空气压缩机曲轴的加工工艺及夹具设计

XXX 大学本科毕业设计曲轴加工工艺及夹具设计学生姓名： 谭剑军 学生学号： 20104010131001 院 院 系： 继续教育学院 年级专业： 机械制造及自动化 指导教师： 孙付春 二一二年五月成都大学本科毕业设计 目 录目 录摘 要 1一、绪 论 1二、零件分析 2零件的作用 2零件的工艺分析 2三、工艺规程设计 4确定毛坯的制造形式 4基面的选择 41.粗基准选择 42.精基准的选择 43.制定工艺路线 44.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 65.确定切削用量及基本工时 96.时间定额计算及生产安排 29四、专用夹具设计 38加工曲拐上端面油孔夹具设计 381.定位基准的选择 382.切削力的计算与夹紧力分析 383.夹紧元件及动力装置确定 384.钻套、衬套及夹具体设计 395.夹具精度分析 41加工曲拐上侧面油孔夹具设计 411.定位基准的选择 422.切削力的计算与夹紧力分析 423.夹紧元件及动力装置确定 424.钻套、衬套及夹具体设计 435.夹具精度分析 44铣曲拐端面夹具设计 451.定位基准的选择 452.定位元件的设计 453.铣削力与夹紧力计算 464.对刀块和塞尺设计 46五、结 论 48参考文献 49成都大学本科毕业设计 摘要【摘 要】毕业设计是对空气压缩机曲轴零件的机械加工工艺、夹具的设计, 在曲轴零件的加工工艺过程中轴与轴中心线之间要有位置要求, 以毛坯轴两端定位先加工两中心孔,以两端中心孔定位再粗、精加工各轴的表面，然后以粗、精后的两轴径定位钻螺纹、铣键槽和铣曲拐端面，采用专用夹具加工两斜油孔，最后粗、精磨各轴。在夹具的设计过程中，主要以 V 形块和支承板来定位，靠直压板和弹簧来夹紧，钻拐径两孔采用长型快换钻套，在钻拐径倾斜 的孔30时采用平面倾斜的夹具体，在钻拐径倾斜 的孔时使用的是卧式钻床，铣面04时 2 个 V 形块与铣刀不能干涉，因此 V 形块高度要降低，夹具设计要方便、简单。【关键词】曲轴，加工工艺，夹具设计。成都大学本科毕业设计 绪 论第 0 页 共 49 页一、绪 论夹具结构设计在加深对课程基本理论的理解和解决工程实际问题能力的培养发挥着极其重要的作用。选择曲轴的夹具设计能很好的综合考查所学知识。设计内容主要包括：工艺路线的确定，夹具方案的优选，各种图纸的绘制，设计说明书的编写等。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程编制的好坏是生产该产品质量的重要保证重要依据。利用好的夹具可以保证加工质量，机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度。提高生产率，降低成本，使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工。扩大机床工艺范围，在机床上使用夹具可使加工变得方便，扩大机床工艺范围。减轻工人劳动强度，保证生产安全。 成都大学本科毕业设计 零件分析第 1 页 共 49 页二、零件分析零件的作用空气压缩机上的曲轴，它位于空气压缩机连杆处，曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，并将旋转转为直线运动，它在工作过程中将承受周期性的复杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，是连杆获得所需的动力。零件的工艺分析空气压缩机的曲轴零件，它的外表面上有多个平面需要进行加工，此外各表面上还需加工一系列螺纹孔和键槽。因此可将其分为两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求它们之间有一定的位置要求.