机械工艺夹具毕业设计168曲轴工艺毕业设计.docx
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机械工艺夹具毕业设计168曲轴工艺毕业设计
摘 要
本文主要介绍了R180柴油机曲轴工艺设计及其中两道工序的夹具设计。
本文作者是在保证产品质量、提高生产率、降低成本、充分利用现有生产条件、保证工人具有良好而安全劳动条件的前提下进行设计的。
在工艺设计中，作者结合实际进行理论设计，对曲轴传统生产工艺进行了改进，优化了工艺过程和工艺装备，使曲轴的生产加工更经济、合理。
在加工设计部分，作者在收集加工所用机床、刀具及辅助工具等有关资料后，对工件材料、结构特点、技术要求及工艺分析的基础上，设计出了符合曲轴生产工艺的加工方案。
关键词：
柴油机，曲轴，工艺
目录
摘要.........................................................1
1R108柴油机曲轴工艺设计................................................1
1.1分析零件图...............................................1
1.2确定生产类型.......................................................1
1.3确定毛坯......................................................1
2机械加工工艺过程设计.............................................3
2.1机械加工工艺过程设计..........................................3
2.2选择加工设备与工艺装备........................................5
2.3选择加工设备与工备.............................................6
2.4确定切时间定额...............................................8
2.5填写工艺规程卡................................................15
结论.......................................................18
致谢..................................................................19
参考文献...................................................20
附录1机床.................................................21
附录2刀具.................................................22
附录3量具.................................................23
附件清单...................................................23
第1章曲轴工艺设计
1.1分析零件图
1.1.1零件的作用
曲轴是柴油机的一个主要零件。
曲轴主要用于作往复运动的机械中。
1.1.2零件的工艺分析
曲轴图样的视图、尺寸、公差和技术要求齐全、正确；零件选用材料为QT800-2，该材料具有较高的强度、韧性和塑性，切削性能良好；结构工艺性比较好。
根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。
1.2确定生产类型
已知零件的年生产纲领为120000件，零件质量3.76kg，由《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—2可确定其生产类型为大量生产。
故初步确定工艺安排的基本倾向为：
加工设备以自动化和专用设备为主，通用设备为辅；机床按流水线或自动线排列；广泛采用专用量具、量仪和自动检验装置。
这样生产效率高。
1.3确定毛坯
1.3.1确定毛坯种类
根据零件材料确定毛坯为铸件。
并依其结构形状、尺寸大小和生产类型，毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造。
根据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—5铸件尺寸公差等级采用CT9级。
1.3.2确定铸件余量及形状
根据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—7，取加工余量为MA-G级。
查《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—8确定各表面的铸件机械加工余量。
