单拐曲轴加工 工艺说明书

机械制造工艺学
课程设计说明书
设计题目：单拐曲轴机械加工工艺规程设计学生：XXX
学号：XXXXXXXX
班级：XX级机械设计X班
指导教师：X X 副教授
2012年7月
目录
1 零件的分析 (1)
1.1零件结构工艺性分析 (1)
1.2 零件的技术要求分析 (1)
2 毛坯的选择 (2)
2.1 毛坯种类的选择 (2)
2.2毛坯制造方法的选择 (2)
2.3毛坯形状及尺寸的确定 (2)
3 工艺路线的拟定 (3)
3.1 定位基准的选择 (3)
3.2零件表面加工方案的选择 (4)
3.3加工顺序的安排 (5)
3.3.1加工阶段的划分 (5)
3.3.2机械加工顺序的安排 (5)
3.3.3热处理工序的安排 (6)
3.3.4辅助工序的安排 (6)
4 工序设计 (7)
4.1 机床和工艺装备的选择 (7)
4.2切削用量的确定 (8)
4.3 工序尺寸的确定 (9)
4.4 工时定额的计算 (9)
结语 (10)
参考文献 (10)
1.零件的分析
1.1 零件结构工艺性分析
由图纸得知，该单拐曲轴材料为QT60-2。

QT60-2是球墨铸铁的老牌号，相当于新标准QT600-3。

该牌号铸铁为珠光体型球墨铸铁，具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点。

能通过各种热处理改变其性能。

主要用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件。

曲轴是将直线运动转变成旋转运动，或将旋转运动转变为直线运动的零件。

它是往复式发动机、压缩机、剪切机与冲压机械的重要零件。

曲轴的结构与一般轴不同，它有主轴颈、连杆轴颈、主轴颈和连杆轴颈之间的连接板组成，钢性差，易变形，形状复杂，它的工作特点是在变动和冲击载荷下工作，对曲轴的基本要求是高强度、高韧性、高耐磨性和回转平稳性，因而安排曲轴加工过程应考虑到这些特点。

该单拐曲轴主要加工面为主轴颈端面、轴颈、倒圆、倒角以及阶梯部分，连接板侧面部分，连杆轴颈轴颈、倒圆以及阶梯部分，各油孔以及甩油板连接螺纹。

1.2 零件的技术要求分析
曲轴图样的尺寸、公差及技术要求齐全。

结构公艺性良好。

对该曲轴要求加工部分汇总，见表1-1 零件技术要求分析。

表1-1 零件技术要求分析
要求加工部分
基本尺寸（mm ）
公差等级（IT ）
表面粗糙度（μm ） 形状精度（mm ） 位置精度（mm ）
主轴颈
φ110003.0+ ×94
6 Ra1.25 Ra20 圆柱度0.015
同轴度 φ0.02
连杆轴颈
φ110
071
.0036.0--×16453.00+
6
Ra0.63
圆柱度0.015
平行度 φ0.02
连接板
140022
.0008
.0++
×270 ×75
Ra6 Ra5 Ra20
φ105轴段 φ10524
.040.0--
5 Ra1.25 动力输出部分轴段 大端φ105 ×216(锥度1:10)
Ra1.25
键槽
28022.0074
.0--mm
对称度0.05
2.毛坯的选择
2.1 毛坯种类选择
此零件属小批生产，考虑到成本以及工艺可行性，选择铸造毛坯。