现分析如下:1.以拐径为 95mm 为中心的加工表面: 拐径 95 mm 加工及其倒圆角,两0.3671个 8 的斜油孔,两个油孔孔口倒角，它的加工表面的位置要求是 95 mm 圆跳0.3671动公差为 0.01 mm。2.以轴心线两端轴为中心的加工表面：1：10 锥度面的键槽 24 mm 并左0.52端倒角，端面 15 mm 深 16.8 mm 的中心孔,2 个 M12 深 24 mm 的螺纹孔，各轴的外圆表面, 右端面 95 mm 的孔 30 mm。0.2530.84主要的位置要求：(1)键槽 24 mm110mm 与 1：10 锥度轴心线的对称度公差为 0.10mm。0.52(2)1：10 锥度轴心线对 A-B 轴心线的的圆跳动公差 0.025mm；(3)90 mm 轴表面的圆柱度公差为 0.01 mm0.257两组加工表面之间主要的位置要求：曲轴拐径 95 mm 轴心线与 A-B 轴心线的平行度公差 0.03mm0.3671又以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证他们的位置精度要求。3.零件加工工艺过程设计分析和主要问题：(1)曲轴在铸造时，右端 95 mm 要在直径方向上留出工艺尺寸量，铸造0.253尺寸为 105mm，这样为开拐前加工出工艺键槽准备。该工艺键槽与开拐工装配合传递扭转。(2)为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、精加工分开的原则。(3)曲轴加工应充分考虑在切削时平衡装置。车削拐径用专用工装及配重装置。 0.图 2-1 车削拐径成都大学本科毕业设计 零件分析第 2 页 共 49 页粗、精车轴径及粗、精磨轴径都应在曲轴拐径的对面加装配重。图 2-2 车、磨轴径（4）1：10 锥度环规与塞规要求配套使用，环规检测曲轴锥度，塞规检测与之配套的电机转子锥孔或联轴器锥孔，以保证配合精度。（5）曲轴偏心距 110 0.1mm 的检验方法如图 2-3。将等高 V 形块放在工作平台上，以曲轴两轴径 95 mm 作为测量基准。将曲轴放在 V 形块上。首先用百0.253分表将两轴径的最高点调整到等高（可用纸垫 V 形块的方法） ，并同时用高度尺测出轴径的最高点实际尺寸 H2、H3(如两轴径均在公差范围内，这是 H2 和 H3 应等高)。用百分表将曲轴拐径调整到最高点位置上，同时用高度尺测出拐径最高点实际尺寸 H 。在用外径千分尺测出拐径 1 和轴径 2，3 的实际尺寸。这样经1过计算可得出偏心距的实际尺寸。 图 2-3 曲轴偏心距检测示意图偏心距=（H - /2）-（H - /2）12式中 H 曲轴拐径最高点 式(1)H （ H ） 曲轴轴径最高点 式(2)23 曲轴拐径实际尺寸式(3)1 （ 3）曲轴轴径实际尺寸 式(4)2（6）曲轴拐径轴线与轴径轴线平行度的检查，可参照图 1-3 进行。当用百分表将两轴径的最高点，调整到等高后，可用百分表再测出拐径 最高点两处之1差（距离尽可能远些） ，然后通过计算可得出平行度值。（7）曲轴拐径、轴径圆度测量，可在机床上用百分表测出。圆柱度的检测，可以在每个轴上选取 23 个截面测量，通过计算可得出圆柱度值。成都大学本科毕业设计 工艺规程设计第 3 页 共 49 页三、工艺规程设计确定毛坯的制造形式零件材料为球球墨铸铁，型号为 QT600-3。考虑到空气压缩机曲轴的零件较大，零件比较复杂，应采用铸件。而且投资较少，成本较低，生产周期短。基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，不盲目的选择基面。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。1.粗基准选择。在小批生产的条件下，通常都是采取划线找正。