本科毕业设计说明书（论文） 第 38 页 共 43 页1 引言机械加工工艺和夹具结构设计在加深我们对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。选择曲轴箱体的加工工艺和夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学的机械理论知识。机械加工工艺是是制造技术的重要组成部分，提高工艺技术水平是机电产品提高质量、增强国际市场竞争力的有力措施，工艺技术水平是制约我国制造业企业迅速发展的因素之一2。 机床夹具是机械制造过程中最常用的一种工艺装备。在机械制造过程中，它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的位置，并能承受切削力1。机床夹具的主要作用是保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围和保证生产安全，因此，机床夹具在机械制造中占有很重要的地位。1.1 机械制造业的作用（1）机械制造业对人类文明发展有极为重要的影响从历史角度看，较为擅长制造物品的人类文化总是较为成功的。只有制造较好的工具，才有较好的生活物品和武器。从某种意义上，人类文明的发展历史就是人类展现制造物品能力的历史。（2）制造业是创造社会财富的支柱产业从经济角度看，制造业是一个国家经济发展的基石，也是增强国力的基础。制造业的先进与否是一个国家经济发展的重要标志。据估计，工业化国家约60%-80%的物质财富来自制造业。（3）制造业是发展高新技术的载体和动力从技术角度看，制造业是使技术转化为生产力的基础。从处于技术领先地位的美国来看，制造业企业几乎囊括了美国产业的全部研究和开发，提供了制造业内外所用的大部分技术创新，使美国长期经济增长的大部分技术进步都来源于制造业。1.2 数控技术的应用数字控制是一种借助数字、字符或其他符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法，简称数控（NC）9。数控技术是指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，是典型的机械、电子、自动控制、计算机和检测技术紧密结合的机电一体化高新技术，也是现代集成制造系统的重要组成部分。数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。CAD/CAM、FMS、CIMS、AM和IM等AMT都是建立在数控技术之上的。它不仅广泛的用于各类金属切削机床的控制，而且还用于多种其他的机械设备，如机器人、坐标测量机、线切割机、电火花切割机等，在自动化生产线甚至军事等领域也得到广泛的应用。1.3 气动技术的进展气动技术在工业中推广应用还是20世纪中叶以后的事，时间还不很长。在20世纪60年代末，气动元件得到发展，控制方式有所创新，从而使气动系统在很多工业领域得到了广泛应用。因为气动元件兼有通用性和灵活性的特点，所以使它在现代系统的集成化和完整性方面发挥了决定性的作用，气动元件本身也得到了飞跃的发展。但是，一般认为，现代气动技术从开始发展到现在还不足50年时间。因而，近年来气动技术的应用领域已从机械（机床、汽车、轴承、农机等）、冶金（铸造、锻造、轧钢等）、采矿、交通运输等工业扩展到轻工（纺织、自行车、手表、缝纫机等）、食品、化工、电子、物料搬运以及军事等工业部门，它对于实现生产过程的自动控制、改善劳动条件、减轻劳动强度、降低成本、提高产品质量发挥了很大作用。微电子技术的进展，渗透到气动技术中并与之相结合，创造出了很多高可靠性、低成本的微型节能元件，为气动技术在工业各部门中的应用开辟了更为广阔的前景。今天，为了和最新技术的发展保持同步，气动技术必须不断创新，不断提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。气动技术的持续发展体现在如下一些比较重要的特征上：（1） 提高元件性能，创制新型元件，不断小型化和微型化。（2） 高度的组合化、集成化和模块化。（3） 和微电子技术相结合，走向智能化。2 1E50FM左曲轴箱体的零件分析2.1 1E50FM左曲轴箱体的作用和结构特点2.1.1 1E50FM左曲轴箱体的作用本零件是1E50FM左曲轴箱体，是摩托车发动机的基础零件，它结合右曲轴箱体将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。2.1.2 1E50FM左曲轴箱体的结构特点 5WB左曲轴箱体的零件结构见图2.1 。 图2.1 零件结构图1E50FM左曲轴箱体的零件具体结构见附件“1E50FM左曲轴箱体零件图”。由零件图我们可以看出，箱体的结构特点：形状复杂壁薄且不均匀，内部呈行腔，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔11。因此，一般箱体零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%20% 。2.2 1E50FM左曲轴箱体的工艺性分析由1E50FM左曲轴箱体零件图可知。箱体需要进行正反面粗精铣加工，轴承孔粗精镗加工，定位销孔精加工，螺孔加工等。可将其分为两组加工表面。（1）以大面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：大面的铣削加工，齿轮室盖面的加工，放油孔搭子平面的加工，2-10销孔的加工，7-9.6底孔的加工，放油孔M141.5的加工，32油封孔口倒角30的加工，吊挂孔三处塔子平面的加工，张紧器螺栓安装孔的加工，吊挂安装孔的加工，24M6螺孔的加工，3-M10中心孔空口的加工，制动销轴反面平面的加工，曲轴油封反面及中间齿轮轴平面和两安装塔子平面的加工，2-30齿轮孔的加工，32、42油封空的加工，47轴承孔的加工。其中大面有表面粗糙度的要求为Ra3.2um，平面度要求0.07mm；齿轮室盖面有表面粗糙度要求为Ra3.2um，平面度要求0.03mm；放油孔M121.5要求孔口倒角145；30齿轮孔有圆柱度要求为0.005mm，垂直度要求为0.004mm；47轴承孔有圆柱度要求为0.005mm，垂直度要求为0.005mm。