单拐曲轴加工 工艺说明书.docx

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单拐曲轴加工工艺说明书

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目：

单拐曲轴机械加工工艺规程设计

学生：

XXX

学号：

XXXXXXXX

班级：

XX级机械设计X班

指导教师：

XX副教授

2012年7月

1零件的分析…………………………………………………………………………1

1.1零件结构工艺性分析……………………………………………………………1

1.2零件的技术要求分析……………………………………………………………1

2毛坯的选择…………………………………………………………………………2

2.1毛坯种类的选择…………………………………………………………………2

2.2毛坯制造方法的选择……………………………………………………………2

2.3毛坯形状及尺寸的确定…………………………………………………………2

3工艺路线的拟定…………………………………………………………………3

3.1定位基准的选择…………………………………………………………………3

3.2零件表面加工方案的选择………………………………………………………4

3.3加工顺序的安排…………………………………………………………………5

3.3.1加工阶段的划分………………………………………………………………5

3.3.2机械加工顺序的安排…………………………………………………………5

3.3.3热处理工序的安排……………………………………………………………6

3.3.4辅助工序的安排………………………………………………………………6

4工序设计……………………………………………………………………………7

4.1机床和工艺装备的选择…………………………………………………………7

4.2切削用量的确定…………………………………………………………………8

4.3工序尺寸的确定…………………………………………………………………9

4.4工时定额的计算…………………………………………………………………9

结语…………………………………………………………………………………10

参考文献……………………………………………………………………………10

1.零件的分析

1.1零件结构工艺性分析

由图纸得知，该单拐曲轴材料为QT60-2。

QT60-2是球墨铸铁的老牌号，相当于新标准QT600-3。

该牌号铸铁为珠光体型球墨铸铁，具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点。

能通过各种热处理改变其性能。

主要用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件。

曲轴是将直线运动转变成旋转运动，或将旋转运动转变为直线运动的零件。

它是往复式发动机、压缩机、剪切机与冲压机械的重要零件。

曲轴的结构与一般轴不同，它有主轴颈、连杆轴颈、主轴颈和连杆轴颈之间的连接板组成，钢性差，易变形，形状复杂，它的工作特点是在变动和冲击载荷下工作，对曲轴的基本要求是高强度、高韧性、高耐磨性和回转平稳性，因而安排曲轴加工过程应考虑到这些特点。

该单拐曲轴主要加工面为主轴颈端面、轴颈、倒圆、倒角以及阶梯部分，连接板侧面部分，连杆轴颈轴颈、倒圆以及阶梯部分，各油孔以及甩油板连接螺纹。

1.2零件的技术要求分析

曲轴图样的尺寸、公差及技术要求齐全。

结构公艺性良好。

对该曲轴要求加工部分汇总，见表1-1零件技术要求分析。

表1-1零件技术要求分析

要求加工部分

基本尺寸（mm）

公差等级（IT）

表面粗糙度（μm）

形状精度（mm）

位置精度（mm）

主轴颈

φ110

×94

6

Ra1.25

Ra20

圆柱度0.015

同轴度φ0.02

连杆轴颈

φ110

×164

6

Ra0.63

圆柱度0.015

平行度φ0.02

连接板

140

×270

×75

Ra6

Ra5

Ra20

φ105轴段

φ105

5

Ra1.25

动力输出部分轴段

大端φ105

×216（锥度1:

10）

Ra1.25

键槽

28

mm

对称度0.05

左侧主轴端面

Ra20

动力输出部分右端面

Ra20

轴端倒圆

R3

Ra1.25

连接板下面螺纹孔

M24

M12

7H

7H

左侧连接板左面螺纹孔

M24

7H

左侧连接板左面光孔

φ20

左侧主轴颈左面孔

φ32

φ20

连杆轴颈光孔

φ10

2.毛坯的选择

2.1毛坯种类选择

此零件属小批生产，考虑到成本以及工艺可行性，选择铸造毛坯。

2.2毛坯制造方法的选择

铸造分普通铸造和特种铸造，该零件结构简单且为小批量生产，故选择普通铸造，采用手工造型沙箱铸造方式。

2.3毛坯形状及尺寸的确定

根据GB6414-86，铸件毛坯公差等级GB6414-86CT11。

长度方向：

铸造毛坯长度方向尺寸818+4=822mm。

分配公差至各个部分，则左端主轴颈长度方向尺寸94+1=95mm，两连接板及连杆轴颈长度方向尺寸314+2=316，右端轴颈至动力输出部分长度方向尺寸机动。

直径方向：

两主轴颈、连杆轴颈、φ105轴颈及连接部分直径尺寸φ105+3=φ108mm。

两连接板高度方向尺寸270+4=274mm，宽度方向尺寸140+4=144mm。

具体形状见图2-1零件毛坯尺寸图

图2-1零件毛坯尺寸图

3.工艺路线的拟定

3.1定位基准的选择

定位基准分为粗基准和精基准。

如果用做定位的零件表面是未被机械加工过的毛坯表面，则称为粗基准。

如果用作定位基准的零件表面是经过机械加工的表面，则定位表面为精基准。

粗基准有如下选择原则：

（1）选择重要表面做为粗基准。

（2）选择不加工表面作为粗基准。

（3）选择加工余量最小的表面为粗基准。

（4）选择定位可靠、装卡方便、面积较大的表面为粗基准。

（5）粗基准在同一自由度方向上只能使用一次。

精基准有如下选择原则：

（1）基准重合原则。

（2）基准统一原则。

（3）互为基准原则。

（4）自为基准原则。

（5）工件装卡方便，重复定位精度高。

各加工表面定位基准、装卡位置及选择原则见表3-1各加工表面定位基准、装卡位置及其选择原则表。

表3-1各加工表面定位基准、装卡位置及其选择原则表

加工表面

定位基准

装卡位置

基准选择原则

主轴颈两端面及中心孔

主轴颈中心线

主轴外径

选择定位可靠、装卡方便、面积较大的表面为粗基准

两主轴外径

主轴颈中心线

主轴两侧顶尖

基准重合原则

两主轴两端倒圆及突台

主轴颈中心线

主轴两侧顶尖

工件装卡方便，重复定位精度高

φ105轴颈

主轴颈中心线

主轴两侧顶尖

工件装卡方便，重复定位精度高

动力传输部分1:

10锥面

主轴颈中心线

主轴两侧顶尖

工件装卡方便，重复定位精度高

动力输出部分1:

10锥面上键槽

右端主轴颈中心线

右段主轴径外表面

基准重合原则

两连接板内侧

主轴颈中心线

两主轴颈外径

基准重合原则

连杆轴颈

主轴颈中心线

两主轴颈外径

基准重合原则

连杆轴两端倒圆及突台

主轴颈中心线

两主轴颈外径

基准重合原则

连接板下面螺纹孔

两连接板前、后面

两连接板前、后面

工件装卡方便，重复定位精度高

左侧连接板左面螺纹孔

主轴颈中心线

两主轴颈外径

基准重合原则

左侧主轴左面光孔

主轴颈中心线

右侧主轴颈外径

基准重合原则

连杆轴颈光孔

主轴颈中心线

两主轴颈外径

基准重合原则

3.2零件表面加工方案的选择

考虑到该单拐曲轴为小批量生产，故采用工序集中原则。

工序集中有如下优点：

（1）采用高效率专用设备和工艺设备，大大提高了生产率。

（2）减少了设备的数量，相应地也减少了操作工人和生产面积。

　　（3）减少了工序的装夹次数。

工件在一次装夹中可加工多个表面，有利于保证这些表面之间的相互位置精度。

减少装夹次数，也可减少装夹所造成的误差。

　　（4）减少工序数目，缩短了工艺路线，也简化了生产计划和组织工作。

（5）缩短了加工时间，减少了运输工作量，因而缩短了生产周期。

根据工序集中原则，零件各个表面选择加工方式见表3-2零件加工表面及其加工方法。

表3-2零件加工表面及其加工方法

加工表面

加工方法

主轴颈两端面

粗车

主轴颈中心孔

钻

两主轴外径

粗车-半精车-精车

两主轴两端倒圆

粗车-半精车-精车

两主轴两端突台

粗车-半精车

φ105轴颈

粗车-半精车-精车

φ105轴颈两端倒圆

粗车-半精车-精车

φ105轴颈两端突台

粗车-半精车

动力传输部分1:

10锥面

粗车-半精车-精车

动力输出部分1:

10锥面上键槽

粗铣-精铣

两连接板内侧

粗车

连杆轴颈

粗车-半精车-粗磨

连杆轴两端倒圆

粗车-半精车-精车

连杆轴两端突台

粗车

连接板下面螺纹孔

钻-攻丝

左侧连接板左面螺纹孔

钻-攻丝

左侧主轴左面光孔

钻

连杆轴颈光孔

钻

3.3加工顺序的安排

3.3.1加工阶段的划分

加工过程划分为三个阶段：

粗加工阶段——半精加工阶段-精加工阶段。

粗加工阶段主要任务是切除各表面上大部分余量，关键是提高生产率；半精加工完成次要表面加工，并为主要表面的精加工做准备；精加工阶段需保证各主要表面达到图样要求，主要问题是如何保证加工质量。

本零件表面要求一般，故不需要安排光整加工阶段。

3.3.2机械加工顺序的安排

机械加工工序安排原则：

（1）先加工基准面原则。

（2）先主要后次要原则。

（3）先面后孔原则。

（4）先粗后精原则。

该零件加工顺序主要采取先粗后精原则，即：

先粗加工，后半精加工，最后精加工的顺序进行。

同一加工阶段中采用先面后孔的原则。

零件加工顺序、定位基准及类型见表3-2零件机械加工顺序、定位为基准机器类型表。

表3-2零件机械加工顺序、定位为基准机器类型

步序

机械加工顺序

定位基准

定位基准类型

1

车曲轴两端面并钻中心孔

主轴颈中心线

粗基准

2

粗车左、右两侧主轴颈及两端突台，倒角

主轴颈中心线

精基准

3

粗车φ105轴颈及倒圆

主轴颈中心线

精基准

4

粗车动力输出部分圆锥

主轴颈中心线

精基准

5

粗车两连接板内侧

主轴颈中心线

精基准

6

粗车连杆轴颈及连杆轴颈两端突台

主轴颈中心线

精基准

7

钻左端连接板左面螺纹孔

主轴颈中心线

精基准

8

车左端连接板左面螺纹孔

主轴颈中心线

精基准

9

攻左端连接板左面螺纹孔

主轴颈中心线

精基准

10

粗铣两连接板前、后面

两连接板上、下面

粗基准

11

粗铣两连接板上、下面

两连接板前、后面

精基准

12

粗铣动力输出部分键槽

右端主轴中心线

精基准

13

钻两连接板下面M24螺纹孔

两连接板前、后面

精基准

14

钻左侧连接板下面M12螺纹孔

两连接板前、后面

精基准

15

扩两连接板下面M24螺纹孔

两连接板前、后面

精基准

16

扩左侧连接板下面M12螺纹孔

两连接板前、后面

精基准

17

半精车左侧主轴轴颈

主轴颈中心线

精基准

18

半精车左侧主轴突台、倒圆

主轴颈中心线

精基准

19

半精车右侧主轴轴颈

主轴颈中心线

精基准

20

半精车右侧主轴突台、倒圆

主轴颈中心线

精基准

21

半精车φ105轴颈及倒圆

主轴颈中心线

精基准

22

半精车动力输出部分圆锥

主轴颈中心线

精基准

23

钻连杆轴颈通孔

主轴颈中心线

精基准

24

攻连接板底面M24螺纹

两连接板前、后面

精基准

25

攻连接板底面M12螺纹

两连接板前、后面

精基准

26

精车左端主轴颈及倒角

主轴颈中心线

精基准

27

精车右端主轴颈及倒角

左端主轴颈中心线

精基准

28

精车φ105轴颈及倒圆

左端主轴颈中心线

精基准

29

精车动力输出部分圆锥

左端主轴颈中心线

精基准

30

精铣动力输出部分键槽

右端主轴中心线

精基准

31

粗磨连杆轴颈

主轴颈中心线

精基准

3.3.3热处理工序安排

工件毛坯为铸造毛坯，金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。

为消除残余应力，传统的工艺方法是采用自然时效和热时效。

自然时效是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的不断变化和时间效应使残余应力释放。

热时效工艺是目前广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。

工件生产类型为小批量生产，不宜采用自然时效法消除残余应力，故采用人工热时效方法去除残余应力。

该工序安排在毛坯铸造之后。

3.3.4辅助工序的安排

为控制质量，应设置检验工序。

检验工序在粗加工和精加工之后。

主要检测有无损探伤以及无损探伤。

粗加工后检验项目为无损探伤，目的在于尽早发现毛坯铸造缺陷，以避免有不可修复缺陷的废品进入半精加工以及精加工阶段。

经加工后检验项目为无损探伤，尺寸、形状、位置及粗糙度的检查。

目的在于检验经加工后的成品是否符合技术要求，不符合要求尽早修复或报废，避免不合格产品入库；符合要求则产品作为合格品入库。

为保证工人加工过程中的安全以及加工前装卡工件时实际加工基准与理论加工基准重合，必须在每一加工阶段后安排去毛刺——即粗加工、半精加工以及精加工后各安排一个去毛刺工序。

