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學生畢業(yè)論文(設(shè)計)中期檢查表 題 目 柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計 指導教師 職稱 教授 學生姓名 閱讀文獻數(shù) 14 初稿完成時間 工 作 量 較少 適中 √ 較多 出勤情況 較好 √ 一般 較差 工作進度 快 按進度進行 √ 慢 任 務(wù) 書 有 開題報告 有 中期工作結(jié)論 良 調(diào)整情況 無 教研室主任 意見 同意 學院意見 同意 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目：柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計學 院：
專 業(yè) 、班 級：
學 生 姓 名：
指導教師（職稱）：
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。
一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰， 文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
一、選題依據(jù) 1．論文（設(shè)計）題目
柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計2．研究領(lǐng)域
加工工藝；檢測技術(shù)
3. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應用價值
本題目為柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計，屬于機械制造工藝研究領(lǐng)域。曲軸是發(fā)動機中最重要的部件，主要是由主軸頸和連桿頸等組成的。是柴油
機中承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件，也是柴油機五大件（機體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿）中最難以保證加工質(zhì)量的零件。柴油機曲軸作為重要的運動部件， 同時因曲軸工況及其惡劣，因而對曲軸材料、曲軸尺寸精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求十分嚴格。任何一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響。因此世界各國對曲軸加工都十分重視，不斷改進著曲軸加工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。在大批量生產(chǎn)的條件下，傳統(tǒng)工藝已不能滿足當前設(shè)計和生產(chǎn)要求。在長時間、高速運轉(zhuǎn)下，曲軸極容易過早的出現(xiàn)失效或斷裂，嚴重影響曲軸的壽命和整機可靠性。因此需要重視曲軸的加工工藝。
與此同時，曲軸的精度也是對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響， 檢具的精度尤為重要。曲軸是發(fā)動機的精密、關(guān)鍵的零件,形狀復雜,尺寸公差要求嚴,其中形位誤差圓跳動、平面度、直線度等檢測項目繁多。所以，需要有專門的檢測裝置，例如需要專門檢測中心距、檢測同軸度和圓跳動的檢具。此外， 數(shù)據(jù)采集方法也尤為重要，例如檢測圓跳動時，我們需要極坐標測量法、兩點法、機械測量法、氣動測量法、光學測量法、超聲波測量法。數(shù)據(jù)處理的方法有平均值法、最小二乘法、逐差法等等。檢測精度手段也有量具、專用檢具、卡尺等。其中，用卡尺誤差過大。因此，為曲軸設(shè)計一套檢具就顯得尤為重要。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
（1） 國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)的現(xiàn)狀
目前車用發(fā)動機曲軸材質(zhì)主要有球磨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)資鋼曲軸成本的三分之一左右，且球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且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，硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國外得到了廣泛的應用。
一、應用新型刀具材料
為適應曲軸加工高速化、高效率、干式切削的需求，目前大量采用涂層刀具， 涂層的材料，從 TiN 發(fā)展為 Al2O3、TiC、ZrO2 等，根據(jù)加工的要求，為提高耐高溫的性能，又發(fā)展了 TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN 等?，F(xiàn)在 PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學氣相沉積）技術(shù)不斷推陳出新，由單層發(fā)展成多層、千層、復合
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涂層，現(xiàn)在又發(fā)展成納米涂層；深油孔的加工采用槍鉆加工代替普通加長高速鋼鉆頭，鉆孔和攻絲用硬質(zhì)合金材料來代替過去的高速鋼材料。目前曲軸的精加工也漸漸開始使用 CBN 砂輪加工，CBN 砂輪價格昂貴，但由于加工效率和耐用度高， 分攤到每個工件上的刀具費用反而比采用價格低廉的普通砂輪的要低，據(jù)德國NAXOS 磨床廠的資料，采用 CBN 砂輪加工時間通常可縮短 50%，而加工費用可節(jié)約 50%以上。
二、采用復合加工技術(shù)
曲軸制造業(yè)復合加工技術(shù)也有了一定程度的發(fā)展，奧地利 WFL 公司生產(chǎn)的臥式車銑復合加工中心具有一定的代表性。WFL 公司提出了“一次裝夾，完全加工” 的概念。車銑中心集成了雙主軸車削中心、五軸加工中心、深孔鏜、銑、鉆和三坐標功能于一身，在一臺具有雙主軸的車銑復合加工中心上可以對曲軸進行完全加工，加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn)入精加工工序。目前國內(nèi)也推出了類似的復合機床， 在 CIMT2005 上，沈陽數(shù)控機床有限責任公司的 CKZ80-5 車銑加工中心就是一臺復合機床。該機床代表了我國同類機床的最高水平。該機床五軸中 X、Y、Z、B 軸采用直線光柵尺或圓度光柵尺檢測，可實現(xiàn)閉環(huán)控制。該加工中心備有 48~96 工位刀庫可實現(xiàn)自動換刀，一次裝卡可進行車、銑、鉆、鏜、攻絲等加工。
曲軸精加工方面，也出現(xiàn)了工序集成的 CBN 數(shù)控磨床，即一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸，此類磨床一般配雙砂輪頭架。日本 TOYADA 工機、德國勇克（JUNKER）、德國 NAXOS 等生產(chǎn)的此類數(shù)控磨床是比較成熟的設(shè)備。
（2） 國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)展望
當今的汽車發(fā)動機制造技術(shù)正朝著高速、智能、復合、環(huán)保方面發(fā)展，其發(fā)展特點是競爭加劇，如何能不斷提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，以具有競爭力的價格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，及時滿足用戶日益增長的需求，成為各企業(yè)共同關(guān)注的焦點。發(fā)動機生產(chǎn)的柔性化要求提高，要求能夠根據(jù)市場的需求及時推出新的產(chǎn)品或轉(zhuǎn)換新的型號生產(chǎn)，當市場對某種產(chǎn)品有需求時必須抓住機遇生產(chǎn)出足夠滿足市場需要的產(chǎn)品。正是基于這種情況，二十世紀九十年代中期國外研發(fā)出來新型的數(shù)控高速曲軸外銑機床，使曲軸粗加工工藝又上了一個新臺階。
數(shù)控曲軸內(nèi)銑與數(shù)控高速曲軸外銑對比，內(nèi)銑存在以下缺點：不容易對刀、切削速度較低（通常不大于 160m/min）、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環(huán)時間較長。但內(nèi)銑用來加工鍛鋼曲軸容易斷屑，加工容易。
而數(shù)控高速曲軸外銑有以下優(yōu)點：切削速度高（可高達 350m/min）、切削時間較短、工序循環(huán)時間較短、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。數(shù)控高速外銑的缺點是不能加工軸向有沉割槽的曲軸，曲軸高速外銑刀的結(jié)構(gòu)及應用。
曲軸精加工采用國內(nèi)數(shù)控磨床磨削情況已相當普遍，產(chǎn)品加工精度已有相
當程度的提高。為滿足曲軸日益提高的加工要求，對曲軸磨床提出了很高的要求。隨著現(xiàn)代驅(qū)動和控制技術(shù)，測量控制，CBN（立方氮化硼）砂輪和先進的機床部件的應用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創(chuàng)造了條件。
