大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计【含5张CAD图】
大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计【含5张CAD图】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下:
充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸I大型汽车柴油机曲轴工艺规程设计摘要曲轴作为发动机中的关键组成部件,在发动机运转过程中承受冲击载荷,并且起到传递动力的作用,由于曲轴的工作环境恶劣,承受复杂多变的扭矩和弯曲载荷,并且还要抵抗在高速旋转的磨损,柴油机曲轴特殊的结构使得它成为柴油机中的重要部件,曲轴的加工质量将直接影响柴油机的整体工作状况。工艺路线的设计不仅影响曲轴的加工质量,而且对加工效率和机械设备的合理应用也有重要的影响。经过一段时间的学习后,在已有的基础知识上,通过对各种因素考虑后,结合中国现有的机械设备编织出合理的曲轴加工工序。本次设计对重点工序进行说明,查阅加工手册进行加工计算,完成工序卡的填写,对粗车夹具进行设计。对加工工艺路线进行拟订,对重点加工工序方法步骤进行说明包括粗加工,半精加工,精加工以及热处理。还对重点工艺进行了说明,包括表面强化工艺,曲轴的平衡工艺,曲轴的磨削工艺。完成零件图和装夹图的绘制与整理,寻找课题相关外文文献并进行翻译,最后整理论文并总结成果。关键词:曲轴;工艺分析;工序安排;加工质量充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸IIABSTRACTAs the engine crankshaft key components to withstand shock loads and passing the role of power in the engine . Due to the harsh working environment crankshaft withstand complex torque and bending loads , and also the wear resistance in high-speed rotation , diesel engine crankshaft is an important part , crankshaft machining performance will directly affect the quality of the diesel engine . The proposed process route is very important to the crankshaft machining , it not only affects the processing quality of the crankshaft, but also have an important impact on process efficiency and the rational use of machinery and equipment .After a period of study , on the basis of existing knowledge , through the consideration of various factors , combined with Chinas existing machinery to weave a reasonable crankshaft machining processes. The design of key processes are described , inspection and processing manual processing calculations, complete the process of card for roughing fixture design. Route carried on the elaboration process , focusing on manufacturing processes will be described , including roughing, semi-finishing , finishing, heat treatment. Also focus on the process described, including surface hardening process , crankshaft balancing process , crankshaft grinding process .Complete parts drawing and assembly drawing,find relevant foreign languagedocuments and translate them。