毕业设计（论文）-三拐曲轴加工工艺及铣键槽夹具设计（全套图纸）

1、本科课程设计题目：三拐曲轴机械加工工艺规程及夹具设计 学 号： 姓 名： 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 2015 年 10 月 16 日 1摘 要曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。 关键词： 1、发动机2、曲轴3、工艺分析4、工艺设计全套图纸加153893706 目 录一、绪论1（一）课题研究背景1（二） 曲轴零件分析1二、曲轴工艺规程设计4（一） 生产纲领与生产类型确定4（二） 曲轴材料和毛坯确定4（三） 曲轴机械加工工艺特点分析4（五） 曲轴机械加工工

2、艺过程及路线5三、 确定切削用量8四、 铣曲轴键槽专用夹具设计16（一）定位基准的选择16（二）定位元件的设计16（三）铣削力与夹紧力计算17（四）对刀块和塞尺设计18（五） 确定夹具体结构尺寸和总体结构19（六）、夹具设计及操作的简要说明20五、结论21致谢22参考文献23 1一、绪论曲轴是汽车、拖拉机、摩托车等发动机中最重要而且是承受负荷最复杂的零件，被称为发动机的心脏。曲轴的尺寸参数在很大程度上决定并影响着发动机的整体尺寸和重量，发动机的可靠性和寿命也在很大程度取决于曲轴的强度。随着发动机强化指标的不断提高，曲轴的工作条件更加苛刻。在周期性变化的气体压力、运动质量惯性力及其力矩的作用下，在其内部产生迅速变化的拉、压、弯、扭交变应力。因此要求曲轴应该具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态特性。发动机工作时，燃气的压力、曲轴组各零部件运动所产生的惯性力或惯性力矩使曲轴处于弯曲、扭转交变负荷状态；在周期变化的载荷作用下，曲轴系统可能在发动机转速范围内发生共振，产生附加的动应力，致使曲轴过早地出现弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏。由于曲轴结构复杂、刚性较差，在制造过程中又受到冷热加工等各种因素

3、的影响，因此，处于工作状态的曲轴各部分应力分布是不均匀与交变的，尤其是在曲柄臂和过渡圆角部位会产生严重的应力集中。同时，曲轴的主轴颈、连杆轴颈及其轴承副高速地旋转运动也会造成磨损和发热烧损。所以，曲轴的主要失效形式是疲劳断裂和轴颈严重磨损，为了保证发动机正常可靠地工作，要求曲轴有足够的强度、刚度、耐磨性和平衡精度。（一）课题研究背景 曲轴在发动机中承担最大负荷和功率，承受着强大的方向不断变化的弯矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。曲轴作用是将往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机有化学能转化为械能输出。本课题就三拐小型曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是规程制订的总体设计。所撰写的工艺路线合理与否，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地 等的合理利用，从而影响生产成本。（二） 曲轴零件分析 技术要求：1、正火处理HRC2026；2、三处连杆轴颈尺寸公差与表面粗糙度相同；3、未注圆角为R1。图1-1 零件图1、曲轴的结构及其特点此曲轴零件用于汽车发

4、动机，一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴是一个较难加工的零件，但由于曲轴与主轴颈偏离了一定的距离，不在同一轴心线上，形状较复杂，而加工技术要求又较高。三拐小型曲轴连杆轴颈mm轴线中心以夹角分布在30的圆周上，连杆轴颈和主轴轴颈的偏心距为15mm。生产纲领属成批生产，故应尽量采用专用机床，工序应适当分散，以提高生产效率。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。主轴承的数量不仅与发动机气缸数目有关，还与曲轴的支承方式有关。此外，为了保证连杆大头孔与曲轴之间通油润滑，在曲轴上要求钻出细长的交叉油孔。2、与主轴颈同轴的加工表面包括：倒角、过渡圆角以及各段轴径的外圆表面，另外，在曲轴小端还有一个半圆键槽。3、与曲轴同轴的加工表面主要包括曲轴外圆表面、两侧面以及过渡圆角表面。4、曲轴的主要技术要求分析 主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT7，表面粗糙度Ra值为1.6m。轴颈长度公差等级为IT12。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。 位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为

5、100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.030.08mm。 各连杆轴颈的位置度不大于0.06mm。二、曲轴工艺规程设计（一） 生产纲领与生产类型确定 此课题中的三拐小型曲轴的生产类型成批生产。经过估算该零件质量小于4kg，所以此零件属轻型零件；此零件的生产纲领为5005000件,生产类型属于成批生产，所以。不同的生产类型形成不同的工艺特点，由此需要采用不同的加工工艺、不同的工艺装备、不同的生产组织方式，以满足优质高产低消耗的要求。成批生产的工艺特点是：零件具有互换性，保留某些试配；要求部分金属模或模铸，毛坯制造精度和加工余量中等；通用设备及部分专用机床，按零件的类别分工段排列；夹具要求用专用夹具，部分靠划线保证尺寸；较多采用专用刀具及量具。（二） 曲轴材料和毛坯确定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，采用模铸。钢制曲轴毛坯在大批量生产中常采用模铸法压制。零件经过铸打，金属内部结构组织排列紧密，可提高零件的综合力学性能。铸造可分为自由铸和模铸。自由铸是材料在铸打时由手工操作控制其所需形状