一種稱之為連桿頸隨動磨削工藝正是體現(xiàn)了這些新技術(shù)綜合應用的具體成果。而這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對連桿頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現(xiàn)往復擺動進給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進行磨削加工。實現(xiàn)隨動磨削，X 軸除了必須具有高的動態(tài)性能外，還必須具有足夠的跟蹤精度，以確保連桿頸所要求的形狀公差。
未來，汽車行業(yè)的長期復合增速 13%的預期，其中商用車的增長大約在 10% 左右，因此，可以認為，未來曲軸行業(yè)的增長至少也在 10%左右，目前國內(nèi)曲軸廠家較多，但規(guī)模、質(zhì)量、技術(shù)水平差別較大，差距較為明顯。位于高端市場的企業(yè)占據(jù)著國內(nèi)主要主機廠的配套份額和社會維修市場的大部分市場份額；而位于低端市場的中小型企業(yè)，由于其技術(shù)裝備、制造水平和質(zhì)量保證能力較低，主要集中在社會維修市場。
因此，曲軸的的配套市場會越來越向規(guī)模較大技術(shù)先進的廠商集中，特別是在重型柴油機曲軸和高端輕型柴油機曲軸領(lǐng)域，集中度的提升將更為明顯。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題
（1） 曲軸工序尺寸，毛坯的尺寸。
（2） 確定工藝路線、確定刀具、量具、主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、切削速度、走刀次數(shù)、切削時間。
（3） 確定檢具的總體結(jié)構(gòu)，檢測原理（擬采用測量徑項圓跳動檢具）
（4） 圓跳動誤差評定方法及數(shù)據(jù)采集與處理
（5） 檢測精度分析，檢具主要零部件設(shè)計，檢具主要零部件設(shè)計2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1） 柴油機曲軸工作參數(shù)分析
（2） 柴油機曲軸機械加工工藝過程設(shè)計。
（3） 柴油機曲軸機械加工工藝規(guī)程計,編寫工藝卡、工序卡和檢驗卡等工藝文件。
（4） 圓跳動檢具設(shè)計并進行相應的分析計算，繪制檢具裝配圖。
（5） 檢具主要零部件三維設(shè)計
（6） 相關(guān)外文資料翻譯。
（7） 撰寫說明書。
3. 本論文（設(shè)計）預期取得的成果
(1) 完成柴油機曲軸的加工工藝過程設(shè)計，提交工藝卡、工序卡和檢驗卡等工藝文件；
(2) 完成檢具設(shè)計并進行相應的分析計算，繪制檢具裝配圖； (3)繪制檢具重要零部件的檢具圖；
(4)編寫說明書。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
（1） 設(shè)計參數(shù)： 總長：9940+0.15
全部主軸頸：85-0.0180
圓度 0.010mm，直線度 0.005mm 左端主軸檔寬 340+0.2 ，其余主軸檔寬 370+0.062 全部連桿軸頸 70-0.025-0.010 圓度 0.010mm 直線度 0.005mm，連桿軸頸檔寬
420+0.20
主軸頸軸心線與連桿軸頸軸心線距離要求為 62.5±0.05mm
（2） 技術(shù)路線：
1）加工工藝規(guī)程設(shè)計
a.分析研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖b.確定毛坯
c.擬定工藝路線，選擇定位基面d.確定各工序所采用的設(shè)備
e.確定各工序所采用的刀具、量具和輔助工具f.確定各工序的技術(shù)要求及檢驗方法
g.確定各工序的加工余量、計算工序尺寸和公差h.確定切削用量、確定工時
i.技術(shù)經(jīng)濟分析j.填寫工藝文件
2) 加工順序原則：擬采用：先粗后精、先主后次、先基面后其他、先面后孔
3) 保證裝配精度選擇：互換法、選配法、修配法和調(diào)整法
4) 加工誤差統(tǒng)計的分析方法：分布曲線法、點圖法
5) 檢測的方法：兩點法、三點法、三坐標測量法
6) 數(shù)據(jù)采集及處理：極坐標測量法、兩點法、機械測量法、光學測量法
7) 檢測跳動原則：實際被測要素繞基準軸線回轉(zhuǎn)過程中，沿給定方向測量其對某參考點或線的變動量。變動量是指指示器最小和最大讀數(shù)之差。
2. 論文（設(shè)計）進度計劃
第 1 周：安排設(shè)計任務(wù)，布置設(shè)計要求
第 2 周：分析設(shè)計題目，了解設(shè)計內(nèi)容，復習相關(guān)專業(yè)知識
第 3 周：查找設(shè)計資料，查找設(shè)計文獻
第 4 周：撰寫開題報告，修改開題報告，開題答辯
第 5 周：分析柴油機曲軸工作參數(shù)，繪制柴油機曲軸零件圖
第 6 周：設(shè)計柴油機曲軸機械加工工藝過程
第 7 周：設(shè)計柴油機曲軸機械加工工藝規(guī)程
第 8 周：編寫工藝卡、工序卡和檢驗卡等工藝文件
第 9 周：設(shè)計某項技術(shù)參數(shù)檢具結(jié)構(gòu)
第 10 周：選擇誤差評定、數(shù)據(jù)檢測和數(shù)據(jù)處理方法
第 11 周：編寫數(shù)據(jù)處理程序
第 12 周：程序運行與調(diào)試
第 13 周：檢具主要零部件三維設(shè)計
第 14 周：撰寫設(shè)計說明書和外文翻譯 `
四、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述
文獻綜述
文獻一闡述：曲軸在內(nèi)燃機中起重要作用,因此在加工中必須確保曲軸的精度、表面硬度、表面粗糙度,筆者介紹了作為內(nèi)燃機重要零件的曲軸加工工藝和設(shè)備 的現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向。
文獻二闡述：發(fā)動機曲軸結(jié)構(gòu)復雜、加工表面多、剛性差,但其技術(shù)要求高, 因此需具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性,才能滿足生產(chǎn)要求。本文章結(jié)合曲軸的功用、材料、結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和目前的生產(chǎn)實際,提出了系統(tǒng)的加工工藝方案,并對典型的工序作出了具體分析,包括加工設(shè)備、刀輔具、量檢具的選擇,定位夾緊方式以及工序余量、切削用量、基本工時的計算,另對鉆質(zhì)量中心孔、熱處理、動平衡檢測、校直、終檢等工序的操作方法進行了具體的闡述。最終形成了一套完整的曲軸加工工藝過程卡和工藝卡,完成了四缸發(fā)動機曲軸加工工藝的編制并用以指導生產(chǎn)實踐,達到提高生產(chǎn)效率、獲得良好質(zhì)量的目標。
文獻三闡述： 1．科學安排加工工藝，選擇加工設(shè)備、裝備，控制變形，保證加工精度。
2. 選擇合理的動平衡工藝，尤其是解決目前傳統(tǒng)工藝中普遍存在的重復檢測結(jié)果差異過大的問題。
3. 提高粗加工工作效率。
文獻四闡述：曲軸零件的加工精度要求較高,對于工藝路線的設(shè)計也相對要求較高。文中結(jié)合實例對柴油機曲軸的加工過程進行了詳細闡述,并對每一個工序進行了分析和總結(jié)。該實例中設(shè)計的加工工藝方法對曲軸類零件的加工具有很好的推廣應用價值。
文獻五闡述：幾個基本的定義，如：工序：是組成機械加工工藝過程的基本單元，一個工序是指一個（或一組）工人，在一臺機床上（或一個工作地點），對同一工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工步：是在加工表面不變，加工工具不變，切削用量不變的條件下所連續(xù)完成的那部分工序。選擇精基面的原則： 基準重合原則、統(tǒng)一基準原則、互為基準反復加工原則、自為基準原則等等。
文獻六闡述是：幾個基本定義，如尺寸公差(簡稱公差)：最大極限尺寸減最小極限尺寸之差，或上偏差減下偏差之差，它是允許尺寸的變動量(沒有符號的絕對值)。標準公差：國家標準極限與配合制中，所規(guī)定的任一公差。
文獻七闡述：以測量曲軸中心孔和螺紋孔位置度的綜合夾檢具為例,簡要闡述了這種夾檢具的設(shè)計原理及主要測量項的計算公式,為國內(nèi)檢具制造企業(yè)提供借鑒。
文獻八闡述：
一、內(nèi)螺紋垂直度的檢測
檢具的測量定心部分,由主螺紋心軸和副螺紋拉桿組成,檢測將螺紋心軸(中徑取過端螺紋塞規(guī)尺寸)旋入被測螺紋孔中,到位后旋緊螺帽,這樣就把主螺紋心軸與副螺紋拉桿鎖緊在被測螺孔中。由于心螺紋牙形角斜面作用,使螺紋心軸、中徑軸線與螺孔中徑軸線重合,起到精確定心作用。
二、連桿頸偏心距
曲軸連桿頸中心線至主軸頸中心線偏心距離稱為連桿頤偏心距或叫 1/2 沖程,偏
心距的波動直接影響發(fā)動機的壓縮比,將造成發(fā)動機輸出功率的波動,因此，它是重點檢測項目之一。曲軸 1/2 沖程尺寸及偏差,在中小批量生產(chǎn)中,常規(guī)檢測是在平板上進行的,效率較低。為此設(shè)計了一種新型 1/2 沖程檢具。
三、曲軸軸徑的測量
新型軸頸卡規(guī)具有測量工作原理新、結(jié)構(gòu)新等特點。定位與測量觸頭分離. 各自運動互不干涉。千分表球形測頭直接與被測軸頸接觸,可消除因偶件傳遞中引起的誤差。此外卡規(guī)下，固定板設(shè)計成刀刃型,與被測圓柱體母線成點接觸, 這樣量出軸的最少實體尺寸。
