曲轴铣端面打中心孔夹具设计孙威虎.docx
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曲轴铣端面打中心孔夹具设计孙威虎
兰州交通大学博文学院
本科毕业设计（论文）成绩评定表
学生姓名
孙威虎
班级
11机制1班
学号
20112135
导师姓名
张惠中
职称
高级工程师
日期
2015.06.05
毕业设计
论文题目
曲轴铣端面打中心孔夹具设计
指导教师简要评语：
（含建议成绩）
该同学按毕业设计任务书独立完成了全部工作量，能独立查阅相关中英文文献，具备了一定的阅读外文资料的能力，并能在工作中合理的使用所学知识，论文概念清楚、图标规范、结论正确。
从完成论文基本情况来看，该同学已经具备分析问题和解决问题的能力，达到了本科设计要求，同意组织答辩并建议成绩为良好。
指导教师签名：
张惠中
答辩小组结论：
（含评定成绩）
该生能在规定时间内比较流离、清晰地阐述论文的主要内容，能恰当回答与论文有关的问题，经答辩委员会全体投票一致同意通过答辩，并建议成绩为：
良好。
组长签名：
谢利民
成绩
良好
备注
兰州交通大学博文学院
本科毕业设计（论文）答辩记录表
学生姓名
孙威虎
班级
11机制1班
学号
20112135
导师姓名
张惠中
职称
高级工程师
日期
2015.06.05
毕业设计
（论文）题目
曲轴铣端面打中心孔夹具设计
1.学生对所做毕业设计（论文）内容阐述情况：
论文内容阐述基本正确
语言表达基本流畅、条理清晰
2.答辩小组针对毕业设计（论文）所提问题及回答情况：
①工序的内容
②定位机构
③夹紧机构
回答基本正确
3.对所做毕业设计（论文）答辩的结论：
符合本科论文要求，同意通过。
记录人（签章）：
梁婷婷
答辩小组组长（签章）
谢利民
备注
兰州交通大学博文学院
毕业设计（论文）任务书
姓名
孙威虎
学号
20112135
专业
机械设计制造及其自动化
班级
11机制1班
指导老师
张惠中
职称
高级工程师
题目
曲轴铣端面打中心孔夹具设计
设计任务
1.对曲轴铣端面打中心孔夹具的总体和零件的结构设计，绘制总装图和相关零件图。
2.编写设计说明书
（1）说明书中重要内容和公式要注明出处，说明书不少于1万字。
（2）英文摘要300~400字。
设计要求
1.关于曲轴铣端面打中心孔夹具设计（S195柴油机曲轴）
（1）编制曲轴加工过程卡
（2）编制曲轴加工工序卡
（3）绘制被加工零件毛培图
（4）绘制被加工零件加工工序图
（5）绘制被加工零件加工示意图
（6）绘制曲轴铣端面打中心孔专用夹具装配图
2.设计要求：
设计说明书是设计者的设计思想、内容、理论依据的全面表达，通过文字阐述、推理、引证等，应使读者对本设计形成完整、明确的认识。
参考文献
[1]陈立德主编，机械设计[M]。
高等教育出版社，2009
[2]王先奎.《机械加工工艺手册》第二版.北京：
机械工业出版社，2006
[3]王章忠.机械工程材料[M].北京：
机械工业出版社，2001.
进
度
安
排
（第一周-）做开题报告；
（第二周—第三周）查阅资料文献；
（第四周—第六周）做总体设计和零件设计；
（第七周—第九周）写设计说明书；
（第十周—第十二周）绘制相关装配图和零件图；
（第十三周）整理准备答辩。
指导教师
意见
同意
指导教师
签字
张惠中
系主任
签章
谢利民
兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）开题报告表
课题名称
曲轴铣端面打中心孔夹具设计
课题来源
教师自拟题目
课题类型
工程设计
导师
张惠中
学生姓名
孙威虎
学号
20112135
专业
机械设计制造及其自动化
一、资料准备：
通过在图书馆以及网上查阅资料：
在《材料力学》《机械设计》《机械工程材料》《理论力学》《机械原理》等资料中，详细了解了曲轴的结构及工作原理，为完成该设计做了充分的了解和准备。
二、设计目的：
由于我国大多数工厂的生产线上机床装卸工作仍由人工完成，其劳动强度大，生产效率低，已经满足不了生产自动化的发展趋势。
为了提高工作效率，降低成本，使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代机械行业自动化生产的要求，针对具体生产工艺，结合机床的实际结构，设计用一台机床上料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。
目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。
最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：
工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。
工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。
工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。
以及逻辑思维，判断决策等。
从而使其能在要求的环境中代替进行作业。
工业机器人最主要的功能是抓取和移动这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。
三、设计要求、思路以及预期成果：
（1）主要任务是完成机械手的结构方面设计，以及驱动系统方面的简单设计。
对机械手的坐标形式，自由度、驱动机构等进行确定。
（2）通过设计，把有关课程的理论知识在实际中合理的加以运用，使这些知识得到巩固和发展。
培养独立的机械整机设计能力，树立正确的设计思想熟练的运用有关参考资料计算图表，手册，图册和规范，熟悉有关国家标准和部颁标准。
3进度安排：
（第一周-）做开题报告；
（第二周—第三周）查阅资料文献；
（第四周—第六周）做总体设计和零件设计；
（第七周—第九周）写设计说明书；
（第十周—第十二周）绘制相关装配图和零件图；
（第十三周）整理准备答辩。
4参考文献
[1]陈立德主编，机械设计[M]。
高等教育出版社，2009
[2]吴振彪.工业机器人[M].武汉：
华中科技大学出版社,2008.
