曲軸加工工藝及夾具設(shè)計

1、 明 達(dá) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計曲軸加工工藝及曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計 專 業(yè) 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù)學(xué) 生 姓 名 鄭 為 山班 級 09 機(jī) 電 一 班學(xué) 號 62093138 指 導(dǎo) 教 師 問 德 剛完 成 時 間 2011年12月15日 目錄摘要 21軸零件圖的分析 . 31.1曲軸零件及其工藝特點(diǎn) . 31.2曲軸的主要技術(shù)要求 41.3曲軸零件加工要求 41.4 曲軸零件工藝特點(diǎn) .42曲軸的機(jī)械加工 42.1曲軸的材料和毛坯 .42.2 曲軸的機(jī)械加工工藝過程 53曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計 .143.1 機(jī)床夾具的分類、基本組成和功用 .143.2加緊方案 1

2、53.3定位基準(zhǔn)的選擇153.4定位誤差分析 153.5夾具結(jié)構(gòu)簡圖 173.6夾具的使用方法 19總結(jié) .20參考文獻(xiàn) .21致 謝 .22 曲軸加工工藝及曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計鄭為山【摘 要】曲軸是汽車發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車發(fā)動機(jī)的質(zhì)量和壽命.曲軸在發(fā)動機(jī)中承擔(dān)最大負(fù)荷和全部功率,承受著強(qiáng)大的方向不斷變化的彎矩及扭矩，同時經(jīng)受著長時間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磨損，因此要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性、疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性能。發(fā)動機(jī)曲軸的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動通過連桿轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的輸出。本課題是曲軸的加工工藝的分析與設(shè)計進(jìn)行探討。工藝路線的擬

3、定是工藝規(guī)程制訂中的關(guān)鍵階段，是工藝規(guī)程制訂的總體設(shè)計。所撰寫的工藝路線合理與否，不但影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且影響到工人、設(shè)備、工藝裝備及生產(chǎn)場地等的合理利用，從而影響生產(chǎn)成本。所以，本次設(shè)計是在仔細(xì)分析曲軸零件加工技術(shù)要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經(jīng)過查閱相關(guān)參考書、手冊、圖表、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料，確定各工序的定位基準(zhǔn)、機(jī)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(guān)鍵詞】發(fā)動機(jī) 曲軸 工藝分析 工藝設(shè)計 夾具1軸零件圖的分析1.1曲軸零件及其工藝特點(diǎn)曲軸是組成發(fā)動機(jī)的重要零件之一，它的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動，這一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給其他工作機(jī)械。曲軸工作時

4、的受力情況非常復(fù)雜。它不但受到很大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和大小、方向都在周期性變化的彎曲應(yīng)力的作用，而且還受到振動所產(chǎn)生的附加應(yīng)力的作用。因此曲軸應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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(zhuǎn)速度提高，所以再設(shè)計曲軸時，應(yīng)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(zhì)量應(yīng)當(dāng)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(jī)，為了保證曲軸能正常工作，對曲軸規(guī)定了嚴(yán)格的技術(shù)要求。對汽車、拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)和柴油機(jī)的曲軸，有關(guān)部門制定了部頒標(biāo)準(zhǔn)。 1.2曲軸的主要技術(shù)要求 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，

5、軸頸表面粗糙Ra值為0.40.2m； 連桿軸頸軸線對主軸頸軸線的平行度允差為0.02/100mm; 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； 曲柄半徑公差為0.05mm; 主軸頸、連桿軸頸與曲柄連接圓角的表面粗糙度Ra值不大于0.4m; 多缸發(fā)動機(jī)曲軸、各連桿軸頸軸線之間的角度偏差不大于30 精加工后的曲軸必須經(jīng)過動平衡，所要求的平衡精度決定于發(fā)動機(jī)的用途、軸頸數(shù)目和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)； 曲軸的主軸頸和連桿軸頸，應(yīng)經(jīng)過表面淬火或氮化，根據(jù)材料及熱