四、軸向尺寸形位公差的測量
它備有感應同步器數(shù)顯測長系統(tǒng),用機械測量頭定力測量獲取中等測長精度, 滿足了曲軸生產(chǎn)工藝尺寸公差檢測要求。
文獻九闡述：
簡單介紹了曲軸回轉(zhuǎn)半徑的常規(guī)專用檢具檢測方法,詳細介紹所開發(fā)的專用數(shù)控檢測儀檢測方法,并從檢測原理、數(shù)據(jù)讀取和誤差分析三方面對比兩者的區(qū)別。根據(jù)分析得出結(jié)論:數(shù)控檢測在結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)讀取方面優(yōu)勢明顯;誤差分析方面, 根據(jù)結(jié)構(gòu)推導出不同的計算公式。
文獻十：檢測曲軸中心距的檢具。檢具的結(jié)構(gòu)是由兩個 V 形塊分別焊接在一塊鐵板的兩端組成的,鐵板的中間可以固定百分表,對表樣件的形狀是由不同直徑尺寸的軸做成的,即根據(jù)被測曲軸的尺寸制造的,檢測時,先把專用檢具在對表樣件上對好表,然后把專用檢具上的兩 V 形塊分別放在被檢測的曲軸連桿軸頸兩側(cè)的主軸頸上,V 形塊在主軸頸上前后活動,百分表的觸頭就在連桿軸頸上做圓弧運動,表針所示的最大值就是曲軸主軸頸中心線和連桿軸頸中心線之間的誤差值。
文獻十一闡述：
檢具適用于多種曲軸零件的鍵槽對稱度和截面測量度、銷孔位置度的檢測。1.鍵槽對稱度檢測鍵槽所在軸頸的基準軸線由兩 V 型鐵組成，被測中心平面
由 、檢驗塊模擬,分兩步測。
2.定位銷孔中心線與第一主軸頸中心線和第一連桿軸頸中心線所組成的平面的公差測得。將墊鐵與第一連桿軸頸接觸,通過墊鐵和 V 型鐵將第一主軸頸中心線和第一 連桿軸頸中心線所組成的平面模擬出來。將杠桿百分表用塊規(guī)校正到零點(塊規(guī)高度等于中心線模擬平面的高度加上銷孔半徑)
文獻十二闡述：
該檢具由架體、鎖緊螺釘、百分表等組成。曲軸中心距專用檢具校對塊的軸頸 D 和中心距與曲軸的尺寸相同,大圓直徑=2R+d(d 為曲軸連桿軸頸)。將角尺形基準面中心距專用檢具放在樣件上,轉(zhuǎn)動檢具找出最高點,對表至零位(第一基準A 和第二基準 B 均要靠好),然后將檢具放在曲軸上(檢具兩邊的第一基準 A 和第二基準 B 均要靠好),這時百分表的觸頭與曲軸連桿軸頸的外表面接觸,轉(zhuǎn)動專用檢具,找出曲軸中心距方向的最高點,此時百分表顯示出的數(shù)值即為曲軸連桿中心距數(shù)值,當曲軸主軸直徑偏差為ΔD,連桿直徑偏差為Δd 時,曲軸連桿中心距數(shù)值應加上修正值ΔD/2-Δd/2。該檢具使用方便,其百分表反映出的中心距數(shù)值比較準確,當軸頸發(fā)生變化時, 計算修正也很簡單。
文獻十三闡述：
以曲軸零件為例,分析了同軸度與徑向圓跳動誤差的測量原理,根據(jù)曲軸零件被測參數(shù)的特點,測量徑向圓跳動誤差等于曲軸同軸度誤差的測量,通過檢測公差項目的測量轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)了曲軸零件同軸度誤差測量及專用檢具的設(shè)計。
文獻十四闡述：
柴油機作為傳統(tǒng)的發(fā)動機,在鐵路機車、發(fā)電設(shè)備、農(nóng)業(yè)機械等領(lǐng)域應用廣泛。而曲軸是柴油機的核心部件,軸的材料、加工質(zhì)量影響著柴油機的性能,但是由于其特殊性,導致生產(chǎn)周期較長、加工難度大、精度要求高,因此曲軸的生產(chǎn)量決定著柴油機的生產(chǎn)量。本文對國內(nèi)中速柴油機曲軸生產(chǎn)情況和現(xiàn)狀進行了分析,分別討論了鑄鐵曲軸和鍛鋼曲軸結(jié)構(gòu)形式、加工工藝流程、設(shè)備情況,并對先進設(shè)備加工方法進行了系統(tǒng)的分析研究,制定先進的加工工藝,以此提高曲軸生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
文獻十五闡述：通過對曲軸的結(jié)構(gòu)特點的詳細介紹,對曲軸的常見損傷的檢修方法的論述,提高維修人員對曲軸的認知程度。
文獻十六闡述：
主軸頸是發(fā)動機曲軸的重要特征之一,主軸頸跳動直接影響到曲軸工作時的穩(wěn)定性,進而影響發(fā)動機的工作性能。在主軸頸的車削、磨削加工過程中,主軸頸跳動不僅受到設(shè)備方面的影響,如設(shè)備夾爪對中度、中心支架推出度和抬起度、主軸跳動等,此外還與曲軸工藝布局有較大的關(guān)系。對某公司四缸發(fā)動機曲軸工藝進行分析,優(yōu)化工藝布局,驗證工藝布局對主軸頸跳動的影響,減少跳動值,提升曲軸運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。
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摘要
本次設(shè)計的題目是柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計。曲軸在發(fā)動機中承受沖擊載荷和傳遞動力的作用。曲軸是連接連桿的部件，將活塞往復轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，是發(fā)動機的關(guān)鍵部件。曲軸加工質(zhì)量將直接影響柴油機的工作性能。
曲軸的精度有嚴格的要求，需要設(shè)計加工工藝和專用的檢具。在加工工藝部分，需要排工藝路線、確定工藝順序、計算工序尺寸、安排熱處理工藝及表面處理工藝、確定毛坯尺寸、選擇加工方法；編寫工藝規(guī)程卡、工序過程卡、工序卡。檢具設(shè)計為主軸頸徑向圓跳動專用檢具。分析誤差要求即主軸頸圓跳動0.025；繪制圓跳動檢具裝配圖和主要的零件圖；檢具是通過動力源帶動曲軸轉(zhuǎn)動，傳感器在曲軸上讀取數(shù)值。數(shù)據(jù)采集方法選用探針型檢測方法，進行數(shù)據(jù)采點。其傳感器選擇離最遠端30cm處，在其截面上測取60個數(shù)值并對其進行數(shù)據(jù)處理。其誤差評定方法分別采用最大值最小值和平均值法，分別用c語言進行編程，程序可靠。
關(guān)鍵詞：曲軸，加工工藝，檢測技術(shù)
ABSTRACT
The topic of this design is diesel crankshaft processing technology and fixture design. The crankshaft bears the impact load and the transmission power in the engine. The crankshaft is a component connecting the connecting rod. It transforms the piston into rotary motion and is the key component of the engine. Crankshaft machining quality will directly affect the performance of diesel engine. The precision of crankshaft is very strict, and the design process and special fixture are needed. In the process part, it is necessary to arrange the process route, determine the sequence of the process, calculate the size of the process, arrange the heat treatment process and surface treatment process, determine the size of the blank and select the processing method, and write the process card, process card and process card. The fixture is designed as a special fixture for the radial circle beating of the spindle neck. The requirement of the analysis error is 0.025 of the circle of the spindle neck; the assembly drawing and the main part drawing are drawn. The device drives the crankshaft to rotate through the power source, and the sensor reads the value on the crankshaft. The data acquisition method uses probe type detection method and data acquisition point. The sensor is selected from the far end 30cm, and 60 values are measured on the cross section and processed. The method of error evaluation adopts the maximum and minimum value method respectively, and is programmed in C language, and the program is reliable.
