曲軸加工工藝及曲軸連桿軸頸夾具設計

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1、 明 達 職 業(yè) 技 術 學 院 畢 業(yè) 設 計 曲軸加工工藝及曲軸連桿軸頸 磨床夾具設計 專 業(yè) 機 電 一 體 化 技 術 學 生 姓 名 鄭 為 山 班 級 09 機 電 一 班 學 號 62093138 指 導 教 師 問 德 剛 完 成 時 間 2011年12月15日

2、 目錄 摘要 ……………………………………………………………………… 2 1軸零件圖的分析 ……………………………………………………….. 3 1.1曲軸零件及其工藝特點 ……………………………………………. 3 1.2曲軸的主要技術要求 ……………………………………………… 4 1.3曲軸零件加工要求 …………………………………………………4 1.4 曲軸零件工藝特點 …………………………………………………..4 2曲軸的機械加工 …………………………………………………………4 2.1曲軸的材料和毛坯 …………………………………………………

3、.4 2.2 曲軸的機械加工工藝過程 …………………………………………5 3曲軸連桿軸頸磨床夾具設計 …………………………………………….14 3.1 機床夾具的分類、基本組成和功用 ………………………………..14 3.2加緊方案 ……………………………………………………………15 3.3定位基準的選擇………………………………………………………15 3.4定位誤差分析 ………………………………………………………15 3.5夾具結構簡圖 ………………………………………………………17 3.6夾具的使用方法 ……………………………………………………19 總結 …

4、…………………………………………………………………….20 參考文獻 …………………………………………………………………..21 致 謝 ……………………………………………………………………..22 曲軸加工工藝及曲軸連桿軸頸磨床夾具設計 鄭為山 【摘 要】曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車發(fā)動機的質量和壽命.曲軸在發(fā)動機中承擔最大負荷和全部功率,承受著強大的方向不斷變化的彎矩及扭矩，同時經受著長時間高速運轉的磨損，因此要求曲軸材質具有較高的剛性、疲勞強度和良好的耐磨性能。發(fā)動機曲軸的作用是將活塞的往復直線運動通過連桿轉化為旋轉運動，從而實現(xiàn)

5、發(fā)動機由化學能轉變?yōu)闄C械能的輸出。 本課題是曲軸的加工工藝的分析與設計進行探討。工藝路線的擬定是工藝規(guī)程制訂中的關鍵階段，是工藝規(guī)程制訂的總體設計。所撰寫的工藝路線合理與否，不但影響加工質量和生產率，而且影響到工人、設備、工藝裝備及生產場地等的合理利用，從而影響生產成本。 所以，本次設計是在仔細分析曲軸零件加工技術要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經過查閱相關參考書、手冊、圖表、標準等技術資料，確定各工序的定位基準、機械加工余量、工序尺寸及公差，最終制定出曲軸零件的加工工序卡片。 【關鍵詞】發(fā)動機 曲軸 工藝分析 工藝設計 夾具

6、 1軸零件圖的分析 1.1曲軸零件及其工藝特點 曲軸是組成發(fā)動機的重要零件之一，它的作用是將活塞的往復直線運動變?yōu)樾D運動，這一旋轉運動傳遞給其他工作機械。 曲軸工作時的受力情況非常復雜。它不但受到很大的扭轉應力和大小、方向都在周期性變化的彎曲應力的作用，而且還受到振動所產生的附加應力的作用。因此曲軸應具有足夠的強度、剛度、抗疲勞度及抗沖擊韌性。同時，由于曲軸工作時的旋轉速度提高，所以再設計曲軸時，應使曲軸的主軸頸和連桿軸頸具有足夠的耐磨性，且曲軸的質量應當平衡分布，以減少不平衡帶給曲軸的附加載荷。 不同型式和功用的發(fā)動機，為了保證曲軸能正常工作，對曲軸規(guī)定了嚴格的技術要求。

7、對汽車、拖拉機發(fā)動機和柴油機的曲軸，有關部門制定了部頒標準。 1.2曲軸的主要技術要求 ① 所有主軸項頸和連桿軸頸尺寸公差等級不低于IT6，軸頸的圓度和軸頸母線間的平行度不大于0.015mm，軸頸表面粗糙Ra值為0.4~0.2μm； ② 連桿軸頸軸線對主軸頸軸線的平行度允差為0.02/100mm; ③ 長度小于1.5m的曲軸，以兩端的主軸頸支撐時，中間主軸頸的徑向跳動允差為0.03mm;裝飛輪法蘭盤的端面跳動允差為0.02/100mm，法蘭盤的端面只允許凹入，不允許凸起，以保證和飛輪端面可靠貼合； ④ 曲柄半徑公差為0.05mm; ⑤ 主軸頸、連桿軸頸與曲柄連接圓角的表面粗糙度R