对于金属模机械砂型铸造，根据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—9铸件最小孔的直径，故本零件上的孔不铸出。
1.3.3画铸件—零件综合图（见曲轴零件毛坯图）
第2章机械加工工艺过程设计
2.1机械加工工艺过程设计
2.1.1选择表面加工方法
根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，查《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—32～表15—34选择零件主要表面（依次为从长头到短头）的加工方法与方案如下：
M36X2螺纹：
粗车（IT12）—精车（IT6）—割槽Ф33X4.8（IT11）—车螺纹M36X2。
1：
8圆锥面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）—铣键槽12N9（IT8）—磨削（IT6）。
Ф45圆柱面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）—磨削（IT6）—抛光（IT5）。
Ф50圆柱面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）—割槽Ф47X2.2—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。
Ф60圆柱面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）。
K面：
铣（IT9）—钻孔4—Ф8（IT12）—铰孔4—Ф8（IT9）—钻孔2—M10（IT12）—攻丝2-M10。
Ф45连杆颈圆柱面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）—抛光（IT5）。
Ф14.2斜孔：
钻（IT12）。
Ф5斜油孔：
钻（IT12）—抛光（IT8）。
Ф60圆柱面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）。
Ф50圆柱面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。
Ф40圆柱面：
粗车（IT12）—半精车（IT10）—割槽Ф38.5X3（IT10）—铣键槽5N9（IT8）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。
Ф19孔：
钻孔Ф18.5（IT12）—铰孔Ф19（IT8）。
M6螺纹：
钻孔2—Ф5（IT12）—攻丝2-M6。
2.1.2确定工艺过程方案
（1）拟定方案
由于各表面加工方法已基本确定，现按照“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”、“基准先行”的原则，初步拟定两种工艺过程方案，见表1—1。
表1—1工艺过程方案
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序号
工序内容
工序号
工序内容
毛坯
毛坯
010
按铸件要求检验
010
批量毛坯抽检
020
热处理
020
铣两端面
030
批量毛坯抽检
030
钻中心孔B5
040
铣两端面
040
检测曲轴硬度
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序号
工序内容
工序号
工序内容
050
钻中心孔B5
050
粗车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60
060
检测曲轴硬度
060
粗车长头，依次为M36X2，1：
8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60
070
粗车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60
070
精车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60
080
粗车长头，依次为M36X2，1：
8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60
080
精车长头，依次为M36X2，1：
8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60
090
车开档，粗车连杆颈Ф45
090
割槽Ф38.5X3,割槽Ф33X4.8,割槽Ф47X2.2
100
精车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60,割槽Ф38.5X3
100
车开档
110
精车长头，依次为M36X2，1：