Keywords：Crankshaft, Processing technology,Testing technology
目錄
摘要………………………………………………………………………………………………………….I
ABSTRACT…………………………………………………………………………………………………...II
1.緒論……………………………………………………………………………………………………….1
1.1柴油機曲軸的作用 1
1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1
1.3國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)展望 1
1.4重點解決的問題 2
2.柴油機曲軸分析及參數(shù)說明 3
3.曲軸機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 4
3.1年生產(chǎn)量和批量的確定 4
3.2曲軸定位基準的選擇 4
3.3曲軸加工工藝 4
3.4曲軸工藝路線的擬定 5
3.5曲軸主要工序所用機床和設(shè)備確定 6
3.6曲軸加工工序尺寸的確定 7
3.7工藝卡填寫 13
4.曲軸主軸頸圓跳動檢具設(shè)計 16
4.1 檢具設(shè)計要求 16
4.2 檢具總體結(jié)構(gòu)及工作原理 16
4.3 檢具主要零部件設(shè)計 19
5.圓跳動數(shù)據(jù)采集與處理 27
5.1數(shù)據(jù)采集方法 27
5.2數(shù)據(jù)處理程序 28
6.結(jié)論 30
參考文獻 31
附錄1外文譯文 32
附錄2外文原文 35
致謝………………………………………………………………………………………………………...39
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1.緒論
1.1柴油機曲軸的作用
曲軸是發(fā)動機中最重要的部件，主要是由主軸頸和連桿頸等組成的。是柴油機中承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件，也是柴油機五大件（機體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿）中最難以保證加工質(zhì)量的零件。柴油機曲軸作為重要的運動部件，同時因曲軸工況及其惡劣，因而對曲軸材料、曲軸尺寸精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求十分嚴格。任何一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響。因此世界各國對曲軸加工都十分重視，不斷改進著曲軸加工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。在大批量生產(chǎn)的條件下，傳統(tǒng)工藝已不能滿足當前設(shè)計和生產(chǎn)要求。在長時間、高速運轉(zhuǎn)下，曲軸極容易過早的出現(xiàn)失效或斷裂，嚴重影響曲軸的壽命和整機可靠性。因此需要重視曲軸的加工工藝。
曲軸的精度也是對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響，檢具的精度尤為重要。曲軸是發(fā)動機的精密、關(guān)鍵的零件,形狀復雜,尺寸公差要 求嚴,其中形位誤差圓跳動、平面度、直線度等檢測項目繁多。所以，需要有專門的檢測裝置，例如需要專門檢測中心距、檢測同軸度和圓跳動的檢具。此外，數(shù)據(jù)采集方法也尤為重要，例如檢測圓跳動時，我們需要極坐標測量法、兩點法、機械測量法、氣動測量法、光學測量法、超聲波測量法。數(shù)據(jù)處理的方法有平均值法、最小二乘法、逐差法等等。檢測精度手段也有量具、專用檢具、卡尺等。其中，用卡尺誤差過大。因此，為曲軸設(shè)計一套檢具就顯得尤為重要。
1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢
目前車用發(fā)動機曲軸材質(zhì)主要有球磨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)資鋼曲軸成本的三分之一左右，且球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且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，硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國外得到了廣泛的應用。
1.3國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)展望
當今的曲軸制造技術(shù)正朝著高速、智能、復合、環(huán)保方面發(fā)展，其發(fā)展特點是競爭加劇，如何能不斷提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，以具有競爭力的價格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，及時滿足用戶日益增長的需求，成為各企業(yè)共同關(guān)注的焦點。發(fā)動機生產(chǎn)的柔性化要求提高，要求能夠根據(jù)市場的需求及時推出新的產(chǎn)品或轉(zhuǎn)換新的型號生產(chǎn)，當市場對某種產(chǎn)品有需求時必須抓住機遇生產(chǎn)出足夠滿足市場需要的產(chǎn)品。正是基于這種情況，二十世紀九十年代中期國外研發(fā)出來新型的數(shù)控高速曲軸外銑機床，使曲軸粗加工工藝又上了一個新臺階。
數(shù)控曲軸內(nèi)銑與數(shù)控高速曲軸外銑對比，內(nèi)銑存在以下缺點：不容易對刀、切削速度較低（通常不大于160m/min）、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環(huán)時間較長。但內(nèi)銑用來加工鍛鋼曲軸容易斷屑，加工容易。
而數(shù)控高速曲軸外銑有以下優(yōu)點：切削速度高（可高達350m/min）、切削時間較短、工序循環(huán)時間較短、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。數(shù)控高速外銑的缺點是不能加工軸向有沉割槽的曲軸，曲軸高速外銑刀的結(jié)構(gòu)及應用。
曲軸精加工采用國內(nèi)數(shù)控磨床磨削情況已相當普遍，產(chǎn)品加工精度已有相當程度的提高。為滿足曲軸日益提高的加工要求，對曲軸磨床提出了很高的要求。隨著現(xiàn)代驅(qū)動和控制技術(shù)，測量控制，CBN（立方氮化硼）砂輪和先進的機床部件的應用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創(chuàng)造了條件。
一種稱之為連桿頸隨動磨削工藝正是體現(xiàn)了這些新技術(shù)綜合應用的具體成果。而這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對連桿頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現(xiàn)往復擺動進給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進行磨削加工。實現(xiàn)隨動磨削，X軸除了必須具有高的動態(tài)性能外，還必須具有足夠的跟蹤精度，以確保連桿頸所要求的形狀公差。
未來曲軸行業(yè)的增長至少也在10%左右，目前國內(nèi)曲軸廠家較多，但規(guī)模、質(zhì)量、技術(shù)水平差別較大，差距較為明顯。位于高端市場的企業(yè)占據(jù)著國內(nèi)主要主機廠的配套份額和社會維修市場的大部分市場份額；而位于低端市場的中小型企業(yè)，由于其技術(shù)裝備、制造水平和質(zhì)量保證能力較低，主要集中在社會維修市場。
因此，曲軸的的配套市場會越來越向規(guī)模較大技術(shù)先進的廠商集中，特別是在重型柴油機曲軸和高端輕型柴油機曲軸領(lǐng)域，集中度的提升將更為明顯。
