曲軸加工工藝及卡具設計

曲軸加工工藝及卡具設計,曲軸,加工,工藝,卡具,設計 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 I 學士學位畢業(yè)設計 曲軸加工工藝及夾具設計 學生姓名：王光輝 學 號：20054024161 指導教師：郭占斌 所在學院：工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 中 國 ·大 慶 2009 年 6 月 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 II 摘 要 本設計主要圍繞發(fā)動機曲軸的工藝規(guī)程和專用夾具設計進行研究，其內容包 括了解曲軸結構，確定曲軸的生產類型，相關的技術要求。在此基礎上，進行基 準的選擇，制定了表面加工方法，劃分加工階段，根據生產類型確定工序的集中 和分散，合理地安排工序，編排合適的工藝路線；進行詳細的大量計算，包括： 加工余量、工序尺寸和公差的確定、切削用量的計算及時間定額的計算。從而制 定出一套合理的機械加工工藝卡片和機械加工工序卡片。 總之，曲軸加工工藝的安排以及專用夾具的設計是一項非常復雜的高難度工 作。它是一種需大批量生產的零件。且技術要求比較高，為了確保產品的質量和 水平，設計工作按照科學的程序進行，分清主次，合理取舍。 關鍵詞：夾具；曲軸；工藝 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 III Abstract The design was studied that was focused on transmission with the shift fork of the protocols and proprietary drilling fixture design, whose contents were included that the use of blades, the blades type of production and the relevant technical requirements. On this basis, the rough was chosen, and the size of the rough was determined, and the mechanical allowances were determined. A rough map was drawn. After carefully detailed analysis of the parts map, the benchmark was chosen, the development of surface processing methods was determined, and the demarcation of the processing stages was divided. According to the production process the type of centralization and decentralization was determined, the process was reasonably arranged, and the order and orchestrates a suitable process line were set up. Then some detail was calculated, such as allowance, processes size and the determination of tolerance. The amount of calculation and the calculation of the fixed time was cut. Thus a set of reasonable card processing machinery and mechanical processes cards were drawn up. The second part of the design was the focus of this issue which was difficult, who was mainly centered on proprietary drilling fixture design, Z525-use vertical drilling, drilling screw hole design process by which a drilling fixture. Firstly fixture was designed to clear the major tasks identified by positioning components, guidance devices, clamping body fixture structure, access to the relevant national standards, painting fixture assembly. The study of the subject transmission blades was used in the transmission gearbox shift agencies. Through the design of the transmission plectrum shift gearbox bodies changed stalls, thus it changed the speed of automobile. This paper transmission plectrum design of technical rules, transmission truly achieved the change stalls and shift function, against drilling fixture design, realization of the drilling screw hole of this procedure. In short, the design of transmission