所以曲轴加工的第一道工序是钳工划线，划出主轴颈端面的十字中心线以及待加工表面的轮廓线，然后按划线找正将曲轴安装在机床上进行加工。这样兼顾了各部分的加工余量，以减少毛坯的废品率。2.精基准的选择。加工曲轴的主轴颈止以及与主轴颈同旋转轴心线的其它配合部分和曲柄外圆弧面、外端面时，同轴类零件外圆表面加工一样，采用辅助精基准顶针孔。用顶针孔作为精基准，符合基面同一的原则，从而可以保证一次安装中加工的各表面的同轴度或垂直度。对于主轴颈较大而偏心距又较小的曲轴，可以在曲轴两端面上分别各打出两个顶针孔 A 及 B，使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。3.制定工艺路线。制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。除外，还应当考虑经济效果，以生产成本下降。工艺路线方案一：画线，以毛坯外形找正，划主要加工线，偏心距 100 mm 及外形加工。0.1划轴两端中心孔线，顾各部加工余量。 工件平放在镗床工作台上，压轴 95 mm 两处，钻右端中心孔。0.253夹右端（1：10 锥度一边）顶右端中心孔，粗车左端外圆 95 mm，粗车0.253左端轴径，粗车拐径外侧左、右端面，保证拐径外侧的对称性及尺寸，粗铣凸台25。夹右端，左端上中心架车端面，去长短保证总长尺寸 610mm，钻左端中心孔，钻左端 6 的孔，深 16.8mm，锪 60角，深 7.8mm，再锪 120角，深 1.8mm。粗车拐径 95 mm 尺寸。0.3671精车拐径 95 mm 尺寸。.夹左端，顶右端中心孔，精车右端轴径 95 mm，长度尺寸至 87mm，保证0.253曲拐端面 60mm 尺寸，精车右端轴径 93 至图示长度 12mm。夹右端，顶左端中心孔，精车左端轴径 95 mm，长度尺寸至 85mm，保曲0.253拐端面 60mm 尺寸。以两中心孔定位，磨左端轴径 95 mm，磨左端轴径 90 mm。0.253 0.257成都大学本科毕业设计 工艺规程设计第 4 页 共 49 页以两中心孔定位，倒头装夹，磨左端轴径 95 mm。0.253底面 60mm115mm，以两侧面定位并压紧，保证距中心高 70mm，总高236mm。以两轴径定位压紧钻、攻 4M20 螺纹。以两端中心孔定位，精磨拐径 95 mm 至图样尺寸，磨圆角 R6。0.3671以两端中心孔定位，精磨两轴径 95 mm 至图样尺寸，磨圆角 R6，精磨.2590 mm 至图样尺寸，倒角 2.545。0.257夹右端，顶右端中心孔车 1：10 圆锥，留余量 1.5mm 。以两端中心孔定位，磨 1：10 圆锥 86 长 124mm，磨圆角 R6。粉探伤各轴径，拐径。划键槽线 24mm110mm，铣键槽，以两轴径 95 mm 定位，采用专用工装0.253装夹铣键槽 24mm110mm 至图样尺寸。铣右端轴径 93mm 的槽 44 mm 至图样尺寸。0.52（ 21） 粗镗、精镗右端 30 mm 孔至图样尺寸，深 75mm。锪 60角，深.845.5mm，再锪 120角，深 2mm。 。（ 22） 重新装夹工件，采用专用工装装夹，钻拐径 95 mm 两斜油孔 8mm。0.3671（ 23） 钳工，修油孔，倒角，清污垢。（ 24） 检查。工艺路线方案二：画线，以毛坯外形找正，划主要加工线，偏心距 100 mm 及外形加工。0.1划轴两端中心孔线，顾各部加工余量。 工件平放在镗床工作台上，压轴 95 mm 两处，钻右端中心孔。0.253夹右端（1：10 锥度一边）顶右端中心孔，粗车左端外圆 95 mm，粗车0.253左端所有轴径，粗车拐径外侧左、右端面，拐径外侧的对称性及尺寸，粗铣凸台25。夹右端，左端上中心架车端面，去长短保证总长尺寸 610mm，钻左端中心孔，钻左端 6 的孔，深 16.8mm，锪 60角，深 7.8mm，再锪 120角，深 1.8mm。