468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE】
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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名
張敏鍵
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B05-18
指導(dǎo)教師姓名
張德生
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
微型及普及型汽車在我國(guó)有很大市場(chǎng),從起初的0.9L到現(xiàn)在的1.6L,價(jià)格適合我國(guó)國(guó)情,適合正在發(fā)展的中國(guó)的現(xiàn)況,尤其近在哈爾濱東安公司。
曲軸是曲柄連桿機(jī)構(gòu)三大部分之一,了解曲軸的功用、工作條件、受力情況、材質(zhì)、加工和使用特點(diǎn)，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，曲軸結(jié)構(gòu)及材料及加工手段等也在不斷發(fā)展，確定加工工藝與裝夾方案及設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的原理與工況的了解，并對(duì)曲軸構(gòu)造與加工工藝進(jìn)一步更深了解；
該畢業(yè)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)常用工具AutoCAD2004和國(guó)內(nèi)外流行三維PROE軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的過(guò)程。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
收集有關(guān)國(guó)內(nèi)外微型及普及型汽車曲軸飛輪組相關(guān)資料,通過(guò)對(duì)曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況的了解，對(duì)曲軸的加工藝方案提出對(duì)加工藝的改進(jìn)方案，提出問(wèn)題，進(jìn)行曲軸的加工工藝改進(jìn)分析來(lái)解決問(wèn)題，完成工藝改進(jìn)及分析；從工藝設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)原理、材料及應(yīng)用等方面分析曲軸工藝和加工技術(shù)，提出自己的看法。
通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸鉆模夾具工作條件的了解，鉆模夾具方式與方案進(jìn)行對(duì)比分析和設(shè)計(jì)，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，分析夾緊方式，確定裝夾方案，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊曲軸鉆模的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)曲軸構(gòu)造與加工工藝進(jìn)一步更深了解。
技術(shù)要求：
1、分析零件圖，運(yùn)用工藝知識(shí)選擇加工基準(zhǔn)據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件確定工藝方案及相應(yīng)加工方法(如:定位,夾緊,毛坯基準(zhǔn),孔徑等)；
2、零件的二維和三維圖；工藝規(guī)程一套
3、進(jìn)行夾具的二維和三維圖及相應(yīng)零件圖；
4、夾緊與定位對(duì)比分析，受力分析；
5、自動(dòng)夾緊方案和工作原理及組成；
6、圖紙和說(shuō)明書(shū)要符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化、清晰；
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1、鉆模夾具二維裝配圖一套；
2、鉆模夾具三維實(shí)體裝配圖一套；
3、一套實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)液壓系統(tǒng)及工藝規(guī)程一套；
4、曲軸的零件三維視圖；
5、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份(1.5萬(wàn)字以上)；
5、所有設(shè)計(jì)資料的電子文稿；
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
1、熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，并了解相關(guān)材料(網(wǎng)上查閱)，準(zhǔn)備資料，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告：第1~3周（3月2日~3月22日）
2、熟悉零件圖紙(提出有相應(yīng)問(wèn)題)，熟練掌握CAD2005以上版本及工藝學(xué)、Pro/E：第4~5周（3月23日~4月5日）
3、據(jù)自已所學(xué)知識(shí)及實(shí)習(xí)工廠或其它修配廠提出改進(jìn)加工方法，，鉆模夾具方式與方案進(jìn)行對(duì)比分析和設(shè)計(jì)，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，輸助工具excel或word要有一定使用能力：第6~7周（4月6日~4月19日）
4、分析夾緊方式，確定裝夾方案，曲軸鉆模二維和三維的設(shè)計(jì)及中期檢查，工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)：第8~9周（4月20日~5月2日）
5、曲軸的三維零件圖的設(shè)計(jì)和并實(shí)現(xiàn)夾緊方案設(shè)計(jì)和原理：第10~11周（5月3日~5月17日）
6、夾緊方案設(shè)計(jì)零件的設(shè)計(jì)：第12~14周（5月11日~6月7日）
7、總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)及說(shuō)明書(shū)、后期檢查審核及修改不足：第15~16周（6月8日~6月21日）
8、畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯及答辯：第17周 （6月22日~6月28日）
五、主要參考資料
[1]張雪.機(jī)床與夾具[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.9
[2]丁豐榮.汽車材料及金屬加工[M].人民交通出版社,2000.4
[3]富成科.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].人民交通出版社,1999.1
[4]沈宜慧.機(jī)械工程材料[M].人民交通出版社,1998.1
[5]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.8
[6]王寶璽.汽車拖拉機(jī)制造工藝學(xué)[M] 機(jī)械工業(yè)出版社,2002.10
[7]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社,2002.11
[8]臧杰.汽車構(gòu)造機(jī)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.10
[9]熊志旺.SEAT發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的結(jié)構(gòu)及工藝性能分析研究[D].南京理工大學(xué),2004
[10]岳陸游,胡天策,儲(chǔ)亞峰.基于Pro/E三維夾具設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械工程師,2006.03
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
張敏鍵
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B05-18班
指導(dǎo)教師姓名
張德生
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義
1、研究現(xiàn)狀
目前汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)曲軸的加工十分重視，并不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。隨著WTO的加入，國(guó)內(nèi)曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識(shí)到形勢(shì)的緊迫性，引進(jìn)了為數(shù)不少的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，以期提高產(chǎn)品的整體競(jìng)爭(zhēng)力，使得曲軸的制造技術(shù)水平有了大幅提高，特別是近5年來(lái)發(fā)展更為迅猛。
? ? 目前國(guó)內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。
?國(guó)外工業(yè)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：新產(chǎn)品發(fā)展快，質(zhì)量要求高，品種規(guī)格多，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短。反映在機(jī)械工業(yè)上，多品種、小批量生產(chǎn)在生產(chǎn)類型比例中，占了很大的比重。這樣，如果按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作，就不適應(yīng)當(dāng)前和發(fā)展的新形勢(shì)。
2、目的、依據(jù)和意義
輕型汽車在我國(guó)有很大市場(chǎng),2008年輕型車占總量的35%左右，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有曲軸一件，因此曲軸夾具的設(shè)計(jì)對(duì)所生產(chǎn)出的曲軸的功用有著重要的影響。
曲軸作為曲柄連桿機(jī)構(gòu)三大部分之一, 是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件。因此我們必須要保證曲軸的功用、工作條件、受力情況、材質(zhì)、加工和使用特點(diǎn)，隨著現(xiàn)在設(shè)計(jì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，曲軸結(jié)構(gòu)及材料及加工手段等也在不斷發(fā)展，確定加工工藝與裝夾方案及設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的原理與工況的了解，并對(duì)曲軸構(gòu)造與加工工藝進(jìn)一步更深了解；
該畢業(yè)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)常用工具AutoCAD2004和國(guó)內(nèi)外流行三維PRO/E軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的過(guò)程
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1、研究的基本內(nèi)容