1.4重點解決的問題
（1）曲軸工序尺寸，毛坯的尺寸。
（2）確定工藝路線、確定刀具、量具、主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、切削速度、走刀次數(shù)、切削時間。
（3）確定檢具的總體結(jié)構(gòu)，檢測原理（擬采用測量徑項圓跳動檢具）
（4）圓跳動誤差評定方法及數(shù)據(jù)采集與處理
（5）檢測精度分析，檢具主要零部件設(shè)計，檢具主要零部件設(shè)計
2柴油機曲軸分析及參數(shù)說明
柴油機曲軸零件如圖2-1所示。
圖2-1 曲軸零件
其技術(shù)要求如下：
(1)調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC28-34。
（2）曲軸大端的圓跳動誤差為0.025。
(3)右端主軸頸粗糙度0.8μm。左端0.4μm。連桿軸和曲柄過渡圓角的粗糙度0.8μm。主軸頸和連桿軸粗糙度1.6μm。
曲軸主要參數(shù)如表2-1所示：
表2-1曲軸參數(shù)
總長
9940+0.1（IT9）
全部連桿軸徑
φ70-0.025-0.010(IT5)
主軸直徑
φ85-0.0180（IT5）
油孔
直、斜油孔
主軸檔寬
370+0.062（IT8）
缸數(shù)
6
連桿軸頸檔寬
420+0.20（IT9）
主軸頸軸心線與連桿軸頸軸
62.5±0.05（IT10）
曲軸總長精度IT9，其兩端表面加工：粗銑—→精銑—→精車；
主軸直徑的精度為IT5，所以加工需要：粗車—→車—→粗磨—→半精磨—→精磨
連桿軸頸的精度為IT5,加工需要內(nèi)銑—→粗磨—→精磨
軸長與直徑之比=l/D=994/85=12，比值較大，加工復雜。
3機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計
3.1年生產(chǎn)量和批量的確定
3.1.1生產(chǎn)綱領(lǐng)30000臺/每年 柴油機
年產(chǎn)量 Q＝生產(chǎn)綱領(lǐng)*每臺件數(shù)*（1+備品率）*（1+廢品率） （3-1）
Q＝30000*1*（1+1％）*（1+3％）＝31209 月產(chǎn)量＝Q/12=2600
Days=（365-52-10）/12=24天 日產(chǎn)量（一天3班）＝月產(chǎn)量/Days=2600/24=108
(1) 生產(chǎn)量類型的確定：
查工藝人員手冊，零件的生產(chǎn)性質(zhì)：
中批300～3000 大批3000～30000
柴油機曲軸的生產(chǎn)性質(zhì)：大批
(2) 年時基數(shù)，三班制。
第一班2080小時。第二班2080小時。第三班1560小時?？偣残r數(shù)為4576小時。
（3）工作時間內(nèi)設(shè)備修理方面損失η
A. 工人缺勤和自然需要方面損失η
B. 清理設(shè)備時的損失η
C. 工人休息損失η η＝η＋η＋η＋η＝15％
平均流水線節(jié)拍=4576*60*（1-15%）/52020=4.5min
3.1.2批量的確定及生產(chǎn)間隔期：
生產(chǎn)周期＝ （3-2）
選批量為184件。一個零件總加工時間為102分，最長工序時間為9分鐘。生產(chǎn)周期=1.28天
3.2曲軸定位基準的選擇
在基準的選擇上，首先要貫徹精基準統(tǒng)一原則。
粗基準選擇：粗基準為各主軸軸頸外圓毛坯面。
精基準選擇：兩端中心孔為精基準。通過劃線確定主軸中心孔中心位置。以中心孔為精基準粗車主軸頸，再以主軸頸的外圓為基準精加工連桿軸頸，再以連桿軸徑為基準加工主軸頸，反復多次加工。
3.3曲軸加工工藝
第一階段主要是以銑鉆為主的基準加工，銑定位面和打中心孔；
第二階段是以車、銑、鉆為主完成全都軸頸的粗加工；
第三階段為熱處理；
第四階段為以磨、拋光為主的精加工及端面加工和動平衡；
3.4曲軸工藝路線的擬定
3.4.1曲軸的機械加工工藝特點分析
該曲軸應按照先粗后精的原則安排加工順序。主軸頸和連桿軸徑是按照先加工一、七主軸頸再加工二、六主軸頸和全部連桿軸頸的順序加工。這樣安排的好處是可以避免在加工過程避免碰到精基準。
(1)第一道序遵循互為基準原則。先粗銑左右兩端面。
（2）該曲軸為六缸曲軸，尺寸較大，故打中心孔要放在前面，作為輔助基準，也可為之后檢具的設(shè)計提供定位基準。
（3）第四道序到第八到為銑一、七主軸頸，這主要是為精基準的加工提供基準，所以將這四道序排在前面。
（3）第九道序為銑第1曲軸臂上對稱定位面，這道序為精基準，再加工大端軸頸和主軸和主軸頸就保證了精度。
（4）第十二到二十七工序則是粗磨精磨主軸、連桿軸徑、主軸頸，正好跟數(shù)控車時工藝相反，這是因為避免已經(jīng)加工好的表面被碰傷。
j根據(jù)先粗后精原則：粗車-半精車-半精磨-精磨；k先加工基準面后加工其它表面的原則：先銑兩端基準面-車大小端直徑-車連桿頸；l先加工平面后加工孔的原則：銑主軸頸兩端-打中心孔；m先加工主要表面后加工次要表面的原則：車大小端軸頸-車1,6主軸頸-車連桿頸；n先加工主要軸頸-然后加工螺紋孔及動平衡等原則，
3.4.2最終工藝路線
10粗銑兩端面（左右兩端面互為基準）
20精銑兩端面（左右兩端面互為基準）
30打質(zhì)量中心孔
40粗車大端軸頸（左端面為基準）
50粗車七主軸頸（左端面為基準）
60粗車一主軸和小端外圓）（右端面為基準）
70數(shù)控車大端外圓（左端為基準）
80數(shù)控車一,七軸和小端外圓（右端為基準）
90銑定位面（一、七主軸頸）
100內(nèi)銑2-6主軸頸和全部連桿軸頸（左、右主軸為基準）
110時效
120粗磨主軸頸（左右主軸軸線為基準）
130鉆大端中心孔（第一主軸基準）
140半精車小端外圓（右端面為基準）
150鉆大端定位銷孔（左、右主軸軸線為基準）
160粗磨連桿軸頸（左、右主軸為基準）
170鉆油孔
175油孔噴砂
180中間清洗
190熱處理
195中間探傷
200車大端臺階（左端面和左主軸為基準）
210半精磨2—6主軸（左右主軸軸線為基準）
220半精磨一、七軸（左右主軸軸線為基準）
230精磨小端軸頸（左右主軸線為基準）
240精磨大端軸頸（左右主軸線為基準）
250精磨連桿軸頸（第一主軸為基準）
260精磨一、七軸（左右主軸線為基準）
270精磨2-6主軸頸（左右主軸線為基準）
280精車兩端面（左右主軸線為基準）
290成品探傷
300鉆雙端面螺紋孔
310鉆大端齒輪定位銷孔
320動平衡
330軸頸拋光
340止推軸頸拋光
350入庫
3.5曲軸主要工序所用機床和工藝設(shè)備的確定
3.5.1曲軸兩端面
粗銑所采用臥式銑床，刀具為盤銑刀，量具為游標卡尺。
精車采用普通車床，刀具為端面車刀，量具為游標卡尺。
3.5.2曲軸連桿軸頸
精磨連桿軸頸采用外圓磨床，刀具為砂輪，量具為千分尺。
精磨連桿軸頸采用數(shù)控外圓磨床，刀具為砂輪，量具為千分尺。
3.5.3曲軸主軸頸
（1）一、七主軸頸：粗車一、七主軸頸采用普通車床，刀具為粗車軸頸刀，量具為游標卡尺。
（2）數(shù)控車一,七主軸頸采用數(shù)控車床，刀具圓角刀，量具為游標卡尺。
（3）粗磨主軸頸采用外圓磨床，刀具為砂輪修整機，量具為游標卡尺。
（4）半精磨一,七主軸頸采用外圓磨床，刀具為砂輪，量具為千分尺。
（5）精磨一,七主軸頸采用外援數(shù)控磨床，刀具為砂輪，量具為專用。
（6）二至六主軸頸相同。
3.6曲軸機械加工工序尺寸的確定
曲軸材料為42CrMOA，毛胚種類為鍛造，毛胚外形尺寸為Φ2061006，生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn)，鍛件毛胚，加工精度三級。
3.6.1曲軸兩端面的加工
（1）粗銑兩端面：粗銑的加工精度為IT11—IT13，粗糙度范圍為5—20，根據(jù)加工面長度和尺寸，加工余量為7mm，公差為0.50mm。粗銑兩端面工序簡圖如3-6所示。
圖
圖3-6粗銑兩端面工序簡圖
（2）精銑兩端面：精銑的加工精度為IT6——IT8，粗糙度范圍為0.63——5，加工余量為4mm，公差為0.4mm。精銑兩端面工序簡圖如3-7所示。
圖3-7 精銑兩端面工序簡圖
精車兩端面工序簡圖如3-8所示：
圖3-8 精車兩端面工序簡圖
（3）精車兩端面