Finally,the thesis is sorted out and the result are summarized.Keywords : crankshaft, process analysis , process arrangements , processing quality充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸1目录摘要.IABSTRACT.II1 .绪论 .11.1 柴油机的工作原理 .11.2 柴油机曲轴发展概况 .21.3 工作的意义及研究的主要内容 .22曲轴分析及参数说明 .32.1 柴油机曲轴结构特征 .32.2 曲轴的作用及工作状况 .42.3 曲轴的结构特点及技术要求 .52.4 柴油机曲轴参数说明 .63 毛坯的选择 .73.1 毛坯的材料 .73.2 毛坯制造 .74 工艺路线的拟定 .84.1 年生产量和批量的确定 .84.2 定位基准的分析 .84.3 工艺路线的拟定 .104.4 工艺卡的填写 .134.5 工艺设计的综合评估 .165 夹具分析与装配 .175.1 夹具分析 .175.2 夹具经济性分析 .216 零件的检查 .226.1 检查夹具 .226.2 气动量仪 .237 结论 .24参考文献 .25附录 1:外文翻译 .26附录 2:外文原文33致谢 . . 44充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 1 -1 绪论11 柴油机的工作原理发动机是能够转化燃料能量为汽车等提供动力的装置。柴油机的工作原理主要可以分为四个部分来解释,那就是进气、压缩、做功和排气,四个过程组成了柴油发动机的一个工作循环。这四个过程都是伴随着气缸体积的变化而进行的,第一个行程进气是随着气缸体积的增大,气缸内注入新鲜空气,压缩行程是气缸内体积变小,并在压缩行程即将结束时喷入雾状柴油,雾状柴油与空气混合成为可燃混合气,并体积迅速膨胀使得气缸体积增大,这就是做功行程,最后一个行程排气就是通过气缸体积的减小将燃烧后的废气排出缸外。不断反复工作循环,就是柴油机的作业状态。 1四行程柴油机的工作原理图 1.1 为四行程柴油机工作原理图虽然从布局结构上看,四行程柴油机和汽油机固然、存在个别分歧,但是二者的工作过程是基本上类似的,都是通过气缸内体积的变化来实现每个工作过程的进行。但是燃料和机器结构上还是存在区别,所以如果将二者进行比较,柴油机的优点则是燃烧原料的价格低廉,运行成本低,而且燃料的利用率较汽油机而言更高。反之相比之下,柴油机的缺点是机器整体结构过大,噪音大,加工上仍存在有待攻克的难题,如果机器出现问题,维修的成本比较高。 2多缸发动机的工作原理 多缸发动机顾名思义就是由多个气缸组成,常见的有四缸、六缸还有八缸等等。在单杠发动机中,机器运动一个工作循环中,只有第三个行程做功行程是有能量输出的,相当于只有四分之一的部分是对外做功的,而多缸发动机通过多个气缸的配合,可以弥补单缸发动机输出不稳定的问题,使发动机可以持续平稳地向外做功。充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 2 -1.2 柴油机曲轴发展概况柴油机作为一种动力系统,在船舶、大型机械及公路运输中得到广泛应用。虽然我国在 20 世纪 80 年代后柴油机有了较快的发展,但是与国外相比,由于柴油机的制造技术水平落后,还是存在着较大的差距。其中曲轴的加工技术可以说是是影响柴油机发展状况的重要因素,其结构参数和加工工艺水平不仅会决定机器本身的尺寸和重量,还会在很大程度上影响着发动机运转的的稳定性可靠性和使用寿命的长短。 3因此,改进曲轴加工方法,进而提高发动机曲轴的加工精度一直是研究的重要方向。从曲轴的材料上来说,目前用的较为普遍的是球墨铸铁和钢两类。球墨铸铁具有良好的切削性能,可以通过合理的加工工艺获得理性的结构形状。球墨铸铁和钢一样可以通过表面处理而获得良好的机械性能,并且球墨铸铁的成本只有调质钢的 1/3,因此得到广泛的应有,据调查表明,在美国、英国、日本、德国、比利时等国家在大批量采用球墨铸铁。对于大功率的曲轴,各方面性能要求更为严苛,而锻钢有较高的综合机械性能,所以在中高速柴油机的制造中,一般使用锻钢作为加工材料。从工艺与生产设备上来说,国内还沿用旧的生产路线,很多厂家还用普通机床和专用组合机床,这样的生产路线设备较多,因此占地面积较大,生产周期长,从而导致生产率低。进入 20 世纪末,一些企业开始引进数控机床从而大大改善了曲轴的加工。