6、處理規(guī)范的不同，其硬度為5062HRC； 曲軸經(jīng)精加工后需進(jìn)行磁力探傷，磁力探傷技術(shù)條件由制造廠規(guī)定，并應(yīng)做退磁處理。 在我國，汽車、拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家眾多，各生產(chǎn)廠家對曲軸加工的技術(shù)要求不盡相同。 1.3曲軸零件加工要求 所有主軸頸和連桿軸需經(jīng)高頻淬火，其硬度為55-62HRC，淬火層深度不小于3mm; 曲軸的動力不平衡量不得大于120g.cm; 已加工表面上不得有碰痕、裂紋、發(fā)紋、黑點(diǎn)、夾渣、毛刺、凹陷等缺陷； 油道孔內(nèi)不允許有鐵屑和臟物，要用煤油清洗，并用壓縮空氣吹干凈； 非加工表面應(yīng)清潔，不得有氧化皮、疊縫、結(jié)疤、分層和裂縫，不允許用錘輾或焊補(bǔ)法消除缺陷； 未注尺寸公差：加工尺寸按Q

7、/SB12364，鍛造尺寸按Q/SB12564。圖1-1所示曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：主軸頸和連桿軸頸分布在同一平面內(nèi)。四個連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布。由此可見，曲軸是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高、剛性特別差的軸類零件。1.4 曲軸零件工藝特點(diǎn)零件的工藝特點(diǎn)主要取決于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)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(shù)要求高。這就需要在加工過程中采取一系列相應(yīng)的措施，以使加工后的零件符合圖紙的設(shè)計要求。應(yīng)采取的措施大致有： 盡量減少或抵消切削力； 提高曲軸的支承剛性，以減小受力變形； 在工藝路線中設(shè)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； 加工工藝路線要分階段，以減少

8、粗加工對經(jīng)精加工的影響；2曲軸的機(jī)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(jù)不同的生產(chǎn)類型和工廠的具體條件，鋼制曲軸毛坯，在單件、小批生產(chǎn)中常采用自由鍛造；在大批、大量生產(chǎn)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(diǎn)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11801240；經(jīng)模鍛錘彎曲預(yù)鍛及終鍛；在壓床上切邊；再在模鍛錘上進(jìn)行熱校正；最后經(jīng)熱處理消除其內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整其

9、硬度值到207241HBS。為了保證曲軸毛坯具有良好的機(jī)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(yán)格的技術(shù)要求，其主要要求如下。 熱處理：調(diào)質(zhì)硬度為207241HBS。 法蘭端面對主軸中心線的垂直度：當(dāng)法蘭厚度小于等于26.5mm時，不大于1mm;當(dāng)法蘭厚度大于26.5mm時，不大于2.5mm。 法蘭上孔中心對主軸頸中心不同軸度不大于2mm。 曲軸彎曲不大于1mm。 錯模誤差：縱向，當(dāng)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(dāng)連桿軸頸小于等于3mm，不大于1mm，軸頸大于3mm時，不大于2mm。 表面缺陷深度：不加工表面，允許有不大

10、于2mm的凹坑及鏟除休整的痕跡；加工表面允許有不大于實(shí)際余量1/2的凹坑、發(fā)裂及氣孔。 周邊除注明處外，毛刺不大于8mm；B處毛刺不大于4mm；166圓周縱向毛刺不大于8mm。 不加工表面不允許有氧化皮、折疊、裂紋等缺陷。 166和52不充滿處允許焊補(bǔ)并磨光，具體按焊接技術(shù)條件進(jìn)行。2.2曲軸的機(jī)械加工工藝過程為某中批大量生產(chǎn)類型工廠加工圖1-1所示鋼制發(fā)動機(jī)曲軸的機(jī)械加工工藝過程。 曲軸示意圖 圖1-1中批量生產(chǎn)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(shè)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切第四、五側(cè)板面，車第三主