粗车拐径 95 mm 尺寸。0.3671精车拐径 95 mm 尺寸。.夹左端，顶右端中心孔，精车右端轴径 95 mm，长度尺寸至 87mm，保证0.253曲拐端面 60mm 尺寸，精车右端轴径 93 至图示长度 12mm。夹右端，顶左端中心孔，精车左端轴径 95 mm，长度尺寸至 85mm，保曲0.253拐端面 60mm 尺寸。以两轴径定位压紧钻、攻 4M20 螺纹。成都大学本科毕业设计 工艺规程设计第 5 页 共 49 页粉探伤各轴径，拐径。划键槽线 24mm110mm，铣键槽，以两轴径 95 mm 定位，采用专用工装0.253装夹铣键槽 24mm110mm 至图样尺寸。铣右端轴径 93mm 的槽 44 mm 至图样尺寸。0.52粗镗、精镗右端 30 mm 孔至图样尺寸，深 75mm。锪 60角，深 5.5mm，.84再锪 120角，深 2mm。 。重新装夹工件，采用专用工装装夹，钻拐径 95 mm 两斜油孔 8mm。0.3671以两中心孔定位，磨左端轴径 95 mm，磨左端轴径 90 mm。0.253 0.257以两中心孔定位，倒头装夹，磨左端轴径 95 mm。0.253底面 60mm115mm，以两侧面定位并压紧，保证距中心高 70mm，总高236mm。以两端中心孔定位，精磨拐径 95 mm 至图样尺寸，磨圆角 R6。0.3671以两端中心孔定位，精磨两轴径 95 mm 至图样尺寸，磨圆角 R6，精磨.2590 mm 至图样尺寸，倒角 2.545。0.257（ 21） 夹右端，顶右端中心孔车 1：10 圆锥，留余量 1.5mm 。(22） 以两端中心孔定位，磨 1：10 圆锥 86 长 124mm，磨圆角 R6。(23） 钳工，修油孔，倒角，清污垢。(24） 检查。通过两种工艺方案的比较可得出第一种方案中在精磨以后再铣键槽、钻油孔，这样会影响精磨后各轴的加工精度。而第二种方案则比较好些，它在铣键槽、钻油孔后粗、精磨各轴保证了各轴的精度要求。4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定。曲轴零件材料为球墨铸铁，硬度 190270HBS，毛坯重量约为 40.3kg，生产类型为大批生产，采用毛坯铸件。加工两端中心线上的外圆表面。由于这些表面的粗糙度要求较高，它们的表面粗糙度都是 Ra1.6 ，根据工m序要求，轴径 90 mm， 95 mm 加工分粗、精车，还有粗、精磨。0.2570.253粗车：参照机械加工工艺手册表 2.3-5，其余量规定为 3.55mm，现取4.5mm。精车：参照机械加工工艺手册表 2.3-39，其余量规定为 1.1mm粗磨：参照机械加工工艺手册表 2.3-42，其余量为 0.40.5mm，现取0.45mm。精磨：参照机械加工工艺手册表 2.3-44，其余量为 0.0080.012mm。轴径 90 mm，95 mm 铸造毛坯的基本尺寸分别为：0.2570.253成都大学本科毕业设计 工艺规程设计第 6 页 共 49 页90+4.5+1.1+0.45+0.01=96.15mm，95+4.5+1.1+0.45+0.01=101.15mm。根据机械加工工艺手册表 2.3-11,铸件尺寸公差等级选用 CT1113，再查表 2.3-9 可得铸件尺寸公差为 4.49mm，现取 7mm。对轴径 90 mm 有：0.257毛坯的名义尺寸为：90+4.5+1.1+0.45+0.01=96.15mm毛坯最小尺寸为：96.15-3.5=92.65 mm毛坯最大尺寸为：95.05+3.5=99.65mm精车后尺寸为：90+1.1+45+0.01=91.56精磨后尺寸与零件图尺寸相同，即 90 mm0.257对轴径 95 mm 有：0.253毛坯的名义尺寸为：95+4.5+1.1+0.45+