在国外曲轴加工广泛应用数控技术及自动线,德国还设计开发了柔性高速数控铣床。 4随着国际竞争越来越激烈,我相信高速、高效的制轴技术也在快速发展,由于现在环境形式,在未来发展中曲轴的加工技术也将致力于绿色环保。 1.3 工作的意义及研究的主要内容在曲轴的加工过程中存在许多需要攻克的困难,而加工工艺安排则是难中之难。曲轴作为柴油机内部的重要组成,在内部承受着各种冲击,复杂的受力情况使得曲轴对机械性能要求很高。但是曲轴是一个复杂件,加工质量很难得到保障,因此对曲轴加工工艺的研究对我国内燃机和船舶等行业发展有重要意义。 5通过一直对专业知识的学习,我对机械加工工艺的安排有了一定的见解。我希望通过此次的毕业设计,学习曲轴加工工艺方面的知识,学习其方法和步骤。通过对以前设计者方法的了解概括,应用自己的知识加以改进和完善,从而达到对自己所学知识的巩固。在相关文献的基础上完成对年产量和批量的确定、毛坯的选择、定位基准的分析、工艺路线的拟定及工艺卡的填写等工作。充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 3 -2曲轴分析及参数说明2.1 柴油机曲轴结构特征曲轴的基本组成如下图所示。图 2.1 曲轴基本结构1-自由端(前端) ;2- 曲柄;3-连杆轴颈;4- 主轴颈;5-功率输出端(飞轮端) ;6-曲拐;7- 平衡块曲轴可以根据结构组成进行分类,可分成整体式曲轴和组合式曲轴两种。整体式是指曲轴整体直接一次性加工得出,不可拆分,这种类型的曲轴加工难度大,设计困难,但是由于结构紧凑,曲轴整体的机械特性好,具有优秀的刚度强度。而相比之下,组合式曲轴可以将曲轴分成若干个部分进行分开生产,之后再进行组装使用,这样的曲轴加工过程相对简单,加工流程设计相对容易,但是由于曲轴不是一个整体,所以机械性能要比整体式曲轴差。常见的曲柄形状如图 2-2 所示:a 矩形、b 椭圆形、c 圆形。 充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 4 -(a) (b) (c)在曲轴加工过程中,最有难度的设计区域就是曲柄与主轴颈、连杆颈的连接处,因为连接处在发动机工作时会产生巨大复杂的应力集中情况,往往这样的连接处是一个工艺设计有瑕疵的曲轴最容易出现裂痕问题的部位。为了解决连接处的这个问题,缓解它受力复杂混乱带来的影响,通常会采用过渡圆角连接的方法,同时过渡圆角的大小也应经过合理的设计,保证过渡半径足够能够起到缓解作用。但是,过渡半径也不是一味得越大越好,也应有合适的范围,不合适的过渡半径会使柴油机轴向尺寸加大。2.2 曲轴的作用及工作状况曲轴是发动机中的核心组成,发动机能够做到各个行程顺畅切换运转,源源不断提供动力,都是因为曲轴独特的结构起到了重要作用。因为四个行程中只有一个行程做功,所以飞轮还能起到储存能量的作用,使得活塞的其他三个行程即使没有做功也能正常工作,保证曲轴的旋转均匀。在前文中已经提及过,曲轴在工作过程中承受了方向、大小不断变化的复杂应力,还要受到剧烈振动所产生的应力作用。同时,由于曲轴工作的高速,曲轴各个轴表面的耐磨度要达到一定要求。曲轴是整个柴油机的心脏,它的结构的每一个小细节出现差错,都会使柴油机的功能就无法正常发挥。柴油机运转过程中,为了使运转稳定均匀,所以出现了点火提前角等等的定义,定义之细致可以让人感觉到曲轴的设计应细致入微,各个角度的安排必须准确无误,否则柴油机运转时四个行程就无法精准有序的一个接着一个的运作,无法使柴油机发挥出最大的功用。此外,曲轴轴承的间隙安排也是个重点,只有安排了适当的间隙,才保证了机油能够顺畅流动对曲轴起到充分的润滑和冷却作用。所以为了保证曲轴能够安全可靠的工作,曲轴应该有足够的刚度,强度,抗疲劳性和抗冲击韧性。 6充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 5 -2.3 曲轴的结构特点及技术要求2.3.1 曲轴的结构特点曲轴有两个轴组成,两个轴的轴心不位于一条直线上,其中轴心与机体中心孔重合的轴叫做主轴,主轴是在柴油机内绕着自身中心线转动。另一个轴叫做连杆轴,是通过曲柄与主轴连接,它轴心与主轴不同,但运转中是绕主轴旋转。曲轴的受力情况非常复杂,为了保证柴油机的持续均匀稳定运转,所以曲轴应对毛坯选择有很高的要求,加工后的曲轴应具有很高的刚度和强度,良好的机械性能。同时为了保证工作的连贯顺畅,每个气缸的配气相位也要合理安排,连杆轴相对主轴的偏移量也应合理。 72.3.2 曲轴的技术要求(1) 毛坯锻造后,应进行调质处理.,确保硬度为 HRC28-34。(2) 曲轴主轴表面和连杆表面都须采取淬火处理,控制淬火层深度范围在 3-7mm内,保证硬度范围为 HRC28-34。(3) 当曲轴用两最外侧主轴颈支撑时,主轴颈轴心线与连杆轴轴心线的不平行度允许误差为 0.01mm,大端飞轮轴的跳动允许误差为 0.025。