plectrum was a complex task. It was the typical products in mass production. To ensure the quality of products and the level of design the work must be produced in accordance with the scientific procedure, prioritize, reasonable choice Keywords: Plectrum;machining; technical rules;manufacturing technology;fixture 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 IV 目錄 摘 要 ......................................................II ABSTRACT..................................................III 目錄 .......................................................IV 前言 ....................................................- 1 - 1.零件的工藝分析 ........................................- 2 - 2．選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖 ...................- 3 - 3．選擇加工方法，制定工藝路線 ...........................- 4 - 3.1 制定工藝路線 .......................................- 4 - 4. 軸加工工序設計 ......................................- 8 - 4.1.洗兩端面 .........................................- 8 - 4.2. 鉆質量中心孔 ......................................- 9 - 4.3.車削與主軸頸同軸的所有軸頸........................- 10 - 4.3.1.切削用量 ......................................- 10 - 4.4. 車削全部連桿軸頸 .................................- 11 - 4.4.1.切削用量 ......................................- 11 - 4.5.粗磨所有主軸頸、連桿頸、法蘭與曲軸軸頭............- 12 - 4．6.精磨所有主軸頸、連桿頸、法蘭與曲軸軸頭...........- 14 - 5.孔加工工序設計 .......................................- 16 - 5.1 粗銑 M6 孔端面 .....................................- 16 - 5.1.1 切削用量 ......................................- 16 - 5.1.2.基本時間 ......................................- 17 - 5.2.精銑 M6 孔端面.....................................- 17 - 5.2.1 切削用量 ......................................- 17 - 5.2.2.基本時間 ......................................- 18 - 5.3.鉆 2-M6 底孔.......................................- 18 - 5.3.1.切削用量 ......................................- 18 - 5.4 確定攻 2-M6 螺紋的切削用量 .........................- 19 - 5.4.1.切削用量 ......................................- 19 - 5.4．2.基本時間 .....................................- 19 - 5.5 加工 Φ12.7×4.4 底孔 ..............................- 20 - 5.5.1．鉆孔 .........................................- 20 - 5.6 擴 Φ12.7MM 盲孔 ....................................- 21 - 5.6.1．盲孔 .........................................- 21 - 5.6.2.基本時間 ......................................- 21 - 6.夾具設計 .............................................- 23 - 總結 ...................................................- 24 - 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 V 參考文獻 ...............................................- 26 - 致謝 ...................................................