11、軸頸87外圓：Vc=11.8m/min f=0.4mm/r 側(cè)板：Vc=35m/min f=0.3mm.r105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(nèi)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）86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(diǎn)7車一、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/r42外圓 Vc=2.9m

12、/min f=0.1mm/r特種多刀車床8檢驗（抽檢5%）在工作地點(diǎn)9粗磨第一第五主軸頸粗磨第一軸頸外圓86 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86 0-0.14長度為84.6上偏差為0.12，下偏差為0 倒圓角為R6Vc=24.3m/min 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86 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86 0-0.14長度為60.85上偏差為0.2，下偏差為0 倒圓角為R6Vc=24.3m/min f=0.005mm/r外圓磨床11銑定位面“E”Vc=29.8m/m

13、in f=0.158mm/r臥式銑床12切第一、二、七、八側(cè)板，并粗車第一、四連桿軸頸 87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(cè)板，并粗車第二、三連桿軸頸 87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(diǎn)15校直校直時，允許曲軸被壓彎撓度不得大于5mm壓床16粗磨第一、二、三、四連桿軸頸軸頸外圓86 ，長度59.75+0.20倒圓角R6Vc=21.6m/min

14、 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160.8 外圓：Vc=146.5m/min 手動進(jìn)給110 外圓：Vc=102m/min 手動進(jìn)給 85.6 外圓：Vc=78m/min 手動進(jìn)給 法蘭內(nèi)，外端面：Vc=146.5m/min 手動進(jìn)給 車床18精車軸前端45.6外圓： Vc=68m/min f=0.42mm/r38.6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

15、面至要加工尺寸Vc=50.3m/min f=0.005mm/r外圓磨床22在后端擴(kuò)、鏜、鉸軸承孔擴(kuò)孔58Vc=10m/min f=0.56mm/r鏜孔62Vc=62.7m/min f=0.17mm/r鉸孔62+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(zhǔn)備交驗在曲柄表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(zhuǎn)速：n=6080 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

16、連桿軸頸磨床夾具設(shè)計一個機(jī)床的機(jī)械制造工藝系統(tǒng)由機(jī)床、工件、刀具和夾具組成。機(jī)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(jī)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(jī)械加工中占有很重要的地位，尤其是在成批生產(chǎn)時更是大量采用機(jī)床夾具，它們是機(jī)床和工件之間的連接裝置，使工件相對機(jī)床或刀具獲得正確的位置。機(jī)床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機(jī)床夾具設(shè)計是裝備設(shè)計中的一項重要工作。3.1 機(jī)床夾具的分類、基本組成和功用機(jī)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(diào)整夾具和成組夾具，組合夾具，隨行夾具。機(jī)床夾具的基本組成，根據(jù)

17、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(dǎo)向原件或裝置，用以引導(dǎo)刀具或用以調(diào)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(jī)床上的正確位置并與機(jī)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(jī)床上；6）其他元件及裝置，如分度裝置、防錯裝置等。機(jī)床夾具的功用一般為：1）保證加工質(zhì)量；2）提高生產(chǎn)率，降低成本；3）擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍，做到一機(jī)多能；4）平衡各工序時間，以便組織流水生產(chǎn)；5）減輕工人勞動強(qiáng)度，保證生產(chǎn)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，

18、而失去正確的定位位置，還必須設(shè)計夾緊機(jī)構(gòu)，找取設(shè)計的夾緊機(jī)構(gòu)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(zhǔn)的選擇工件在機(jī)床上的定位，實(shí)際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機(jī)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(shè)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(shè)計基準(zhǔn)為主軸頸中心線。為了使定位誤差為零，應(yīng)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(shè)計以第一、五主軸頸和止推面為定位基準(zhǔn)面的夾具。以曲軸的第一、五主軸頸為定位基準(zhǔn)用兩個V 型塊來限制曲軸、四個自由度，在第