(4) 各个连杆轴中心线相互之间的偏移允许误差为 15。(5) 曲轴上所有的主轴颈以及连杆轴上的油孔表面都应抛光处理,保证光洁度高于 1.6,主轴颈和连杆轴孔的内表面光洁度高过 6.4。(6) 保证曲轴加工的材料质量。(7) 曲轴在抛光处理后,可进行磁力探伤,并在磁力探伤结束后对曲轴作退磁处理。 8具体如下图所示:充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 6 -图 2.1 CA498-12 型柴油机曲轴技术要求2.4 柴油机曲轴参数说明 表 2.1 曲轴参数材料 42GrMoA 行程 106主轴直径 71 油孔 直、斜油孔主轴档宽 33 缸数 4连杆轴直径57 总长 633.5连杆轴档宽 33 充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 7 -3 毛坯的选择3.1 毛坯的材料在柴油机工作时曲轴工作环境复杂恶劣,承受不断变化的弯矩和扭矩的影响,也经受高速旋转中的磨损。由于曲轴处于特殊的工作条件下,所以就要求曲轴毛坯的材料有很好的力学性能和加工性能。目前锻钢,铸钢和球墨铸铁是制造曲轴的三种常用材料。曲轴毛坯的材料有 45 钢,45Mn2,50Mn,40Cr 及 QT600-3 球墨铸铁等。3.2 毛坯制造在毛坯的制造过程中,曲轴毛坯的选择对于总的加工余量和加工工序中的余量的设定都会产生影响,也是选择刀具材料和加工机床的重要依据。好的毛坯制造工艺和质量,会大大减少加工过程的加工强度,提高生产品质。对于曲轴制造来说,一般存在两种毛坯制造方法,那就是铸造和锻造。对于曲轴这种复杂大型件来说,铸造毛坯往往存在许多缺陷。这将影响到曲轴强度和抗疲劳性。锻造制造能使金属内部组织紧密,从而提高材料的耐冲击能力、延展能力和抗疲劳强度。在大批量生产中,一般会选择模锻。 9通过模锻制造出的毛坯应调质处理,提高毛坯在表层的加工质量,设计中我们选用的是 42CrMoA 合金钢。充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 8 -4 工艺路线的拟定4.1 年生产量和批量的确定4.1.1 生产纲领50000 台/每年 柴油机年产量 =生 产纲领 每台件数 ( 1+备 品率 ) ( 1+废品率) =500001(1+2%)(1+2%)=52020月产量 =12=4335 =(3654811)12=25天日产量(一天 3 班) =月 产 量 =433525=174(1) 生产量类型的确定:根据工艺人员手册,曲轴属于轻型零件,则对应的生产性质:中批产量 5005000 大批产量 500050000本次设计曲轴的生产性质:大批生产(2) 年时基数,若三班制,则:第一班 小时,第二班 小时,第三班2080 2080小时。1560女职工人数不到 :则第一班 小时, 第二班 小时,第三班 小时 25% 1664 1664 1248。总共小时数为 小时。4576(3)平均流水线节拍 =流水线实际平均基数 60( 1) 零件年 产 量其中,损失系数:A. 工作期间设备维护管理方面损失 1B. 职员缺工方面损失 2C. 设备清洁维护损失 3D. 职员歇息整顿损失 4=1+2+3+4=15%平均流水线节拍 =457660( 115%) 52020=4.5为了保证加工零件可以准时达到数量要求,所以加工过程中每道工序的加工时间应不得大于生产节拍。4.1.2 生产周期的计算生产周期 每 天 有 效 工 作 时 间 最 长 工 序 时 间)( 批 量 一 个 零 件 总 的 加 工 时 间 *1充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 9 -生产周期 =1.26天4.2 定位基准的分析 4.2.1 曲轴加工工艺特点分析曲轴的制造加工必须考虑两个重点:一个是曲轴的摩擦副,主要表现在曲轴的连杆轴颈与连杆之间的摩擦。二是曲轴的震动副,主要表现为柴油机在点火爆炸的过程中对曲轴产生的冲击,另外还有曲轴在加工的工程中由于受力的影响而产生震动。曲轴虽然结构不同于一般的轴,但它仍与普通轴有相似的加工过程,例如铣轴的两端端面,在端面钻中心孔以便定位,车、磨及抛光等加工工艺等等。但是,由于曲轴与普通轴外形结构上都有很大区别,所以应针对曲轴的特殊性而采取特定的加工工艺,现对曲轴的结构加以分析: (1) 刚度差由于曲轴长度大且具有连杆轴这一特殊结构,所以刚性会相对较差,在运转过程中曲轴高速旋转,承受复杂变化的应力以及旋转扭矩,自身重量也会造成较大的负荷,曲轴易发生严重的变形,因此加工时对应注意以下几点:A. 在加工过程一开始切除毛坯余量较大时,对使用的机床,刀具等都要严格要求,提高整个加工系统的良好刚度,条件允许的话,可以选择支撑架放置于曲轴中间提高加工系统的刚性,提升稳定性,减轻不必要的变形与震动。