- 27 - 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 1 - 前言 本次設計題目為“發(fā)動機曲軸加工工藝及夾具設計” ，它運用了機械加工設計 的基礎內容，囊括了幾年來所學的理論知識，使我進一步加深了解機械加工的工 藝方法，以及如何合理安排工藝流程，選用合理的夾具，初步做到了學以致用， 并在設計中學到了更多的機械設計的優(yōu)化方法，使我對機械設計以及加工工藝有 了更深層次的理解和認識，培養(yǎng)了嚴謹的工作態(tài)度。 曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件，在發(fā)動機五大件中最 難以保證加工質量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對曲軸材質以及毛坯加工技術、 精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任 何一個環(huán)節(jié)質量沒有得到保證，則可嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。 世界汽車工業(yè)發(fā)達國家對曲軸的加工十分重視，并不斷改進曲軸加工工藝。隨著 WTO 的加入，國內曲軸生產廠家已經意識到形勢的緊迫性，引進了為數不少的先 進設備和技術，以期提高產品的整體競爭力，使得曲軸的制造技術水平有了大幅 提高，特別是近 5 年來發(fā)展更為迅猛。 目前車用發(fā)動機曲軸材質有球墨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵的切削性能良 好，可獲得較理想的結構形狀，并且和鋼質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。球墨鑄鐵曲軸成本只有調質 鋼曲軸成本的 1/3 左右，所以球墨鑄鐵曲軸在國內外得到了廣泛應用。統(tǒng)計資料 表明，車用發(fā)動機曲軸采用球墨鑄鐵材質的比例在美國為 90%，英國為 85%，日 本為 60%，此外，德國、比利時等國家也已經大批量采用。國內采用球墨鑄鐵曲 軸的趨勢則更加明顯，中小型功率柴油機曲軸 85%以上采用球墨鑄鐵，功率在 160kW 以上的發(fā)動機曲軸多采用鍛鋼曲軸。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 2 - 1.零件的工藝分析 Ф25mm 的圓柱內表面，加工時要保證 Ф25 + 00.023 的 0.023 公差要求，以 及表面粗糙度 Ra1.6，表面要求較高。1.2.零件的工藝要求 連桿的支撐底板底面，粗糙度要求 Ra3.2,同時保證連桿的高度 30mm。 上端面 40×30mm,粗糙度要求 Ra3.2,同時保證與 Ф25mm 的圓柱軸線的距離 90mm；下端側面保證尺寸 17mm，粗糙度要求 Ra6.3；離 Ф25mm 的圓柱軸線 45mm 的側面粗糙度要求 Ra12.5。 上端面 2×M6，保證尺寸 10mm、20mm,沉頭錐角 120°，粗糙度要求 Ra6.3；M8 的螺紋孔，锪 Ф14×3mm 的圓柱孔，粗糙度 Ra3.2；鉆下端 Ф12.7 + 00.1 的錐孔，保證公差要求，以及中心線與 Ф25mm 的圓柱軸線的距離 60 mm 粗 糙度要求 Ra6.3。 根據各加工方法的經濟精度及一般機床所能達到的位置精度， 該零件沒有很難加工的表面，上述各表面的技術要求采用常規(guī)加工工藝均可以保 證。 依設計題目知：Ｑ＝5０００臺／年，n=1 件／臺，結合生產實際，備產率 α 和廢品率 β 分別取為１０％和１％。帶入公式得該零件的生產綱領 N＝ ＝5555 件／年零件是機床的杠桿，質量為０.８５kg,%)1()01(0?? 查表２-１可知其屬輕型零件，生產類型為大批生產。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 3 - 2．選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖 該零件材料為 QT450，考慮到零件的結構以及材料，選擇毛坯為鑄件，由于 零件年產量為 5555 件，屬于批量生產，而且零件的輪廓尺寸不大，故采用砂型機 器鑄造。這從提高生產率，保證加工精度以及節(jié)省材料上考慮，是合理的。 球墨鑄鐵，要確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量，應先確定如下各項因素。 （１）鑄件機械加工余量等級，該值由鑄件的成型方法和材料確定，成型方 法為砂型機器鑄造，材料為球墨鑄鐵，確定加工余量等級為 G。 （２）鑄件尺寸公差，毛坯鑄件的基本尺寸處于１００～１６０之間，而鑄 件的尺寸公差等級為 8～10，取為８級，根據表 2.2-1 取鑄件的尺寸公差為 １.８mm。 查表得的毛坯的加工余量等級為 G，以及鑄件的尺寸，定鑄件的機械加工余 量為 2.5mm。 根據成型零件的基本尺寸，以及確定的機械加工余量和鑄件的尺寸公差確定 毛坯的尺寸為基本尺寸加上機械加工余量，即基本尺寸加上 2.5mm。 查表得毛坯的尺寸公差等級為８級，確定尺寸公差為１.８mm。 3．選擇加工方法，制定工藝路線 本零件是帶孔的桿狀零件，孔是其設計基準，在銑削零件的三個平面以及鉆 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 4 - 孔的時侯，都應以孔為定位基準，避免基準不重合誤差的產生，在銑削底面時應 該以不需要加工的面為粗定位基準。 零件的加工面有端面，內孔，螺紋孔，其中端面有一個大底面和二個小端面， 內孔有 φ25mm 和 φ12.7mm 各一個孔，螺紋孔有 M6 和 M8 各一個。材料為灰鑄鐵。 以公差等級和表面粗糙度要求，參考本指南有關資料，其加工方法選擇如下。 （1）大底面據表面粗糙度 3.2，考慮加工余量的安排，選用先粗銑后半精銑的方 法加工。 （2）25mm 的孔根據表面粗糙度，選公差等級為 IT8，選用先鉆后擴再粗鉸再精鉸 的加工方法。 （3）端面一據表面粗糙度 6.3，采用銑削的加工方法，銑一刀。 （4）12.7mm 的孔根據表 5-15 選用鉆削的加工方法。 （5）端面二根據表面粗糙度 3.2，選用先粗銑后半精銑的加工方法。 （6）M6 螺紋孔根據螺紋的加工方法，選用先鉆后倒角再攻絲的加工方法。 （7）M8 螺紋孔根據螺紋的加工方法，選用先鉆后倒角再攻絲的加工方法。 