（2）以结合面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:结合面的加工，轮毂面的加工，52轴承孔端面的加工，起动电机安装搭子面的加工，主轴承孔 52，46，32的加工，3-10销孔的加工，制动轴孔12的加工，10-M6螺孔的加工，中间齿轮轴孔 10的加工，130.5止口的加工。其中结合面有表面粗糙度要求为Ra1.6um，平面度要求为0.03mm；52主轴承孔有圆柱度要求为0.005mm，垂直度要求为0.005mm。3 1E50FM左曲轴箱体的工艺规程设计3.1 生产纲领和生产类型的确定企业在计划期内生产的产品的数量和进度计划称为生产纲领。零件的年生产领可按下式计算 N Q n(1 a% b%)式中 N 零件的年生产纲领，件/年； Q 产品的年生产纲领，台/年； n 每台产品中该零件的数量,件/台； a% 备品的百分率； b% 废品的百分率。生产纲领的大小对生产组织形式和零件加工过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。企业生产专业化程度的分类称为生产类型。生产类型一般可分为：单件生产、成批生产、大量生产三种。生产类型不同，产品制造的工艺方法、所用的设备和工艺装备以及生产的组织形式等均不同。大批大量生产应尽可能采用高效率的设备和工艺方法，以提高生产率；单件小批生产应采用通用设备和工艺装备，也可采用先进的数控机床，以降低生产成本。随着数控技术的发展，大批量生产也可在加工中心进行加工14。根据市场的需求量，企业实行三班制，零件的年生产纲领为10万台，属大批量生产，零件在加工中心进行加工3。3.2 毛坯的选择毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。常见的毛坯有以下几种：铸件，锻件，型材，焊接件，冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。选择毛坯时应该考虑以下几个方面的因素：（1）零件的生产纲领大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；选用冷轧和冷轧型材。（2）零件材料的工艺性例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造毛坯4。（3）零件的结构形状和尺寸形状复杂的毛坯，一般采用铸造方法制造。（4）现有的生产条件选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平设备条件以及外协的可能性和经济性等。零件材料为铝合金，考虑到零件的生产纲领和工作环境，正反面是主要的部位，而其余相当数目的尺寸由铸造毛坯来保证。故选用铸件，以提高加工效率和零件的寿命。目前大多数铸件采用砂型铸造，但在发动机箱体的大批量生产中，铝合金铸件常采用压力铸件，主要原因是：（1） 箱体是薄壁零件，不宜用砂型铸造。（2） 铝合金铸件可在压铸机上用金属模压力铸造，生产效率高，约5分钟可铸出成品，可满足大批量生产要求。（3） 铝件的金相组织紧密，强度高，使用压力铸造，防止了沙眼和气孔的产生，保证了产品质量。以上优点是砂型铸造无法达到的。因此，选用压力铸造。3.3 基准的选择制订机械加工规程时，定位基准的选择是否合理，将直接影响零件加工表面的尺寸精度和相互位置精度。同时对加工顺序的安排也有重要的影响。定位基准选择不同，工艺过程也将随之而异。3.3.1 基准的概念和分类所谓基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。基准根据功用不同可分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是指设计图样上采用的基准。工艺基准是指在机械加工过程中用来确定加工表面加工后尺寸、形状、位置的基准。工艺基准按不同的用途可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。3.3.2 定位基准的选择当根据工件加工要求确定工件应限制的自由度数后，某一方向自由度的限制往往会有几个定位基准可选择，此时提出了如何正确选择定位基准的问题。定位基准有粗基准和精基准之分。在加工起始工序中，只能用毛坯上未曾加工过的表面作为定位基准，则该表面称为粗基准。利用已加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。（1） 粗基准的选择选择粗基准时，主要考虑有两个问题：一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。具体选择时注意以下原则：(a) 对于同时具有加工表面和不加工表面的零件,为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度,应选择不加工表面作为粗基准。(b) 对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加工余量。(c) 粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只能使用一次，以免产生较大的定位误差。(d) 选作粗基准的平面应平整，没有浇冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。为了满足上述要求，从零件图分析可知，可以选择左曲轴箱体的主要支承孔作为主要基准。即以左曲轴箱体的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距大面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。但在加工中心加工零件，一个工序可以加工平面和孔系，一般不选择孔系作为粗基准，选择三个最终不加工面作为粗基准。（2） 精基准的选择精基准的选择应从保证零件加工精度出发,同时考虑装夹方便，夹具结构简单。为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对