B. 在加工过程中,合理安排设计,尽量使切削力之间可以互相抵消。C. 妥善设计工序顺序,在易产生变形的工序后及时添加校直工序。(2) 形状复杂因为在连杆轴加工中工件旋转时会不平衡,使加工困难。对于不平衡现象比较明显者(如大型曲轴) ,曲轴旋转起来加工不稳定且相对困难,这时应该选择刀具动曲轴不动,就可在一定程度上避免生产过程的不稳定现象(3) 技术要求高曲轴对技术的要求高加工难度大,而且形状复杂和加工工序多,相比柴油机内其他零件,曲轴的加工工艺规程相对长而复杂,而且很多加工面都需要磨削处理,这些都需合理安排。4.2.2 曲轴机械加工定位基准的选择加工主轴颈的定位基准加工主轴颈和与它同轴心重合的轴颈时,为了保证轴径加工的位置精度和基准重合原则,通常会选择将轴两个端面的中心孔作为定位基准,所以加工过程的第一步通常定位铣轴两端面并在端面上钻中心孔。在钻中心孔时,为了保证位置精度,通常会充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 10 -选择主轴颈的外圆作为加工基准,与此同时,为了防止位置精度上的误差层层叠加累计,保证加工出准确的轴向尺寸,会选用最中间的第三主轴颈作为定位基准,这样一来,位置偏差是从中间向两端分布,可以有效提高位置精度,保证曲轴的均匀标准。加工连杆轴颈的定位基准可用加工结束的最外两端的两段主轴作为精基准,便于夹紧,充分满足曲轴加工的结构要求,安装后稳定,整体刚性好。而且由于连杆轴颈分别相差 180 度,因此轴向旋转自由度的限制,是在大端钻一个定位销孔在第一、第五曲臂加工对称定位面。4.3 工艺路线的拟定4.3.1 工艺路线分析工序的安排原则先加工基准面,后加工其他工作面;先进行粗加工,后进行精加工;先加工面后加工孔;先主后次。4.3.2 该设计拟定的最终工艺路线(方案一)锻造调质处理(1) 粗铣两端面(2 ) 半精铣两端面(3 ) 钻两端质量中心孔(4 ) 粗车大端轴颈(5 ) 粗车第五主轴颈 (6 ) 粗车第一主轴和小端外圆(7 ) 数控车油封轴颈、齿轮轴轴颈和小端螺纹直径(8 ) 数控车一五主轴(9 ) 铣定位面(10) 内铣二至四主轴颈和全部连杆轴颈(11 )人工时效(12 )粗个主轴颈(13 )钻大端中心孔(14 )半精车小端外圆和刀检第二、三曲柄臂(15 )钻大端定位销孔充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 11 -(16 )粗磨连杆轴颈(17 )钻油孔(18 )油孔喷沙(19 )中间检查(20 )中间清洗(21 )热处理(22 )中间探伤(23 )精车齿轮轴直径和螺纹直径(24 )半精磨 24 主轴颈(25 )半精磨一、五主轴颈(26 )精磨大端轴颈(27 )精磨连杆轴颈(28 )铣齿轮轴键槽(29 )精磨一、五主轴颈(30 ) 精磨 24 主轴颈(31 )精车两端面(32 )中间检查(33 )成品探伤(34 )钻大端螺纹孔和攻小端螺纹(35 )油孔倒角及全部油孔抛光(36 )动平衡(37 )清理去毛刺(38 )轴颈抛光(39 )止推轴颈抛光(40 ) 成品检查(41 )入库4.3.3 拟定不同方案并比较(方案二)只列举不同,并分析确定方法的优势长处:(4)粗车大端轴颈和第五主轴颈分析:本工序是将一中的第四与五工序并为一道工序。优点是:节省机床和工人,还有场地布置等因素。缺点是:延长了生产节拍,使整个加工时间加长,甚至无法完成年产量;更严重的缺点是由于对于主轴颈的档宽位置以及尺寸有严格要求,因此每加工一个工件需要对刀,大大的浪费了时间。而采用一方案,在加工主轴颈的时候采充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 12 -用专用车刀,只要第一次降到的位置调整好,以后不需要调整。由比较来看,选择了方案一的安排。(20)将半精车小端外圆的工序去掉分析:优点:节省工序安排;缺点:由于下面安排了精加工,粗车之后直接进行磨,很难保证精度要求,给加工带来很大的难度;同时也不符合工序安排的理论要求。综上所述,最后确定方案一为最终方案。由之前的加工方案安排可以看出,因为粗加工的加工余量较大,切削时造成的变形误差会相对较为严重,所以粗加工精加工分开有助于提高工件的精度,精加工可以找平在精度上的细微误差,一个轴在加工中都会有多次的车削磨削抛光等工艺,最终都可以保证很高的精度以及表面光洁度。4.3.4 热处理工序安排(1) 锻造毛坯后,安排调质处理,可以使毛皮材料综合机械性能得到提升,加工出的曲轴机械性能更上乘。(2) 粗加工后安排时效处理,消除零件内部残余应力。(3) 粗磨之后安排淬火,改善工件的机械性能。