（1）收集有關(guān)國(guó)內(nèi)外輕型轎車曲軸飛輪組資料,通過(guò)對(duì)曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況的了解，對(duì)曲軸的加工藝方案提出對(duì)加工藝的改進(jìn)方案，提出問(wèn)題，進(jìn)行曲軸的加工工藝改進(jìn)分析來(lái)解決問(wèn)題，完成工藝改進(jìn)及分析；
（2）從工藝設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)原理、材料及應(yīng)用等方面分析曲軸工藝和加工技術(shù)，提出自己的看法，設(shè)計(jì)工藝規(guī)程；
（3）通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸鉆模夾具工作條件的了解，鉆模夾具方式與方案進(jìn)行對(duì)比分析和設(shè)計(jì)，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，分析夾緊方式，確定裝夾方案，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)，機(jī)械加緊曲軸鉆模的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到對(duì)曲軸構(gòu)造與加工工藝進(jìn)一步更深了解。
2、擬解決的主要問(wèn)題
（1）分析零件圖，運(yùn)用工藝知識(shí)選擇加工基準(zhǔn)據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件確定工藝方案及相應(yīng)加工方法(如:定位,夾緊,毛坯基準(zhǔn),孔徑等)；
（2）繪制零件的二維和三維圖；
（3）夾緊與定位對(duì)比分析，受力分析；
（4）自動(dòng)夾緊方案和工作原理及組成；
（5）繪制夾具的二維和三維圖及相應(yīng)零件圖；
（6）圖紙和說(shuō)明書(shū)要符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化、清晰；
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)查曲軸及相應(yīng)鉆模夾具資料
對(duì)資料收集、分析、處理
根據(jù)曲軸資料設(shè)計(jì)相應(yīng)的夾具
液壓自動(dòng)移動(dòng)、定位、部分設(shè)計(jì)
夾具整體設(shè)計(jì)
利用PROE進(jìn)行圖形繪制
工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
細(xì)節(jié)處理與分析
畢業(yè)論文總結(jié)、整理相關(guān)文檔
四、進(jìn)度安排
1、熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，并了解相關(guān)材料(網(wǎng)上查閱)，準(zhǔn)備資料，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告：第1~3周（3月2日~3月22日）
2、熟悉零件圖紙(提出有相應(yīng)問(wèn)題)，熟練掌握CAD2005以上版本及工藝學(xué)、Pro/E：第4~5周（3月23日~4月5日）
3、據(jù)自已所學(xué)知識(shí)及實(shí)習(xí)工廠或其它修配廠提出改進(jìn)加工方法，，鉆模夾具方式與方案進(jìn)行對(duì)比分析和設(shè)計(jì)，從裝夾的方案和受力分析及定位方案，輸助工具excel或word要有一定使用能力：第6~7周（4月6日~4月19日）
4、分析夾緊方式，確定裝夾方案，曲軸鉆模二維和三維的設(shè)計(jì)及中期檢查：第8~9周（4月20日~5月2日）
5、曲軸的三維零件圖的設(shè)計(jì)和并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)液壓移動(dòng)和夾緊方案設(shè)計(jì)和原理：第10~11周（5月3日~5月17日）
6、夾緊方案設(shè)計(jì)零件的設(shè)計(jì)：第12~14周（5月11日~6月7日）
7、總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)及說(shuō)明書(shū)、后期檢查審核及修改不足：第15~16周（6月8日~6月21日）
8、畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯及答辯：第17周 （6月22日~6月28日）
五、參考文獻(xiàn)
(1). 曹春.斜孔鉆模設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究.2004.5
(2). 宮培毅.三維軟件Pro_ENGINEER在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J] 新技術(shù)新工藝.2008.5
(3).彭俊.鉆孔夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及改進(jìn)[J].機(jī)床與液壓.2004.1
(4)張雪.機(jī)床與夾具[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.9
(5)丁豐榮.汽車材料及金屬加工[M].人民交通出版社,2000.4
(6)富成科.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].人民交通出版社,1999.1
(7)李海國(guó).鉆曲軸斜油孔工裝工藝參數(shù)的實(shí)用算法與研究[J]機(jī)械，2002（02）
(8)徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.8
(9)王寶璽.汽車拖拉機(jī)制造工藝學(xué)[M] 機(jī)械工業(yè)出版社,2002.10
(10)王野牧．自動(dòng)液壓夾緊器及其液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．機(jī)床與液壓，2005（02）
(11)臧杰.汽車構(gòu)造[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.10
(12)熊志旺.SEAT發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的結(jié)構(gòu)及工藝性能分析研究[D].南京理工大學(xué),2004
(13)岳陸游,胡天策,儲(chǔ)亞峰.基于Pro/E三維夾具設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械工程師,2006.03
（14）E V Korobko，RG Oorodkin，M M Ragotner．ERF used for fix2ing blanks when
machining their surface[C】．Belarus Academy of Sciences ofBelarus，1993，1
（15）D J Kingenberg．Making fluids into solids with magnets[J]．Scientific
Americall，1993，112—1 131
（16）Lancelot A Fekete．Vortex tube separatormay solve weight／space limimtions[J】．
Wodd Oil，1 986，40---44
六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
468曲軸工藝規(guī)程及鉆模夾具的設(shè)計(jì)
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Design of Bored Fixture And Process for the 468 Crankshafts
摘 要
本文介紹了曲軸加工過(guò)程中定位、裝夾、加緊、鉆模以及曲軸加工方面、夾具設(shè)計(jì)上的相關(guān)知識(shí)。綜述了國(guó)內(nèi)外目前微型車曲軸的制造技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)曲軸的使用性能、工作條件、結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求的了解，對(duì)曲軸的加工工藝規(guī)程進(jìn)行研究改進(jìn),提出了在加工過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)的辦法，使曲軸的精度和表面質(zhì)量得到很大提高，降低了廢品率，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。并繪制夾具的二維與三維圖形。與在對(duì)國(guó)內(nèi)外夾具的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)中小企業(yè)廣泛使用夾具常出現(xiàn)的情況，我們有必要對(duì)夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，這樣可有效地提高夾具設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，從而提高企業(yè)效益。此外，本文順應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)，利用Pro/E繪出曲軸及重要工序夾具的三維圖。
關(guān)鍵詞：曲軸；夾具；設(shè)計(jì)；三維圖；Pro/E
ABSTRACT
This paper introduces the crankshaft machining process of location 、clamping、intensify、jig and the relevant knowledge on crankshaft processing and the design of fixture. Reviewed the current micro-car crankshaft manufacturing technology and development trends. Through the use of performance, working conditions, structure and understanding of the technical requirements of the crankshaft processing improvements in the processing of those problems and improving the method, so that the crankshaft precision and surface quality can be improved greatly, reduced the reject rate, improved labor productivity. Furthermore, I am conversing the size of the chain. In considering the reasonableness of the crankshaft design, stress analysis for the crankshaft and the related calculation and verification. In the domestic and international fixture design for the analysis of the status quo, based on extensive use of the regular fixture. We need to design fixture, fixture with modern design knowledge, This will effectively increase the speed fixture design and quality, there by improving enterprise efficiency. In addition, the paper conform to the modern mechanical design development trends, using the Pro/E to draw the 3D map of crankshaft and the important processes on the fixture.