3.1 制定工藝路線 擬訂工藝路線是制訂工藝規(guī)程中最為關鍵性的一步，它于定位基準面的選擇 有著密切的關系。工藝路線不但影響加工的質量和效率，而影響到工人的勞動強 度、設備投資、車間面積、生產成本等問題。工藝路線的主要工作是：選擇定位 基準，選擇各表面的加工方法，安排工序的先后順序，確定工序的集中與分散程 度等。 ⑴ 根據分析研究曲軸的零件圖，其加工方法和方案，參考《機械制造工藝學》 表 1-13 、1-14、1-15 有： ① 工件端面加工方案有 粗車——半精車——精車 粗銑——精銑 ② 曲軸頸的加工方案 粗車——半精車——粗磨——精磨——鏡面磨 粗車——半精車——粗磨——精磨——超精加工 粗車——半精車——精車——精磨——研磨 粗車——半精車——精車——精磨——拋光 ③ 錐面的加工方案 粗車——半精車——磨削 粗車——半精車——粗磨——精磨 ④ 孔的加工方案 鉆——擴——鉸 鉆——粗拉——精拉 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 5 - 鉆——粗鉸——精鉸 ⑵ 加工階段的劃分 由于曲軸的加工質量要求較高，把整個加工過程分為以下幾個階段： ① 粗加工階段 在這一階段中切除較大量的加工余量，獲得高的生產率。 ② 半精加工階段 這一階段為精加工作好準備，保證一定的精加工余量，并完成幾個次要面的 加工。 ③ 精加工階段 這一階段保證各主要面達到圖紙要求的質量。 ④ 光整加工階段 這一階段拋光精度要求很高，表面粗糙度參數值要求很小的表面。 ⑶ 工序順序的安排 ① 根據工廠生產經驗和車間生產設備情況及遵循一般的加工原則：先粗后精、 先主后次、先基面后其他面、先面后孔、在曲軸的加工過程中，在加工好一些工 序后必須進行退刀槽、倒角等工序的加工，這些工序在實際中自行安排。 ② 熱處理工序的安排 曲軸是鑄件也是加工要求較高的基準件，必須消除內應力防止加工過程中產 生的變性影響加工精度，使零件報廢增多，增大消耗，同時防止產生裝配誤差， 所以必須在鑄件取出后加工前進行回火處理，并檢驗。 曲軸加工完后需進行氮化處理，氮化處理是在加熱的情況下把活性氮原子滲 入表面層，形成硬度很高的氮化物。 因為氮化處理的溫度很低（500～600℃）而且不需要經過淬火，所以氮化的 熱處理變形很小。與滲碳相比，氮化層形成較大的壓應力，所以氮化后的抗疲勞 強度極限可提高約 15～35‰氮化層還具有抗腐蝕性，可以替代鍍鋅、發(fā)藍及其他 化學鍍層。 氮化層深度只有 0.5mm 左右，由于是精磨之后的氮化最后拋光使拋光所去的 氮化層薄而均勻。 ③ 檢驗工序的安排 由于曲軸的尺寸精度、位置精度要求很高，所以在每加工完一道工序之后都 要設計一道檢驗工序，依保證各尺寸精度的要求、位置精度要求，最后必須安排 一道最終檢驗，按零件圖加工技術要求進行檢驗。 ⑷ 加工余量的確定及工序尺寸的確定 零件在機械加工工藝過程中，各個加工表面本身的尺寸及各個加工表面相互 之間的距離尺寸和位置關系，在每一道工序中是不同的，它們隨著工藝過程的進 行而不斷改變，一直到工藝過程結束，達到圖紙上所規(guī)定的要求。在工藝過程中， 某工序加工達到應達到的尺寸稱為工序尺寸。工序尺寸的正確確定不僅和零件圖 上的設計尺寸有關系，還與各工序的工序余量有關系。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 6 - ① 加工余量的確定 加工余量是指在加工過程中，從被加工表面上切除的金屬層厚度。加工余量 分工序余量和加工總余量（毛坯余量）二種。相鄰兩工序的工序尺寸之差稱為工 序余量。毛坯尺寸與成品零件圖的設計尺寸之差就稱為加工總余量即毛坯余量， 其值等于各工序的工序余量總和。 由于加工表面的形狀不同，加工余量又可分為單邊余量和雙邊余量兩種。如 平面的加工余量則是單邊余量，即實際所切除的金屬層厚度。對于外圓和孔等旋 轉表面而言，加工余量是從直徑上考慮的，故稱雙邊余量。實際切除的金屬厚度 是從直徑上的加工余量的一半。 因各工序尺寸都有公差，故實際切除的金屬層厚度不等，就產生了工序余量 的最大值和最小值。在工藝過程中，用極值法還是用調整法計算工序余量的最大 值和最小值，它們的概念是不同的。極值法是按試切加工原理計算，調整法是按 加工過程中誤差復原的原理來計算。為了便于加工和計算，工序尺寸一般按“如 體原則” （指向工件材料體內的方向）標注極限偏差。對于外表面的工序尺寸取上 偏差為零，而對于內表面的工序尺寸取下偏差為零。 極值法計算的工序最大余量偏大，工序余量偏小，使得工序余量波動較大， 工序余量的偏差過大。所以在制訂機械加工工藝規(guī)程中，單件或小批量生產時用 極值法計算，大批量生產和生產穩(wěn)定時用調整法計算，這樣可節(jié)約材料、降低成 本。 加工總余量的大小，對零件的加工質量和生產率以及經濟性均有較大的影響。 余量過大不但增加機械加工的勞動量，也增加材料、工具、電力等的消耗從而增 加了成本，并使切削力增大而引起工件的變形較大。相反，余量過小不能保證零 件的加工質量。確定加工余量的基本原則是在保證加工質量的前提下盡量減小加 工余量。目前，工廠中確定加工余量的方法一般有兩種，一種是靠經驗缺定，但 這種方法不夠準確，為了保證不出廢品，余量總是偏大，多用于單件小批生產。 另一種方法是查閱有關加工余量的表格來確定，這種方法應用比較廣泛。 比較合理的方法是加工余量的分析計算法。這種方法是在了解和分析影響加 工余量基本因素的基礎上，加以綜合計算來確定余量的大小。 加工總余量的數值，一般與毛坯制造精度有關。同樣的毛坯制造方法，總余 量的大小又與生產類型有關，批量大的總余量可以小一些。由于粗加工的工序余 量的變化范圍很大，半精加工和精加工的加工余量較小，所以在一般情況下加工 總余量的分配是足夠的。 ② 工序尺寸的確定 在零件的機械加工工藝過程中，各工序的工序尺寸及工序余量在不斷地變化， 其中一些工序尺寸在零件圖上往往不標出或不存在，需要在制定工藝過程時予以 確定。而這些不斷變化的工序尺寸之間又存在著一定的聯系，需要用工藝尺寸鏈 原理去分析它們的內在聯系，掌握它們的變化規(guī)律，正確地計算出各工序的工藝 尺寸。