另因需要钝角倒边的加工面均在粗加工阶段完成，故考虑到工人在加工过程中的安全，需在粗加工后安排钝角倒边。

粗加工后的钝角倒边与去毛刺安排在一道工序内。

按工步顺序为去毛刺、倒边。

为保证清除干净油孔内的切削，需要对工件进行清洗。

为保证将所有切屑清除干净，故选择在精加工后进行清洗作业。

精加工后的清洗作业与去毛刺安排在一道工序内。

为保证成品入库后不会在等待出库过程中锈蚀，故需在精加工后入库前涂防锈油。

精加工后涂防锈油、清洗作业与去毛刺安排在一道工序。

按工步顺序分别为去毛刺、清洗、涂防锈油。

4．工序设计

4.1机床和工艺装备的选择

机床是实现机械切削加工的主要设备，机床设备选择应遵循的原则是：

（1）机床的主要规格尺寸应与被加工零件的外廓尺寸性适应；

（2）机床的加工精度应与工序要求的加工精度相适应；

（3）机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应‘

（4）机床的选择应充分考虑工厂现有的设备情况。

综合考虑零件尺寸规格、要求加工精度、机床生产率以及工厂现有设备，机床主要选择CA6140、X62W、Z3050、MQ8260以及攻丝机。

本零件为单件小批量生产，故夹具尽量选用通用工具。

所选夹具为三爪卡盘、车床顶尖、V型块、压板以及加工曲拐所必需的装用卡具。

工艺装备的选择具体见表4-1机床和工艺装备的选择表。

表4-1机床和工艺装备的选择

加工表面

使用机床

卡具

卡紧表面

刀具

曲轴两端面

CA6140

三爪卡盘

主轴颈

高速钢刀具

曲轴两端中心孔

CA6140

三爪卡盘

主轴颈

中心钻

左、右两侧主轴颈及两端突台，倒角

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

高速钢刀具

粗车φ105轴颈及倒圆

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

高速钢刀具

粗车动力输出部分圆锥

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

高速钢刀具

粗车两连接板内侧

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

高速钢刀具

粗车连杆轴颈及连杆轴颈两端突台

CA6140

专用卡具

主轴两端中心孔

高速钢刀具

钻左端连接板左面螺纹孔

CA6140

专用卡具

主轴两端中心孔

中心钻

车左端连接板左面螺纹孔

CA6140

专用卡具

主轴颈

硬质合金刀具

攻左端连接板左面螺纹孔

CA6140

专用卡具

主轴颈

机用丝锥

粗铣两连接板前、后面

X62W

压板×2

主轴颈

盘铣刀

粗铣两连接板上、下面

X62W

压板×2

主轴颈

盘铣刀

粗铣动力输出部分键槽

X62W

压板×2

主轴颈

键槽铣刀

钻两连接板下面M24螺纹孔

Z3050

V形块×2

主轴颈

钻头

钻左侧连接板下面M12螺纹孔

Z3050

V形块×2

主轴颈

钻头

半精车左侧主轴轴颈

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

半精车左侧主轴突台、倒圆

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

半精车右侧主轴轴颈

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

半精车右侧主轴突台、倒圆

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

半精车φ105轴颈及倒圆

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

半精车动力输出部分圆锥

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

半精车连杆轴颈

CA6140

专用卡具

主轴颈

硬质合金刀具

钻连杆轴颈通孔

CA6140

专用卡具

主轴颈

钻头

攻连接板底面M24螺纹

攻丝机

机用丝锥

攻连接板底面M12螺纹

攻丝机

机用丝锥

精车左端主轴颈及倒角

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

精车右端主轴颈及倒角

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

精车φ105轴颈及倒圆

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

精车动力输出部分圆锥

CA6140

车床顶尖×2

主轴两端中心孔

硬质合金刀具

半精车连杆轴颈

CA6140

专用卡具

主轴颈

硬质合金刀具

粗磨连杆轴颈

M8260

专用卡具

主轴颈

砂轮

4.2切削用量的确定

背吃量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度允许的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。