精車的加工精度為IT7——IT9，粗糙度范圍為1.25——5，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.15mm。
曲軸兩端面加工工序尺寸如表3-1所示：
表3-1曲軸兩端面加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精車
1
IT8
0.15
994.0
精銑
4
IT8
0.4
994.6
粗銑
7
IT11
0.50
999.0
毛坯
1006
3.6.2曲軸連桿軸頸的加工
（1）內(nèi)銑全部連桿軸頸：粗銑的加工精度為IT11——IT13，粗糙度范圍為5——20，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為8mm，公差為0.10mm。內(nèi)銑全部連桿軸頸工序簡圖如圖3-9所示。
圖3-9 內(nèi)銑全部連桿軸頸工序簡圖
（2）粗磨連桿軸頸：粗磨的加工精度為IT8—IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為2mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-10
圖3-10 粗磨連桿軸頸工序簡圖
（3）精磨連桿軸頸：精磨的的加工精度為IT6——IT7，粗糙度范圍為0.16——1.25，根據(jù)加工面度和寬度尺寸，加工余量為0.5mm，公差為0.025mm。精磨連桿軸頸工序簡圖如圖3-11所示。
圖3-11 精磨連桿軸頸工序簡圖
曲軸連桿軸頸加工工序尺寸如表3-2所示：
表3-2曲軸連桿軸頸加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精磨
0.5
IT7
0.025
69.98
粗磨
2
IT8
0.05
70
內(nèi)銑
8
IT11
0.10
72.40
毛坯
80.50
3.6.3曲軸主軸頸的加工
（1）一、七主軸頸加工
①粗車一、七主軸頸：粗車的加工精度為IT10——IT13，粗糙度范圍為10——80，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為7mm，公差為0.10mm。工序簡圖如3-12所示。
圖3-12 粗車七主軸頸工序簡圖
②數(shù)控車一,七主軸頸：加工精度為IT8—IT9，粗糙度為1.25—10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.10mm。工序簡圖如3-13所示。
圖3-13數(shù)控車一、七主軸頸
③粗磨主軸頸
粗磨的加工精度為IT8—IT9。粗糙度范圍為1.25—10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-14所示
圖3-14 粗磨主軸頸工序簡圖
④半精磨一、七軸
半粗磨的加工精度為IT8——IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為0.64mm，公差為0.02mm。工序簡圖如3-15所示。
圖3-15 半精磨一、七軸工序簡圖
⑤精磨一、七軸
精磨的的加工精度為IT6——IT7，粗糙度范圍為0.16——1.25，根據(jù)加工面度和寬度尺寸，加工余量為0.37mm，公差為0.018mm。工序簡圖如3-16所示。
圖3-16精磨一、七軸工序簡圖
一、七主軸頸加工工序尺寸如表3-3所示：
表3-3一、七主軸頸加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精磨
0.37
IT6
0.018
84.98
半精磨
0.64
IT8
0.02
85.35
粗磨
1
IT8
0.05
85.95
車
1
IT9
0.10
86.9
粗車
7
IT10
0.10
87.90
毛胚
95
（2）二至六主軸頸加工
①內(nèi)銑2-6主軸頸
粗銑的加工精度為IT11——IT13，粗糙度范圍為5——20，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為8mm，公差為0.10mm。工序簡圖如3-17所示。
圖3-17 內(nèi)銑2-6主軸頸工序簡圖
②粗磨主軸頸
粗磨的加工精度為IT8——IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-18所示。
圖3-18 粗磨主軸頸工序簡圖
③半精磨2—6主軸
半粗磨的加工精度為IT7——IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，查表得加工余量為0.5mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-19所示。
圖3-19 半精磨2—6主軸工序簡圖
④精磨2-6主軸頸
精磨的的加工精度為IT6——IT7，粗糙度范圍為0.16——1.25，根據(jù)加工面度和寬度尺寸，加工余量為0.5mm，公差為0.018mm。工序簡圖如3-20所示。
圖3-20精磨2-6主軸頸工序簡圖
二至六主軸頸加工工序尺寸如表3-4所示：
表3-4二至六主軸頸加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精磨
0.5
IT6
0.018
84.982
半精磨
0.5
IT8
0.05
85.45
粗磨
1
IT9
0.05
86.45
內(nèi)銑
8
IT11
0.10
86.9
毛坯
95
3.7工藝卡的填寫
3.7.1切削用量的確定
（1）對于切深的選擇。由加工余量和工藝系統(tǒng)剛度來定。
（2）進給量f的確定。剛度和強度好，f大一些。反之，f小一點。
（3）切速v的選擇。根據(jù)公式計算。
（4）零件加工時間的計算
單個的加工件工時定額有下列部分組成：
T單件=T服務(wù)+T基本+T輔助 （3-3）
T單件核=T基本+T輔助+T終結(jié)+T服務(wù) （3-4）
式中：T基本—基本時間。
T服務(wù)—工作地點的服務(wù)時間。
T終結(jié)—準備終結(jié)時間。
T輔助—輔助時間。
T基本的計算方公式：T基本= （3-5）
其中，L—加工長度(mm) L1—加工切入(mm) L2—加工超出(mm)
f—進給量（mm/r） n—轉(zhuǎn)速(r/min)
刀具材料和切速如表3-6所示：
表3-6刀具
刀具材料
工件材料
加工方法
切速v的公式
高速鋼
合金鋼
銑削
其中，T—刀具耐用度（分） —切深（mm） f—進給量（mm/r）
刀具耐用度如表3-7所示：
表3-7 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
60
進給量如表3-8所示：
表3-8 進給量f
加工方法
切深
進給量f
切速v
車削
粗加工
精加工
1.5~2.5
0.2~0.5
0.3~0.5
0.2~0.3
50~80
80~100
銑削
粗加工
精加工
2~3
0.5~0.7
0.2~0.3
0.1~0.3
60~80
80~100
3.7.3確定工時定額
下面計算三道工序
A第一道工序：粗銑兩端面：（臥式雙面銑床）
1）本工序的加工余量=3.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.068mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：Vc=(πdn)/1000=(3.14*500*159)/1000=251m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=1000*2=2000mm，
Tw=l/nf=2000/500*0.0068=4min
B第二道工序：半精銑兩端面（臥式雙面銑床）
1.精銑右端面：
1）本工序的加工余量=2，工件材料為42CrMoA；
2）進給量=0.19mm/r
3）主軸轉(zhuǎn)速：180r/min
4）切削速度：VC=113m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=994*2=1992mm，
Tw=l/nf=1992/500*0.19=3.4min
2.精銑右端面：
1）本工序的加工余量=2，工件材料為42CrMoA；
2）進給量=0.19mm/r
3）主軸轉(zhuǎn)速：180r/min