8、a值不大于0.4μm; ⑥ 多缸發(fā)動機曲軸、各連桿軸頸軸線之間的角度偏差不大于30 ⑦ 精加工后的曲軸必須經過動平衡，所要求的平衡精度決定于發(fā)動機的用途、軸頸數(shù)目和每分鐘轉數(shù)； ⑧ 曲軸的主軸頸和連桿軸頸，應經過表面淬火或氮化，根據材料及熱處理規(guī)范的不同，其硬度為50~62HRC； ⑨ 曲軸經精加工后需進行磁力探傷，磁力探傷技術條件由制造廠規(guī)定，并應做退磁處理。 在我國，汽車、拖拉機發(fā)動機生產廠家眾多，各生產廠家對曲軸加工的技術要求不盡相同。 1.3曲軸零件加工要求 ① 所有主軸頸和連桿軸需經高頻淬火，其硬度為55-62HRC，淬火層深度不小于3mm; ② 曲軸的

9、動力不平衡量不得大于120g.cm; ③ 已加工表面上不得有碰痕、裂紋、發(fā)紋、黑點、夾渣、毛刺、凹陷等缺陷； ④ 油道孔內不允許有鐵屑和臟物，要用煤油清洗，并用壓縮空氣吹干凈； ⑤ 非加工表面應清潔，不得有氧化皮、疊縫、結疤、分層和裂縫，不允許用錘輾或焊補法消除缺陷； ⑥ 未注尺寸公差：加工尺寸按Q/SB123—64，鍛造尺寸按Q/SB125—64。 圖1-1所示曲軸的結構特點是：主軸頸和連桿軸頸分布在同一平面內。四個連桿軸頸在主軸頸兩側呈兩兩分布。 由此可見，曲軸是一個結構復雜、技術要求高、剛性特別差的軸類零件。 1.4 曲軸零件工藝特點 零件的工藝特點主要取決于結構特點和技

10、術要求。作為曲軸加工，其主要問題就是工件本身的剛性差、零件技術要求高。這就需要在加工過程中采取一系列相應的措施，以使加工后的零件符合圖紙的設計要求。應采取的措施大致有： ① 盡量減少或抵消切削力； ② 提高曲軸的支承剛性，以減小受力變形； ③ 在工藝路線中設置校直工序，以減少前工序的彎曲變形對后續(xù)工序的影響； ④ 加工工藝路線要分階段，以減少粗加工對經精加工的影響； 2曲軸的機械加工 2.1曲軸的材料和毛坯 曲軸材料一般采用45鋼（精選含碳量為0.42%~0.47%），45Mn2，50Mn，40Cr，35CrMo鋼、QT800-2球墨鑄鐵等。 根據不同的生產類型和工廠的具體條件

11、，鋼制曲軸毛坯，在單件、小批生產中常采用自由鍛造；在大批、大量生產中一般采用模鍛法壓制。 在我國，還廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。近年來，很多工廠廣泛使用具有中國特點的稀土球墨鑄鐵曲軸。 圖 1-1所示曲軸采用精選QT800-2模鍛毛坯 。其鍛造工藝過程為：將坯料加熱至1180~1240℃；經模鍛錘彎曲預鍛及終鍛；在壓床上切邊；再在模鍛錘上進行熱校正；最后經熱處理消除其內應力，調整其硬度值到207~241HBS。 為了保證曲軸毛坯具有良好的機械加工性能及各加工表面余量均勻等要求，對曲軸毛坯規(guī)定了嚴格的技術要求，其主要要求如下。 ① 熱處理：調質硬度為207~241HBS。 ② 法蘭端面對主軸