[3]王承义.机械手及其应用[M].北京：
机械工业出版社,2009.
[4]费仁元.机器人机械设计和分析[M].北京：
北京工业大学出版社,2007
指导教师意见
设计方案合理，精度安排合理，资料准备充分。
同意开题
签名：
张惠中2015年04月29日
课题类型和性质：
（1）A—工程设计；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题
（1）、
（2）均要填，如AY、BX等。
兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）学生自查表
（中期教学检查用）
学生姓名
孙威虎
专业
机械设计制造及其制动化
班级
（1）班
指导教师
姓名
张惠中
职称
高级工程师
课题名称
曲轴铣端面打中心孔夹具设计
个人精力
实际投入
日平均工作时间
4小时
周平均工作时间
20小时
迄今缺席天数
0
出勤率%
100
指导教师每周指导次数
4
每周指导时间（小时）
7小时
备注
毕业设计（论文）工作进度（完成）内容及
比重
已完成主要内容
%
待完成主要内容
%
（1）零件工艺性分析
（2）毛坯选择
（3）机加工工艺路线确定
（4）工序设计
（5）切削用量及工时定额确定
85
（1）夹具设计
15
存在问题
（1）中心孔夹具设计
指导教师签字：
张惠中2015年04月29日
摘要
本论文主要分析了曲轴机械加工工艺、铣端面和打中心孔的夹具设计，以及组合机床的联系尺寸。
应用组合机床大批大量生产零件，快捷高效，生产效率是机械加工的发展方向。
为了提高加工精度，需要设计一台组合机床来改善曲轴的加工情况。
本课题是曲轴铣端面打中心孔组合机床的总体设计及夹具设计。
主要完成对曲轴左右两个端面的铣削及中心孔的钻削，还要完成其专用夹具的设计。
本设计的组合机床为卧式双面铣削和钻削组合机床，先对被加工零件特点进行分析，选择采用刀具和工件分别安装在各自滑台上的方法，先铣后钻。
在确定了机床配置型式的基础上，根据本道工序需要加工的内容，完成三图一卡的设计。
夹具部分的设计主要是定位和夹紧方式的选择，以零件加工工序图为基础，该零件由两V形块在两主轴颈处定位，限制四个自由度，为防止工件的轴向移动，用一个定位钉在扇形板左端面处定位。
夹紧方式采用液压夹紧,力源装置为液压缸,中间递力机构为推杆,夹紧元件为压板。
操作简单,易于集中控制,夹紧可靠。
本论文针对其中铣端面和打中心孔工序设计了曲轴专用夹具。
绘制出机床联系尺寸图表达夹具与机床相对位置关系，绘制加工示意图表达工件定位及铣刀和麻花钻的选择，最后对夹具的定位，夹紧力大小完成整个夹具装配图，并对其中典型零件进行拆画，实现了对夹紧运动作出的分析。
关键词：
曲轴，铣端面，打中心孔，组合机床，夹具设计
Abstract
Thispaperanalyzesthecrankshaftendmillingandplayingcenterholemachiningaccuracy,aswellasfixturedesignandprocessingCrankshaftCrankshaftmachinecombination.Applicationofmassproductionoflargemachinetoolparts,fastandefficient,productionefficiencyisthedevelopmentdirectionofmachining.Toimprovetheprecisionneededtodesignamachinetooltoimprovethesituationofthecrankshaftmachining.Theissueisthecrankshaftendplaycenterholemillingmachinetool'soveralldesign.Completionofthecrankshaftmainleftandrightendofthemillinganddrillingthecenterhole,butalsotocompletethedesignofthespecialfixture.Thedesignofthecombinationmachineisahorizontaldouble-sidedmillinganddrillingmachinetool,thefirstpartoftheanalysisofthecharacteristicstobeprocessed,choosethetoolandworkpiecewereinstalledineachstageofthemethodofsliding,afterthefirstmillingdrill.Indeterminingthetypesofmachineconfigurationsbasedontheneedsoftheprocedureforprocessingthecontentsofonecardtocompletethedesignofthethreeplans.Clampinghydraulicclamping,powersourcedeviceforhydrauliccylinders,forceagenciestoputtingthemiddleofdelivery,theclampingdevicefortheclips.Simple,easycentralizedcontrol,reliableclamping.