4.3.5 其它工序的安排(1) 为了保证零件制造质量,及时发现零件加工出现的问题,不能光在加工结束时才对工件进行检验。应在较为复杂、耗时较长的工序之后直接安排检查,防止造成时间精力上的浪费。(2) 零件表层或内腔的毛刺对曲轴质量会产生较大影响,及时安排去毛刺。4.3.6 重点工艺说明(1)曲轴的表面强化工艺决定发动机曲轴机械性能和使用寿命的主要因素有:结构、材质和强化等方面。当曲轴的结构、材质确定之后,强化就成了重要的对象,目前常见的曲轴强化工艺大致可以分为五种:氮化;喷丸;圆角轴颈同时淬火;圆角滚压;复合强化。(2)曲轴的平衡工艺加工完了的曲轴如果初始不平衡量太大,则平衡所需的时间增加,这对生产效率有明显的影响。特别是采用全自动曲轴平衡自动线时,曲轴初始不平衡量的大小对自动线的节拍时间及剩余不平衡量的大小有显著影响,严重时将会有部分曲轴因无法进行校正而报废。因此,人们希望能够将初始不平衡量控制在一个低水平范围充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 13 -内,为此目的而采用一种设备质量定心机,目前多以这种测试为主。 一般铸造或锻造成型的曲轴毛坯,在机械加工前首先要在两端打中心孔,并以中心孔为基准进行全部的机械加工。对于类似曲轴这样的转子,其上的配重块及筋板等非加工表面多,最初的中心孔的位置对加工后的曲轴的初始不平衡量有较大的影响。因此在毛坯上打出的中心孔,能使毛坯绕连接两中心孔的轴线旋转时,处于没有不平衡的状态。从力学原理上来说,只要在通过质心的惯性主轴两端打中心孔就能满足上述要求。能在这样的位置上打中心孔的机械就是质量定心机。当然,打完中心孔后,在以后的机械加工过程中还要产生新的不平衡,但是仅仅根据毛坯外径按几何中心打孔的方法相比要少得多。质量定心机本来是一种在惯性主轴两端打中心孔的机械,但它也可使转子轴线在惯性主轴附近分别偏离一定距离而打中心孔。因此,如果对加工完了的曲轴的初始不平衡量分布规律进行统计处理,并以此为依据相应地调整打中心孔的位置,则可进一步提高质量定心的效果。 10(3)曲轴的磨削工艺随着高效磨削的发展,磨削工艺扩大了它的范围,在加工中变得更加普遍常见。由此,可通过磨削替代常规的由车削或铣削来进行的粗加工,而直接由磨削完成精加工,从而缩短了生产工艺流程。 采用 CBN 砂轮的高速高精度磨削,在汽车工业主要应用于凸轮轴和曲轴连杆颈的磨削加工。目前,有一些国际性磨料生产企业,在 CBN 砂轮磨料方面提供了很好的产品,如圣戈班磨料、金世博(Kingspor)等。圣戈班的 Q-Flute 是一种高温混合树脂结合剂产品,是高效率下的大去除量磨削用磨料。在对工件没有热损伤并保证质量的前提下,能够大幅度提高产品质量、材料去除率和产品寿命。在保证产品质量的前提下,加工效率至少提高两倍以上,可以用在 10kW 以上的 CNC 数控磨床上。114.4 工艺卡的填写4.4.1 机床的选择(见金属机械加工工艺人员手册P380457)机床的选择应充分考虑到加工工件过程中每个参数的特定性以及与实际加工环境的适应性。4.4.2 刀具的选择(金属机械加工工艺人员手册P558668)例如:粗磨连杆轴(第 18 道工序)用砂轮为:P A 46 M 6 V 3590035305分别为:形状代号 砂轮形状 磨料 粒度号 硬度 组织号 结合剂号 最高工充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 14 -作线速度4.4.3 量具的选择应保证: TT被测曲轴尺寸的公差值(mm)K测量精度系数 测量工具以及使用测量方法的极限误差表 4.1 测量精度系数被测尺寸的精度等级IT5 IT6IT7 IT8 IT9K 0.3250.300.2750.250.20例如:粗磨各主轴颈(第十三道工序)加工=0.05=0.25=0.0125=12.5由表分析可知,可选用 75100,0.01 千分尺4.4.4 加工余量的确定(金属加工工艺人员手册334377 页)完成加工过程中的某一道工序时所需切除的毛坯量就被称为工序余量。从毛坯到成品的整个工艺过程中所切除的材料层厚度称为总余量,加工余量的确定通常是通过三种方法:.经验估计法;查表修正法;分析计算法。4.4.5 切削用量的确定为了能保证产品质量、提高切削效率本次设计应正确的选用切削用量,其基本原则是:先考虑到切深 pa,进给量 f,加工速度 v 的影响时。第一可以选择一个略大的切深 ,然后在考虑进给量 f,在机床刀具等因素均符合条件后再决定合理的切削速度v。