12、中心線的垂直度：當法蘭厚度小于等于26.5mm時，不大于1mm;當法蘭厚度大于26.5mm時，不大于2.5mm。 ③ 法蘭上孔中心對主軸頸中心不同軸度不大于2mm。 ④ 曲軸彎曲不大于1mm。 ⑤ 錯模誤差：縱向，當連桿軸頸長小于等于48mm時，不大于1mm，軸頸長大于48mm，不大于2.5mm；徑向，當連桿軸頸小于等于Φ3mm，不大于1mm，軸頸大于Φ3mm時，不大于2mm。 ⑥ 表面缺陷深度：不加工表面，允許有不大于2mm的凹坑及鏟除休整的痕跡；加工表面允許有不大于實際余量1/2的凹坑、發(fā)裂及氣孔。 ⑦ 周邊除注明處外，毛刺不大于8mm；B處毛刺不大于4mm；Φ166圓周縱向毛刺

13、不大于8mm。 ⑧ 不加工表面不允許有氧化皮、折疊、裂紋等缺陷。 ⑨ Φ166和Φ52不充滿處允許焊補并磨光，具體按焊接技術條件進行。 2.2曲軸的機械加工工藝過程 為某中批大量生產類型工廠加工圖1-1所示鋼制發(fā)動機曲軸的機械加工工藝過程。 曲軸示意圖 圖1-1 中批量生產類型曲軸的加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序簡圖及說明 設備 1 熱處理 正火 2 锪前端面，并從兩面鉆中心孔 Vc=7m/min f=0.06mm/r 臥式雙面中心孔鉆床 3 切

14、第四、五 側板面，車第三主軸頸 Φ87外圓：Vc=11.8m/min f=0.4mm/r 側板：Vc=35m/min f=0.3mm.r Φ105外圓：Vc=14.2 m/min f=0.1mm/r 特種多刀車床 4 校直 校直時，曲軸的彎曲撓度允許在5mm范圍內 壓床 5 粗磨第三主軸頸 Vc=20.3m/min f=0.005mm/ 粗糙度6.3 外圓磨床 6 檢驗（抽檢） Φ86外圓上偏差0下偏差-0.14 ，長度65.95上偏差0.12下偏差0，粗糙度6.3 在工作地點 7 車一

15、、二、四、五主軸頸和前后端 I、II、IV、V主軸頸Vc=6m/min f=0.6mm/r 法蘭外圓及端面Vc=11.2m/min f=0.5mm/r Φ42外圓 Vc=2.9m/min f=0.1mm/r 特種多刀車床 8 檢驗（抽檢5%） 在工作地點 9 粗磨第一第五主軸頸 粗磨第一軸頸外圓Φ86 0-0.14長度為60.85上偏差為0.12，下偏差為0 粗磨第五軸頸外圓Φ86 0-0.14長度為84.6上偏差為0.12，下偏差為0 倒圓角為R6 Vc=24.3m/min

16、 f=0.005mm/r 外圓磨床 10 粗磨第二、第四主軸頸 粗磨第一軸頸外圓Φ86 0-0.14長度為59.75上偏差為0.2，下偏差為0 粗磨第一軸頸外圓Φ86 0-0.14長度為60.85上偏差為0.2，下偏差為0 倒圓角為R6 Vc=24.3m/min f=0.005mm/r 外圓磨床 11 銑定位面“E” Vc=29.8m/min f=0.158mm/r 臥式銑床 12 切第一、二、七、八側板，并粗車第一、四連桿軸

17、頸 Φ87外圓：高速Vc=11.8m/min f=0.4mm/r 低速Vc=6.1m/min f=0.2mm/r 特種多刀車床 13 切第三、四、五、六側板，并粗車第二、三連桿軸頸 Φ87外圓：高速Vc=11.8m/min f=0.4mm/r 低速Vc=6.1m/min f=0.2mm/r 特種多刀車床 14 檢驗（抽檢5%） 檢驗11、12工序尺寸精度，及粗糙讀 在工作地點 15 校直 校直時，允許曲軸被壓彎撓度不得大于5

18、mm 壓床 16 粗磨第一、二、三、四連桿軸頸 軸頸外圓Φ86 ，長度59.75+0.20 倒圓角R6 Vc=21.6m/min f=0.004mm/r 特種外圓磨床 17 精車法蘭外圓及端面，車油封軸頸并倒角 Φ160.8 外圓：Vc=146.5m/min 手動進給 Φ110 外圓：Vc=102m/min 手動進給 Φ85.6 外圓：Vc=78m/min 手動進給 法蘭內，外端面：Vc=146.5m/min 手動進給 車床 18