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 7 - 本設計的曲軸毛坯是球墨鑄鐵鑄件，查閱《金屬機械加工工藝人員手冊》可 知鑄造件的毛坯厚度約 2～5mm，表面層有缺陷，其特點是有較高的硬度，如果刀 具的刀刃切在表面層，將使刀具加速磨損，因此刀具切入金屬的厚度應大于表面 層的厚度，大批量生產類型用金屬模鑄造查得機械加工余量約為 2.5mm。 對于工序余量，可按工廠工人實際操作經驗估計平面采用單邊余量，軸、孔 采用直徑上的雙邊余量，也可查閱參照《金屬加工工藝人員手冊》或《機械制造 工藝設計手冊》 。 實際生產中影響工序余量的因素比較復雜，下面做幾點說明作為確定工序余 量的參考。 ① 上道工序的表面粗糙度（Ra） 由于尺寸測量是在表面粗糙度的高峰上進行的，任何后續(xù)工序都應減小表面 粗糙度，因此在加工中首先要把上工序所形成的表面粗糙度切去。 ② 上工序的表面破壞層（Da） 由于切削加工都在表面上留下一層塑性變形層，這一層金屬組織已遭破壞， 必須在本工序中予以切除。 ③ 上工序的尺寸公差（Ta） 上工序的尺寸公差愈大，則本道工序的標稱余量愈大。本道工序應切除上道 工序尺寸公差中包含的各種可能產生的誤差。在工序余量內要包括上工序的尺寸 公差。 ④ 上工序的形狀和位置誤差（Pa） 零件上有一些形狀和位置誤差不包括在尺寸公差的范圍內，但這些誤差又必 須在加工中加以糾正，這是就必須單獨考慮其影響。 ⑤ 本工序的裝夾誤差（ ）b? 裝夾誤差應包含定位誤差（包括夾具本身的誤差）和夾緊誤差。由于這項誤 差直接影響被加工表面與切削刀具的相對位置，所以加工余量中應包含這項誤差。 4. 軸加工工序設計 4.1.洗兩端面 a)工序 10 是粗精銑。 工序的工步數不多，成批生產不要求很高的生產率，故選用立式銑床。根據 零件外廓尺寸，精度要求，選用功率為 4.5KW 的 X51 式立式銑床即能滿足要求。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 8 - 本零件結構不規(guī)則，不易進行裝夾、定位，故工序 10 選擇專用夾具。 a)工序 10 銑端面一、二時，在立式銑床上加工，所以選擇端銑刀。選用鑲齒 套式面銑刀根據零件加工尺寸，所選銑刀直徑 d＝100mm，齒數 Z＝10。材料選擇 硬質合金鋼。 本零件屬成批生產，一般情況下盡量采用通用量具。根據零件表面的精度要 求、尺寸和形狀特點，參考有關資料，選擇如下。 a)選擇加工平面所用量具。銑端面，選擇讀數值 0.02，測量范圍 0～150 游 標卡尺。 b)選擇加工孔所用量具。Φ12.7mm 孔經過鉆，擴兩次加工，選擇讀數值 0.01，測量范圍 5～30 的內徑千分尺。M8 和 6M 螺紋經過鉆,锪孔，攻螺紋加工， 鉆,锪孔時選擇讀數值 0.01，測量范圍 5～30 的內徑千分尺，攻螺紋時選擇螺紋 塞規(guī)進行測量。 本工序為銑，已知加工材料為 QT450，鑄件 160Mpa,128-192HBS；機床為 X51 式立式銑床，選用鑲齒套式面銑刀,直徑 d＝100mm，齒數 Z＝10,材料選擇 YG6 硬 質合金鋼,工件裝夾在專用夾具上。 （1）確定背吃刀量 aP 本工序加工余量 aP=1.5mm。 （2）確定每齒進給量 fz 本工序要求加工表面粗糙度為 Ra≤6.3μm，查表 3.5 取每齒進給量 fz=0.18mm/z。 （3）選擇銑刀磨鈍標準及壽命后刀面最大磨損限度為 1.5mm，查表 3.8 刀具 壽命為 180min。 （4）確定切削速度 Vc 和工作臺每分鐘進給量 Vf。當壽命為 180min， ，100?zd aP=1.5mm，fz=0.18mm/z 時，查表 3.16 得： Vc=98m/min，n=322r/min，Vf=490mm/min。 其修正系數為 0.1??kMfnkv.1?rfnKkrv8.0sf3.aefae v=98 1.0 1.1 0.8 1.13=97.45m/min?? ns=322 1.0 1.1 0.8 1.13=320.2r/minsn Vf=490 1.0 1.1 0.8 1.13=487.26mm/min 根據 X51 立式銑床說明書。 =300r/minw Vf =480mm/min 實際切削速度為:v=94.2m/min 工作臺每分鐘進給量 fm = f*Z* nw =540mm/min 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 9 - 查機床說明書取 fm=480mm/min。 基本時間：經計算平面銑削長度為 40mm，入切量及超切量取 8.8mm，故銑削該 平面的基本時間為： sTi 1.6min480/).(??? 圖 4-1 銑兩端面 4.2. 鉆質量中心孔 質量中心孔：當物體繞一軸線旋轉時，如果對外未表現出力的作用，那么這 一軸線稱為該物體的質量中心線，再按此質量中心線鉆出中心孔，這樣的中心孔 稱為質量中心孔。故，質量中心孔未主軸頸軸心。 4.3.車削與主軸頸同軸的所有軸頸 采用中心孔定位，驅動采用第三連桿軸頸上的傳送搭子。在加工中心進行車 削，由于曲軸車床是一類專門化的車床，用來加工發(fā)動機，內燃機及空氣壓縮機 曲軸的主軸頸。所以主軸頸采用車拉工藝和高速外銑！ 本零件結構不規(guī)則，不易進行裝夾、定位，故工序 30 選擇專用夾具。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 10 - 主軸頸采用車拉工藝和高速外銑，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。 4.3.1.切削用量 已知加工材料為 QT450，鑄件 160Mpa,128-192HBS；機床為專門化車床，選用 涂層刀具。查尋后選 C630 車床，轉速 n=800(r/min) （1）確定背吃刀量 本工序加工余量 =1.5mm。papa （2）確定每齒進給量 本工序要求加工表面粗糙度為 Ra≤6.3μm，查表 3.5zf 取每齒進給量 =0.2mm/r。zf （3）確定切削速度 Vc 和工作臺每分鐘進給量 。fv10nDvmc??? 計算得， 125.6m/min.?cv 切削時間為： ITMc? 計算得， = =0.1mincT1605 圖 4-2 車削主軸頸 4.4. 車削全部連桿軸頸 1，5 主軸頸定位，夾緊驅動，止推面軸向定位，第一平衡塊側面定角向。