由于受力的影響而產(chǎn)生震動。曲軸雖然結(jié)構(gòu)不同于一般的軸，但它仍與普通軸有相似的加工過程，例如銑軸的兩端端面，在端面鉆中心孔以便定位，車、磨及拋光等加工工藝等等。但是，由于曲軸與普通軸外形結(jié)構(gòu)上都有很大區(qū)別，所以應(yīng)針對曲軸的特殊性而采取特定的加工工藝，現(xiàn)對曲軸的結(jié)構(gòu)加以分析： (1) 剛度差由于曲軸長度大且具有連桿軸這一特殊結(jié)構(gòu)，所以剛性會相對較差，在運轉(zhuǎn)過程中曲軸高速旋轉(zhuǎn)，承受復(fù)雜變化的應(yīng)力以及旋轉(zhuǎn)扭矩，自身重量也會造成較大的負荷，曲軸易發(fā)生嚴(yán)重的變形，因此加工時對應(yīng)注意以下幾點：A. 在加工過程一開始切除毛坯余量較大時，對使用的機床，刀具等都要嚴(yán)格要求，提高整個加工系統(tǒng)的良好剛度，條件允許的話，可以選擇支撐架放置于曲軸中間提高加工系統(tǒng)的剛性，提升穩(wěn)定性，減輕不必要的變形與震動。B. 在加工過程中，合理安排設(shè)計，盡量使切削力之間可以互相抵消。C. 妥善設(shè)計工序順序，在易產(chǎn)生變形的工序后及時添加校直工序。(2) 形狀復(fù)雜因為在連桿軸加工中工件旋轉(zhuǎn)時會不平衡，使加工困難。對于不平衡現(xiàn)象比較明顯者（如大型曲軸） ，曲軸旋轉(zhuǎn)起來加工不穩(wěn)定且相對困難，這時應(yīng)該選擇刀具動曲軸不動，就可在一定程度上避免生產(chǎn)過程的不穩(wěn)定現(xiàn)象(3) 技術(shù)要求高曲軸對技術(shù)的要求高加工難度大，而且形狀復(fù)雜和加工工序多，相比柴油機內(nèi)其他零件，曲軸的加工工藝規(guī)程相對長而復(fù)雜，而且很多加工面都需要磨削處理，這些都需合理安排。4.2.2 曲軸機械加工定位基準(zhǔn)的選擇①加工主軸頸的定位基準(zhǔn)加工主軸頸和與它同軸心重合的軸頸時，為了保證軸徑加工的位置精度和基準(zhǔn)重合原則，通常會選擇將軸兩個端面的中心孔作為定位基準(zhǔn)，所以加工過程的第一步通常定位銑軸兩端面并在端面上鉆中心孔。在鉆中心孔時，為了保證位置精度，通常會充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 10 -選擇主軸頸的外圓作為加工基準(zhǔn)，與此同時，為了防止位置精度上的誤差層層疊加累計，保證加工出準(zhǔn)確的軸向尺寸，會選用最中間的第三主軸頸作為定位基準(zhǔn)，這樣一來，位置偏差是從中間向兩端分布，可以有效提高位置精度，保證曲軸的均勻標(biāo)準(zhǔn)。②加工連桿軸頸的定位基準(zhǔn)可用加工結(jié)束的最外兩端的兩段主軸作為精基準(zhǔn)，便于夾緊，充分滿足曲軸加工的結(jié)構(gòu)要求，安裝后穩(wěn)定，整體剛性好。而且由于連桿軸頸分別相差 180 度，因此軸向旋轉(zhuǎn)自由度的限制，是在大端鉆一個定位銷孔在第一、第五曲臂加工對稱定位面。4.3 工藝路線的擬定4.3.1 工藝路線分析工序的安排原則①先加工基準(zhǔn)面，后加工其他工作面；②先進行粗加工，后進行精加工；③先加工面后加工孔；④先主后次。4.3.2 該設(shè)計擬定的最終工藝路線（方案一）鍛造調(diào)質(zhì)處理(1) 粗銑兩端面(2 ) 半精銑兩端面(3 ) 鉆兩端質(zhì)量中心孔(4 ) 粗車大端軸頸(5 ) 粗車第五主軸頸 (6 ) 粗車第一主軸和小端外圓(7 ) 數(shù)控車油封軸頸、齒輪軸軸頸和小端螺紋直徑(8 ) 數(shù)控車一五主軸(9 ) 銑定位面(10) 內(nèi)銑二至四主軸頸和全部連桿軸頸(11 )人工時效(12 )粗個主軸頸(13 )鉆大端中心孔(14 )半精車小端外圓和刀檢第二、三曲柄臂(15 )鉆大端定位銷孔充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 11 -(16 )粗磨連桿軸頸(17 )鉆油孔(18 )油孔噴沙(19 )中間檢查(20 )中間清洗(21 )熱處理(22 )中間探傷(23 )精車齒輪軸直徑和螺紋直徑(24 )半精磨 2~4 主軸頸(25 )半精磨一、五主軸頸(26 )精磨大端軸頸(27 )精磨連桿軸頸(28 )銑齒輪軸鍵槽(29 )精磨一、五主軸頸(30 ) 精磨 2~4 主軸頸(31 )精車兩端面(32 )中間檢查(33 )成品探傷(34 )鉆大端螺紋孔和攻小端螺紋(35 )油孔倒角及全部油孔拋光(36 )動平衡(37 )清理去毛刺(38 )軸頸拋光(39 )止推軸頸拋光(40 ) 成品檢查(41 )入庫4.3.3 擬定不同方案并比較（方案二）只列舉不同，并分析確定方法的優(yōu)勢長處：(4)粗車大端軸頸和第五主軸頸分析：本工序是將一中的第四與五工序并為一道工序。優(yōu)點是：節(jié)省機床和工人，還有場地布置等因素。缺點是：延長了生產(chǎn)節(jié)拍，使整個加工時間加長，甚至無法完成年產(chǎn)量；更嚴(yán)重的缺點是由于對于主軸頸的檔寬位置以及尺寸有嚴(yán)格要求，因此每加工一個工件需要對刀，大大的浪費了時間。而采用一方案，在加工主軸頸的時候采充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 12 -用專用車刀，只要第一次降到的位置調(diào)整好，以后不需要調(diào)整。由比較來看，選擇了方案一的安排。(20)將半精車小端外圓的工序去掉分析：優(yōu)點：節(jié)省工序安排；缺點：由于下面安排了精加工，粗車之后直接進行磨，很難保證精度要求，給加工帶來很大的難度；同時也不符合工序安排的理論要求。綜上所述，最后確定方案一為最終方案。由之前的加工方案安排可以看出，因為粗加工的加工余量較大，切削時造成的變形誤差會相對較為嚴(yán)重，所以粗加工精加工分開有助于提高工件的精度，精加工可以找平在精度上的細微誤差，一個軸在加工中都會有多次的車削磨削拋光等工藝，最終都可以保證很高的精度以及表面光潔度。4.3.4 熱處理工序安排(1) 鍛造毛坯后，安排調(diào)質(zhì)處理，可以使毛皮材料綜合機械性能得到提升，加工出的曲軸機械性能更上乘。(2) 粗加工后安排時效處理，消除零件內(nèi)部殘余應(yīng)力。(3) 粗磨之后安排淬火，改善工件的機械性能。4.3.5 其它工序的安排(1) 為了保證零件制造質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)零件加工出現(xiàn)的問題，不能光在加工結(jié)束時才對工件進行檢驗。應(yīng)在較為復(fù)雜、耗時較長的工序之后直接安排檢查，防止造成時間精力上的浪費。(2) 零件表層或內(nèi)腔的毛刺對曲軸質(zhì)量會產(chǎn)生較大影響，及時安排去毛刺。4.3.6 重點工藝說明(1)曲軸的表面強化工藝決定發(fā)動機曲軸機械性能和使用壽命的主要因素有：結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和強化等方面。當(dāng)曲軸的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)確定之后，強化就成了重要的對象，目前常見的曲軸強化工藝大致可以分為五種：①氮化；②噴丸；③圓角軸頸同時淬火；④圓角滾壓；⑤復(fù)合強化。(2)曲軸的平衡工藝加工完了的曲軸如果初始不平衡量太大，則平衡所需的時間增加，這對生產(chǎn)效率有明顯的影響。特別是采用全自動曲軸平衡自動線時，曲軸初始不平衡量的大小對自動線的節(jié)拍時間及剩余不平衡量的大小有顯著影響，嚴(yán)重時將會有部分曲軸因無法進行校正而報廢。因此，人們希望能夠?qū)⒊跏疾黄胶饬靠刂圃谝粋€低水平范圍充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 13 -內(nèi)，為此目的而采用一種設(shè)備——質(zhì)量定心機，目前多以這種測試為主。 