确定主轴转速n（r/min）

主轴转速n主要根据刀具允许的切削速度Vc（m/min）确定：

n=1000Vc/兀.d

该零件为单件小批量生产，故切削用量的选择依据《机械加工工艺手册》选择。

。

切削用量：

ap=4.6

查得f=1.2mm/r；v=48m/min；

则n=318v/d=318x48/110.4=139r/min

4.3工序尺寸的确定

工序尺寸及其偏差确定的基本原则：

（1）满足零件加工质量要求。

（2）毛坯制造方便，制造成本较低。

（3）各工序加工方便，加工成本较低。

工序尺寸偏差确定的基本方法：

（1）最后一道工序的工序尺寸及公差按零件图纸确定。

（2）其余工序的工序尺寸及公差按工序加工方法的经济加工精度确定。

（3）各工序的工序余量应当合理。

（4）工序尺寸及公差确定过程是逐步推算的过程，推算方法是从最后一道工序向前依次推算。

以Φ110连杆轴颈的加工为例计算工序尺寸，步骤见表4-2Φ110连杆轴颈各工步工序尺寸表。

表4-2Φ110连杆轴颈各工步工序尺寸

工序

工序余量

经济精度

工序基本尺寸

尺寸及公差

粗磨

0.2

IT7

Φ110

半精车

0.5

IT8

Φ110.2

粗车

1.5

IT12

Φ110.7

毛坯

±1.2

CT11

Φ112.2

Φ112.2±1.2

4.4工时定额的计算

时间定额是完成一个工序所需的时间，它是劳动生产率指标。

根据时间定额可以安排生产作业计划，进行成本核算，确定设备数量和人员编制，规划生产面积。

因此时间定额是工艺规程中的重要组成部分。

确定时间定额应根据本企业的生产技术条件，使大多数工人经过努力都能达到，部分先进工人可以超出，少数工人经过努力可以达到或接近平均先进水平。

合理的时间定额能调动工人的积极性，促进工人技术水平的提高。

从而不断提高劳动生产率。

随着企业生产技术条件的不断改善，时间定额定期进行修订，以保持定额的平均先进水平。

　　时间定额通常由定额员和工艺人员和工人相结合，通过总结过去的经验并参考有关的技术资料直接估计确定。

或者以同类产品的工件或工序的时间定额为依据进行对比分析后推算出来，也可通过对实际操作时间的测定和分析后确定。

本品为单件小批量生产，故工时定额的计算主要根据《机械工艺手册》相关数据查表获得。

下面以粗车右端主轴轴颈为例计算工时定额。

查得：

装夹工件时间为1.1min，松开卸下工件时间为0.76min，操作机床时间为：

0.02+0.04+0.03+0.09+0.08+0.02+0.01+0.02+0.03+0.06+0.04+0.04+0.03=0.51min

查得：

测量工件时间为：

0.1+0.14=0.24min

T1=0.76+1.1+0.51+0.24=2.61min

机动时间为：

T2=0.07+0.06+0.04+0.03=0.2min

布置工作地、休息和生理时间分别为：

T3=53min、T4=15min

T基=lz/nfap=412.8x5/167x1.3x2.6=3.7min

则T总=T1+T2+T基+53+15=77.51

结语

通过这段时间的机械制造工艺学课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械制造工艺学基本技能的训练。

参考文献

[1]赵家齐编.机械制造工艺学课程设计指导书（第2版）[M].机械工业出版社,2009.6

[2]艾兴.切削用量简明手册[M].机械工业出版社，2004.2

[3]王先逵主编.机械加工工艺手册单行本[M].机械工业出版社，2008.6

[4]李益民.机械简明制造工艺设计简明手册[M].机械工业出版社,2004.7

[5]陈宏钧主编.机械加工工艺设计员手册[M].机械工业出版社，2009.1

[6]徐胜群.简明机械加工工艺手册[M].上海科学技术出版社,1991.2

[7]邵青.机械制造技术基础课程设计指导教程[M].机械工业出版社,2004.9

[8]倪森寿.机械制造工艺与装配习题集课程设计指导书（第二版）[M].化学工业出版社，2009.2