8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60,割槽Ф33X4.8,割槽Ф47X2.2
110
粗、精车连杆颈Ф45
120
精车连杆颈Ф45
120
钻孔Ф14.2
130
钻孔Ф14.2
130
钻斜油孔Ф5
140
钻斜油孔Ф5
140
钻孔Ф18.5，铰孔Ф19
150
钻孔Ф18.5，铰孔Ф19
150
修正中心孔
160
修正中心孔
160
粗磨两端主轴颈Ф50
170
按工艺要求进行中间检验
170
粗磨连杆颈Ф45
180
粗磨两端主轴颈Ф50
180
铣键槽5N9
190
粗磨连杆颈Ф45
190
铣键槽12N9
200
铣键槽5N9
200
铣K面
210
铣键槽12N9
210
钻铰4—Ф8
220
铣K面
220
钻攻2—M10
230
钻铰4—Ф8
230
钻攻2—M6
240
钻攻2—M10
240
精磨主轴颈Ф50k6，Ф50m6，磨Ф45h9
250
钻攻2—M6
250
精磨连杆颈Ф45
260
精磨主轴颈Ф50k6，Ф50m6，磨Ф45h9
260
磨1：
8圆锥面
270
精磨连杆颈Ф45
270
车螺纹M36X2
280
磨Ф40h6
280
油孔Ф5抛光
290
磨1：
8圆锥面
290
在N处打厂标及检验标记
300
车螺纹M36X2
300
探伤
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序号
工序内容
工序号
工序内容
310
油孔Ф5抛光
310
清洗
320
探伤
320
氮化
330
检验各相关尺寸
330
抛光连杆颈、油封档
340
在N处打厂标及检验标记
340
清洗、检验、包装
350
清洗
360
氮化
370
按氮化工艺要求检验
380
抛光连杆颈、油封档
390
清洗、检验、包装
（2）方案论证
方案Ⅰ的优点在于基本遵循粗精加工划分阶段的原则。
方案Ⅱ的不足之处是加工过程中的检验太少，不利于控制曲轴的加工质量。
根据以上分析，确定方案Ⅰ为曲轴零件加工的工艺路线。
2.2选择加工设备与工艺装备
2.2.1选择机床
考虑到大量生产，尽量选用高效机床。
①工序070、080、090、100均为圆柱面的车削加工，用GSK6136-2广州数控车床加工方便且效率高。
②工序180、190、260、270、280、290均为圆柱面的磨削加工，用J4MM1420A×500万能外圆磨床加工方便且效率高。
③其余表面加工均采用通用机床。
如：
C6140卧式车床、X5330B数显万能钻铣床等。
2.2.2选择夹具
考虑到大量生产，均采用专用夹具。
2.2.3选择刀具
①在车床上加工的工序，均采用YG6硬质合金外圆车刀，并尽量采用成形车刀。
②在铣床上加工的工序，铣平面选用YG6A硬质合金圆盘铣刀，铣键槽选用键槽铣刀。
③在磨床上加工的工序，磨主轴颈选用砂轮P600X63X305，C46K2B35，其外径为600mm，厚度为63mm，内径为305mm；磨连杆颈选用砂轮P600X25X305，C46K2B35，其外径为600mm，厚度为25mm，内径为305mm。
④在万能钻铣床上加工的工序，均选用麻花钻和机用丝锥。
2.2.4选择量具
工序070粗加工可选通用量具。
现按计量器具的不确定度选择量具。
粗车Ф40h6mm至Φ
mm。
查《互换性技术测量应用手册》表5.1-1知计量器具不确定度允许值
=0.029mm。
查《互换性技术测量应用手册》表5.1-2，选择分度值0.02mm的游标卡尺，其不确定度U=0.02mm，U<
，可以选用。
其他工序所用量具详见工序卡片。
2.3确定工序尺寸
径向各圆柱表面加工时的工艺基准与设计基准重合。
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现依据《机械制造工艺及设备设计指导手册》第十五章有关资料确定各表面精加工、半精加工余量，由后向前推算工序尺寸，并确定其公差，见表1-2。
表1-2各表面工序尺寸及公差
加工内容
加工余量
精度等级
表面粗糙度
Ra（µｍ）
M36X2螺纹
铸件
车螺纹
精车
半精车
粗车
5
0.4
1.0
3.6
IT9
IT6
IT10
IT12
0.8
6.3
12.5
1：
8圆锥面
铸件
磨削
半精车
粗车
5
0.4
1.0
3.6
CT9
IT6
IT10
IT12
0.8
6.3
12.5
Ф45油封档
铸件
研磨
磨削半精车
5
0.4
1.0
CT9
IT6
IT10
0.8
0.8
6.3
加工表面
加工内容
加工余量
精等级
表面粗糙度
Ra（µｍ）
Ф45油封档
粗车
3.6
IT12
12.5
Ф50主轴颈
（长头）
铸件
精磨
粗磨
半精车
粗车
5
0.2
0.6
1.1
3.1
CT9
IT6
IT7
IT10
IT12
0.8
0.8
6.3
12.5
Ф60（长头）
铸件
半精车
粗车
5
1.1
3.9
CT9
IT10
IT12
6.3
12.5
Ф60（短头）
铸件
半精车
粗车
5
1.1
3.9
IT9
IT10
IT12
6.3
2.5
Ф50主轴颈
（短头）
铸件
精磨
粗磨
半精车
粗车
5
