曲轴铣端面打中心孔组合机床及专用夹具设计论文.docx
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曲轴铣端面打中心孔组合机床及专用夹具设计论文
1绪论
1.1特点
1.1.1组合机床的特点
在现在高度发展的社会里企业生产效率的提高成为其生存之本，大批量的生
产需要更高级的机械化设备来做保证，组合机床就是在这样的背景下发展起来的。
组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点⑴：
a）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零部件总量的70%-80%因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。
b）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，使用和维修方便。
c）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。
d）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具来保证刀具和工件相对位置，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不是很高。
因此组合机床设备技术的提高对生产的发展社会的提高起到了举足轻重的作
用。
1.1.2组合机床专用夹具的特点
组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好像很接近，但其结构和设计要
求却有很显著的，甚至是根本的区别。
组合机床夹具的结构和性能，对组合机床
配置方案的选择有很大的影响［2］。
以下是组合机床专用夹具的主要特点。
a）—般的机床夹具是作为机床的辅助结构设计的，而组合机床夹具是机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要内容之一。
b）组合机床夹具和机床其他部件有着紧密的联系，如回转或移动工作台、回转鼓轮、主轴箱、刀具和辅具、钻模版和托架以及支撑部件等。
正确地解决它们之间的关系是保证组合机床工作可靠和使用性能良好的重要条件之一，而且夹具的结构也要按这些部件的具体要求了来确定。
c）由于组合机床常常是多刀、多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力和振动，因此组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的夹紧力，以保证在整个加工过程工件不产生任何变形⑶。
d）组合机床夹具是保证加工精度的关键部件，其设计、制造和调整都必须具有严格的要求，使其能持久地保持精度。
此外，不要把组合机床夹具和一般的夹具混淆起来。
组合夹具是在万能机床上为了完成某一道工序的加工，用一些标准的和通用的元件组装成的定位加紧装置。
用完后可用这些元件重新组装成新的夹紧装置。
而组合机床则是一部分的通用元件加上专用件组成的专用夹具，它不便于改装。
按结构特点，组合机床夹具分为单工位和多工位夹具两大类。
单工位夹具是指共件在一个工位上完成加工工序的机床夹具。
按被加工零件的结构和加工要求，单工位夹具有固定式的、带滚道或浮动滚道的、和小车等形式⑷o
1.1.3曲轴的结构特点
轴类零件的功用为支撑传动零件、传动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变化的弯曲力。
曲轴有整体式和组合式两种。
汽车、拖拉机用的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式模锻件，而重型和低速发动机的曲轴常用组合式的模锻件。
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⑸o
1.2发展趋势
1.2.1组合机床的发展趋势
随着技术的不断进步，一种新型的组合机床一一柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC、数字控制（NQ等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。
因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备⑹。
122专用夹具的发展趋势
现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面：
（1、标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。
目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：
GB/T2148~T2259-91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度
要求。
精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达土0.1";用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5卩m
（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。
常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。
例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。
目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率⑺。
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。
工艺规程选择主要考虑了以下基本因素：
a）生产规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。
由于曲轴大批量生产所以本次设计选用组合机床。
b）制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度，本次设计选用铸件。
c）零件材料性质。
d）零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所制定的要求。
e）零件表面粗糙度。
f）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⑹
2.1曲轴材料及毛坯
曲轴材料为铸铁该材料强度高、耐磨，并有一定的韧性，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、气缸套，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，另外还和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。
铸件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[10]0
在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛皮制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零的形状，因此可以减小切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械的加工成本。
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[11]:
N=Qn（1+a）（1+b）
式中N—零件的生产纲领，件/年；
Q—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。
由于本零件是大批量生产，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夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工
件上的这些表面称为定位基准。
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是：
一般轴件的全部轴颈都位于同一轴线上，而曲轴的主轴颈虽然也位于同一轴线上，但是其连杆轴颈不与主轴颈同轴，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统一的原则[12]。
在粗、
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配基准重合的原则，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角度定位面，通常是在曲柄上铣出两个小平面作为辅助基准.根据本曲轴的特点，连杆轴颈只有一个，因此不存在与主轴颈的角度问题。
在加工连杆轴颈是选择主轴颈定位，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、尺寸精度以及位置精度要求能得到保证。
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化分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准［13］。
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，并尽量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，机械加工过程卡可见附录2。
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-G丄螺纹
2
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:
10
165粗磨连杆轴颈
170精磨主轴颈
175精磨连杆轴颈
180车退刀槽
190车螺纹M42
200抛光主轴颈及连杆轴颈
210检验，探伤，退磁，清理去油孔
以下是参观的南京依维柯发动机曲轴的工艺方案：
1）关键部位加工工艺简述
主轴颈：
车—磨—抛光。
连杆轴颈：
外铣—磨—抛光。
止推面：
精车。
油孔：
枪钻—人工去毛刺—高压清洗。
前、后端：
车—磨。
清洗：
清洗2次，钻油孔后清洗1次，最终清洗1次。
最后对曲轴进行综合检测。
借鉴以上方案对本次设计工艺流程做如下方案设计：
铣两端面、钻中心孔—车后端、2号〜5号主轴颈—车前端、1号主轴颈及1号〜5号主轴颈沉割槽—外铣1号〜4号连杆轴颈及沉割槽—钻油孔—清洗—主轴颈、连杆轴颈外圆淬火—磁粉探伤—滚压主轴颈、连杆轴颈圆角—前后端孔系加工—精车止推面—磨主轴颈、连杆轴颈—磨法兰外圆及端面—磨前端外圆及端面—动平衡去重—抛光主轴颈、连杆轴颈及油封外圆—磁粉探伤—清洗—曲轴综合检测［9］。
2.5毛坯机械加工余量及工序尺寸确定
2.5.1毛坯机械加工余量确定
因曲轴形状较为复杂且生产量较大，故毛坯选用铸件，造型方法为沙型机器造型。
查《机械加工工艺手册》，综合得出铸件机械加工余量见表2.1、表2.2，
曲轴毛坯图见图2.1
图2.1曲轴毛坯图
表2.1零件圆柱面加工余量
基本尺寸
/mm
加工余量
基本尺寸
/mm
加工余量
/mm
附注
/mm
附注
*30
3.0
双侧
*50
3.0
双侧
帖0
3.0
双侧
*30
3.0
双侧
R96
3
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