靠 模車削方式。選擇 S1-217 號曲軸連桿頸車床。 本零件結構不規(guī)則，不易進行裝夾、定位，故工序 40 選擇專用夾具。該夾具 是本設計主要設計制作夾具。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 11 - 4.4.1.切削用量 已知加工材料為 QT450，鑄件 160Mpa,128-192HBS；機床為專門化車床，選用 S1-217 號曲軸連桿頸車床。轉速 n=65（r/min）。 （1）確定背吃刀量 aP 本工序加工余量 aP=2.5mm。 （2）確定每齒進給量 fz 本工序要求加工表面粗糙度為 Ra≤6.3，查表 3.5 取每齒進給量 fz=0.2mm/r。 （3）確定切削速度 Vc 和工作臺每分鐘進給量 Vf。10nDvmc??? 計算得， 7.14m/min?cv 切削時間為： ITMc? 計算得， =1.15mincT 圖 4-3 加工各連桿 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 12 - 4.5.粗磨所有主軸頸、連桿頸、法蘭與曲軸軸頭 近幾年來，磨床加工有很大的發(fā)展，已廣泛地應用于機械加工行業(yè)，磨削的 機械零件有很高的精度和很細的表面粗糙度。隨著機制造的精度提高，一個國家 的磨削工藝水平，往往地反映了國家機械制造的水平。我國制造的著名磨床有 “MG1432A 型高精度萬能外圓磨床，MG7132 型高精度平面磨床，MS1312 型高速外 圓磨磨床，S7450 型大螺紋磨床，MK8532 型數控凸輪磨床等。磨床除能磨削外圓， 內圓，平面、成型面外，還能磨削螺紋、齒輪、刀具、模具等復雜零件表面加工。 1）磨床—磨床在磨削工件時，按加工要求不同，工作臺縱向運動的速度必須 可以調整，能實現無極變速，并在換向時有一定的精度要求，磨床要具備這些條 件，磨床的縱向往復運動采用了液壓傳動，液壓傳動在磨床的工作臺驅動及橫向 快速進退等方面已廣泛應用。 2）液壓傳動工作原理—在機床上為改善液壓傳動的性能，以滿足生產加工中 的各種要求，磨床工作的液壓傳動系統(tǒng)是由以下四部分組成：（1）執(zhí)行部分—液 壓機（液壓缸、液壓馬達）在壓力油的推動下，作直線運動或回轉運動，即將液 體的壓力能轉換為機械能。（3）控制部分—壓力控制閥，流量控制閥，方向控制 閥等，用以控制液壓傳動系統(tǒng)所需要的力速度方向和工作性能的要求。（4）輔助 部分—油箱濾油器，油管和油管接頭等。其作用是創(chuàng)造必要的條件以保證液壓系 統(tǒng)正常工作。機床的液壓傳動系統(tǒng)能實現工作臺的自動往復運動，砂輪架快速進 退運動，砂輪架周期進給，尾架套筒的縮回，車軌潤滑以及其它一些動作。 3）磨削加工的特點及磨削過程：特點 1）砂輪是由磨料和結合劉粘結而成的 特殊多刃具，在砂輪表面每平方厘米面積上約有 60～1400 顆磨料，每顆磨粒相當 于一個刀齒，磨粒是一種高硬度的非金屬晶體，它不但可磨削銅，鑄鐵等較軟的 材料，而且還可以加工各種淬火鋼的零件，高速鋼刀具和硬質合金等硬材料以及 超硬材料。（2）砂輪具有較高的周線速長一般 35m/s 左右，砂輪在磨削時除了對 工件表面有切削作用外，還有強烈的擠壓和摩擦作用，在磨削區(qū)域瞬時溫度高達 1000℃左右，（3）砂輪工作面經修正手，可形成極細微的刃口以切除工件表面極 薄的金屬層。（4）磨削加工能獲得極高的加工精度和極細的表示粗糙度，磨削精 度通常達到 IT6～IT7 公差等級，表示粗糙度可達 Ra1.25～0.16um，如境磨削工 件表示粗糙度為 Ra0.1um 工件表光滑如境，尺寸精度和形壯精度可達到 1um 以內， 其誤差相當于人體頭發(fā)絲粗細的 1/70 或更小。（5）砂輪在磨削時，部分磨鈍的 磨粒在一事實上的條件下能自動落或崩碎，從而使砂輪保持良好的磨削性能。 磨削過程—金屬磨削的實質是工件被磨削的金屬表層，在無數磨粒瞬間的擠 壓，摩擦作用下生產變形，而后轉為磨屑，并形成光潔表示的過程。金屬磨屑過 程可分為：三個階段，砂輪表示的磨粒與工件材料接觸，為彈性變形成為第一階 段，磨粒繼續(xù)切入工件，工件材料進入塑性變形的第二階段，材料晶粒發(fā)生滑移。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 13 - 使塑性變形不斷增大，當力達到工件的強度極限時，被磨削層材料。產生擠裂， 即進入第三階段，最后被切離。 磨削的全過程表現為，力和熱的作用，以磨削力一磨削時砂輪與工件間發(fā)生 切削作用和摩擦作用，在砂輪和工件上分別，作用著大、小相等方向相反的力， 這種相互作用的力稱為磨削力。（2）磨削熱—磨削時產生的熱量較車削，銑削大， 熱量轉入砂輪，磨悄或被切削液帶走，然而砂輪是熱的不良導體，因此幾乎 80% 的熱量轉入工件和磨屑，磨削區(qū)域的瞬間高溫可燒傷工件的表層，并使磨屑時特 別注意對工件的冷卻。切削液—過去又稱冷卻液，主要用來降低度磨削熱和減小 龐大磨削過程中的摩擦。切削液的主要作用是：冷卻，潤滑，清洗，防銹在切削 過程中，把切削液直接澆注在砂輪和工件接觸的地方，以達到切削液的作用保證 零件加工的質量。 粗磨主軸頸、連桿頸與法蘭 MQ8260 磨床，轉速 n=760r/min,進給量為 1mm/r。主頸四是加工長度尺寸的一個基準，其兩側扇板的厚度應分均勻，否則極 易使整根曲軸的軸向尺寸發(fā)生偏移，即單邊，致使曲軸各扇板厚度不一而致廢。 達到粗糙度 Ra≤1.25 粗磨連頸是一道重要工序。粗磨連頸要進行曲軸 120°的三等分,保證中心高 尺寸。磨床首尾兩端偏心夾具的移動會引起主連軸頸中心高的變化，應仔細調整 至合適之處反鎖固定。此外若中心架調整不恰當會引起曲軸變形而致中心高超差， 而砂輪進刀太快則會引起角度偏移,甚至曲軸斷裂。同時使粗糙度 Ra≤1.25 4．6.精磨所有主軸頸、連桿頸、法蘭與曲軸軸頭 為了適應各類零件的磨削，磨床和砂輪的品種，性能也有了進一步的發(fā)展， 在基本型譜的基礎上，又生產出，精密型，高精度型，半自動型及數控型等 10 個 系列，各類磨床的精度適應性和專門化程度均有很大提高，如適于模具制造的坐 標磨應酬具有加工精度高使用壽命長等特點，近 20 年來，在我國超硬磨料，如人 造金鋼石，立方氮化硼等，已廣泛地應用于各種高硬度材料的磨削。 