2.2毛坯制造方法的选择
铸造分普通铸造和特种铸造，该零件结构简单且为小批量生产，故选择普通铸造，采用手工造型沙箱铸造方式。

2.3毛坯形状及尺寸的确定
根据GB 6414-86，铸件毛坯公差等级GB 6414-86CT11。

长度方向：铸造毛坯长度方向尺寸818+4=822mm 。

分配公差至各个部分，则左端主轴颈长度方向尺寸94+1=95mm ，两连接板及连杆轴颈长度方向尺寸314+2=316，右端轴颈至动力输出部分长度方向尺寸机动。

直径方向：两主轴颈、连杆轴颈、φ105轴颈及连接部分直径尺寸φ105+3=φ108mm 。

两连接板高度方向尺寸270+4=274mm ，宽度方向尺寸140+4=144mm 。

具体形状见图2-1 零件毛坯尺寸图
左侧主轴端面 Ra20 动力输出部分右端面
Ra20 轴端倒圆 R3 Ra1.25
连接板下面螺纹孔 M24 M12 7H 7H 左侧连接板左面螺纹孔 M24
7H
左侧连接板左面光孔 φ20 左侧主轴颈左面孔
φ32 φ20 连杆轴颈光孔
φ10
图2-1 零件毛坯尺寸图
3.工艺路线的拟定
3.1 定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准。

如果用做定位的零件表面是未被机械加工过的毛坯表面，则称为粗基准。

如果用作定位基准的零件表面是经过机械加工的表面，则定位表面为精基准。

粗基准有如下选择原则：
（1）选择重要表面做为粗基准。

（2）选择不加工表面作为粗基准。

（3）选择加工余量最小的表面为粗基准。

（4）选择定位可靠、装卡方便、面积较大的表面为粗基准。

（5）粗基准在同一自由度方向上只能使用一次。

精基准有如下选择原则：
（1）基准重合原则。

（2）基准统一原则。

（3）互为基准原则。

（4）自为基准原则。

（5）工件装卡方便，重复定位精度高。

各加工表面定位基准、装卡位置及选择原则见表3-1 各加工表面定位基准、装卡位置及其选择原则表。

表3-1 各加工表面定位基准、装卡位置及其选择原则表
加工表面定位基准装卡位置基准选择原则
主轴颈两端面及中心孔主轴颈中心线主轴外径选择定位可靠、装卡方便、面积
较大的表面为粗基准
两主轴外径主轴颈中心线主轴两侧顶尖基准重合原则
两主轴两端倒圆及突台主轴颈中心线主轴两侧顶尖工件装卡方便，重复定位精度高φ105轴颈主轴颈中心线主轴两侧顶尖工件装卡方便，重复定位精度高
动力传输部分1:10锥面主轴颈中心线主轴两侧顶尖工件装卡方便，重复定位精度高
右端主轴颈中心线右段主轴径外表面基准重合原则
动力输出部分1:10锥面
上键槽
两连接板内侧主轴颈中心线两主轴颈外径基准重合原则
连杆轴颈主轴颈中心线两主轴颈外径基准重合原则
连杆轴两端倒圆及突台主轴颈中心线两主轴颈外径基准重合原则
连接板下面螺纹孔两连接板前、后面两连接板前、后面工件装卡方便，重复定位精度高左侧连接板左面螺纹孔主轴颈中心线两主轴颈外径基准重合原则
左侧主轴左面光孔主轴颈中心线右侧主轴颈外径基准重合原则
连杆轴颈光孔主轴颈中心线两主轴颈外径基准重合原则
3.2零件表面加工方案的选择
考虑到该单拐曲轴为小批量生产，故采用工序集中原则。

工序集中有如下优点：
（1）采用高效率专用设备和工艺设备，大大提高了生产率。

（2）减少了设备的数量，相应地也减少了操作工人和生产面积。

（3）减少了工序的装夹次数。

工件在一次装夹中可加工多个表面，有利于保证这些表面之间的相互位置精度。

减少装夹次数，也可减少装夹所造成的误差。

（4）减少工序数目，缩短了工艺路线，也简化了生产计划和组织工作。

（5）缩短了加工时间，减少了运输工作量，因而缩短了生产周期。

根据工序集中原则，零件各个表面选择加工方式见表3-2 零件加工表面及其加工方法。

表3-2 零件加工表面及其加工方法
加工表面加工方法
主轴颈两端面粗车
主轴颈中心孔钻
两主轴外径粗车-半精车-精车
两主轴两端倒圆粗车-半精车-精车
两主轴两端突台粗车-半精车
φ105轴颈粗车-半精车-精车
φ105轴颈两端倒圆粗车-半精车-精车
φ105轴颈两端突台粗车-半精车
动力传输部分1:10锥面粗车-半精车-精车
动力输出部分1:10锥面上键槽粗铣-精铣
两连接板内侧粗车
连杆轴颈粗车-半精车-粗磨
连杆轴两端倒圆粗车-半精车-精车
连杆轴两端突台粗车
连接板下面螺纹孔钻-攻丝
左侧连接板左面螺纹孔钻-攻丝
左侧主轴左面光孔钻
连杆轴颈光孔钻
3.3加工顺序的安排
3.3.1加工阶段的划分
加工过程划分为三个阶段：粗加工阶段——半精加工阶段-精加工阶段。