一般鑄造或鍛造成型的曲軸毛坯，在機械加工前首先要在兩端打中心孔，并以中心孔為基準(zhǔn)進行全部的機械加工。對于類似曲軸這樣的轉(zhuǎn)子，其上的配重塊及筋板等非加工表面多，最初的中心孔的位置對加工后的曲軸的初始不平衡量有較大的影響。因此在毛坯上打出的中心孔，能使毛坯繞連接兩中心孔的軸線旋轉(zhuǎn)時，處于沒有不平衡的狀態(tài)。從力學(xué)原理上來說，只要在通過質(zhì)心的慣性主軸兩端打中心孔就能滿足上述要求。能在這樣的位置上打中心孔的機械就是質(zhì)量定心機。當(dāng)然，打完中心孔后，在以后的機械加工過程中還要產(chǎn)生新的不平衡，但是僅僅根據(jù)毛坯外徑按幾何中心打孔的方法相比要少得多。質(zhì)量定心機本來是一種在慣性主軸兩端打中心孔的機械，但它也可使轉(zhuǎn)子軸線在慣性主軸附近分別偏離一定距離而打中心孔。因此，如果對加工完了的曲軸的初始不平衡量分布規(guī)律進行統(tǒng)計處理，并以此為依據(jù)相應(yīng)地調(diào)整打中心孔的位置，則可進一步提高質(zhì)量定心的效果。 [10](3)曲軸的磨削工藝隨著高效磨削的發(fā)展，磨削工藝擴大了它的范圍，在加工中變得更加普遍常見。由此，可通過磨削替代常規(guī)的由車削或銑削來進行的粗加工，而直接由磨削完成精加工，從而縮短了生產(chǎn)工藝流程。 采用 CBN 砂輪的高速高精度磨削，在汽車工業(yè)主要應(yīng)用于凸輪軸和曲軸連桿頸的磨削加工。目前，有一些國際性磨料生產(chǎn)企業(yè)，在 CBN 砂輪磨料方面提供了很好的產(chǎn)品，如圣戈班磨料、金世博（Kingspor）等。圣戈班的 Q-Flute 是一種高溫混合樹脂結(jié)合劑產(chǎn)品，是高效率下的大去除量磨削用磨料。在對工件沒有熱損傷并保證質(zhì)量的前提下，能夠大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量、材料去除率和產(chǎn)品壽命。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，加工效率至少提高兩倍以上，可以用在 10kW 以上的 CNC 數(shù)控磨床上。[11]4.4 工藝卡的填寫4.4.1 機床的選擇（見《金屬機械加工工藝人員手冊》P380~457）機床的選擇應(yīng)充分考慮到加工工件過程中每個參數(shù)的特定性以及與實際加工環(huán)境的適應(yīng)性。4.4.2 刀具的選擇（《金屬機械加工工藝人員手冊》P558~668）例如：粗磨連桿軸（第 18 道工序）用砂輪為：P A 46 M 6 V 35900?35?305分別為：形狀代號 砂輪形狀 磨料 粒度號 硬度 組織號 結(jié)合劑號 最高工充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 14 -作線速度4.4.3 量具的選擇應(yīng)保證： T???≥??T—被測曲軸尺寸的公差值（mm）K—測量精度系數(shù) ?—測量工具以及使用測量方法的極限誤差表 4.1 測量精度系數(shù)被測尺寸的精度等級IT5 IT6IT7 IT8 IT9K 0.3250.300.2750.250.20例如：粗磨各主軸頸（第十三道工序）加工??=0.05??=0.25?????=0.0125????=12.5由表分析可知，可選用 75~100，0.01 千分尺4.4.4 加工余量的確定（《金屬加工工藝人員手冊》334~377 頁）完成加工過程中的某一道工序時所需切除的毛坯量就被稱為工序余量。從毛坯到成品的整個工藝過程中所切除的材料層厚度稱為總余量，加工余量的確定通常是通過三種方法：①.經(jīng)驗估計法；②查表修正法；③分析計算法。4.4.5 切削用量的確定為了能保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高切削效率本次設(shè)計應(yīng)正確的選用切削用量，其基本原則是：先考慮到切深 pa，進給量 f，加工速度 v 的影響時。