Key words：Crank；Fixture；Design；3D Map；Pro/E
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 選題背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2.1 國(guó)外曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2.2 國(guó)內(nèi)曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.3 選題的目的和意義 4
1.4 課題研究的主要內(nèi)容 5
第2章 曲軸加工工藝研究及鉆模夾具的設(shè)計(jì) 6
2.1 概述 6
2.1.1 曲軸使用的性能與工作條件 6
2.1.2 曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求 6
2.1.3 材料與毛坯 6
2.2 曲軸加工工藝分析 6
2.2.1 曲軸加工工藝過(guò)程 7
2.2.2 定位基準(zhǔn)的選擇 8
2.2.3 加工工序的安排 9
2.3 夾具的設(shè)計(jì) 10
2.3.1 夾具的定義和作用 10
2.3.2 夾具的分類 10
2.3.3 進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)的意義 11
2.4 夾具設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題 11
2.4.1 清根問(wèn)題 11
2.4.2 讓刀問(wèn)題 11
2.4.3 更換問(wèn)題 11
2.4.4 防松問(wèn)題 12
2.4.5 對(duì)夾具體的要求 12
2.4.6 鉆模夾具體毛坯的類型 13
2.5 鉆模夾具的設(shè)計(jì) 13
2.5.1 部分基本件的選擇 13
2.5.2 主要零件的選擇 14
2.5.3 工步的制定 14
2.5.4 鉆模夾具應(yīng)注意的問(wèn)題 14
2.5.5 鉆模夾具的定位及設(shè)計(jì)原則 14
2.5.6 斜孔鉆模夾具的改進(jìn)思路 18
2.6 本章小結(jié) 18
第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
3.1 滑板液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
3.2 液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì) 19
3.2.1 減速回路 19
3.2.2 鎖緊回路 19
3.2.3 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.3 液壓系統(tǒng)的組成 20
3.3.1 液壓系統(tǒng)的組成 20
3.3.2 液壓缸的組成 21
3.3.3 齒輪泵 22
3.3.4 單向閥 22
3.3.5 溢流閥 22
3.3.6 濾油器 22
3.3.7 節(jié)流閥 23
3.3.8 油箱 23
3.4 油缸的計(jì)算與選型 23
3.4.1 液壓缸推力及行程的確定 23
3.4.2油缸直徑及行程的確定 23
3.4.3 滑板機(jī)構(gòu)油缸直徑與行程的計(jì)算 24
3.4.4 油缸的選型 24
3.4.5 油缸殼體的設(shè)計(jì) 24
3.5 油泵的計(jì)算與選型 25
3.5.1 油泵工作壓力的計(jì)算 25
3.5.2 油泵理論流量的計(jì)算 25
3.5.3 油泵排量的計(jì)算 26
3.5.4 油泵功率的計(jì)算 26
3.5.5 油泵的選型 26
3.6 油箱與油管的計(jì)算與選型 26
3.6.1 油箱容積V的計(jì)算 27
3.6.2 油管內(nèi)徑d的計(jì)算 27
3.7 本章小結(jié) 27
第4章 曲軸三維圖及夾具的設(shè)計(jì)圖 28
4.1 概述 28
4.1.1 PROE的主要特點(diǎn)及概念 28
4.1.2 Pro/E在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 28
4.2 在Pro/E環(huán)境下生成曲軸 29
4.2.1 畫(huà)曲軸的方法及思路 29
4.2.2 畫(huà)曲軸的步驟 29
4.2.3 畫(huà)曲軸中使用到的幾種功能 29
4.2.4 Pro/E環(huán)境下的成型曲軸 31
4.3 主要夾具的建模 31
4.3.1 V型塊的建模 31
4.3.2 滑板的建模 32
4.3.3 底座的建模 32
4.3.4 鉆模板的建模 33
4.3.5 V型塊夾板的建模 33
4.3.6 定位凹槽的建模 34
4.3.7 支座的建模 34
4.4 本章小結(jié) 35
結(jié)論 36
參考文獻(xiàn) 37
致謝 38
附錄 39
第1章 緒 論
1.1 選題背景
微型汽車在我國(guó)有很大的市場(chǎng)，從0.9L到1.3L，價(jià)格也適合我國(guó)國(guó)情，同時(shí)適合正在發(fā)展的中國(guó)的現(xiàn)況，曲軸飛輪組結(jié)構(gòu)、材料及加工手段等也在不斷發(fā)展。
曲軸是內(nèi)燃機(jī)中承受沖擊載荷傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵零件，也是在內(nèi)燃機(jī)5大件(機(jī)體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸)中最難以保證加工質(zhì)量的零件。由于曲軸工況條件惡劣，因此對(duì)曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量對(duì)曲軸的壽命和整機(jī)的可靠性都具有很大的影響。因此世界各國(guó)對(duì)曲軸的加工都十分重視，都在不斷地改進(jìn)曲軸加工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。
曲軸質(zhì)量約占內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量的10%，成本約占整機(jī)的10%~12%，其材質(zhì)大體可分2類：一類是鍛鋼，一類是球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，并可通過(guò)各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來(lái)提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比鋼大，減小了工作時(shí)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅和應(yīng)力，應(yīng)力集中也沒(méi)有鋼質(zhì)曲軸敏感，所以球墨鑄鐵曲軸在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家通過(guò)引進(jìn)技術(shù)消化吸收和自行開(kāi)發(fā)，總體水平有了較大的提高。但是我國(guó)距世界先進(jìn)水平仍相差很遠(yuǎn)，甚至于還滿足不了我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)技術(shù)發(fā)展的要求。我們只有充分了解國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)改進(jìn)和提高曲軸制造技術(shù)水準(zhǔn)，才能制造出具有世界一流水平的內(nèi)燃機(jī)曲軸，以實(shí)力參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
1.2 國(guó)內(nèi)外曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 國(guó)外曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
1、鍛造技術(shù)
隨著鍛壓技術(shù)的進(jìn)步，在變形理論上采用有限元法借助電子計(jì)算機(jī)應(yīng)力和變形狀態(tài)。在20世紀(jì)70年發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)新建或改建的大的專業(yè)鍛造廠點(diǎn)，大都是以微機(jī)數(shù)控和群控的模鍛壓力機(jī)或電動(dòng)液壓錘及螺旋壓力機(jī)為主機(jī)的生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)曲軸等鍛件。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，簡(jiǎn)稱CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，簡(jiǎn)稱CAM）的廣泛采用，管理信息系統(tǒng)和集成生產(chǎn)系統(tǒng)的引入，鍛造生產(chǎn)軟件、硬件和數(shù)據(jù)庫(kù)的研究，以實(shí)現(xiàn)鍛造生產(chǎn)從原材料、工藝和工藝裝備最佳方案的選擇和整個(gè)過(guò)程的控制，推動(dòng)著鍛造生產(chǎn)向合理化、自動(dòng)化方向發(fā)展。
2、機(jī)加工技術(shù)
由于數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的機(jī)加工自動(dòng)線將具有更高的適應(yīng)性和靈活性,大批量生產(chǎn)的曲軸軸頸粗加工，國(guó)外采用車削、銑削和車?yán)N方式，其中數(shù)控內(nèi)銑和車?yán)饾u顯示出其高效和經(jīng)濟(jì)性，是曲軸粗加工的發(fā)展趨勢(shì)。曲軸的磨削廣泛在全數(shù)控、全封閉自動(dòng)在線進(jìn)行。
廣泛采用圓角滾壓工藝強(qiáng)化圓角，軸頸拋光廣泛采用砂帶拋光機(jī)。曲軸動(dòng)平衡采用自動(dòng)線，一般均為計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和修正。
曲軸的檢測(cè)將廣泛采用在線自動(dòng)檢測(cè)和終檢相結(jié)合的方式，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)有電子量?jī)x，能連續(xù)監(jiān)控加工精度，提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
3、熱處理技術(shù)
主要是表面強(qiáng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和材質(zhì)的開(kāi)發(fā)和選擇。
非調(diào)質(zhì)鋼、微量合金鋼、高強(qiáng)度貝氏體鑄鐵等將廣泛的應(yīng)用于曲軸。