6、的。这种铸件，精度较低，余量较大，生产率较低，不需要专用模具，故成本较低，适用于单件小批生产及大型铸件的生产。模铸采用专用模具，利用铸锤或压力机产生的力使毛坯在模具内成形的铸件。这种铸件的精度与表面质量均比自由铸好，而且余量小、生产率高，但需要一套专用模具，增加了成本，适用于批量较大的中小型铸件。结合本课题中曲轴的特点、生产类型及在实际生产中的经济性，本课题用毛坯材料为QT500-7,采取整体铸造。（三） 曲轴机械加工工艺特点分析该工件为三拐曲轴，其形状复杂，加工要求高，为加工三拐径。应该做专用工装（工厂里面通常叫做分度转夹具），其要求为能够均分三等份，并且保证回转平衡。因为成批生产，故选用中心孔定位，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。，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24mm、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。1 加工mm的外圆柱面此曲轴两端mm

7、的外圆柱面段（即主轴颈），是与轴承配合的部分，因此也是一相当重要的部分，其表面的Ra值要求为1.8m，公差等级为IT6，相对于组合基准A-B的同轴度为mm；其加工方式为：粗车精车磨削。2加工mm的圆柱面段mm的圆柱面段，其主要作用：一方面起到一个轴肩的过渡，另一方面用来与发动机轴相连接的联轴器所处的位置，表面粗糙度Ra值为1.6，其加工方式为：粗车精车磨削。3加工mm轴段mm轴段是联轴器与曲轴相连接的部分，是传递转矩的部分，是曲轴动力的主要来源输入段，一次也相当重要，既要求有足够的强度和抗扭性，还要求有表面粗糙度Ra为1.6m，公差等级为IT7，也要求相对于组合基准A-B的同轴度为mm，加工方式为：粗车半精车精车磨削。轴颈上的键槽相对于基准C的对称度为0.025mm，且键槽内表面的粗糙度值Ra为3.2m，键槽只要用键槽铣刀粗铣即可。在此课题中，曲轴的各个部分有着不同的精度、表面粗糙度、形状要求。为了满足各个部分的要求，需要划分出不同的加工阶段。主轴轴颈先用粗车切削掉大部分的加工余量，再用精车来保证主轴的尺寸精度、形状精度、位置精度，最后采用磨削来保证主轴的表面粗糙度。在加工曲轴连杆部分

8、时，为了满足曲轴的形状、位置精度要求，先粗车切削掉大部分的余量，再采用半精车、精车来保证连杆轴颈的尺寸、形状精度及位置精度，最后用磨削来保证曲轴连杆轴表面的表面粗糙度。结合课题中的零件属成批生产，采用划分加工阶段的方式，既有利于中间检测时，及时发现工件的缺陷、加工余量的情况，选择有利的补救措施，加工出满足要求的零件；再就是划分加工阶段，可以分工、安排生产线，提高零件的生产效率，有利于加工零件工序的分散安排。（五） 曲轴机械加工工艺过程及路线曲轴的尺寸精度、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的困难，必须予以充分的重视。为了加工方便及较容易保证曲轴的精度要求，在毛坯生产时要加工一个工艺搭子，使得在曲轴加工容易定位及其装卸。曲轴需要加工的表面：主轴颈、连杆轴颈、键槽、mm、mm 的外圆、及其各个侧面和两端面。由于使用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后。由于是铸造毛坯，所以为了保证外圆表面质量必须安排磨削工艺，磨削外圆安排在保留工艺搭子前。三拐小型曲轴成批生产曲轴的加工工艺路线：铸造热处理铣两端面车工艺搭子外圆钻主轴颈中心孔粗车主轴粗车mm轴颈粗车mm轴颈钻连杆轴颈中心孔检验粗车连杆轴颈半精车连杆轴颈精车连杆轴颈检验热处理磨削连杆轴颈磨削两主轴颈磨削mm外圆磨削mm外圆检验车断两端工艺搭子铣键槽倒角去毛刺最后检验涂油入库工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容10铸铸造20清砂清砂30热处理人工时效处理40清砂细清砂50涂漆非加工表面涂红色防锈漆60划线按毛坯外形找正，照顾各加工面，划外形尺寸线70铣经两轴径部分定位压紧分别铣两个端面保证总长尺寸215mm，钻左端中心孔B480粗车夹右端外圆，找正两轴径外圆。顶左端中心孔，车两轴径处，其中一端（右端）尺寸为22mm，另一端（左端）尺寸为25mm（工艺尺寸）90粗车倒头装夹工件左端25mm处，中心架夹一端25mm轴径上，钻右端中心孔B4，粗车一端各部尺寸，留加工余量5mm100划线在左端25mm轴径上划键槽线深5mm、宽6mm、（工艺用键槽），注意与靠25mm最近的拐在同一平面

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