要求精度高的機械零件的加工方法一般分為粗磨—半精磨—精磨—精密磨— 超精磨五個階段。磨削加工一般是屬于零件的后道工序，即零件的精加工。困此 零件的尺寸精度和相關面的位置精度以及有關表示的形狀精度和表示粗糙度，都 要在磨削中得到最后控制和保證，所以必須仔細分析和研究零件圖及技術要求， 根據對零件圖的分析研究，就可以初步確定零件的加工順序和所采用的加工方法。 例如：尺寸精度 IT6 級，表示粗糙度為 Ra0.8—0.1um 時一般只需要經過粗磨，精 磨或粗磨，精磨或粗磨。精磨和精密磨削，尺寸精度在 IT6—IT5 表示粗糙度為 0.1um～Ra0.5 um 時，一般要經過粗磨，半精磨，精磨，高精度磨削加工。磨削 加工所用的機床除特殊機床外，一般采作通用工藝裝備，以降低生產成本取得良 好的經濟效果，成批大量生產時，可以根據零件的加工精度和技術要求，盡量采 用專用夾具，專用量具，以滿足高生產率的要求，砂輪的選擇也應可能按照不同 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 14 - 工序的不同要求考慮，磨料，粒度，硬度，尺寸等這樣人但能保證工件的加工精 度，同時對提高生產率也有利。 大批量的機械零件生產中，零件的產生相當穩(wěn)定并廣泛采用專用機床的自動 生產線，生產率極高，整個生產過程按一事實上節(jié)拍自動循環(huán)，操作工人只是在 自動生產線的一端裝上毛坯，在另一端卸成品，并監(jiān)視自動線的正常運轉，就可 以了，我國已在汽車，拖拉機，軸承承等生產中建立了許多自動線，現在的機械 制造基本特征是：多品種，中、小批生產占主導地位，工廠生產的產品經常地更 換，以適應市場的競爭，目前除采用先進高效，高速磨削，強力磨削外，還逐步 采用先進的自動或半自動磨削，數控磨削，適應控制磨削，和成組工藝等新技術， 達到較高的生產率和設備負荷率。 精磨主軸頸時應把兩頂尖孔倒角處抹干凈,去掉砂粒、油泥,確保加工基準— —中心孔的精度，必要時修研。 精磨開始前，要提前啟動機床，使砂輪運轉一定時間后,利用修整器把砂輪的 厚度和圓弧修整。修好圓弧后應用圓弧規(guī)檢查,看圓弧是否和兩側面相切，如不相 切,要檢查表面修整器是否有偏心或其它問題,問題找出并解決后再重新修圓弧至 合格。砂輪的圓周表面要修細致,否則不能保證磨削后軸頸的粗糙度而形成螺旋紋 印。因為曲軸較長，必須用中心架作為一個輔助支撐，進入精磨后，先磨一個軸 頸至合適尺寸（留至比成型尺寸大 0.1～0.2mm） ，使支中心架有一個合適的基準 面。為了使整根曲軸在加工運轉時的剛性和緊固性增強，可采用 V 型夾具來裝夾 曲軸主頸一、主頸五位置。測量時，應千分尺和表架上的千分表結合起來使用。 另外，小頭精磨一般單獨安排一道工序。此工序主要是小頭跳動和小頭長度 尺寸易超差。加工前應先用百分表檢查主頸一跳動，若超差，則應重新修正小頭 中心孔倒角，直到跳動合格。 最后，要是精磨過的主軸頸、連桿頸與法蘭精度達到 Ra≤0.16。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 15 - 5.孔加工工序設計 工序 60 是鉆、擴孔,80 是鉆孔、锪孔、攻螺紋。由于加工面位置分散，表面 粗糙度數值要求不同，因而選擇 Z535 鉆床。 工序 60 鉆孔 d=12.7mm 時，選擇錐柄麻花鉆頭 d＝12mm，長度 l＝182mm，齒 數 Z＝3。材料選擇高速鋼，1 號莫氏圓錐。 工序 60 鉆底孔 2-M6 時，選擇錐柄麻花鉆頭 d＝4.9mm，長度 l＝52mm，齒數 Z＝3。材料選擇高速鋼，1 號莫氏圓錐。 工序 60 擴孔 d=12.7+0.10mm 時，選擇錐柄擴孔鉆的 d=12.7mm, 長度 l＝101mm，齒數 Z＝3。材料選擇高速鋼。 工序 60 鉆 M8 底孔時，選擇直柄麻花鉆頭 d＝6.8mm，長度 l＝101mm，齒數 Z＝3。材料選擇高速鋼。 工序 60 锪孔時，選擇帶導柱直柄平底锪鉆。直徑 d＝14mm，d1=6.6mm，長度 L＝150mm。材料選擇高速鋼。 工序 60 攻螺紋 M8 時，根據螺紋公稱直徑選擇 M8 絲錐，直徑 d＝8mm，長度 L＝72mm，螺距 P＝1.25。 工序 60 攻螺紋 M6 時，根據螺紋公稱直徑選擇 M6 絲錐，直徑 d＝6mm，長度 L＝66mm，螺距 P＝1。 工序 60 鉆 120 度的倒時，選擇直柄錐面锪鉆，直徑 d＝16mm，d1=10mm，d2=3.2mm，長度 l＝20mm，齒數 Z=6。材料選擇高速鋼。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 16 - 5.1 粗銑 M6 孔端面 5.1.1 切削用量 本工序為銑，已知加工材料為 HT200，鑄件 160Mpa,128-192HBS；機床為 X51 式立式銑床，選用鑲齒套式面銑刀,直徑 d＝100mm，齒數 Z＝10,材料選擇 YG6 硬 質合金鋼,工件裝夾在專用夾具上。 （1）確定背吃刀量 aP 本工序加工余量 aP=1.5mm。 （2）確定每齒進給量 fz 本工序要求加工表面粗糙度為 Ra≤6.3μm，查表 3.5 取每齒進給量 fz=0.18mm/z （3）選擇銑刀磨鈍標準及壽命查表 3.7 得后刀面最大磨損限度為 1.5mm，查 表 3.8 刀具壽命為 180min。 （4）確定切削速度 Vc 和工作臺每分鐘進給量 Vf。當壽命為 180min， ，100?zd aP=1.5mm，fz=0.18mm/z 時，查表 3.16 得： Vc=98m/min，n=322r/min，Vf=490mm/min。 其修正系數為 0.1??kMfnkv.1?rfnKkrv8.0sf3.aefae v=98*1.0*1.1*0.8*1.13=97.45m/min ns=322*1.0*1.1*0.8*1.13=320.2r/min Vf=490*1.0*1.1*0.8*1.13=487.26mm/min 根據 X51 立式銑床說明書。 由 4.2-36 選擇 nw=300r/min Vf =480mm/min 實際切削速度為:v=94.2m/min 工作臺每分鐘進給量 fm = f*Z* nw =540mm/min 查機床說明書取 fm=480mm/min 5.1.2.