在提高曲軸的彎曲疲勞性能方面圓角滾壓最為有效；曲軸的感應(yīng)處理采用中頻圓角—軸頸淬火能同時(shí)提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度；曲軸的表面化學(xué)熱處理以德國(guó)的二段式氣體軟氮化法(Deganit法)較先進(jìn)，可獲得單相化合物層，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，估計(jì)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用；曲軸化學(xué)復(fù)合表面熱處理強(qiáng)化、中頻淬火、圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化等也將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。
1.2.2 國(guó)內(nèi)曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
目前國(guó)內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通?？渴止げ僮鳎庸べ|(zhì)量不穩(wěn)定。
曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強(qiáng)化處理。球墨鑄鐵曲軸一般均采用正火處理，為表面處理做好組織準(zhǔn)備，表面強(qiáng)化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。鍛鋼曲軸則采用軸頸與圓角淬火工藝。引進(jìn)的設(shè)備有AEG全自動(dòng)曲軸淬火機(jī)床、EMA淬火機(jī)床等。而在近幾年里，國(guó)內(nèi)制造技術(shù)將向以下方向發(fā)展：
1、鍛造藝術(shù)
（1）計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制，能實(shí)現(xiàn)鍛造溫度控制，過(guò)熱和欠熱棒料的自動(dòng)化分選、潤(rùn)滑油點(diǎn)溫監(jiān)控、設(shè)備公稱力顯示、自動(dòng)噴霧冷卻模具、設(shè)備操縱系統(tǒng)控制、故障自動(dòng)診斷、報(bào)警、工藝編程、模具設(shè)計(jì)與制造。計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用對(duì)工藝過(guò)程的規(guī)范化管理、促進(jìn)曲軸乃至內(nèi)燃機(jī)鍛造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步,發(fā)揮著重要的作用[1]。
（2）形成柔性制造系統(tǒng)
以熱模鍛壓力機(jī)、電液錘為主機(jī)的自動(dòng)線是今后生產(chǎn)曲軸的發(fā)展方向，這些生產(chǎn)線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛(楔橫軋)制坯、中頻感應(yīng)加熱、精整液壓機(jī)精壓等先進(jìn)工藝，同時(shí)配有機(jī)械手、輸送帶、帶回轉(zhuǎn)臺(tái)的換模裝置等輔機(jī)，形成柔性制造系統(tǒng)。通過(guò)FMS可自動(dòng)更換工件和模具以及自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，在工作過(guò)程中不斷測(cè)量。顯示和記錄鍛件厚度和最大壓力等資料并與定值比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。由中央控制室監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作。
（3）發(fā)展電液錘鍛造生產(chǎn)線
隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈,質(zhì)量?jī)r(jià)格在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的作用日顯重要，電液對(duì)擊錘也就應(yīng)運(yùn)而生了。出現(xiàn)了以行程、打擊能量、速度可控與預(yù)選的電液錘為主機(jī)的曲軸現(xiàn)代化水平生產(chǎn)線。由于電液錘鍛造生產(chǎn)線投資小，技術(shù)水準(zhǔn)高，適應(yīng)性強(qiáng)，所以21世紀(jì)電液錘與熱模鍛壓力機(jī)將同時(shí)得到發(fā)展，都將為各種新型或改進(jìn)型內(nèi)燃機(jī)提供合格的精密鍛造毛坯。
2、機(jī)械加工技術(shù)
曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、CNC(Computerized numerical control)數(shù)控內(nèi)銑床、CNC車削、拉削機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備對(duì)主軸頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車削、拉削加工，以有效的減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用CNC控制的曲軸磨床對(duì)其軸頸進(jìn)行精磨加工，此種磨床將配備砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡裝置、中心架自動(dòng)跟蹤裝置、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)補(bǔ)償裝置,實(shí)現(xiàn)砂輪自動(dòng)修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。
工件的輸送，將廣泛采用帶自動(dòng)編碼識(shí)碼的機(jī)動(dòng)滾道輸送，龍門(mén)式機(jī)械手上下工件，減少輸送中的人為碰撞，實(shí)現(xiàn)曲軸的自動(dòng)加工。
曲軸超精加工將廣泛采用砂帶拋光機(jī)拋光加工，以改善曲軸表面粗糙度和提高曲軸抗疲勞強(qiáng)度。
3、熱處理技術(shù)和表面強(qiáng)化技術(shù)
（1）曲軸中頻感應(yīng)淬火
曲軸中頻感應(yīng)淬火，將采用微機(jī)監(jiān)控死循環(huán)中頻感應(yīng)加熱裝置，該裝置的特點(diǎn)主要為：能動(dòng)態(tài)的顯示系統(tǒng)工況，具有多任務(wù)、多窗口及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換等功能，操作方便；多幅畫(huà)面，各畫(huà)面之間以動(dòng)態(tài)圖像實(shí)時(shí)顯示中頻設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中各重要參數(shù)狀態(tài)、各點(diǎn)溫監(jiān)控畫(huà)面，具有顯示曲軸多點(diǎn)溫度、時(shí)間等情況及根據(jù)不同直徑、材質(zhì)選用加熱溫度的功能；記錄實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)曲線，記錄打印裝置運(yùn)行過(guò)程中某一范圍內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，主要用于檔案管理及過(guò)程分析；報(bào)警功能，當(dāng)某項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到相應(yīng)極限值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。
該裝置具有高效率，質(zhì)量穩(wěn)定，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，今后將得到廣泛應(yīng)用。
（2）曲軸軟氮化
為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于大批量生產(chǎn)的曲軸將采用微機(jī)控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線是今后的發(fā)展方向。氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線由前清洗機(jī)(清洗干燥)、預(yù)熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機(jī)(清洗干燥)、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成[2]。
該工藝具有安全、節(jié)能、工藝控制可靠、氣源成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性能重現(xiàn)性好、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)管理、生產(chǎn)率高等顯著特點(diǎn)，具有較高的實(shí)用性和應(yīng)用推廣前景。
（3）曲軸表面強(qiáng)化技術(shù)
為了大幅度提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度，圓角滾壓強(qiáng)化將大量應(yīng)用于曲軸加工中。另外，曲軸圓角滾壓強(qiáng)化和軸頸表面淬火等復(fù)合強(qiáng)化工藝也將大量應(yīng)用于曲軸加工中。
1.3 選題的目的和意義
了解曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況，及了解相關(guān)零部件的材質(zhì)及加工和使用特點(diǎn)。確定加工工藝方案，通過(guò)對(duì)加工工藝方案的改進(jìn)及加工工藝分析，提出相應(yīng)加工方案，從而達(dá)到對(duì)曲軸飛輪組在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況了解和原理認(rèn)知，為將來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)了解機(jī)床夾具的功用、組成和分類。以及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的步驟和方法，夾具總圖的設(shè)計(jì)和繪制方法，及了解曲軸三維圖的畫(huà)法。
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷，傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中最難以保證加工質(zhì)量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對(duì)曲軸工藝規(guī)程的編制、夾具的選擇都要有嚴(yán)格的要求。如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量沒(méi)有得到保證，則可嚴(yán)重影響曲軸的使用壽命和整機(jī)的可靠性，因此我們應(yīng)不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。
