第一章 绪论1.1本设计的研究内容本设计是根据被加工曲轴的技术要求，进行机械加工工艺规程设计，然后运用夹具设计的基本方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计。主要工作有：绘制产品零件图，了解零件的结构特点和技术要求，根据生产类型和所在企业的生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析，确定毛坯的种类及制造方法；拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序的切削用量和工时定额；填写机械加工工艺过程卡片，机械加工工序卡片等；设计并绘制指定的专用夹具的装配总图和主要零件图。 1.2研究意义三拐曲轴是发动机的重要零件。它可以是由若干个相互错开一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲柄又是由主轴颈、曲柄销及曲柄臂组成。曲轴的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械发动机各辅助系统进行工作，曲轴在工作时承受着不断变化的力，惯性力和它们的力矩作用，受力情况十分复杂。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面质量要求相当高。曲轴中几个主要加工表面，连杆表面，轴承轴颈及锥面键槽的精度要求都较高，连杆轴颈需经过抛光，所以研究曲轴加工工艺对曲轴的生产具有一定的实际意义。第二章 曲轴机械加工工艺规程及工装设计2.1曲轴机械工艺分析及生产类型确定2.1.1曲轴的作用曲轴是发动机的重要零件。它可以是有若干个相互错开一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率输出端和自由端构成的。每个曲柄又是由主轴颈、曲柄销及曲柄臂组成。曲轴的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和发动机各辅助系统进行工作，曲轴在工作时承受着不断变化的力，惯性力和它们的力矩作用，受力情况十分复杂。其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都有很大影响。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面质量要求相当高。曲轴中几个主要加工表面，连杆表面，轴承轴颈及锥面键槽的精度要求都较高，连杆轴颈需经过抛光，所以研究曲轴加工工艺及夹具设计对曲轴的生产具有一定的实际意义。2.1.2曲轴的结构及其特点三拐曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄，（平衡块）等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐。主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。2.1.3曲轴的主要技术要求分析 三拐曲轴零件图如图2.1所示。 图2.1 三拐曲轴零件图 如2.1图所示，可知道其主要技术要求列表2.1所示： 表2.1 曲轴技术要求22 -00.12 mm 24 20-0 0.021mm 25mm加工表面尺寸及偏差(mm)公差及精度等级表面粗糙度Ra(m)形位公差（mm）主轴左端面25IT6100.015A-B主轴右端面20-0 0.021IT7100.015A-B三个拐轴颈24IT61.25/0.015A-B0.06A-B/D25轴25IT61.2522 轴22 -00.12IT82.5键槽21IT852.1.4确定离心机主轴的生产类型 依设计要求知：年生产纲领为20万，故该曲轴为大批量生产。2.2确定毛坯、绘制毛坯简图2.2.1曲轴的材料三拐曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损。因此要求用材应较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有35、40、45钢或球墨铸铁QT6002；对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。本设计采用球墨铸铁QT6002,查表2.2-30可知其拉伸强度为600mpa,屈服强度为412mpa硬度为229302HB。曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴采用模锻；单件小批的中大型曲轴采用自用锻造；而对于球墨铸铁材料则采用铸造毛坯。2.2.2毛坯的确定年生产纲领为20万，故该曲轴为大批量生产。查询机械加工工艺手册第一卷，表3-1，选用金属砂型铸造，公差等级为812，去公差等级CT10,铸造尺寸公差数值取1，查表3-3.可知单边余量数值取4.0。双边余量取3.0。机械加工余量等级在E-G，取F级。毛坯图如图2.2所示：图2.2 三拐曲轴毛坯图2.3拟定三拐曲轴的工艺路线2.3.1 三拐曲轴的机械加工工艺特点三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差，部分加工面要求高及相关技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施，分析如下：(1)形状复杂曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有一定的尺寸要求，并且两轴有较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈间有较大的平衡块，因此在工艺设计中应解决以下几点问题：i：设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机床主轴重合，并使夹具能回转180，加工另一连杆轴颈，故采用专用夹具。ii：为消除加工时的不平衡力的产生，设计夹具时应精确合理的设计平衡块的重量。(2)刚性差由于本曲轴长径比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力及自重的作用下会产生严重的扭曲及弯曲变形，在工艺设计中应解决以下问题：i：粗加工时由于切削余量大，切削力也较大，可用中间支撑架来增强刚性，减小变形和振动，同时机床刀具及夹具都应有较高的刚度，同时也达到径向定位，便于后续的铣键槽。ii：在加工时尽量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。iii：合理安排工位次序以减少加工变形，按先粗后精的原则安排加工工序，循环多次进行加工，逐步提高精度。(3) 技术要求高曲轴技术要求较高，加工面多，需要保证的尺寸、形状、位置精度较多。因而总的工艺路线较长，粗，精加工占有大部分比例。加工时应要解决以下问题：i：正确分配粗加工、半精加工及精加工，磨削余量。ii：粗基准选择用曲轴两端的中心孔。中心孔的加工以主轴颈外圆作为基准，这样能保证曲轴加工径向及轴向加工余量的均匀性。iii：精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新修磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损引起加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提高刚度。iv：曲轴轴向定位以主轴颈轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽量与设计基准一致。2.3.2 三拐曲轴的机械加工工艺特点分析 该零件是三拐小型曲轴，生产批量大，故选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但轴两端的轴颈分别是20mm和25mm，而三处连杆轴颈中心距分布在32mm的圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端45mm的工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，达到用中心孔定位的目的。 在工艺搭子端面上钻四对中心孔，先以两主轴颈25mm为粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔；然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工32mm、圆周120均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度。 该零件刚性较差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可以避免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度。 由于使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必须提前在还保留工艺搭子中心孔时进行，同时要注意防止已磨好的表面被碰伤。2.3.3三拐曲轴的机械加工工艺过程曲轴的尺寸精度、加工表面形状精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比较差，容易产生变形，这就给曲轴的机械加工带来了很多困难，必须予以充分的重视。曲轴需要加工的表面有：连杆轴颈、键槽、主轴颈25，20、22的外圆。由于使用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后，磨削外圆安排在保留工艺搭子前。根据曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工顺序大致可归纳为：铣工艺搭子两端面；钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；精磨连杆轴颈、粗、精车各处外圆；主轴颈和20、22外圆；切除工艺搭子、车端面、铣键槽等。2.3.4三拐曲轴主要加工工序分析加工顺序的安排先以主轴颈为粗基准铣两端面打中心孔。该零件的刚性差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度，主轴颈与连杆轴颈的加工顺序：先粗加工主轴颈再半精加工主轴颈，然后粗加工连杆轴颈再半精加工连杆轴颈，再磨主轴颈，再磨连杆轴颈。 定位基准选择先以主轴颈为基准铣曲轴两端面并打中心孔，再以两顶尖定位方式粗加工主轴颈，再半精加工主轴颈，再以偏心卡盘分度夹具夹住主轴颈加工连杆轴颈，再磨主轴颈，最后磨连杆轴颈。(1)铣曲轴两端面,钻中心孔本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏，使中心孔位置误差大，严重可能使刀具折断，因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差。(2)曲轴连杆轴颈的车削以工艺搭子三对连杆轴颈中心孔为基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位以及曲轴旋转的不平衡问题由专用夹具来保证，车削过程中，一端与曲轴工艺搭子定位并夹紧，另一端用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，使切削力不致于太大，粗车时，每次车削余量控制在12mm内，同时车床旋转不能太高。(3)曲轴主轴颈的车削由于曲轴年产量大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以工艺搭子端中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。(4)轴颈的磨削由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度1.60.8m，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度表面粗糙度。在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