0.2
0.6
1.1
3.1
CT9
IT6
IT7
IT10
IT12
0.8
0.8
6.3
12.5
6.3
Ф40圆柱面
铸件
精磨
粗磨
半精车
粗车
5
0.2
0.6
1.0
3.2
CT9
IT6
IT7
IT10
IT12
0.8
0.8
6.3
12.5
加工表面
加工内容
加工余量
精度等级
表面粗糙度Ra（µｍ）ｍ）
Ф45连杆颈
铸件
研磨
精磨
粗磨
半精车
粗车
5
0.2
0.6
1.0
3.2
CT9
IT5
IT6
IT7
IT10
IT12
0.4
0.8
0.8
6.3
12.5
4—Ф8孔
铰孔
钻孔
0.2
7.8
IT8
IT12
1.6
12.5
2—M10X1.25
攻丝
钻孔
8.8
IT12
12.5
Ф19孔
铰孔
钻孔
0.5
18.5
IT8
IT12
1.6
12.5
2—M6
攻丝
钻孔
5
IT12
12.5
Ф14.2斜孔
钻孔
14.2
IT12
12.5
Ф5斜油孔
抛光
钻孔
5
IT8
IT12
0.8
12.5
2.4确定切削用量及时间定额
2.4.1工序070（粗车短头）切削用量及时间定额
本工序选用C6140卧式车床，拨盘、顶尖装夹，分三个工步：
工步1为车Ф40h6，工步2为车Ф50k6主轴颈，工步3为车Ф60。
加工后表面粗糙度为Ra≤12.5µｍ。
（1）工步1粗车Ф40h6
1）选择刀具
①选择外圆车刀。
②根据《切削用量简明手册》表1.1，由于车床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BXH=16mmX25mm，刀片厚度为4.5mm。
③根据《切削用量简明手册》表1.2，可选择YG6牌号硬质合金。
④车刀几何形状（见表1.3），选择平面带倒棱前刀面，κr=60°，κr′=10°，α。
=6°，γ。
=12°，λs=—10°，γε=0.8mm，
=—10°，
=0.4mm。
2）选择切削用量
①确定切削深度αp由于粗加工余量仅为1.6mm，可在一次走刀内切完，故
αp=（45—41.8）/2mm=1.6mm
②确定进给量f根据《切削用量简明手册》表1.6，在粗车铸铁、表面粗糙度Ra=12.5μm时
f=0.25～0.40mm/r
按C6140卧式车床说明书选择
f=0.36mm/r
③选择车刀磨钝标准及寿命根据《切削用量简明手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命T=60min。
④确定切削速度Vc切削速度Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。
根据《切削用量简明手册》表1.27
（1—1）
式中
=
故Vc=69.6m/minn=492r/min
按C6140卧式车床说明书，选择n=500r/min，这时Vc=110m/min。
最后决定的车削用量为
αp=1.6mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，Vc=110m/min。
3）计算基本工时
（1—2）
式中L=l+y+△，l=12mm，根据《切削用量简明手册》表1.26，车削时的入切量及超切量y+△=2.1mm，则L=12+2.1mm=14.1mm，故tm=0.08min
（2）工步2粗车Ф50k6主轴颈
1）选择刀具
①选择外圆车刀。
②根据《切削用量简明手册》表1.1，由于车床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BXH=16mmX25mm，刀片厚度为4.5mm。
③根据《切削用量简明手册》表1.2，可选择YG6牌号硬质合金。
④车刀几何形状（见表1.3），选择平面带倒棱前刀面，κr=60°，κr′=10°，α。
=6°，γ。
=12°，λs=—10°，rε=0.8mm，
=—10°，
=0.4mm。
2）选择切削用量
①确定切削深度αp由于粗加工余量仅为1.55mm，可在一次走刀内切完，故
αp=（55—51.9）/2mm=1.55mm
②确定进给量f根据《切削用量简明手册》表1.6，在粗车铸铁、表面粗糙度Ra=12.5μm时
f=0.25～0.40mm/r
③选择车刀磨钝标准及寿命根据《切削用量简明手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命T=60min。
④确定切削速度Vc切削速度Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。
根据《切削用量简明手册》表1.27
（1—1）
式中
=
故Vc=69.9m/minn=405r/min
按C6140卧式车床说明书，选择n=500r/min，这时Vc=86m/min。
最后决定的车削用量为
αp=1.55mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，Vc=86m/min。
3）计算基本工时
（1—2）