我國(guó)曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家不是很多，且整體規(guī)模小、專業(yè)化程度低、企業(yè)設(shè)備陳舊、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝落后、性能壽命和可靠性差、品種雜亂和“三化”程度低，這些都影響了整機(jī)適應(yīng)國(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)的能力。隨著我國(guó)加入WTO，內(nèi)燃機(jī)零部件行業(yè)將面臨更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，也將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。我們只有充分了解國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)改進(jìn)和提高曲軸制造技術(shù)水準(zhǔn)，才能制造出具有世界一流水平的內(nèi)燃機(jī)曲軸，以實(shí)力參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
1.4 課題研究的主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)了解曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況，以及了解相關(guān)零部件的材質(zhì)及加工和使用特點(diǎn)。確定加工工藝方案，通過(guò)對(duì)加工工藝方案的改進(jìn)及加工工藝的分析，提出相應(yīng)加工方案。通過(guò)了解機(jī)床夾具的功用，分類，組成以及在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題，完成機(jī)床夾具總圖與零件圖的設(shè)計(jì)和繪制。另外，了解目前曲軸制造業(yè)的一些情況及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，熟悉曲軸夾具設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)。從設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)原理、材料及應(yīng)用等方面分析曲軸加工技術(shù)，提出自己的設(shè)計(jì)思想、加工方法及改進(jìn)方法。
第2章 曲軸加工工藝研究及鉆模夾具的設(shè)計(jì)
2.1 概述
2.1.1 曲軸使用的性能與工作條件
曲軸是將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的零件。它是往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、剪切機(jī)與沖壓機(jī)械的重要零件。
曲軸工作時(shí)要承受很大的扭應(yīng)力及大小和方向都在不斷變化的彎曲應(yīng)力的作用，因此曲軸應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和支承剛性。曲軸工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度很高，曲軸的軸頸和連桿軸頸需要足夠的耐磨性，且曲軸的質(zhì)量分布應(yīng)當(dāng)平衡，以防因不平衡而產(chǎn)生離心力使曲軸承受附加載荷。
多拐曲軸是多個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的組合，主軸頸和連桿軸頸不在同一條在線，各連桿軸頸間應(yīng)有一定的角度位置要求，曲軸在各個(gè)連桿軸頸處形成了多個(gè)開(kāi)檔，因此曲軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)這些特點(diǎn)，正確確定其結(jié)構(gòu)及尺寸、位置、形狀精度，滿足曲軸使用性能要求。
2.1.2 曲軸的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求
1、曲軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)上述的使用要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以看出曲軸是一個(gè)形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)、多曲拐、剛性極差、技術(shù)要求高的異形軸類零件。
2、曲軸的主要技術(shù)要求
為了保證曲軸的正常工作，對(duì)曲軸規(guī)定了嚴(yán)格的技術(shù)要求。其主要技術(shù)要求如下：
主軸頸和連桿軸頸的尺寸精度通常為IT6~IT7，同軸度允許偏差0.015mm，表面粗糙度值為0.2~0.4um。軸頸長(zhǎng)度公差等級(jí)IT9~IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之內(nèi)。本次設(shè)計(jì)圓柱度公差為0.005。
位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為100mm之內(nèi)不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速軸為0.03～0.08mm；各連桿軸頸的位置度不大于±20°。
本設(shè)計(jì)中各連桿軸頸的軸心線應(yīng)與主軸頸中心線在同一平面內(nèi)，位置公差為0.2。
2.1.3 材料與毛坯
曲軸工作時(shí)要承受很大的轉(zhuǎn)矩及交變的彎曲應(yīng)力，容易產(chǎn)生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求所用材料應(yīng)有較高的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性。對(duì)于材料的選擇有一定的要求：一般曲軸為35、40、45鋼或球墨鑄鐵QT600-2；對(duì)于高速、重載曲軸，可采用35CrMoAl、42Mn2V等材料。本次設(shè)計(jì)曲軸所采用的材料為45鋼。
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，在工作時(shí)承受很大的扭矩以及大小和方向都在變化的彎曲應(yīng)力。為增強(qiáng)曲軸的強(qiáng)度，其毛坯一般采用鍛造毛坯，對(duì)于復(fù)雜的曲軸也可采用鑄造毛坯。曲軸的毛坯根據(jù)批量大小、尺寸、結(jié)構(gòu)及材料品種來(lái)決定。本次設(shè)計(jì)的曲軸是批量較大的小型曲軸，采用模鍛。
2.2 曲軸加工工藝分析
2.2.1 曲軸加工工藝過(guò)程
曲軸的材料為45鋼，經(jīng)模鍛和調(diào)質(zhì)處理，發(fā)動(dòng)機(jī)為4缸驅(qū)動(dòng)，因此曲軸可分為4段曲軸，小頭連齒輪及凸輪：大頭為動(dòng)力輸出。其加工工藝過(guò)程如表2.1所示。
表2.1 工序目錄表
工序號(hào)
工序名稱
設(shè)備名稱
110
銑兩端面、鉆中心孔
銑端面鉆中心孔機(jī)床
130
檢查
150
銑工藝定位面
雙柱銑床
170
粗車各主軸頸
數(shù)控車床
190
半精車各主軸頸
數(shù)控車床
210
銑定位基準(zhǔn)面
銑床
230
粗車各連桿軸頸
數(shù)控車床
250
半精車各連桿軸頸
數(shù)控車床
270
鉆、鉸工藝孔
專用鉆床
290
鉆油孔
深孔組合鉆床
310
清洗
330
中間檢查并熱校正
350
粗磨各主軸頸
數(shù)控磨床
370
粗磨各連桿軸頸
數(shù)控磨床
390
精磨各主軸頸
數(shù)控磨床
410
精磨各連桿軸頸
數(shù)控磨床
430
銑鍵槽
鍵槽銑床
450
磁力探傷
470
倒角、去毛刺
490
中間檢查
510
校直
油壓機(jī)
530
動(dòng)平衡檢查
動(dòng)平衡機(jī)
550
粗拋光各軸頸
拋光機(jī)床
570
精拋光各軸頸
拋光機(jī)床
590
清洗
清洗機(jī)
610
尺寸檢驗(yàn)
630
最終檢查
2.2.2 定位基準(zhǔn)的選擇
1、基準(zhǔn)的概念：在構(gòu)成零件形狀的點(diǎn)、線、面中，總有這樣的一些點(diǎn)、線、面是用以確定其它點(diǎn)、線、面相對(duì)位置或方向的，這樣的一些點(diǎn)、線、面稱作基準(zhǔn)。選擇基準(zhǔn)是加工的第一步。
2、粗基準(zhǔn)的選擇：精基準(zhǔn)選定之后，就應(yīng)在最初的工序中把這些精基準(zhǔn)的基面加工出來(lái)。這時(shí)，工件的各個(gè)表面均為經(jīng)過(guò)加工，選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，主要要求保證各加工表面有足夠的余量，一般應(yīng)考慮下列原則：
（1）如果必須首先保證工件上各表面加工余量均勻，則應(yīng)選擇此種表面為粗基準(zhǔn)。
（2）若在設(shè)計(jì)上要求保證加工面與不加工面間的相互位置精度，則應(yīng)選不加工面為粗基準(zhǔn)。
（3）作為粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡量平整光潔，有一定面積，不能有飛邊、澆口、冒口或其它缺陷，以使工件定位可靠、夾緊方便。
（4）粗基準(zhǔn)一般只在第一工序中使用一次，以盡量避免重復(fù)使用。因?yàn)槊髅娲植谇揖鹊?，重?fù)使用將產(chǎn)生較大的誤差。
3、精基準(zhǔn)的選擇：選擇精基準(zhǔn)時(shí)，考慮的重點(diǎn)是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準(zhǔn)確、牢固、方便。其選擇的原則有：
（1）基準(zhǔn)重合原則：應(yīng)盡量選用零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差。
（2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：應(yīng)盡可能采用同一組基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面，這就是基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。
（3）互為基準(zhǔn)原則：當(dāng)對(duì)工件上兩個(gè)相互位置精度要求很高的表面進(jìn)行加工時(shí)，需要用兩個(gè)表面互相作為基準(zhǔn)，反復(fù)加工，以保證位置精度要求。
（4）自為基準(zhǔn)原則：某些加工工序，加工余量小而不均勻，常選擇加工表面本身作為定位基準(zhǔn)。
4、基準(zhǔn)的選擇
曲軸本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是主要表面的位置精度要求都決定了以軸線為定位基準(zhǔn)是最理想的。這樣既基準(zhǔn)統(tǒng)一，又基準(zhǔn)重合。在曲軸加工工藝過(guò)程中，除了主要表面的加工外，還有基準(zhǔn)的準(zhǔn)備與轉(zhuǎn)換的有關(guān)工序。在機(jī)加工開(kāi)始，先以第二、四主軸頸定位（粗基準(zhǔn)）加工兩端面和中心孔，就是為后續(xù)工序準(zhǔn)備精基準(zhǔn)，用曲軸的兩中以孔來(lái)定位即可。
在選擇第一道工序的定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)考慮以后各道工序中都應(yīng)保持基準(zhǔn)不變的原則。在不能保持各工序基準(zhǔn)統(tǒng)一的情況下，對(duì)有關(guān)工序應(yīng)通過(guò)計(jì)算工藝尺寸，并根據(jù)尺寸鏈原理給出它們的極限偏差。工藝基準(zhǔn)選定后，還應(yīng)考慮夾緊方式，并用定位、夾緊符號(hào)在工藝簡(jiǎn)圖上標(biāo)明。
5、選擇工藝定位基準(zhǔn)必須遵循的原則
（1）盡可能選用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為工藝定位基準(zhǔn)，以保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，避免或減少定位誤差。