粗加工阶段主要任务是切除各表面上大部分余量，关键是提高生产率；半精加工完成次要表面加工，并为主要表面的精加工做准备；精加工阶段需保证各主要表面达到图样要求，主要问题是如何保证加工质量。

本零件表面要求一般，故不需要安排光整加工阶段。

3.3.2机械加工顺序的安排
机械加工工序安排原则：
（1）先加工基准面原则。

（2）先主要后次要原则。

（3）先面后孔原则。

（4）先粗后精原则。

该零件加工顺序主要采取先粗后精原则，即：先粗加工，后半精加工，最后精加工的顺序进行。

同一加工阶段中采用先面后孔的原则。

零件加工顺序、定位基准及类型见表3-2 零件机械加工顺序、定位为基准机器类型表。

表3-2 零件机械加工顺序、定位为基准机器类型
步序机械加工顺序定位基准定位基准类型
1 车曲轴两端面并钻中心孔主轴颈中心线粗基准
2 粗车左、右两侧主轴颈及两端突台，倒角主轴颈中心线精基准
3 粗车φ105轴颈及倒圆主轴颈中心线精基准
4 粗车动力输出部分圆锥主轴颈中心线精基准
5 粗车两连接板内侧主轴颈中心线精基准
6 粗车连杆轴颈及连杆轴颈两端突台主轴颈中心线精基准
7 钻左端连接板左面螺纹孔主轴颈中心线精基准
8 车左端连接板左面螺纹孔主轴颈中心线精基准
9 攻左端连接板左面螺纹孔主轴颈中心线精基准
10 粗铣两连接板前、后面两连接板上、下面粗基准
11 粗铣两连接板上、下面两连接板前、后面精基准
12 粗铣动力输出部分键槽右端主轴中心线精基准
13 钻两连接板下面M24螺纹孔两连接板前、后面精基准
14 钻左侧连接板下面M12螺纹孔两连接板前、后面精基准
15 扩两连接板下面M24螺纹孔两连接板前、后面精基准
16 扩左侧连接板下面M12螺纹孔两连接板前、后面精基准
17 半精车左侧主轴轴颈主轴颈中心线精基准
18 半精车左侧主轴突台、倒圆主轴颈中心线精基准
19 半精车右侧主轴轴颈主轴颈中心线精基准
20 半精车右侧主轴突台、倒圆主轴颈中心线精基准
21 半精车φ105轴颈及倒圆主轴颈中心线精基准
22 半精车动力输出部分圆锥主轴颈中心线精基准
23 钻连杆轴颈通孔主轴颈中心线精基准
24 攻连接板底面M24螺纹两连接板前、后面精基准
25 攻连接板底面M12螺纹两连接板前、后面精基准
26 精车左端主轴颈及倒角主轴颈中心线精基准
27 精车右端主轴颈及倒角左端主轴颈中心线精基准
28 精车φ105轴颈及倒圆左端主轴颈中心线精基准
29 精车动力输出部分圆锥左端主轴颈中心线精基准
30 精铣动力输出部分键槽右端主轴中心线精基准
31 粗磨连杆轴颈主轴颈中心线精基准
3.3.3热处理工序安排
工件毛坯为铸造毛坯，金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。