19、 精車軸前端 Φ45.6外圓： Vc=68m/min f=0.42mm/r Φ38.6外圓 ： Vc=57.6m/min f=0.42mm/r 車床 19 精磨第一、五主軸頸 Vc=20m/min f=0.003mm/r 外圓磨床 20 精磨第二 三、四主軸頸 Vc=20m/min f=0.003mm/r 外圓磨床 21 精磨法蘭端面 精磨法蘭端面至要加工尺寸 Vc=50.3m/min f=0.0

20、05mm/r 外圓磨床 22 在后端擴、鏜、鉸軸承孔 擴孔Φ58Vc=10m/min f=0.56mm/r 鏜孔Φ62Vc=62.7m/min f=0.17mm/r 鉸孔Φ62+0.0140.032 Vc=62.7m/min f=0.17mm/r 六角車床 23 精磨四個連桿軸頸 Vc=21.4m/min f=0.003mm/r 特種外圓磨床 24 檢驗 檢驗臺 25 準備交驗 在曲柄表

21、面去所有的尖角和毛刺 鉗工臺 26 校直 校直時，曲軸被壓彎程度不得大于5mm 液壓壓床 27 拋光 拋光所有主軸頸和連桿軸頸 轉速：n=60~80 r/min 凸輪車床 28 檢驗 檢驗臺 29 清洗 30 油封 31 包裝入庫 3曲軸連桿軸頸磨床夾具設計 一個機床的機械制造工藝系統(tǒng)由機床、工件、刀具和夾具組成。機床夾具的用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的位置，并在加工過程中這個位置不變，可以看出夾具在機械加工中占有很重要

22、的地位，尤其是在成批生產時更是大量采用機床夾具，它們是機床和工件之間的連接裝置，使工件相對機床或刀具獲得正確的位置。機床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機床夾具設計是裝備設計中的一項重要工作。 3.1 機床夾具的分類、基本組成和功用 機床夾具按其使用范圍可分為以下五種基本類型：通用夾具，專用夾具，通用可調整夾具和成組夾具，組合夾具，隨行夾具。機床夾具的基本組成，根據功用一般可分為：1）定位原件或裝置，用以確定工件在夾具中的正確位置；2）刀具導向原件或裝置，用以引導刀具或用以調整刀具相對于工件的位置；3）夾緊元件或裝置，用以夾緊元件；4）連接原件，用以確定工件在機床上的正確位

23、置并與機床相連接；5）夾具體，用以連接各夾具元件及裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上；6）其他元件及裝置，如分度裝置、防錯裝置等。 機床夾具的功用一般為：1）保證加工質量；2）提高生產率，降低成本；3）擴大機床工藝范圍，做到一機多能；4）平衡各工序時間，以便組織流水生產；5）減輕工人勞動強度，保證生產安全。 3.2夾緊方案 曲軸在定位之后，為使其在加工過程中不因切削力的作用，而失去正確的定位位置，還必須設計夾緊機構，找取設計的夾緊機構主要是由壓板將力傳給壓緊螺釘，再由壓緊螺桿將力施加于壓塊，從而使工件牢牢地固定在V型塊上。 3.3定位基準的選擇 工件在機床上的定位，實

24、際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機床上的定位兩個方面，這里只討論工件在夾具上的定位。在本夾具設計中，由零件圖可知，曲軸四個連桿軸頸中心線對主軸中心線有平衡度要求，其設計基準為主軸頸中心線。為了使定位誤差為零，應該選擇以主軸頸為定位面的夾具，其軸向定位面為第一主軸頸上的止推面，因此這里設計以第一、五主軸頸和止推面為定位基準面的夾具。 以曲軸的第一、五主軸頸為定位基準用兩個V 型塊來限制曲軸、、、四個自由度，在第一主軸頸的軸肩平面貼靠V型塊的側面限制曲軸的軸向移動一個自由度，剩下一個回轉自由度由防轉塊得以限制，對照六點定位原則，使曲軸得到完全定位。 采用翻轉壓蓋式機械夾緊，具有結構簡單、通用

25、性好、夾緊可靠、增力比大等特點。 3.4定位誤差分析 因為工件的定位基準和定位元件均有制造誤差，所以工件在夾具中定位后的實際位置將在一定范圍內變動，即存在一定的定位誤差，設計定位裝置時，就要控制這一誤差在加工中所允許的范圍內。 產生定位誤差的原因有以下兩個方面：1）定位基準和工序基準不重合；2）定位基準位移。定位誤差就是由基準不重合誤差和基準位移公差綜合引起的同批工件工序尺寸的那部分公差，也就是等于兩者的代數(shù)和。 本夾具的主要定位元件為V型塊，軸向定位時定位基準——右夾具體的左端面與止推面的接合面即為曲