（2）在工件的各個(gè)主要加工工序中，盡可能使各加工表面選用同一基準(zhǔn)，尤其是有相互位置精度要求的表面更應(yīng)如此。
（3）粗加工后定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量選用不加工或加工余量小的平整面，可提高加工精度。
（4）精加工工序定位基準(zhǔn)應(yīng)是已加工表面。
（5）所選用的定位基準(zhǔn)應(yīng)保證必須使工件定位、夾緊方便、加工時(shí)穩(wěn)定可靠。主要定位基準(zhǔn)面應(yīng)盡量選用工件上較大的表面。
（6）所選用的定位基準(zhǔn)面應(yīng)保證工件在一次安裝中能加工出盡可能多的表面，以保證各加工表面間的位置精度和提高加工效率。
2.2.3 加工工序的安排
1、加工順序的安排
先粗后精：先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。本文的曲軸是先粗加工、半精加工各軸頸，然后再安排精加工和光整加工。
先主后次：先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。曲軸的主要加工表面為主軸頸、連桿軸頸、各軸頸與軸肩端面間的圓角等；次要加工端面為鍵槽、斜油孔、法蘭端面螺栓孔及回油螺紋等。
先基面后其它面：加工開(kāi)始，首先應(yīng)該把精基準(zhǔn)加工出來(lái)。如果精基準(zhǔn)不只一個(gè)，應(yīng)該按照基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的順序逐個(gè)進(jìn)行加工。曲軸的工藝基準(zhǔn)依次為中心孔、曲柄上的定位平臺(tái)及法蘭上的定位孔、作軸向定位的軸肩。作為精基準(zhǔn)的中心孔應(yīng)該首先加工，加工兩端面及中心孔時(shí)以兩端主軸頸和中間軸頸開(kāi)檔作為粗基準(zhǔn)。曲柄定位平臺(tái)應(yīng)在連桿軸頸加工之前進(jìn)行。粗加工主軸頸時(shí)要以中間主軸頸作為輔助支承，所以中間主軸頸的加工應(yīng)該在其它軸頸之前，進(jìn)行粗加工和半精加工。
2、熱處理及輔助工序的安排
包括軸頸淬火、平衡、探傷、校直、檢驗(yàn)、清洗等工序。淬火放在軸頸精加工之前，平衡放在精加工之后，毛坯探傷放在粗加工之前，磁力探傷主要用來(lái)檢查零件的細(xì)微裂紋和其它缺陷。磁力探傷一般安排在精加工之后。校直放在容易引起彎曲變形的工序后進(jìn)行。檢查分中間檢查和最終檢查，中間檢查放在重要工序之后。零件全部加工完畢后，進(jìn)行最終檢驗(yàn)。最后清洗一般放在曲軸光整加工之后，最終檢驗(yàn)工序之前進(jìn)行。
3、加工階段的劃分
曲軸的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精度要求高，表面粗糙度值小，所以不能在幾個(gè)工序內(nèi)全部完成所有表面的加工。對(duì)于曲軸，總是先粗加工而后再精加工。粗加工主要是用來(lái)高效地切掉大部分余量，精加工是為了達(dá)到規(guī)定的精度和表面粗糙度。因此，按加工性質(zhì)的不同，將主要表面的加工，一般劃分為粗加工、半精加工、精加工和光整加工四個(gè)階段。
2.3 夾具的設(shè)計(jì)
2.3.1 夾具的定義和作用
1、夾具的定義：夾具是用以裝夾工件的裝置。機(jī)械制造過(guò)程中廣泛地使用各種夾具，包括機(jī)床夾具、裝配夾具、焊接夾具、熱處理夾具、檢驗(yàn)夾具等。機(jī)床夾具用于切削加工。在切削加工中，用以固定加工對(duì)象，使之定位。機(jī)床、夾具、刀具、工件在加工時(shí)組成加工系統(tǒng)，工件實(shí)現(xiàn)定位和夾緊。
2、夾具的作用：保證加工精度；減少安裝工件的輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；改善勞動(dòng)條件，減少勞動(dòng)量和勞動(dòng)強(qiáng)度；降低加工成本，擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍；保證安全生產(chǎn)等[3]。
2.3.2 夾具的分類
機(jī)床夾具一般按適用對(duì)象、使用特點(diǎn)、使用機(jī)床和動(dòng)力源分類。具體說(shuō)來(lái)，有：
1、通用夾具：用以加工兩種或兩種以上工件的同一夾具。特點(diǎn)：能較好地適應(yīng)加工工序和加工對(duì)象的變換，一般結(jié)構(gòu)均已定型，尺寸、規(guī)格系列化。
2、專用夾具：專為某一工件的某一工序而設(shè)計(jì)的夾具。 我們?cè)O(shè)計(jì)的鉆模夾具就是專用夾具的一種。
3、可調(diào)夾具：通過(guò)調(diào)整或更換個(gè)別零、部件，能適用多種工件加工的夾具。特點(diǎn)：夾具的使用對(duì)象在設(shè)計(jì)前并不非常確定，通用性范圍大。
4、成組夾具：根據(jù)成組技術(shù)原理設(shè)計(jì)的用于成組加工的夾具。設(shè)計(jì)成組夾具的前提是成組工藝。特點(diǎn)：只需對(duì)個(gè)別定位和夾緊組件進(jìn)行調(diào)整或更換，即可用于加工成組內(nèi)的所有零件。
5、組合夾具：由可循環(huán)使用的標(biāo)準(zhǔn)夾具零、部件組裝成易于聯(lián)接和拆卸的夾具。
6、隨行夾具：用以裝夾工件，并由工件輸送帶送至自動(dòng)線各工位的裝置。
2.3.3進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)的意義
夾具是機(jī)械制造廠里使用的一種工藝裝備。對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，為了保證加工要求，首先要使工件相對(duì)于刀具及機(jī)床有正確的位置，并使這個(gè)位置在加工過(guò)程中不因外力的影響而變動(dòng)。為此，在進(jìn)行機(jī)械加工之前，先要對(duì)其進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。
2.4 夾具設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題
在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于被加工零件的定位、夾緊等主要問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員一般都會(huì)考慮的比較周全，但是，夾具設(shè)計(jì)還經(jīng)常會(huì)遇到一些小問(wèn)題，這些小問(wèn)題如果處理不好，也會(huì)給夾具的使用造成許多不便，甚至?xí)绊懙焦ぜ募庸ぞ?。在此歸納一下在夾具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的一些小問(wèn)題，具體如下：
2.4.1 清根問(wèn)題
在設(shè)計(jì)端面和內(nèi)孔定位的夾具時(shí)，會(huì)遇到夾具體定位端面和定位外圓交界處清根問(wèn)題。端面和定位外圓如不連接就無(wú)此問(wèn)題。
夾具要不要清根，應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)而定。如果零件定位內(nèi)孔孔口倒角較小或無(wú)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。端面與外圓定位時(shí)，也采取一樣的規(guī)則。
2.4.2 讓刀問(wèn)題
在設(shè)計(jì)圓盤(pán)類刀具（如銑刀、砂輪等）加工的夾具時(shí)，會(huì)存在讓刀問(wèn)題。設(shè)計(jì)這類夾具時(shí)，應(yīng)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(yīng)根據(jù)所使用的銑刀或砂輪的直徑大小，留出超過(guò)刀具半徑的尺寸位置即可。
2.4.3 更換問(wèn)題
在設(shè)計(jì)加工結(jié)構(gòu)相同或相似，尺寸不同的系列產(chǎn)品零件夾具時(shí)，為了降低生產(chǎn)成本，提高夾具的利用率，往往會(huì)把夾具設(shè)計(jì)為只更換某一個(gè)或幾個(gè)零件的通用型夾具。
定位件外圓與夾具體孔之間的配合不能有間隙，若有了間隙就會(huì)影響夾具的定位精度；但是，兩者之間也不能有太大的過(guò)盈量，如果過(guò)盈量太大，就使得零件更換困難。所以，設(shè)計(jì)時(shí)一般采用較緊的過(guò)渡配合。為了使定位件能夠順利拆下來(lái)，可以在定位件中心設(shè)計(jì)一螺孔，用一螺桿擰入螺孔內(nèi)，定位件就能順利地被頂出。當(dāng)然，此螺孔直徑應(yīng)小于夾具體孔。
2.4.4 防松問(wèn)題
在夾具設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)使用雙頭螺柱，雙頭螺柱一端固定于夾具上，另一端用螺母壓緊于加工的零件。雙頭螺柱與夾具的固定端一般采用六角薄螺母鎖緊，然而用螺母鎖緊后，在使用中常常會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)。如果把螺柱的固定端與夾具體背面基本擰平（螺柱頭略低于夾具體），在背面（即左端面）螺紋旋合處，沿圓周均勻鉚三點(diǎn)，就能夠起到防松作用。而且省去鎖緊螺母，需要時(shí)還可以進(jìn)行更換[4]。
2.4.5 對(duì)夾具體的要求
1、有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位工件的表面、導(dǎo)向組件的表面以及夾具體的安裝基面等，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤罹?，他們之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取?
為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行時(shí)效處理，焊接和鍛造夾具要進(jìn)行退火處理。
2、有足夠的強(qiáng)度和剛度
加工過(guò)程中，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力。為保證夾具體不產(chǎn)生不允許的變形和振動(dòng)，夾具體應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度。因此夾具體須有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體常設(shè)置加強(qiáng)肋，或在不影響工件裝卸的情況下采用框架式夾具體。
3、結(jié)構(gòu)工藝性好
夾具體應(yīng)便于制造、裝配和檢驗(yàn)。鑄造夾具體上安裝各種組件的表面應(yīng)鑄出凸臺(tái)，以減少加工面積。夾具體毛面與工件之間應(yīng)留有足夠的間隙。夾具體結(jié)構(gòu)型式應(yīng)便于工件的裝卸，分為開(kāi)式、半開(kāi)式和框架式結(jié)構(gòu)等。
4、排屑方便
切屑多時(shí)，夾具體上應(yīng)考慮排屑結(jié)構(gòu)。可以在夾具體上開(kāi)排屑槽或在夾具體下部設(shè)置排屑斜面。
5、在機(jī)床上安裝穩(wěn)定可靠
夾具在機(jī)床上的安裝都是通過(guò)夾具體上的安裝基面與機(jī)床上相應(yīng)表面的接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上安裝時(shí)，夾具的重心應(yīng)盡量低，重心越高則支承面應(yīng)越大；夾具底面四邊應(yīng)凸出，使夾具體的安裝基面與機(jī)床的工作臺(tái)面接觸良好。
2.4.6鉆模夾具體毛坯的類型
1、鑄造夾具體