第一可以選擇一個略大的切深 ,然后在考慮進給量 f,在機床刀具等因素均符合條件后再決定合理的切削速度????v。切削用量的選擇方法可以分為查表法、計算法和經(jīng)驗法：表 4.2刀具材料工件材料加工方法切速 v 的公式高速鋼 合 銑 1.02.03.2.05zaftdCezp???充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 15 -金鋼 削其中，T—刀具耐用度（分）pa—切深（mm）f—進給量（mm/r）表 4.3 刀具耐用度 T刀具 耐用度（分） 刀具 耐用度（分）普通外圓車刀 90 普通端銑刀 200端面車刀 60 立銑刀 90成型刀 120 擴孔鉆 60B 查表法舉例：（第二道工序：半精銑兩端面）表 4.4 進給量加工方法 切深 ???? 進給量 f 切速 v車削 粗加工精加工1.5~2.50.2~0.50.3~0.50.2~0.350~8080~100銑削 粗加工精加工2~30.5~0.70.2~0.30.1~0.360~8080~1004.4.6 零件加工時間的計算單個的工時定額由以下組成： 輔 助服 務(wù)基 本單 件 TT??終 結(jié)輔 助服 務(wù)基 本單 件 核 T?式中： 基 本 —基本時間。在對象為機床加工工序時，所指機動時間。服 務(wù) —工作地點的服務(wù)時間。一般可以 服 務(wù) =（3%~5%） 基 本T估算。本次按照 5%來參加計算。終 結(jié)T—準(zhǔn)備終結(jié)時間。由于本產(chǎn)品為大批量生產(chǎn)，所以終結(jié)時間為 0。輔 助—輔助時間?？刹楸磉x擇，也可按 輔 助T=（10%~20%） 基 本 估算。該設(shè)計中按照 10%估算?；?本的計算方公式： 基 本T= nfL??21其中， ???加工 長 度 （ ????）充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 16 -??1?加工切入 （ ????） ??2?加工超出 （ ????） ???進給 量 （ ????/??）???轉(zhuǎn) 速 （ ??/??????）具體由以下兩種情況： 刀具工件工件圖 4.2 銑端面 圖 4.3 車兩端軸頸以第一道工序為例： mt= pwfanl= 068.*519=3.5 分輔=0.1*t=0.35服t=0.05* =0.18單=3.5+0.35+0.18=4.03 分鐘4.5 工藝設(shè)計的綜合評估表 4.5充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 17 -綜上所述，本工藝路線符合加工零件的各項技術(shù)要求。5 夾具分析與裝配5.1 夾具分析5.1.1 夾具設(shè)計分析在金屬切削機床上進行工件加工時，為了保證加工精度，工件的加工表面相對其它表面的尺寸和位置精度要保持精準(zhǔn)，在加工方法加工工藝確定之后，首先面對的主要問題就是：工件應(yīng)在機床上始終處于準(zhǔn)確的加工位置，并且在加工過程中能承受各種力的作用后，也會保持正確的位置不發(fā)生變化。本次設(shè)計由于是應(yīng)用于大量生產(chǎn)中，所以生產(chǎn)中多使用專用夾具。5.1.2 定位夾緊方案確定由于銷孔的位置要與第五主軸和第四曲拐的軸線共線，因此主軸中心與一四曲拐的中心是定位的關(guān)鍵。主軸軸線的定位利用的是兩端的頂尖定位孔，前后兩個頂尖均是活頂尖，限制四個自由度；曲拐中心線的定位是本夾具的設(shè)計關(guān)鍵，采用的是自動定心夾緊機構(gòu)，聯(lián)合主軸軸線的定位限制軸向旋轉(zhuǎn)自由度；另外大端端面靠在夾具體上，限制軸向自由度。工件預(yù)定位后，開啟液壓控制，自動定心上下兩個夾板，同時以相同的速度向心運動，這樣就能保證不論曲軸頸的尺寸偏大或者偏小，中心線與主軸的中心線所構(gòu)平面始終與夾具體平面平行。 [13]5.1.3 鉆孔夾具的具體設(shè)計(1).主軸中心線的定位采用的頂尖定位。