26、軸連桿軸頸工序基準，即不存在基準位移公差也不存在基準不重合誤差，所以。 求工序尺寸Φ的定位誤差，定位基準為主軸頸與V型塊接觸母線A和B，工序基準為主軸中心線，當主軸頸直徑存在誤差時，定位基準A或B沿V型塊工作面的位移為 所以基準不重合誤差為 基準位移誤差為 則總的定位誤差為

27、 已知本工序中，，故 3.5 夾具結構簡圖 曲軸連桿軸頸磨床夾具 件號 名稱 件數(shù) 材料 備注 1 防轉塊 1 Q235 2 過渡盤 2 HT200 3 V形架 2 HT200 4 雙頭螺柱 2 45 5 帶肩螺母 2 45 6 壓緊螺釘 2 45 7 螺母 2 45 8 擺動壓塊 2 45 50~55HRC 9 U形壓板

28、 2 45 40~45HRC 10 支撐板 4 T10 40~45HRC 11 防轉塊 1 Q235 12 配重塊 HT200 3.6夾具的使用方法 1．本夾具用于M8230外圓磨床，半精磨汽油機曲軸的連桿軸頸 。通過擰緊螺母，經V形壓板帶動擺動塊夾緊工件。 2．工件通過兩個V形架3上的支撐板10作為主定位支撐，由防轉塊1或11作為防轉支撐進行定位。通過擰緊螺母5，經U形壓板9帶動擺動壓塊8夾緊工件。 3．磨削完1、4連桿軸頸后，松開工件，使其轉180，當工件的工藝定位面C與另一防轉塊11接觸后，將工件夾緊，即可磨削2、3連桿軸頸。 總體來

29、說，該夾具能夠大大提高生產效率，因為可以調整，所以其加工范圍增大，能夠解決設備不足的情況；能夠有效的保證加工精度，無需高技能操作者；結構簡單。制造方便、快捷，能夠為新產品的順利生產奠定技術基礎。 總結 對任何制造業(yè)來說，制造工藝的基本要求主要是兩個方面：一是質量要達到產品的設計要求；二是生產時消耗的物質和勞動量最少。在達到這兩項要求的情況下，才能使產品的質量可靠，企業(yè)的經濟效益好。對大量生產的汽車制造業(yè)來說，這兩個基本要求尤為重要。在好的產品設計的前提下，汽車的質量和可靠

30、性就取決于工藝工作的好壞。當然，目前國際上還有更加先進的曲軸加工工藝和機床設備，只鉆一對質量中心孔，選用日本的Mazak五軸聯(lián)動的數(shù)控機床進行一系列的加工。類似這樣的新技術，目前國內汽車發(fā)動機曲軸的加工還處于研究階段，從經濟效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于新技術、新工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當代的青年和科技工作者的不斷努力。 參考文獻 [1]徐灝.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,1995. [2]吳宗澤.機械設計師[M].北京:機械工業(yè)出版社,

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33、不少知識，同時在請教別人的過程中我也增加了和同學老師之間的感情，使我們的友誼更進一步加深了，在此十分感謝問老師的細心指導，才能讓我順利完成畢業(yè)設計。同時感謝所有任課老師三年來對我的培養(yǎng)。如果沒有你們的精心培育我不可能有今天的沒好時光，是你們在我有困難的時候幫我們解決困難，就包括這次的畢業(yè)設計有許多老師都給與了我們很大的幫助，不管是從材料的來源還是格式的指導都非常認真細心地給我們指引。同時也要感謝我的同學和朋友們，在設計過程中也得到了許多朋友的關心，是你們的關心和幫助，讓我感受到了家的溫暖。 借此，感謝大學三年中我的輔導員和任課老師們給予的教誨，你們的教誨，不僅讓我學到了書本的基礎知識，更重要的是讓我學會了如何做一名優(yōu)秀的大學生，如果沒有你們的辛勤教誨，也不會有我今天的成長。也感謝學院為我們提供了一次這樣好的機會，使自己在學習的同時也鍛煉了自己的實踐能力。 - - 22 - -