鑄造夾具體的優(yōu)點(diǎn)是工藝性好，可鑄出各種復(fù)雜形狀，具有較好的抗壓強(qiáng)度、剛度和抗振性，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，需進(jìn)行時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。常用材料為灰鑄鐵，要求強(qiáng)度高時(shí)用鑄鋼，要求重量輕時(shí)用鑄鋁。 在底座毛坯類型選擇時(shí)，考慮到鑄造。
2、焊接夾具體
它由鋼板、型材焊接而成，這種夾具體制造方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕。但焊接夾具體的熱應(yīng)力較大，易變形，需經(jīng)退火處理，以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性。 對(duì)于一些工型或者凹槽類的夾具，可以考慮到使用焊接，這樣可以節(jié)省所用的材料，降低成本。
3、鍛造夾具體
它適用于形狀簡(jiǎn)單、尺寸不大、要求強(qiáng)度和剛度大的場(chǎng)合。鍛造后也需要經(jīng)退火處理。此類夾具體應(yīng)用較少。在設(shè)計(jì)滑板時(shí)考慮要首先考慮到這種類型。
4、型材夾具體
這類夾具體取材方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕。
5、裝配夾具體
此類夾具體具有制造成本低、周期短、精度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，有利于夾具標(biāo)準(zhǔn)化、 系列化，也便于夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
2.5 鉆模夾具的設(shè)計(jì)
2.5.1 部分基本件的選擇
鉆模類型的選擇：鉆模的類型有很多種，在設(shè)計(jì)鉆模時(shí)，需要根據(jù)工件的形狀尺寸、重量、加工要求和批量來(lái)選擇鉆模的結(jié)構(gòu)類型。本文選擇固定式鉆模。
鉆套類型的選擇：鉆套和鉆模板是鉆床夾具的特殊原件。鉆套裝配在鉆模板上，其作用是確定被加工孔的位置和引導(dǎo)刀具加工。在本文選擇可換鉆套。當(dāng)鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。其中螺釘能防止加工時(shí)鉆套轉(zhuǎn)動(dòng)和退刀時(shí)隨刀具拔出。
鉆套的尺寸、公差及材料的選擇：鉆套導(dǎo)向孔的基本尺寸取刀具的最大極限尺寸，采用基軸制間隙配合。座套的導(dǎo)向高度取的要大一點(diǎn)，這樣導(dǎo)向性能可增強(qiáng)，刀具強(qiáng)度高，則加工精度高，但鉆套和刀具的磨損加劇。一般取(為鉆套孔直徑)。對(duì)于加工精度要求高的孔或者是被加工孔中心較小且其鉆頭剛度較差時(shí)，則應(yīng)取較大值，反之取較小值。鉆套底面應(yīng)與工件表面留一定空間，方便排屑[5]。
鉆模板的選擇：應(yīng)具有足夠的剛度來(lái)保證鉆套位置的準(zhǔn)確性。
2.5.2 主要零件的選擇
在進(jìn)行鉆斜油孔時(shí)，由于要完成鉆2個(gè)油孔，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就要完成零件的鉆第1油孔-放松曲軸-旋轉(zhuǎn)-加緊-移動(dòng)-停止-鉆第2油孔的步驟，利用底座作為滑板的與支架的支撐，滑板完成移動(dòng)的功能，V型塊和V型塊夾板保證曲軸的定位與加緊，因此主要零件包括V型塊、V型塊夾板、滑板、支架、底座等。
2.5.3 工步的制定
在進(jìn)行鉆斜油孔時(shí)，主要由2個(gè)工步組成，第一個(gè)工步為鉆第一個(gè)斜油孔，首先將曲軸安放在V型塊上，利用活節(jié)螺栓和螺母將V型塊和V型塊夾板進(jìn)行手動(dòng)機(jī)械加緊，鉆第一個(gè)油孔，第2工步步驟為，放松螺母，旋轉(zhuǎn)V型塊夾板，將曲軸旋轉(zhuǎn)180°，利活節(jié)螺栓和螺母手動(dòng)機(jī)械加緊，利用液壓機(jī)構(gòu)推動(dòng)滑板帶動(dòng)曲軸運(yùn)動(dòng)到第2個(gè)油孔位置，利用液壓缸的自動(dòng)鎖至機(jī)構(gòu)保證滑板上的曲軸在底座上的位置保持不動(dòng)，鉆第2個(gè)斜油孔。
2.5.4 鉆模夾具應(yīng)注意的問(wèn)題
1、鉆削過(guò)程中切削力不大且主切削力向下，所以鉆床夾具不一定要固定在機(jī)床上。
2、鉆床夾具應(yīng)具有確定刀具位置和方向的導(dǎo)向組件——鉆套和導(dǎo)套以及安裝鉆套的鉆范本。鉆套和導(dǎo)套孔就以刀具導(dǎo)向部分尺寸為依據(jù)確定其尺寸。鉆套高度一般為加工孔徑的1.5~2倍。鉆套下端面與所加工孔端面的距離不宜過(guò)小或過(guò)大，過(guò)小了不宜排屑；過(guò)大了影響刀具導(dǎo)向精度，一般為1/3~1倍加工孔徑。
3、鉆模與多軸頭配合使用時(shí)，鉆床夾具應(yīng)設(shè)計(jì)導(dǎo)柱或?qū)Э诪槎噍S頭導(dǎo)向用。兩面導(dǎo)柱和導(dǎo)孔距離應(yīng)一致，并驗(yàn)算多軸頭與夾具在鉆床上的封閉尺寸[6]。
2.5.5 鉆模夾具的定位及設(shè)計(jì)原則
本文設(shè)計(jì)的鉆模夾具，主要有兩個(gè)作用。首先它是曲軸在鉆油路孔時(shí)的鉆模夾具。另外可以用作油路孔檢驗(yàn)夾具。當(dāng)然這兩個(gè)部分，它的定位是有區(qū)別的。主要體現(xiàn)在夾緊和量具方面。
1、鉆模夾具的定位
在鉆斜油路孔時(shí)，采用底座支撐，由于曲軸斜油孔與水平面具有25°的夾角，為了保證在鉆孔時(shí)鉆頭能夠豎直鉆入曲軸中，因此在設(shè)計(jì)底座時(shí)，把底座設(shè)計(jì)成斜面，并與水平面成25°的夾角。左右采用兩個(gè)V形塊在下面起支撐作用，他們上面采用V型塊夾板機(jī)械夾緊，這樣的設(shè)計(jì)的底座和V型塊可以使曲軸在自身重力的作用下對(duì)于V型塊有個(gè)壓力，使曲軸實(shí)現(xiàn)定位。使V型塊完成加緊、定位、支撐這3個(gè)作用。由于在進(jìn)行斜油孔鉆模時(shí)要完全限制住曲軸的6個(gè)自由度，左右2個(gè)V型塊及V型塊夾板互相配合可以限制曲軸除在X方向轉(zhuǎn)動(dòng)以外的5個(gè)自由度，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)還要限制曲軸X方向轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，根據(jù)曲軸自身加工基準(zhǔn)選擇在第2個(gè)曲柄處設(shè)計(jì)一個(gè)定位裝置，用來(lái)限制曲軸X方向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)類似于凹形槽的裝置即可，這樣便完全限制住了曲軸的6個(gè)自由度，保證加工時(shí)的準(zhǔn)確性。在底座上、曲軸旁安裝一個(gè)支座。它的作用主要是支撐鉆模板，為它和鉆頭提供一個(gè)較好的角度和高度。它的位置在之前根據(jù)所要鉆的油路孔的位置來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外是鉆模板的固定以及鉆套的定位。主要是為刀具提供導(dǎo)向作用。而用于檢驗(yàn)夾具時(shí)，只需要選擇量具。對(duì)于量具的選擇，主要體現(xiàn)在直徑和角度方面。直徑的檢驗(yàn)，可以用心軸。而角度的檢驗(yàn)，則需用一個(gè)角度量具。如圖2.1所示為鉆模夾具布置方案。鉆孔時(shí)加一個(gè)夾緊裝置，檢驗(yàn)油路孔時(shí)加一個(gè)量具。在檢驗(yàn)孔時(shí)，用心軸插入油路孔即可。這里的心軸的直徑是根據(jù)孔的直徑及上下偏差來(lái)設(shè)計(jì)的。檢驗(yàn)兩個(gè)孔之間的角度時(shí)，采用滑塊連桿機(jī)構(gòu)，在兩個(gè)心軸都插入孔時(shí)，用量具來(lái)測(cè)量之間的角度，即可知道油路孔之間的角度是否合規(guī)范以及偏差的多少。
圖2.1 鉆模夾具布置方案
1.液壓缸 2.底座 3.左V型塊夾板 4. 左V型塊 5. 定位凹槽 6. 鉆模板 7. 支座 8.滑板
9. 右V型塊夾板 10. 右V型塊
2、V形塊的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)V形塊，結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。V型塊的設(shè)計(jì)主要為了完成曲軸定位、支撐的作用，以及配合V型塊夾板對(duì)曲軸進(jìn)行加緊，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到這3方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。V型塊要與滑板進(jìn)行連接這樣左右2個(gè)V型塊與夾板都連接在一起并且配合V型塊夾板就能完成對(duì)曲軸的定位和支撐，因此在V型塊上要設(shè)計(jì)2個(gè)定位銷進(jìn)行定位同時(shí)設(shè)計(jì)4個(gè)孔利用螺栓將V型塊與滑板連接在一起。V形塊兩斜面的夾角選用90°。圖中可知，V形塊的基本尺寸為：
——V形塊的標(biāo)準(zhǔn)心軸直徑；
——V形塊高度；
——檢驗(yàn)時(shí)，V形塊放標(biāo)準(zhǔn)心軸的標(biāo)準(zhǔn)定位高度。
根據(jù)曲軸零件圖，可知工件直徑=50mm，尺寸mm，取=59mm。
當(dāng)=90°時(shí)，
(2.1)
(2.2)
式中
a=(0.14~0.16)=(0.14~0.16)×50mm=(7~8)mm
此處取a=7.5mm
則mm
帶入數(shù)據(jù)得=60+0.707×50-0.5×55.5=71mm
基本尺寸確定。用定位塊對(duì)曲軸主軸頸進(jìn)行定位，上面采用V型塊夾板配合采用機(jī)械夾緊。
圖2.2 V形塊
3、滑板的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)滑板如圖2.3所示，滑板選用燕尾式結(jié)構(gòu)，滑板的設(shè)計(jì)主要是為了完成曲軸在底座上平穩(wěn)的移動(dòng)，在設(shè)計(jì)上選用燕尾式，這樣的結(jié)構(gòu)能夠更好的與支座的燕尾式凹槽配合固定住滑板，限制滑板在底座上的自由度，保證滑板能夠沿著導(dǎo)軌穩(wěn)定的移動(dòng)。此外由于V型塊以及定位凹槽都要固定在滑板上，因此在滑板上要鉆出6個(gè)定位孔及12個(gè)螺栓孔，用來(lái)與V型塊和定位凹槽進(jìn)行配合固定。
圖2.3 燕尾滑板
4、支座的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一個(gè)支座如圖2.4所示，設(shè)計(jì)支座主要是為了支撐鉆模板，因此支座上下面采用2面支撐，為了節(jié)省材料，因此上下2個(gè)面與中間鋼板采用焊接連接在一起。此外為了保證鉆模板的穩(wěn)定，支座要固定在底座上，這樣在支座的下底面上要鉆2個(gè)定位孔進(jìn)行定位此外還要鉆4個(gè)孔利用螺栓和底座進(jìn)行固定。而在支座上端面由于要與鉆模板進(jìn)行連接，因此在上端面要鉆2個(gè)定位孔以及4個(gè)螺栓孔與鉆模板配合進(jìn)行固定。
圖2.4 支座
4、底座的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)底座如圖2.5所示，設(shè)計(jì)底座主要是為了支撐支座、液壓缸等具有穩(wěn)定的位置，此外還要保證滑板在底座燕尾凹槽上能夠穩(wěn)定的移動(dòng)，底座采用鑄造完成，使用HT150作為材料。根據(jù)曲軸油孔角度的設(shè)定，設(shè)計(jì)要求底座具有一定的角度，根據(jù)曲軸斜油孔角度選擇底座角度為25°，以保證鉆頭能夠在豎直方向上準(zhǔn)確的鉆入要求的斜油孔位置。為了保證支座以及液壓缸能夠固定在底座上，在底座上要鉆出4個(gè)定位孔分別定位支座以及液壓缸，還要鉆出8個(gè)螺栓孔用來(lái)和液壓缸和支座配合進(jìn)行固定。