\Crankshaftconsiderallaspectsofthesubjecttostress,thematerialchoiceofthecrankshaft.Technologydevelopment;selectedfortheproductionofmachinetoolsandtoolprocessesthecorrespondingprocessofthecard.
Inthispaper,forwhichend-millingprocessandhitthecenterboreofthecrankshaftdedicatedfixturedesign.Linktomapoutthesizemachinetoolsandmachinetoolfixturemaptheexpressionoftherelativepositionsoftherelationshipbetweentheexpressionofdrawingschematicprocessingcutterandworkpiecepositioningandthechoiceoftwist,thefinalpositioningofthefixture,thesizeofclampingforcetocompletethefixtureassemblydiagram,andtypicalpartsdowntopainting,toachievemovementoftheclampanalysis.
Keywords：
Crankshaft,millingend,punchingcenterhole,fixturedesign
1.绪论
毕业论文（设计）是本科教学计划的最后一个重要环节，是落实本科教育培养目标的重要组成部分。
其主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。
毕业论文应反映出作者能够准确地掌握大学阶段所学的专业基础知识，基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法，对所研究的题目有一定的心得体会，论文题目的范围不宜过宽，一般选择本学科某一重要问题的一个侧面。
毕业论文的基本教学要求是：
1、培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题能力；
2、培养学生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度；
3、培养学生进行社会调查研究；文献资料收集、阅读和整理、使用；提出论点、综合论证、总结写作等基本技能。
毕业论文是高等学校应届毕业生总结性的独立作业，是学生运用在校学习的基本知识和基础理论，去分析、解决一两个实际问题的实践锻炼过程，也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结，是整个教学活动中不可缺少的重要环节。
撰写毕业论文对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。
随着我国机械工业技术的迅速发展，制造技术已成为当代科学技术发展最为重要的领域之一，它是产品更新，生产发展，市场竞争的重要的手段。
从一定意义上讲，机械制造技术的发展水平决定着其它产业的发展水平。
而夹具成为加工的重要基础。
所以夹具的发展将严重影响我国机械制造及加工水平。
1.1曲轴的结构特点
轴类零件的功用为支成承传动零件、传递扭矩和承受载荷以及保证装在轴上的工件（刀具）具有一定的回转精度。
曲轴在轴类零件分类中属于异形轴，是发动机上的一个重要零件，承受由活塞通过连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构变为旋转运动，将发动机所做的功传递出去。
曲轴在工作时所承受的是很大的扭转力矩以及大小和方向都是变化的弯曲力。
整体式曲轴具有强度高、刚性好、结构紧凑等优点，但是组合式曲轴毛坯制造和机械加工比整体式的简单。
S195-05006型曲轴有左、右二个主轴颈和一个连杆轴颈，其外形结构是曲轴类零件中比较简单的一种。
它的工作过程是：
在外力作用下使曲轴旋转，通过连杆轴颈上的连杆将运动传递到缸筒内的活塞，从而压缩缸内的高压油并将油点燃，燃烧的高压油将自身的内能转换为动能推动活塞运动，运动又传到连杆再通过连杆带动连杆轴颈，这样曲轴继续旋转。
图1-1曲轴零件简图
1.2零件的技术要求
（1）铸件应该经正火处理，硬度为240～290HB，显微组织按部标JB1802，石墨数不低于5级，球化体大于75%，允许有少于5%的碳化铁+磷共晶，但磷共晶为0%～5%。
（2）未注圆角半径为3mm。
（3）加工面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理清洁。
（4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在磨光表面上不该有深痕和黑点。
（5）锥形规涂色检查锥面密合面应不少于70%。
（6）清除油道及其他部分的金属屑、污染物，并清洗吸干。
（7）中心孔必须保持完好。
（8）精加工后，应经磁力探伤并退磁。
（9）允许在R96表面上钻孔调整不平衡力矩，孔经15mm，孔边应不小于10mm，深度不大于30mm，不平衡重心应在曲轴对称平面内允许偏差1°。
（10）
70、
65三处轴颈淬硬40～48HRC，淬深1.5～4.5mm。
轴颈圆角处允许不淬火，但在距离轴颈端面10mm内均匀过渡。
1.3设计要求
该零件加工要求高，加工面数量多，并且种类繁多，有车外圆面，车端面，钻中心孔，攻螺纹，扩孔，车倒角，钻斜油孔等，位置、形状、尺寸精度都各有要求。
出于现代化大生产的考虑，我们设计了生产流水线加工，多数采用了组合机床及专用夹具，以实现自动化生产，节约成本，提高生产率，减小工人劳动强度。
主要的设计内容如下:
（1）编制曲轴加工过程卡。
（2）编制曲轴加工工序卡。
（3）绘制加工被加工零件毛坯图。
（4）绘制被加工零件的加工工序图。
（5）绘制被加工零件的加工示意图。
（6）绘制组合机床联系尺寸图。
（7）绘制铣端面打中心孔专用夹具装配图。
（8）绘制夹具主要零件图。
（9）编写设计说明书。
2.工艺规程的制定
零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。
由于生产规模和具体情况的不同，对同一零件的加工工序可能有很多的方案。
应当根据具体条件采用其中最完善和最经济的一种方案。
工艺规程选择要考虑的基本因素如下。
（1）模是决定生产类型的主要因素，即设备、用具、机械化、自动化程度等。
（2）制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。
（3）零件材料性质。
（4）零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的要求。
（5）零件表面粗糙度。
（6）特殊限制条件，如：
工厂设备和用具条件。
（7）编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与安全的效果。
2.1曲轴材料及毛坯
S195-05006型曲轴材料为球墨铸铁（QT60-2）。
该材料强度高、耐磨，应有一定的任性，用于制作部分机床的主轴，空压机、冷冻机的曲轴、缸体，小水轮发电机主轴，中小型柴油机、汽油机曲轴，部分轻型柴油机、汽油机的凸轮轴、汽缸套，农业机械小负荷齿轮等。
毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还有毛坯车间的具体生产条件相关。
铸件：
包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。
逐渐毛坯的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能好，但铸件的力学性能差。
在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减小切屑加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。
本零件选用的造型方法为砂型机器造型。
2.2生产类型及工艺特征
零件的生产纲领见式（2-1）：
式（2-1）
式中
——零件的生产纲领，件/年；
——产品的年产量，台/年；
n——每台产品中包含该零件的数量；
a——该零件备件的百分率，%；
b——该零件废品的百分率，%。
划分生产类型时，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质量等因素。
值得一提的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产的组织形式，并在一定程度上对产品的结构设计也起着重要的作用。
由于本零件是大批两生产，零件的生产纲领N为15000件/年，它的主要工艺特征是广泛采用专用机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。
为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该曲轴在工艺设计上采用了组合机床流水线加工的方式。
2.3定位基准的选择
工件在机床上用夹具进行加紧加工时，中来决定工件相对于刀具的位置的工件上的这些表面称谓定位基准。
定位基准分为粗基准和精基准。
曲轴和一般轴类零件的主要区别：
一般周件的全部轴颈都位于同一轴线上，而是离开一定距离而彼此平衡。
为保证各轴颈的同轴度要求，在基准选择时采用基准同意的原则，即粗、精加工各主轴颈时都采用顶尖孔作为定位基准。
对于连杆轴颈的加工，为保证连杆轴颈轴线与主轴颈的轴线之间的平行，在基准选择时应采用定位基准和装备基准重合的原则，即粗、精加工连杆轴颈时都采用两个主轴颈作为定位基准。
若有两个或两个以上连杆轴颈，还要多选一个基准作为加工连杆轴颈的家度定位面。
通常是在曲柄上铣出两个小平面作为辅助基准。
根本曲轴的特点，连杆轴颈只有一个，因此不存在与主轴颈的角度问题。
在加工连杆轴颈时选择主轴颈定位，加工主轴颈时则选择顶尖孔定位。
2.4工艺路线的拟定
拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到保证。
工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：
一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，根据工序的集中和分散程度划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。
在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床、组合机床和专用夹具，并精良采用工序集中的原则，减少安装的次数来提高生产率。
除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降，根据以上原则，拟定的工艺路线如下。
10铸造
15正火
20铣端面，打中心孔
30粗车扇形面外圆及侧面
40粗车长轴端外圆及侧面
45粗车锥面1∶10
50粗车短轴端外圆及侧面
60精车长轴端外圆及侧面
70精车短轴端外圆及侧面
80铣扇形侧面
90铣连杆轴颈
100钻
19孔，扩孔
25，攻2-G1/2螺纹
110钻斜油孔
6
115钻连杆轴颈30°斜孔
120检验
125淬火
130修整中心孔
140粗磨主轴颈
150铣键槽
160磨锥面1
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