前后兩個頂尖都是活頂尖，由液壓控制，右端（尾定尖）頂尖的得液壓油缸的直徑要大于左端的液壓油缸，當(dāng)二者同時作用時，尾頂尖將工件向左推（左右是以操作者而言） ，是大端的端面靠在夾具體上，實現(xiàn)軸向自由度的限制。(2)回轉(zhuǎn)自由度的限制及夾緊充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 18 -①定位在對曲軸的整個機械加工過程中，不論是定位還是加工，曲軸一直是一個難點，因為它的回轉(zhuǎn)中心與主軸的回轉(zhuǎn)中心不同。工件在預(yù)定位之后，自動夾緊裝置的上下兩個夾板，同時同速度向心運動，直至將工件夾緊，這樣就保證了加工孔的精度要求。這兩個夾板是連接子在一個上下螺紋旋向相反的絲杠上，該絲杠經(jīng)過兩級齒輪傳動，第一級齒輪傳動由齒條傳遞，齒條與液壓缸的活塞桿相連，活塞的前后運動推動齒條的往復(fù)運動，帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，再將旋轉(zhuǎn)運動傳給絲杠。②夾緊夾緊裝置設(shè)計過程中，應(yīng)能使工件緊密地保持在一定位置上。結(jié)構(gòu)盡可能簡單明了，制造和維修都簡便。對于夾緊力方向的確定，應(yīng)對工件的剛度進行分析，使夾緊裝置提供的夾緊力與剛度大的方向一致，保證加工精度的準(zhǔn)確。其次夾緊點的選擇也十分重要，應(yīng)位于曲軸剛度好的部位。夾緊裝置的具體結(jié)構(gòu)見圖 5-1 夾具體夾緊機構(gòu) 1245°圖 5-1 夾具體夾緊機構(gòu)5.1.4 夾緊行程設(shè)計由于安裝時預(yù)定位低于夾緊狀態(tài) 4mm，因此將行程定為上下夾板各移動 6mm。由于絲杠螺距是 6mm,所以絲杠旋轉(zhuǎn)一周，兩極齒輪傳動齒數(shù)分別是：123851ZZ??， ， ， 模 數(shù) M=。則最后一級齒輪要轉(zhuǎn)： 1280.35Znr?轉(zhuǎn)過的距離 ： 2*1.40.92ldrmzm??充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 19 -所以齒條要前進的距離為 40.92mm,最后將活塞的行程定為 45mm。夾緊力的計算通常我們計算夾緊力，會參照類似夾具在類似使用狀況中的夾緊力，估算出當(dāng)前的夾緊力，或者可以將夾具和被夾工件看做同一個系統(tǒng)，我們對她進行工作過程的判斷，找出最不適應(yīng)夾緊的情況，并對之進行靜態(tài)分析，用得出的理論夾緊力乘以安全系數(shù)，就可以得到實際夾緊力。 [14]一）夾緊力的確定：.kWK?………………………………………（公式 3-1-1）其 中：k?實 際 所 需 夾 緊 力 ； 計 算 所 得 夾 緊 力 ；安 全 系 數(shù) 。安全系數(shù)可按下式計算：0123456KK?………………………（公式 3-1-2）查機床夾具設(shè)計手冊表： 表 1-2-1 計算得.65由于表注若安全系數(shù)小于 2.5。故：2.?判斷得到在此道工序粗加工鉆孔時應(yīng)力最大，所以按照此時計算，鉆削加工公式為： 20.8.34PMDfK……………………………(公式 3-1-3).67pF?………………………………（公式 3-1-4）其中： .Nm?切 削 扭 矩 ，?鉆 頭 直 徑 ， /f r每 轉(zhuǎn) 進 給 量 ，pK修 正 系 數(shù)可按照下列公式計算： 0.7536bp????????根據(jù)刀具材料高速鋼，工件材料結(jié)構(gòu)鋼計算得: pK=1.23其它參數(shù)為 9,0.17,Df?代入公式 3-1-3，3-1-4 得M=2.32N.m充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 20 -F=1136.2N將結(jié)果代入 3-1-1 得：KM=5.8N.m, KF=2840N……………………（3-1-5）圖 5.2 受力分析由靜力平衡條件的公式得對夾緊機構(gòu)列等式 0Z?? 