圖2.5 底座
5、設(shè)計(jì)的原則
首先要保證夾具設(shè)計(jì)的合理性；第二，要保證曲軸的全方位定位，以避免在加工過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差來(lái)提高油路孔的精度。第三，要保證生產(chǎn)效率[7]。
2.5.6 斜孔鉆模夾具的改進(jìn)思路
設(shè)計(jì)選用可換鉆套。當(dāng)鉆套磨損后，隨時(shí)可以更換。為了保證鉆套在使用過(guò)程中不破壞鉆模板，故在鉆套外配裝襯套。鉆模板與襯套之間采用H7/g6過(guò)盈配合，襯套與鉆套之間采用H7/r7間隙配合。鉆套材料的選擇主要從鉆套耐磨性考慮，為此可選擇9SiCr，淬火硬度為HRC62-64。將鉆模板上限位元部分鑲上硬質(zhì)合金，增強(qiáng)耐磨性，可延長(zhǎng)夾具使用壽命。鉆套內(nèi)孔基本尺寸應(yīng)是所用刀具的最大極限尺寸；鉆套與刀具是間隙配合，一般應(yīng)根據(jù)被加工孔的尺寸精度和選用刀具確定鉆套內(nèi)孔的公差。
2.6 本章小結(jié)
本章重點(diǎn)介紹了曲軸工藝規(guī)程，鉆模夾具的的設(shè)計(jì)以及夾具設(shè)計(jì)時(shí)的要求及其相關(guān)的注意事項(xiàng)及夾具體毛坯的類型。另外，還介紹了鉆模機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，為夾具的設(shè)計(jì)提供現(xiàn)實(shí)的理論依據(jù)。提出了斜孔鉆模夾具中應(yīng)注意的問(wèn)題及設(shè)計(jì)的改進(jìn)思路。此處只是簡(jiǎn)單闡述，所以還有待加強(qiáng)。
第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 滑板液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
滑板設(shè)備液壓系統(tǒng)，要求滑板能夠在底座上能夠左右滑動(dòng)，并且能在特定的位置保持穩(wěn)定。
3.2 液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì)
滑板液壓回路如圖3.1所示，共由2部分組成：減速回路、鎖緊回路。
3.2.1 減速回路
減速回路是使執(zhí)行元件由泵供給全流量的速度平緩地降低，以達(dá)到實(shí)際運(yùn)行速度要求的回路，減速回路由液壓缸、溢流閥、換向閥、行程閥，單向調(diào)速閥組成。其中起到減速作用的主要是通過(guò)行程閥和單向調(diào)速閥完成的，如圖在液壓缸回路接入行程閥和單向調(diào)速閥，活塞右行時(shí)，快速運(yùn)行，當(dāng)檔塊碰到行程閥凸輪后，壓下行程閥，液壓缸回油只能通過(guò)調(diào)速閥回油箱，此時(shí)為慢速進(jìn)行?；爻虝r(shí)，液壓油通過(guò)單向閥進(jìn)入右腔，快速退回。
圖3.1 滑板液壓控制回路
1.液壓缸 2.液控單向閥 3.行程閥 4.調(diào)速閥 5.電磁換向閥 6. 液壓泵 7濾油器8. 油箱9. 溢流閥
3.2.2 鎖緊回路
該回路采用兩個(gè)液控單向閥組成的鎖緊回路，可以實(shí)現(xiàn)活塞在任意位置的鎖緊。只有在換向閥切換時(shí)，壓力油向液壓缸供給，液控單向閥被反向打開(kāi)，液壓缸活塞才能運(yùn)動(dòng)。
3.2.3液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
要保證滑板以及上面夾具和曲軸能夠沿著滑軌向上移動(dòng)，由于滑板與底座之間存在摩擦，并且滑板與夾具及曲軸有自身的重力，與水平面存在著25°的夾角，滑板要克服這個(gè)摩擦力與重力沿滑板方向的分力才能向上運(yùn)動(dòng)。
設(shè)缸01流出的流量為Q1，油缸的截面積為S1，油缸的內(nèi)徑為D1，活塞桿的直徑為d1，活塞運(yùn)行的速度為V1。則Q1=V1S1=V1(D21-d21)π/4。
3.3 液壓系統(tǒng)的組成
3.3.1 液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和輔助裝置等四大部分組成。
1、液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)—油泵
它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動(dòng)的機(jī)械動(dòng)力。它的作用是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流動(dòng)液體的壓力能。液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)在液壓系統(tǒng)中的位置和作用如圖3.2所示。
2、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)—油缸
它是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又稱液壓機(jī)，其作用是將液能變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，這種裝置有兩種。此滑板液壓系統(tǒng)所采用的是液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動(dòng)力、又能頻繁地進(jìn)行換向[8]。
液壓發(fā)生裝置
泵
液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)
缸——活塞
液壓控制裝置
方向閥
圖3.2 液壓系統(tǒng)方框圖像
3、液壓控制調(diào)節(jié)裝置—各種液壓控制閥
它是由來(lái)控制和調(diào)解液壓系統(tǒng)中液油流動(dòng)，方向、壓力、流量和滿足工況要求的裝置。根據(jù)用途和特點(diǎn)控制可分為三類。方向控制閥用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經(jīng)由路徑；根據(jù)實(shí)際情況利用單向閥或換向閥的作用來(lái)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來(lái)控制液壓系統(tǒng)的壓力以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的動(dòng)力或?qū)σ簤合到y(tǒng)起安全保護(hù)作用；流量控制閥（包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流和集流閥），用來(lái)控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的流量，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的要求。
由于液壓系統(tǒng)控制閥種類很多，為使用方便和結(jié)構(gòu)緊湊，在設(shè)計(jì)時(shí)合理的將各種閥類元件組合在一起構(gòu)成組合閥。
4、輔助裝置—管道、油箱、過(guò)濾器及控制儀表
液壓管道是連接液壓泵和液壓動(dòng)力機(jī)的通道，它們對(duì)液壓機(jī)械的使用性能有很大的影響，在工藝安裝過(guò)程上，除了進(jìn)行細(xì)致的檢查外，對(duì)管道布局必須平行垂直正齊。對(duì)液壓系統(tǒng)中的任何一段管道或管件要求都能自由拆裝，也必須按照其工藝過(guò)程和技術(shù)要求進(jìn)行。
關(guān)于壓力控制回路和速度控制回路，是由液壓元件所組成，可起到完成運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)壓力等特定作用。任何一種液壓機(jī)械，不論其結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜，它都是由基本回路構(gòu)成的液壓系統(tǒng)，只要熟悉和掌握這些基本回路，才能正確的使用和分析事故及故障發(fā)生的原因。
關(guān)于液壓油的選擇，一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都是選用普通液壓油。常用的是20#機(jī)油，當(dāng)氣溫低于-15oC時(shí)，應(yīng)采用25#變壓油或有條件的可選用14#稠化液壓油。
3.3.2 液壓缸的組成
1、缸筒和缸蓋
一般地說(shuō)，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力p100105Pa時(shí)使用鑄鐵，在p200105Pa時(shí)使用無(wú)縫鋼管，在p200105Pa時(shí)使用鑄鋼或鍛鋼。
2、活塞和活塞桿
活塞和活塞桿的結(jié)構(gòu)很多，常見(jiàn)的除一體式、錐銷式連接外，還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式。
螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，但在高壓大負(fù)載下需備有螺母放松裝置。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，拆裝不便，但工作較可靠。
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但它只適用于尺寸較小的場(chǎng)合?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實(shí)心的，大多用鋼料制造。
3、密封裝置
對(duì)于活塞桿外伸部分來(lái)說(shuō)，由于它很容易把贓物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一段。
4、緩沖裝置
液壓缸中緩沖裝置的工作原理，是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)在活塞和缸筒之間封住一部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
3.3.3 齒輪泵
齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩類。
外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，質(zhì)量輕，制造方便，價(jià)格低廉，工作可靠，自吸能力強(qiáng)（容許的吸油真空度大），對(duì)油液污染不敏感，維護(hù)容易。它的缺點(diǎn)是一些機(jī)件承受不平衡徑向力，磨損嚴(yán)重，泄露大，工作壓力的提高受到限制。此外，它的流量脈動(dòng)大，因而壓力脈動(dòng)和噪聲都較大。
內(nèi)嚙合擺線齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，零件少，工作容積大，轉(zhuǎn)速高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。由于齒數(shù)較少（一般為4～7個(gè)），其流量脈動(dòng)比較大，嚙合處間隙泄漏大，所以此泵工作壓力一般為2.5～7MPa，通常作為潤(rùn)滑、補(bǔ)油等輔助泵使用。
3.3.4 單向閥
單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分
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