19、一主軸頸的軸肩平面貼靠V型塊的側(cè)面限制曲軸的軸向移動一個自由度，剩下一個回轉(zhuǎn)自由度由防轉(zhuǎn)塊得以限制，對照六點(diǎn)定位原則，使曲軸得到完全定位。采用翻轉(zhuǎn)壓蓋式機(jī)械夾緊，具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、夾緊可靠、增力比大等特點(diǎn)。 3.4定位誤差分析因為工件的定位基準(zhǔn)和定位元件均有制造誤差，所以工件在夾具中定位后的實(shí)際位置將在一定范圍內(nèi)變動，即存在一定的定位誤差，設(shè)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(nèi)。產(chǎn)生定位誤差的原因有以下兩個方面：1）定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合；2）定位基準(zhǔn)位移。定位誤差就是由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)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

20、的主要定位元件為V型塊，軸向定位時定位基準(zhǔn)右夾具體的左端面與止推面的接合面即為曲軸連桿軸頸工序基準(zhǔn)，即不存在基準(zhǔn)位移公差也不存在基準(zhǔn)不重合誤差，所以。求工序尺寸的定位誤差，定位基準(zhǔn)為主軸頸與V型塊接觸母線A和B，工序基準(zhǔn)為主軸中心線，當(dāng)主軸頸直徑存在誤差時，定位基準(zhǔn)A或B沿V型塊工作面的位移為 所以基準(zhǔn)不重合誤差為 基準(zhǔn)位移誤差為 則總的定位誤差為 已知本工序中，故 3.5 夾具結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)塊1Q2352過渡盤2HT2003V形架2HT2004雙頭螺柱2455帶肩螺母2456壓緊螺釘2457螺母2458擺動壓塊2455055HRC9U形壓板24540

21、45HRC10支撐板4T104045HRC11防轉(zhuǎn)塊1Q23512配重塊HT2003.6夾具的使用方法1本夾具用于M8230外圓磨床，半精磨汽油機(jī)曲軸的連桿軸頸 。通過擰緊螺母，經(jīng)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(zhuǎn)塊1或11作為防轉(zhuǎn)支撐進(jìn)行定位。通過擰緊螺母5，經(jīng)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(zhuǎn)180，當(dāng)工件的工藝定位面C與另一防轉(zhuǎn)塊11接觸后，將工件夾緊，即可磨削2、3連桿軸頸?？傮w來說，該夾具能夠大大提高生產(chǎn)效率，因為可以調(diào)整，所以其加工范圍增大，能夠解決設(shè)備不足的情況；能夠有效的保證加工精度

22、，無需高技能操作者；結(jié)構(gòu)簡單。制造方便、快捷，能夠為新產(chǎn)品的順利生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)?？偨Y(jié)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(zhì)量要達(dá)到產(chǎn)品的設(shè)計要求；二是生產(chǎn)時消耗的物質(zhì)和勞動量最少。在達(dá)到這兩項要求的情況下，才能使產(chǎn)品的質(zhì)量可靠，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益好。對大量生產(chǎn)的汽車制造業(yè)來說，這兩個基本要求尤為重要。在好的產(chǎn)品設(shè)計的前提下，汽車的質(zhì)量和可靠性就取決于工藝工作的好壞。當(dāng)然，目前國際上還有更加先進(jìn)的曲軸加工工藝和機(jī)床設(shè)備，只鉆一對質(zhì)量中心孔，選用日本的Mazak五軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一系列的加工。類似這樣的新技術(shù)，目前國內(nèi)汽車發(fā)動機(jī)曲軸的加工還處于研究階段，從經(jīng)濟(jì)效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于新技術(shù)、新工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當(dāng)代的青年和科技工作者的不斷努力。參考文獻(xiàn)1徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995.2吳宗澤.機(jī)械設(shè)計師M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.3薛源順.機(jī)床夾具設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.4李海國. 曲軸制造技術(shù)進(jìn)展與未來.汽車制造業(yè)，20055 王茂元.機(jī)械制造技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 20016 王曉娟.汽車制造工藝技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,20087 李碩 粟新.機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)M.北京