4）切削速度：VC=90m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=994*2=1992mm，Tw=l/nf=1992/500*0.19=3.4min
C第七道工序 數(shù)控車大端外圓：
本工序分為三個工步：
1. 油封軸頸Φ102 0.05
1）本工序的加工余量=1.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.26mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：VC=160m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=106*2=212mm，Tw=l/nf=212/500*0.26=4min
2. 油封軸頸長度29 0.10
1）本工序的加工余量=1.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.26mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：VC=160m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=106*2=212mm，Tw=l/nf=212/500*0.26=4min
3. 齒輪軸直徑Φ102.85 0.05
1）本工序的加工余量=1.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.26mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：VC=160m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=106*2=212mm，Tw=l/nf=212/500*0.26=4min
4曲軸主軸頸圓跳動檢具設(shè)計
4.1 檢具設(shè)計要求
檢具設(shè)計的對象如圖4-1所示。由圖可以看出，本次測量右端
主軸頸的徑向圓跳動0.025。徑向圓跳動是指在任意橫截面的回轉(zhuǎn)表面上距離的最大值與最小值之差。
圖4-1 局部放大圖
4.2 檢具總體結(jié)構(gòu)及工作原理
4.2.1檢具總體結(jié)構(gòu)
檢具的總體結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，檢具由定位元件、檢測裝置、動力源、減速裝置組成：
圖4-2 檢具裝配圖
1．定位元件：
（1）初始定位元件：如圖4-3所示。當元件運送過來時，先放在v形鐵上進行初始定位，這時v鐵將限制4個自由度，即y方向旋轉(zhuǎn)，y方向移動；z旋轉(zhuǎn)，z方向移動。v鐵型號JB-T8018.1-1999。其高度為68cm。需保證2個v鐵在底板上的安裝能找正對齊?？稍试S的公差為e=0.09mm。給出其檢具到v鐵銷軸線的位置，即L1，如圖4-4所示。
圖4-3 V形鐵
v鐵為標準件，其基本尺寸為10cm，則L1的基本尺寸為-10=241.將公差均分，L1的尺寸為241±0.03
（2）最終定位元件：如圖4-5、4-6所示。
當曲軸已經(jīng)初始定位完成后，將左頂尖（可旋轉(zhuǎn)），將曲軸定位，此時限制3個自由度：z移動，z轉(zhuǎn)動，x移動。再將右頂尖通過滑道移動到曲軸右端面中心孔處，限制兩個自由度。至此曲軸只有一個自由度不受控制，即y轉(zhuǎn)動。
圖4-4 尺寸鏈
圖4-5 右頂尖 圖4-6左頂尖
2個頂尖需要對齊安裝，允許偏差e=0.06mm，如圖4-7所示：尺寸鏈如圖4-8所示。
圖4-7 頂尖定位
H1的基本尺寸為120mm；
H2的基本尺寸為133mm
H3的基本尺寸為28mm
e為0±0.02mm，均分后獲得
H1的尺寸為120±0.02mm
H2的尺寸為133±0.02mm
H3的尺寸為28±0.02mm
圖4-8 尺寸鏈
要注意：為了正確定位，v鐵的高度小于頂尖的高度160cm。
2.檢測部件：如圖4-9所示。
圖4-9 SONY DT5 12P傳感器
工作原理：該傳感器由（6）傳感器夾、（7）SONY DT5 12P傳感器、（8）支桿、（9）架桿、（11）夾套、（12）螺釘組成。通過B-B剖視圖可以看出，將螺母松開或擰緊時，可是傳感器通過架桿在左右方進行移動。通過A-A剖視圖可看到，支桿和傳感器均夾在傳感器夾上，當螺母松緊時，可控制支桿和傳感器在上下移動；當螺母擰緊時，支桿和傳感器夾不允許運動。
3.動力源：
采用Y160M1-8型電動機。功率為4kw，同步轉(zhuǎn)速為750r/min。滿載轉(zhuǎn)速為720r/min。如圖4-10所示。
圖4-10電機
4.減速裝置：本設(shè)計選用二級減速器，其傳動比為15，轉(zhuǎn)速為48r/min，如圖4-11。
圖4-11減速器裝配圖
5. 所有零件清單如表4-12所示。
表4-12零件說明
零件序號
零件名稱
零件數(shù)量
國標
材質(zhì)
1
檢具體甲
1
HT200
2
擋板
2
HT200
3
活動頂尖
1
T8A
4
六角螺母M39
1
5
V形鐵
2
JB-T8018.1-1999
6
傳感器夾
1
65Mn
7
SONY DT5 12P 傳感器
1
8
支桿
1
45
9
架桿
1
T10A
10
滑道
1
11
夾套
1
65Mn
12
滾花螺釘甲
1
45
13
夾套
1
65Mn
14
滾花螺釘乙
1
45
15
六角螺母
1
GB/T 6170-3000
16
夾具體乙
1
HT200
4.3 檢具主要零部件設(shè)計
選取底板和右側(cè)擋板以及減速器為例，說明主要零部件的設(shè)計。
4.3.1如圖4-13所示為檢具底板零件圖。
圖4-13 底板
如圖4-13底板零件圖所示，底板主要是將減速器、右側(cè)擋板、v形塊裝配在一起的零件。其尺寸較大，其下底面、與v鐵連接處都需加工，因此將其粗糙度定位Ra1.6。底板的右側(cè)還需加工出滑道，使右側(cè)擋板可靈活移動，便于曲軸的安裝。同時滑道兩側(cè)還需加工出兩擋板，便于右擋板的活動更加平穩(wěn)。
2）如圖4-14所示為右側(cè)擋板零件圖
圖4-14右側(cè)擋板零件圖
右側(cè)擋板的主要作用是裝配傳感器以及活頂尖，因此需加工出螺紋孔，下表面與滑道和擋板配合的地方粗糙度為Ra1.6
所有部分的長度根據(jù)工件尺寸、檢具體尺寸等酌情取量。
3）如圖4-15為二級減速器：
圖4-15 二級減速器
1.總傳動比15；
2.分配各級傳動比：i=i1*i2 圓錐齒輪傳動比：圓柱齒輪傳動比：i2=5
3.圓錐齒輪設(shè)計：選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。
4.圓錐齒輪相關(guān)參數(shù)
（1）錐齒輪大端分度圓直徑 mz1=4×20=80mm,=mz2=4×60=240mm
（2）分度圓錐角：
（3）大端齒頂圓直徑：mm
（4）計算齒寬：b=RφR=37.95mm 圓整為（取整）
（5）按齒面接觸強度設(shè)計：分度圓直徑公式：
（4-1）
K—載荷系數(shù) T—轉(zhuǎn)矩 ZE—彈性影響系 δH—接觸疲勞強度 φR—齒寬 δH=疲勞強度
試選載荷系數(shù)進行計算：
① 已知小齒輪的轉(zhuǎn)矩：
② 齒寬系數(shù)
③ 按齒面硬度校核：接觸疲勞強度極限бHlim1=640MPa，此為小齒輪。бHlim2=560MPa，此為大齒輪。
④ 材料的彈性影響系數(shù)
⑤ 計算應力循環(huán)次數(shù)
（4-2）
取接觸疲勞壽命系數(shù)。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得：
（4-3）
6)計算
①將бH中小的值及520.8MPa帶入分度圓直徑公式中，可得到
②平均分度圓直徑
（4-4）
③ 計算圓周速度v
（4-5）
直齒輪齒間載荷分配系數(shù)
根據(jù)小齒輪一端懸臂布置，得軸承系數(shù)，則
接觸強度載荷系數(shù)
（4-6）
m分度圓直徑由實際的載荷系數(shù)校正，
（4-7）
算大端模數(shù)，取標準值，模數(shù)圓整為