基本時間 經計算平面銑削長度為 40mm，入切量及超切量取 8.8mm，故銑削該平面的基 本時間為 sTi 1.6min480/).(??? 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 17 - 5.2.精銑 M6 孔端面 5.2.1 切削用量 本工序為銑，已知加工材料為 HT200，鑄件 160Mpa,128-192HBS；機床為式立 式銑床，選用鑲齒套式面銑刀,直徑 d＝100mm，齒數 Z＝10,材料選擇 YG6 硬質合 金鋼,工件裝夾在專用夾具上。 （1）確定背吃刀量 aP，本工序加工余量 aP=1.0mm。 （2）確定每轉進給量 fr 本工序要求加工表面粗糙度為 Ra≤3.2μm，查表取 每轉進給量 fr=0.5mm/r 即 fz=fr/10=0.05mm/z （3）選擇銑刀磨鈍標準及壽命查表得后刀面最大磨損限度為 0.5mm，查表 3.8 刀具壽命為 180min。 4)確定切削速度 Vc 和工作臺每分鐘進給量 Vf vpueyzxpmqvkafTdCvv0? 查表得：Cv=245, , , , ,2.0?vq3.v15.?v3.0vy ×1.13×1.1, , , , ,8.0?vkd10 in80T.zf2.?u0pv 計算得：Vc＝168.4m/min ns = 1000×Vc /3.14×d0=1000×168.4/3.14×100=536.3r/min 根據 X51 立式銑床說明書 由 4.2-36 選擇 nw=490r/min 實際切削速度為: ×d×nw×10-3=153.9/min14.3?v 工作臺每分鐘進給量 fm =fz×z×nw =245mm/min 查機床說明書取 fm=230mm/min 5.2.2.基本時間 MjflT21?? 經計算平面洗削長度為 ml40 入切量及超切量取 + =8.8mm12 故銑削該平面的基本時間為 7.in3/)8.40(???Ti 以銑削過的底面和鉆削后的孔和一個支撐為定位，鉆、攻 M6 的螺紋孔。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 18 - 5.3.鉆 2-M6 底孔 本工序為鉆，已知加工材料為 HT200，鑄件；機床為 Z535 立式鉆床，工件裝 夾在專用夾具上。 5.3.1.切削用量 確定粗加工 2-M6 螺紋底孔的切削用量。所選刀具為直柄麻花鉆。 Ⅰ.確定背吃刀量 ap 鉆孔粗加工雙邊余量 4.9mm，顯然 ap＝4.9/2＝2.45mm。 Ⅱ.確定進給量 f 根據表 2.7，在高速鋼鉆頭鉆孔時，麻花鉆直徑為 φ4.9mm,進給量 f＝0.27～０.33mm/r，選擇進給量為 0.3mm/r。 Ⅲ.選擇鉆頭磨鈍標準及耐用度,根據表 2.12, 高速鋼鉆頭粗加工灰鑄鐵，后 刀面最大磨損限度 0. 5～0.8，取值為 0.6。φ4.9mm 高速鋼鉆頭平均壽命 T＝20min。 Ⅳ.確定切削速度 v 根據表 2-13,鉆孔時切削速度的計算公式. vyzxpmvkfaTdC0? 其中： ， ， ， ， ， ， ×1.16，而5.9?vC123.0m0?vx3.fz5.25.?v7.0vk ， ， 。d40inT42a 計算得：vc＝16.7m/min，ns = 1108 r/min 查表，取 nw =996r/min,故實際 切削速度為 V=3.14*4.9*996/1000=15.3 m/min。 5.4 確定攻 2-M6 螺紋的切削用量 5.4.1.切削用量 Ⅰ. 確定背吃刀量 ap 攻 M6 螺紋雙邊余量 1.1mm，顯然 ap＝1.1/2＝0.55mm。 Ⅱ. 確定進給量 f 根據表，攻 2-M6 螺紋時，加工材料為灰鑄鐵，進給量為 0.3mm/r。 Ⅲ. 確定切削速度 v 螺紋直徑 6mm，螺距 1，加工灰鑄鐵，查表得 vc＝8m/min。計算得：ns=424.6 查表，取 nw =400r/min,故實際切削速度為 V=3.14*6*400/1000=7.5 m/min。 （3）.倒 2x120 度角采用 120 度锪鉆。為縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉 速與攻螺紋時相同：nw =400r/min 手動進給。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 19 - 5.4．2.基本時間 (1).確定粗加工 2-M6 螺紋底孔的基本時間。 1）鉆深為 20mm 孔的基本時間為 nnjflfLT21?? ， ， ， ， ,其ork45?)2~1(ct21?rkDl ml4D8.4?ml20 中 , , ,ml.21?l0rf/3.?i/96r? 計算得：T=0.5s 2）鉆深為 15mm 孔的基本時間為 fnlfLTj 21? ， ， ， ， ,其ork45?)2~1(ct21?rkDl ml4?D8.4ml15? 中 , , ,ml.21?l rf/3.0?in/96r 計算得：T＝4.0s。 (2).確定攻 M6 螺紋的基本時間，攻螺紋的基本時間為 ifnlflTj )(02121??? 其中 ， ， ， ，,)3~1(pl?pl)32(ml5r/3.? ，i=1.min/40r 計算得：T＝21s。 工序Ⅶ：以銑削過的底面和鉆削后的孔和一個支撐為定位，鉆、擴直徑 12.7 的孔。 5.5 加工 φ12.7×4.4 底孔 5.5.1．鉆孔 本工序為鉆，已知加工材料為 HT200，鑄件；機床為 Z535 立式鉆床，工件裝 夾在專用夾具上。 1).確定粗加工 Φ12mm 孔的切削用量。所選刀具為直柄麻花鉆。 Ⅰ. 確定背吃刀量 ap 鉆孔粗加工雙邊余量 12mm，顯然 ap＝12/2＝6mm。 Ⅱ. 確定進給量 f 根據表 2.7，在高速鋼鉆頭鉆孔時，麻花鉆直徑為 φ12mm, 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)設計論文 - 20 - 進給量 f＝0.26～０.32mm/r，選擇進給量為 0.3mm/r。 Ⅲ. 選擇鉆頭磨鈍標準及耐用度根據表 2.12, 高速鋼鉆頭粗加工灰鑄鐵，后 刀面最大磨