为消除残余应力，传统的工艺方法是采用自然时效和热时效。

自然时效是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的不断变化和时间效应使残余应力释放。

热时效工艺是目前广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。

工件生产类型为小批量生产，不宜采用自然时效法消除残余应力，故采用人工热时效方法去除残余应力。

该工序安排在毛坯铸造之后。

3.3.4 辅助工序的安排
为控制质量，应设置检验工序。

检验工序在粗加工和精加工之后。

主要检测有无损探伤以及无损探伤。

粗加工后检验项目为无损探伤，目的在于尽早发现毛坯铸造缺陷，以避免有不可修复缺陷的废品进入半精加工以及精加工阶段。

经加工后检验项目为无损探伤，尺寸、形状、位置及粗糙度的检查。

目的在于检验经加工后的成品是否符合技术要求，不符合要求尽早修复或报废，避免不合格产品入库；符合要求则产品作为合格品入库。

为保证工人加工过程中的安全以及加工前装卡工件时实际加工基准与理论加工基准重合，必须在每一加工阶段后安排去毛刺——即粗加工、半精加工以及精加工后各安排一个去毛刺工序。

另因需要钝角倒边的加工面均在粗加工阶段完成，故考虑到工人在加工过程中的安全，需在粗加工后安排钝角倒边。

粗加工后的钝角倒边与去毛刺安排在一道工序内。

按工步顺序为去毛刺、倒边。

为保证清除干净油孔内的切削，需要对工件进行清洗。

为保证将所有切屑清除干净，故选择在精加工后进行清洗作业。

精加工后的清洗作业与去毛刺安排在一道工序内。

为保证成品入库后不会在等待出库过程中锈蚀，故需在精加工后入库前涂防锈油。

精加工后涂防锈油、清洗作业与去毛刺安排在一道工序。

按工步顺序分别为去毛刺、清洗、涂防锈油。

4．工序设计
4.1机床和工艺装备的选择
机床是实现机械切削加工的主要设备，机床设备选择应遵循的原则是：
（1）机床的主要规格尺寸应与被加工零件的外廓尺寸性适应；
（2）机床的加工精度应与工序要求的加工精度相适应；
（3）机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应‘
（4）机床的选择应充分考虑工厂现有的设备情况。

综合考虑零件尺寸规格、要求加工精度、机床生产率以及工厂现有设备，机床主要选择CA6140、X62W、Z3050、MQ8260以及攻丝机。

本零件为单件小批量生产，故夹具尽量选用通用工具。

所选夹具为三爪卡盘、车床顶尖、V型块、压板以及加工曲拐所必需的装用卡具。

工艺装备的选择具体见表4-1 机床和工艺装备的选择表。

表4-1 机床和工艺装备的选择
加工表面使用机床卡具卡紧表面刀具
曲轴两端面CA6140 三爪卡盘主轴颈高速钢刀具
曲轴两端中心孔CA6140 三爪卡盘主轴颈中心钻
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔高速钢刀具
左、右两侧主轴颈及
两端突台，倒角
粗车φ105轴颈及
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔高速钢刀具
倒圆
粗车动力输出部分
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔高速钢刀具
圆锥
粗车两连接板内侧CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔高速钢刀具
粗车连杆轴颈及连
CA6140 专用卡具主轴两端中心孔高速钢刀具
杆轴颈两端突台
CA6140 专用卡具主轴两端中心孔中心钻
钻左端连接板左面
螺纹孔
CA6140 专用卡具主轴颈硬质合金刀具
车左端连接板左面
螺纹孔
攻左端连接板左面
CA6140 专用卡具主轴颈机用丝锥
螺纹孔
X62W 压板×2 主轴颈盘铣刀
粗铣两连接板前、后
面
粗铣两连接板上、下
X62W 压板×2 主轴颈盘铣刀
面
X62W 压板×2 主轴颈键槽铣刀
粗铣动力输出部分
键槽
钻两连接板下面
Z3050 V形块×2 主轴颈钻头
M24螺纹孔
钻左侧连接板下面Z3050 V形块×2 主轴颈钻头
M12螺纹孔
半精车左侧主轴轴
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
颈
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
半精车左侧主轴突
台、倒圆
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
半精车右侧主轴轴
颈
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
半精车右侧主轴突
台、倒圆
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
半精车φ105轴颈
及倒圆
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
半精车动力输出部
分圆锥
半精车连杆轴颈CA6140 专用卡具主轴颈硬质合金刀具
钻连杆轴颈通孔CA6140 专用卡具主轴颈钻头
攻丝机机用丝锥
攻连接板底面M24
螺纹
攻丝机机用丝锥
攻连接板底面M12
螺纹
精车左端主轴颈及
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
倒角
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
精车右端主轴颈及
倒角
精车φ105轴颈及
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
倒圆
精车动力输出部分
CA6140 车床顶尖×2 主轴两端中心孔硬质合金刀具
圆锥
半精车连杆轴颈CA6140 专用卡具主轴颈硬质合金刀具
粗磨连杆轴颈M8260 专用卡具主轴颈砂轮
4.2 切削用量的确定
背吃量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度允许的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。