切削用量的选择方法可以分为查表法、计算法和经验法:表 4.2刀具材料工件材料加工方法切速 v 的公式高速钢 合 铣 1.02.03.2.05zaftdCezp充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 15 -金钢 削其中,T刀具耐用度(分)pa切深(mm)f进给量(mm/r)表 4.3 刀具耐用度 T刀具 耐用度(分) 刀具 耐用度(分)普通外圆车刀 90 普通端铣刀 200端面车刀 60 立铣刀 90成型刀 120 扩孔钻 60B 查表法举例:(第二道工序:半精铣两端面)表 4.4 进给量加工方法 切深 进给量 f 切速 v车削 粗加工精加工1.52.50.20.50.30.50.20.3508080100铣削 粗加工精加工230.50.70.20.30.10.36080801004.4.6 零件加工时间的计算单个的工时定额由以下组成: 辅 助服 务基 本单 件 TT终 结辅 助服 务基 本单 件 核 T式中: 基 本 基本时间。在对象为机床加工工序时,所指机动时间。服 务 工作地点的服务时间。一般可以 服 务 =(3%5%) 基 本T估算。本次按照 5%来参加计算。终 结T准备终结时间。由于本产品为大批量生产,所以终结时间为 0。辅 助辅助时间。可查表选择,也可按 辅 助T=(10%20%) 基 本 估算。该设计中按照 10%估算。基 本的计算方公式: 基 本T= nfL21其中, 加工 长 度 ( )充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 16 -1加工切入 ( ) 2加工超出 ( ) 进给 量 ( /)转 速 ( /)具体由以下两种情况: 刀具工件工件图 4.2 铣端面 图 4.3 车两端轴颈以第一道工序为例: mt= pwfanl= 068.*519=3.5 分辅=0.1*t=0.35服t=0.05* =0.18单=3.5+0.35+0.18=4.03 分钟4.5 工艺设计的综合评估表 4.5充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 17 -综上所述,本工艺路线符合加工零件的各项技术要求。5 夹具分析与装配5.1 夹具分析5.1.1 夹具设计分析在金属切削机床上进行工件加工时,为了保证加工精度,工件的加工表面相对其它表面的尺寸和位置精度要保持精准,在加工方法加工工艺确定之后,首先面对的主要问题就是:工件应在机床上始终处于准确的加工位置,并且在加工过程中能承受各种力的作用后,也会保持正确的位置不发生变化。本次设计由于是应用于大量生产中,所以生产中多使用专用夹具。5.1.2 定位夹紧方案确定由于销孔的位置要与第五主轴和第四曲拐的轴线共线,因此主轴中心与一四曲拐的中心是定位的关键。主轴轴线的定位利用的是两端的顶尖定位孔,前后两个顶尖均是活顶尖,限制四个自由度;曲拐中心线的定位是本夹具的设计关键,采用的是自动定心夹紧机构,联合主轴轴线的定位限制轴向旋转自由度;另外大端端面靠在夹具体上,限制轴向自由度。工件预定位后,开启液压控制,自动定心上下两个夹板,同时以相同的速度向心运动,这样就能保证不论曲轴颈的尺寸偏大或者偏小,中心线与主轴的中心线所构平面始终与夹具体平面平行。 135.1.3 钻孔夹具的具体设计(1).主轴中心线的定位采用的顶尖定位。前后两个顶尖都是活顶尖,由液压控制,右端(尾定尖)顶尖的得液压油缸的直径要大于左端的液压油缸,当二者同时作用时,尾顶尖将工件向左推(左右是以操作者而言) ,是大端的端面靠在夹具体上,实现轴向自由度的限制。(2)回转自由度的限制及夹紧充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 18 -定位在对曲轴的整个机械加工过程中,不论是定位还是加工,曲轴一直是一个难点,因为它的回转中心与主轴的回转中心不同。工件在预定位之后,自动夹紧装置的上下两个夹板,同时同速度向心运动,直至将工件夹紧,这样就保证了加工孔的精度要求。这两个夹板是连接子在一个上下螺纹旋向相反的丝杠上,该丝杠经过两级齿轮传动,第一级齿轮传动由齿条传递,齿条与液压缸的活塞杆相连,活塞的前后运动推动齿条的往复运动,带动齿轮旋转,再将旋转运动传给丝杠。夹紧夹紧装置设计过程中,应能使工件紧密地保持在一定位置上。结构尽可能简单明了,制造和维修都简便。对于夹紧力方向的确定,应对工件的刚度进行分析,使夹紧装置提供的夹紧力与刚度大的方向一致,保证加工精度的准确。其次夹紧点的选择也十分重要,应位于曲轴刚度好的部位。夹紧装置的具体结构见图 5-1 夹具体夹紧机构 1245图 5-1 夹具体夹紧机构5.1.4 夹紧行程设计由于安装时预定位低于夹紧状态 4mm,因此将行程定为上下夹板各移动 6mm。由于丝杠螺距是 6mm,所以丝杠旋转一周,两极齿轮传动齿数分别是:123851ZZ, , , 模 数 M=。则最后一级齿轮要转: 1280.35Znr转过的距离 : 2*1.40.92ldrmzm充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 19 -所以齿条要前进的距离为 40.92mm,最后将活塞的行程定为 45mm。