（5）圓柱齒輪設(shè)計：選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)Z2=100
按齒面接觸強度進行設(shè)計
（4-8）
確定相關(guān)參數(shù)：
①試選載荷系數(shù)
②計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩
③取齒寬系數(shù)
（6）小齒輪分度圓直徑d1t≥41.28mm；
計算圓周速度v
取b=44 mm 圓整模數(shù) m=3 齒高 h=2.25m=2.25×3=6.75 mm齒高比 b/h=6.5
（7）計算載荷系數(shù)K：根據(jù)v=2.09 m/s，8級精度，動載系數(shù) Kv=1.1，
使用系數(shù) KA=1.25 =2.2143
接觸強度載荷系數(shù) K=KA×Kv××=2.2143
按載荷系數(shù)校正后得出分度圓直徑 d1=49.27
模數(shù)：m=d1/z1=49.27/20=2.46，取標準值3。
（4-9）
（8）計算相關(guān)參數(shù)：
中心距 （4-10）
① 齒寬 加寬5-10,取b=65mm。
傳動齒輪的主要參數(shù)如表4-16所示。
表4-16 傳動齒輪主要參數(shù)
高速級
低速級
齒數(shù)z
20
60
20
100
中心距a
160
180
模數(shù)m
4
3
齒寬b
38
38
44
60
（9）輸入軸設(shè)計：裝配軸如圖4-17所示。
圖4-17 輸入軸裝配
軸的尺寸設(shè)計：由公式d=15.62，圓整為16mm。T=23.21N·mm ,KA=1.3，所以：。dmin=20mm
輸入軸尺寸如表4-18所示。
表4-18 輸入軸尺寸
（10）中間軸設(shè)計：中間軸如圖4-19所示
圖4-19中間軸裝配圖
中間軸尺寸確定：p2=6.63kw n2=966.67r/min T2=65.5N.M取
軸上有兩個鍵槽，軸徑增加10％-15％， 取d=25mm。中間軸尺寸如表4-20所示。
表4-20中間軸
（11）輸出軸設(shè)計 輸出軸。由公式。 取d=41m。
輸出軸尺寸如表4-21所示。
表4-21輸出軸尺寸
（13）軸的強度校核：
j輸入軸校核：輸入軸力矩圖如4-22所示
圖4-22 輸入軸
計算所得值如表4-23所示。
表4-23 計算所得值
載荷
水平面
垂直面
支反力
FNH1=1559.4N
FNH2=-621N
FNF1=434.63N
FNF2=-127.88N
彎矩
MH=28.921N
MF1=3018.74N
MF2=1.2*106N.mm
總彎矩
M1=29.555N.m
M2=106.04N.m M=110.08N.m
扭矩
T=31.906N.m
軸的計算應力為： （4-11）
（4-12）
，因此，故安全
k中間軸校核：中間軸力矩圖如圖4-24所示。
圖4-24 中間軸力矩圖
計算的值如表4-25所示。
表4-25 計算所得值
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
軸的計算應力
（4-13）
，故安全。
l輸出軸校核：
輸出軸力矩圖如4-26所示。
圖4-26 輸出軸力矩圖
計算結(jié)果如表4-27所示。
表4-27 計算所得值
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
軸的計算應力
（4-14）
，故安全。
（13）減速器附件的選擇
1）箱體的設(shè)計：一般情況下，采用鑄造箱體，箱體結(jié)構(gòu)采用剖分式，擁有軸線的水平面即為剖分面。箱體的高度：da(大圓輪)/2+(50~70)mm=330/2+(50~70)=215~235mm，取高H=220mm，取箱體厚度σ=8mm。
2）通氣器選定通氣帽。外六角油塞。封油墊,啟蓋螺釘M6。
3）視孔蓋和窺視孔：中心距大小圓柱齒輪的中心距a=195mm，窺視孔尺寸：82mm×62mm。窺視孔上有視孔蓋，尺寸為：l1=90mm,b1=70mm，l2=75mm,b2=55mm,孔數(shù)為4，,蓋板用鑄鐵制成，用M8螺栓緊固。
4）放油孔與螺塞：放油孔位于油池最底處。5）油標：油標位于便于觀察減速器油面穩(wěn)定之處。6）通氣孔：機蓋頂部窺視孔蓋上安裝通氣器。
5圓跳動數(shù)據(jù)采集與處理
5.1數(shù)據(jù)采集方法
1）測量曲軸主軸頸徑項圓跳動0.025。
2）形位與位置誤差檢測：采用的評定方法為跳動誤差檢測
3）針對本次要測量的誤差，采用的評定方法為測量跳動原則。
數(shù)據(jù)采集的方法有6種。
1.極坐標測量法：適用于長度較長的大型零件的測量。
2.兩點法：常用于滾動軸承內(nèi)和軸外徑的測量。
3.機械測量法：摩擦輪測量法，卡鉗型測量法，探針型測量法。
4.氣動測量法：多用于內(nèi)徑測量。
5.光學測量法。
6.超聲波測量法。
針對本次測量的圓跳動，測量器具的可選擇項有千分表，探針的位移傳感器，紅外測距傳感器，前兩者屬于機械測量法，最末者屬于光學測量法。
為提高檢測效率和檢測精度，本次數(shù)據(jù)采集法選用探針型測量法（機械測量法），使用SONY DT5 12P 位移傳感器進行數(shù)據(jù)采集。此設(shè)備參數(shù)如下：
j分辨率：±2μm。
k顯示精度：±1μm。
l量測范圍：12mm。
m外形尺寸：12mm*35mm*116mm。
n5百萬次使用壽命。
oA/D傳感器觸發(fā)周期20ms一次。
固定傳感器的支架安裝在磁座上，則測量元件位置可任意移動。
測量方案有如下幾種，如圖5-1、5-2、5-3所示。
圖5-1 測量方案
圖5-2 測量方案
圖5-3 測量方案
本次檢測的零件為軸類零件，考慮到后續(xù)與電機連接構(gòu)成半自動化檢測機構(gòu)，應使用軸承替換方案中的同軸頂尖（或V型架），從而提高旋轉(zhuǎn)測量時的穩(wěn)定性和便利性。
因為本次使用的傳感器A/D觸發(fā)器周期T為20ms，則1s內(nèi)測得量值為n=1000/20=50(個)；已經(jīng)取曲軸的轉(zhuǎn)速為48r/min,也就是0.8r/s；曲軸轉(zhuǎn)一圈為1.25s，則曲軸轉(zhuǎn)一圈測得數(shù)值n=1.25*50=60個
取曲軸測一個截面，曲軸轉(zhuǎn)一圈測得60個數(shù)值
5.2 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理的方法有
1.取平均值法；
2.最大值最小值法；X=MAX-MIN
（1）平均值法， 如圖5-4所示。
圖5-4 程序圖
其得出結(jié)果與0.025比較，小于為合格，大于不合格。
（2）最大最小值法見圖5-5。
圖5-5 程序圖
其結(jié)果和0.025比較，小于為合格，大于不合格。
6.結(jié)論
本次設(shè)計題目是柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計。
此題目主要研究兩大部分，一部分是曲軸的加工工藝，另一部分是檢具設(shè)計。
本次研究主要有如下幾個方面：
一、 工藝部分
1）曲軸為六缸曲軸，需要分析曲軸的形位誤差和粗糙度，將曲軸需要加工的部分找出來，排工藝路線，確定工序，并且根據(jù)工藝過程畫出追跡圖，計算工藝尺寸。
2）計算工序尺寸，繪制工序簡圖，詳見工藝卡。
二、檢具設(shè)計部分
在檢具設(shè)計部分，此次設(shè)計檢具為主軸頸徑向圓跳動專用檢具。
1） 檢具采用的二次定位。v鐵起到初定位的作用，其定位的精度滿足小于0.09mm。頂尖起到最終定位的作用，其定位精度為0.06mm。
2） 檢具動力源的設(shè)計，電機功率為4kw，同步轉(zhuǎn)速為750r/min。滿載轉(zhuǎn)速為720r/min。
3） 二級減速器傳動比為15，最終曲軸的輸出轉(zhuǎn)速為0.8r/s
1) 使用SONY DT5 12P傳感器。其傳感器選擇一個截面，在其截面上量取60個數(shù)值并對其進行數(shù)據(jù)處理。
2) 數(shù)據(jù)處理采用平均值法和最大值最小值。用c語言進行編程，程序可靠。
本次設(shè)計結(jié)果：繪制圓跳動專用檢具圖一張，檢具零件圖2張，工藝卡74張，C語言誤差檢測程序一個。
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