确定主轴转速n(r/min)
主轴转速n主要根据刀具允许的切削速度Vc(m/min)确定：
n=1000Vc/兀.d
该零件为单件小批量生产，故切削用量的选择依据《机械加工工艺手册》选择。

切削用量：ap=4.6
查得f=1.2mm/r；v=48m/min；
则n=318v/d=318x48/110.4=139r/min
4.3 工序尺寸的确定
工序尺寸及其偏差确定的基本原则：
（1）满足零件加工质量要求。

（2）毛坯制造方便，制造成本较低。

（3）各工序加工方便，加工成本较低。

工序尺寸偏差确定的基本方法：
（1）最后一道工序的工序尺寸及公差按零件图纸确定。

（2）其余工序的工序尺寸及公差按工序加工方法的经济加工精度确定。

（3）各工序的工序余量应当合理。

（4）工序尺寸及公差确定过程是逐步推算的过程，推算方法是从最后一道工序向前依次推算。

以Φ110连杆轴颈的加工为例计算工序尺寸，步骤见表4-2 Φ110连杆轴颈各工步工序尺寸表。

表4-2 Φ110连杆轴颈各工步工序尺寸
工序工序余量经济精度工序基本尺寸尺寸及公差
粗磨0.2 IT7 Φ110
半精车0.5 IT8 Φ110.2
粗车 1.5 IT12 Φ110.7
毛坯±1.2 CT11 Φ112.2 Φ112.2±1.2
4.4 工时定额的计算
时间定额是完成一个工序所需的时间，它是劳动生产率指标。

根据时间定额可以安排生产作业计划，进行成本核算，确定设备数量和人员编制，规划生产面积。

因此时间定额是工艺规程中的重要组成部分。

确定时间定额应根据本企业的生产技术条件，使大多数工人经过努力都能达到，部分先进工人可以超出，少数工人经过努力可以达到或接近平均先进水平。

合理的时间定额能调动工人的积极性，促进工人技术水平的提高。

从而不断提高劳动生产率。

随着企业生产技术条件的不断改善，时间定额定期进行修订，以保持定额的平均先进水平。

时间定额通常由定额员和工艺人员和工人相结合，通过总结过去的经验并参考有关的技术资料直接估计确定。

或者以同类产品的工件或工序的时间定额为依据进行对比分析后推算出来，也可通过对实际操作时间的测定和分析后确定。

本品为单件小批量生产，故工时定额的计算主要根据《机械工艺手册》相关数据查表获得。

下面以粗车右端主轴轴颈为例计算工时定额。

查得：装夹工件时间为1.1min，松开卸下工件时间为0.76min，操作机床时间为：0.02+0.04+0.03+0.09+0.08+0.02+0.01+0.02+0.03+0.06+0.04+0.04+0.03=0.51 min
查得：测量工件时间为：0.1+0.14=0.24min
T1=0.76+1.1+0.51+0.24=2.61min
机动时间为：T2=0.07+0.06+0.04+0.03=0.2min
布置工作地、休息和生理时间分别为：T3=53min、T4=15min
T基=lz/nfap=412.8x5/167x1.3x2.6=3.7min
则T总=T1+T2+T基+53+15=77.51
结语
通过这段时间的机械制造工艺学课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械制造工艺学基本技能的训练。

参考文献
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