即 12ZN??Y y 其中 N=2840N由力矩平衡得： ?0M 1yl= 2(633.5-l)y*53=M 其中 l=63mm, M=5.8N.m計算得：y=109.4, 1y=97.49, 2=10.83其中，夾緊力 y 由夾緊液壓缸提供， 1y由左端定位液壓缸提供， 2y由右端頂為液壓缸提供，它們的活塞直徑分別為 60mm,45mm,80mm。下面進行驗證： 由公式 1.3PDp?…………………………（3-1-6）其中 ?活 塞 直 徑 ；可 以 產(chǎn) 生 的 最 大 夾 緊 力 ； 充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 21 -1.0~5,3.5pMP?工 作 壓 力 ， 一 般 取 此 計 算 取 。將參數(shù)分別代入公式 3-1-6 得： 986PN?夾 ， ?左 140N右可見遠大于所需夾緊力，故設(shè)計符合要求。5.2 夾具誤差分析及經(jīng)濟性分析定位誤差主要分為兩種類型：1.基準(zhǔn)不重合誤差2.基準(zhǔn)位移誤差在這次夾具設(shè)計中加工面為小端面和小端軸外圓，由于設(shè)計基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合不存在定位誤差，定位基準(zhǔn) C 和 D 圓柱度 0.02，平行度為 0.01。為了提高整個柴油機曲軸工藝加工的生產(chǎn)效率，在保證定位夾緊和零件的各項技術(shù)要求的前提下，對夾具的選擇也要滿足一定的經(jīng)濟性原則。 [15]本夾具設(shè)計上基本上滿足了零件的加工要求,并且還滿足了企業(yè)對一般夾的要求。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 22 -6 零件的檢查6.1 檢查夾具下圖是曲軸生產(chǎn)線用以檢測曲軸主軸頸軸向尺寸的檢驗夾具圖 6.1 檢驗夾具1.支架 2.測桿 3.軸向定位件 4.測頭 5.支架 6.頂尖 8.滑板 9.百分表10.手柄將曲軸放在支架上，用頂尖頂住頂尖孔，使曲軸第三主軸頸緊靠在檢驗夾具的定位件上，然后推動手柄，當(dāng)四個測量頭同時碰到曲軸時，在百分表上就可以讀取尺寸。6.2 氣動量儀下圖 6-2 為 24-240C 型水柱式氣動量儀工作原理充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 23 -穩(wěn) 壓 管2.主 噴 嘴3測 量 氣 室4放 氣 閥5輸 出 管 路6測 量 噴 嘴7被 測 元 件8壓 力 計9刻 度 尺10鎖 水 閥重 錘 式 穩(wěn) 壓 器油圖 6.2這種氣動量儀有如下特點：1) 示值清晰，穩(wěn)定， 。2) 效率高。3) 倍率高。氣動卡規(guī)下圖為曲軸生產(chǎn)所用的氣動卡規(guī)示意圖。當(dāng)被測尺寸發(fā)生變動時，截面 A 發(fā)生彈性變形，這樣 3 與 1 之間的間隙就會相應(yīng)發(fā)生變化，我們可借助刻度尺讀出被測尺寸變動的大小。 [16]圖 6-3 噴 嘴2.被 測 量 件卡 規(guī) 本 體4氣 管圖 6.3充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 24 -7 結(jié)論本次曲軸加工工藝規(guī)程的編制設(shè)計，通過結(jié)合實際情況，在已有的加工工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)在的生產(chǎn)技術(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人勞動強度，降低產(chǎn)品成本，增加企業(yè)經(jīng)濟效益為主要目的進行本次設(shè)計。設(shè)計既然來源于生產(chǎn)，就要在回到生產(chǎn)當(dāng)中去，本設(shè)計的實際可操作性是此