式中L=l+y+△，l=21mm，根据《切削用量简明手册》表1.26，车削时的入切量及超切量y+△=2.1mm，则L=21+2.1mm=23.1mm，故tm=0.13min
（3）工步3粗车Ф60
1）选择刀具
选择R3成形车刀。
2）选择切削用量
①确定切削深度αp由于粗加工余量仅为1.95mm，可在一次走刀内切完，故
αp=（65—61.1）/2mm=1.95mm
②确定进给量f根据《切削用量简明手册》表1.6，在粗车铸铁、表面粗糙度Ra=12.5μm时
f=0.25～0.40mm/r
③选择车刀磨钝标准及寿命根据《切削用量简明手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命T=60min。
④确定切削速度Vc切削速度Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。
根据《切削用量简明手册》表1.27
（1—1）
式中
=
故Vc=59.7m/minn=271r/min
按C6140卧式车床说明书，选择n=500r/min，这时Vc=110m/min。
最后决定的车削用量为
αp=1.95mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，Vc=110m/min。
3）计算基本工时
（1—2）
式中L=l+y+△，l=6mm，根据《切削用量简明手册》表1.26，车削时的入切量及超切量y+△=3.6mm，则L=6+3.6mm=9.6mm，故
tm=0.05min
2.4.2工序130（钻孔Ф14.2）切削用量及时间定额
本工序选用万能数显钻铣床，专用夹具装夹。
（1）选择刀具
选择高速钢麻花钻头，其直径d。
=14.2mm。
钻头几何形状为：
双锥修磨横刃，β=30°，2φ=118°，2φ1=70°，bε=3.5mm，α。
=12°，ψ=55°，b=2mm，l=4mm。
（2）选择切削用量
1）决定进给量f
①按加工要求决定进给量：
根据《切削用量简明手册》表2.7，当加工要求为H12～H13精度，铸铁的硬度大于200HBS，d。
=14.2mm时，f=0.37～0.45mm/r。
由于l/d=47/14.2=3.3>3，故应乘孔深修正系数k1f=0.915，则
f=（0.37～0.45）X0.915mm/r=0.34～0.41mm/r
②按钻头强度决定进给量：
根据《切削用量简明手册》表2.8，当灰铸铁硬度大于213HBS，d。
=14.2mm，钻头强度允许的进给量f=1.0mm/r。
③按机床进给机构强度决定进给量：
根据《切削用量简明手册》表2.9，当灰铸铁硬度大于210HBS，d。
≤14.5mm，机床进给机构允许的轴向力为8830N时，进给量为0.81mm/r。
从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.34～0.41mm/r。
根据Z5125钻床说明书，选择f=0.36mm/r。
2）决定钻头磨钝标准及寿命由《切削用量简明手册》表2.12，当d。
=14.2mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，寿命T=60min。
3）决定切削速度
由《切削用量简明手册》表2.15，当f=0.36mm/r时，Vt=13m/min。
切削速度的修正系数为：
kTv=1.0，kcv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，故
v=vt·kv=13X1.0X1.0X0.85X1.0m/min=11.1m/minп
n=1000v/（пd。
）=248.8r/min
根据万能数显钻铣床说明书，可考虑选择n=272r/min,但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.28mm/r；也可选择较低一级转数n=195r/min,仍用f=0.36mm/r，比较这两种方案：
第Ⅰ方案f=0.28mm/r,n=272r/min
nf=272×0.28mm/min=76.16mm/min
第Ⅱ方案f=0.36mm/r,n=195r/min
nf=195×0.28mm/min=70.2mm/min
因为第一方案nf的乘积较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=12m/min;f=0.28mm/r。
（3）计算基本工时
（1—2）
式中L=l+y+△，l=47mm，根据《切削用量简明手册》表2.29，入切量及超切量y+△=6mm，则L=47+6mm=53mm，故tm=0.70min
2.4.3工序220（铣K面）切削用量及时间定额
（1）选择刀具
1）根据《切削用量简明手册》表1.2，选择YG6A硬质合金刀片。
根据《切削用量简明手册》表3.1，铣削深度αp≤4mm时，圆盘铣刀直径d。
为80mm，a为60mm。
但已
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