夹紧力的计算通常我们计算夹紧力,会参照类似夹具在类似使用状况中的夹紧力,估算出当前的夹紧力,或者可以将夹具和被夹工件看做同一个系统,我们对她进行工作过程的判断,找出最不适应夹紧的情况,并对之进行静态分析,用得出的理论夹紧力乘以安全系数,就可以得到实际夹紧力。 14一)夹紧力的确定:.kWK(公式 3-1-1)其 中:k实 际 所 需 夹 紧 力 ; 计 算 所 得 夹 紧 力 ;安 全 系 数 。安全系数可按下式计算:0123456KK(公式 3-1-2)查机床夹具设计手册表: 表 1-2-1 计算得.65由于表注若安全系数小于 2.5。故:2.判断得到在此道工序粗加工钻孔时应力最大,所以按照此时计算,钻削加工公式为: 20.8.34PMDfK(公式 3-1-3).67pF(公式 3-1-4)其中: .Nm切 削 扭 矩 ,钻 头 直 径 , /f r每 转 进 给 量 ,pK修 正 系 数可按照下列公式计算: 0.7536bp根据刀具材料高速钢,工件材料结构钢计算得: pK=1.23其它参数为 9,0.17,Df代入公式 3-1-3,3-1-4 得M=2.32N.m充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 20 -F=1136.2N将结果代入 3-1-1 得:KM=5.8N.m, KF=2840N(3-1-5)图 5.2 受力分析由静力平衡条件的公式得对夹紧机构列等式 0Z 即 12ZNY y 其中 N=2840N由力矩平衡得: 0M 1yl= 2(633.5-l)y*53=M 其中 l=63mm, M=5.8N.m计算得:y=109.4, 1y=97.49, 2=10.83其中,夹紧力 y 由夹紧液压缸提供, 1y由左端定位液压缸提供, 2y由右端顶为液压缸提供,它们的活塞直径分别为 60mm,45mm,80mm。下面进行验证: 由公式 1.3PDp(3-1-6)其中 活 塞 直 径 ;可 以 产 生 的 最 大 夹 紧 力 ; 充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 21 -1.05,3.5pMP工 作 压 力 , 一 般 取 此 计 算 取 。将参数分别代入公式 3-1-6 得: 986PN夹 , 左 140N右可见远大于所需夹紧力,故设计符合要求。5.2 夹具误差分析及经济性分析定位误差主要分为两种类型:1.基准不重合误差2.基准位移误差在这次夹具设计中加工面为小端面和小端轴外圆,由于设计基准与定位基准重合不存在定位误差,定位基准 C 和 D 圆柱度 0.02,平行度为 0.01。为了提高整个柴油机曲轴工艺加工的生产效率,在保证定位夹紧和零件的各项技术要求的前提下,对夹具的选择也要满足一定的经济性原则。 15本夹具设计上基本上满足了零件的加工要求,并且还满足了企业对一般夹的要求。充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 22 -6 零件的检查6.1 检查夹具下图是曲轴生产线用以检测曲轴主轴颈轴向尺寸的检验夹具图 6.1 检验夹具1.支架 2.测杆 3.轴向定位件 4.测头 5.支架 6.顶尖 8.滑板 9.百分表10.手柄将曲轴放在支架上,用顶尖顶住顶尖孔,使曲轴第三主轴颈紧靠在检验夹具的定位件上,然后推动手柄,当四个测量头同时碰到曲轴时,在百分表上就可以读取尺寸。6.2 气动量仪下图 6-2 为 24-240C 型水柱式气动量仪工作原理充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 23 -稳 压 管2.主 喷 嘴3测 量 气 室4放 气 阀5输 出 管 路6测 量 喷 嘴7被 测 元 件8压 力 计9刻 度 尺10锁 水 阀重 锤 式 稳 压 器油图 6.2这种气动量仪有如下特点:1) 示值清晰,稳定, 。2) 效率高。3) 倍率高。气动卡规下图为曲轴生产所用的气动卡规示意图。当被测尺寸发生变动时,截面 A 发生弹性变形,这样 3 与 1 之间的间隙就会相应发生变化,我们可借助刻度尺读出被测尺寸变动的大小。 16图 6-3 喷 嘴2.被 测 量 件卡 规 本 体4气 管图 6.3充值购买- 下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸- 24 -7 结论本次曲轴加工工艺规程的编制设计,通过结合实际情况,在已有的加工工艺基础上,结合现在的生产技术,以提高产品质量,减轻工人劳动强度,降低产品成本,增加企业经济效益为主要目的进行本次设计。设计既然来源于生产,就要在回到生产当中去,本设计的实际可操作性是此
收藏