曲轴两端打中心孔夹具设计说明书讲解

机械制造工艺学

课程设计

设计题目：铣曲轴两端面打中心孔夹具

设计内容：

1、课程设计说明书1份

2、机械加工工艺设计表1张

3、机械加工工艺过程卡1张

4、机械加工工序图1张

5、夹具装配图和主要零件图1套

班级：

学生：

学号：

指导老师：

2010年9月

夹具设计是在学完机械制造工艺学这门课程的基础上进行的，要做好夹具设计需要前面学过的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课作为铺垫，如机械制图、AuroCAD、Pro/E、力学、机械工程材料、公差与配合、机械设计、机械原理、液压与气动等等。这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

就我而言，我希望能通过这次的夹具设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，且不用多久就要面临就业了，所以，在找工作前把夹具设计做好，有利于安心找工作、找到好工作。通过对专用夹具的设计，不仅对夹具有了更深的认识，而且从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。

由于本人能力有限，设计过程中存在诸多不足之处，恳请老师给予指教。

序言 (1)

1.设计具体内容 (2)

1.1零件的作用 (3)

1.2零件的工艺性分析 (4)

1.3零件机械加工工艺路线制定 (5)

1.4本工序加工要求 (6)

1.5夹具结构方案确定 (6)

●定位方案确定，选取定位基准和定位元件 (6)

●刀具导向或对刀装置确定 (6)

●夹紧机构方案确定，计算切削力及夹紧力 (7)

●其它装置和夹具体确定 (9)

1.6定位误差分析计算 (10)

1.7夹具结构及操作介绍 (10)

2. 本设计的主要优缺点 (11)

3. 参考文献 (11)

1、设计具体内容

1.1零件的作用：

曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下（往复）运动变成循环运动。曲轴主要有两个加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与气缸活塞连接，构成一个典型的曲柄连杆机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩空气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。因此，曲轴零件加工质量的好坏将直接影响着发动机的整体性能。

1.2零件的工艺性分析：

在进行曲轴零件的工艺性分析之前，让我们先了解一下曲轴的结构图，以便对曲轴有一个感性的认识，由下图a所示：曲轴主要由主轴颈、连杆轴颈、止推面、法兰端、轴头端、曲柄、曲柄臂、平衡块等组成。

图 a

分析题目给定的具体曲轴零件（见附图1），从曲轴结构上看，曲轴又细又长，其长径比一般都大于10，是典型的柔性件。加之曲轴结构复杂，工艺性差，尤其给机械加工带来很大困难。通常可将曲轴的加工过程分为四个阶段。第一阶段主要是以铣钻为主的基准加工，即铣定位面（曲轴两端面）打中心孔；第二阶段是以车、铣、钻为主的完成全部轴颈的粗加工；第三阶段为热处理；第四阶段为以磨、抛光为主的精加工及端面加工和动平衡。此外，一条完整的曲轴生产线还包括装配滚压校直、测量、清洗防腐等工序。其中，第二阶段主轴颈和连杆轴颈的加工是曲轴加工工艺的难点，但这一部分的加工工艺发展迅速。

曲轴对尺寸公差、形位公差、表面粗糙度要求都比较高，从零件图上可以看出：主轴颈及连杆轴颈直径的公差等级为IT6，圆柱度公差等级为6级，连杆轴颈轴线对主轴颈公共轴线的平行度为6级，其余主轴的圆跳动为8级。重要表面粗糙度不低于Ra 值3.2的要求。此外还有相位角度偏差，一般不大于'

20 ，对曲轴的动不平衡量也有要求，额定转速越高对曲轴的动不平衡量要求越严格。 1.3零件机械加工工艺路线制定：

径向定位基准：由于曲轴设计基准是中心孔，装配基准是两端主轴颈，所以选择毛坯两端中心孔作为精基准；

轴向定位基准：曲轴轴向设计基准、安装基准都是中间主轴颈端面，所以主要以曲柄臂端为定位基准；

角向定位基准：角向定位基准主要用曲轴的曲柄臂上加工出的定位平台及法兰盘上 的定位孔作角向定位。

一、 加工工序顺序的安排

1、 工序顺序安排原则

1) 先基准面后其它 加工开始，首先应把精基准面加工出来。如曲轴零件应先将

两端面及中心孔加工出来，然后再进行主轴颈、曲柄定位平台、连杆轴颈等其

它表面的加工。

2) 先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最好安排精加工和光整加工。

3) 先主后次 曲轴主要加工表面有主轴颈、连杆轴颈、轴肩端面、圆角；次要加

工面为键槽、斜油孔、螺纹等。

4) 先面后孔

2、 热处理工序及辅助工序的安排

除机械加工外，还有轴颈淬火、平衡、探伤、校直、检验、清洗等工序。淬火放在轴颈精加工之前，平衡放在精加工之后，毛坯探伤放在粗加工之前，磁力探伤工序主要用来检查零件的细微裂纹和其它缺陷，应放在精加工之后。校直放在容易引起弯曲变形工序后进行，如放在粗加工主轴颈、粗加工连杆轴颈、热处理等工序之后进行。检验工序分中间检验和最终检验工序。中间检验放在重要工序之后，如放在粗加、精加工光整加工之后进行。零件全部加工完毕进行最终检验。最后清洗一般放在曲轴光整加工之后，最终检验工序之前进行。

3、 加工阶段的划分

加工定位基准面——粗加工轴颈——加工油孔和次要表面——半精加工和精加工

轴颈——加工键槽和轴承孔等表面——光整加工所有轴颈。

二、机械加工的工艺过程

曲轴需要加工的表面有：主轴颈、连杆轴颈、其它轴颈、油道、键槽、螺纹等。

制定曲轴机械加工方案为：铸造毛坯——热处理——铣两端面打中心孔——车或铣主轴颈和连杆轴颈——车各处外圆——钻斜油孔——磨削连杆轴颈、主轴颈——车两端面——铣键槽、倒角——抛光——氮化——探伤——油孔抛光——动平衡、去重——清理去毛刺——轴颈抛光——入库。

曲轴结构复杂，刚性差，易变形，而加工技术要求又高，在制定曲轴加工工艺过程时，必须考虑这些特点，采取相应的工艺措施：

●粗加工时由于切削余量大，切削力也大，可用中间托架来增强刚性，从而减少

变形和振动，同时机床刀具及夹具都应有较高的刚度；

●在切削过程所产生切削力应尽可能使之互相抵消，例如主轴颈的车削工序中，

可用前后刀架同时横向进给；

●合理安排加工顺序以减少加工时的变形，按先粗后精原则安排加工工序，逐步

提高精度；

●在有可能产生变形的工序后面设置校直工序，尽量减少前面工序的弯曲变形对

后续工序的影响。

1.4本工序加工要求

工序为铣曲轴两端面打中心孔，该工序在所有工序中排第一，主要是由于这

一工序对以后的工序，特别是平衡去重工序的工作量，有很大的影响，所以关键在于使中心孔尽可能接近曲轴质量轴线。根据题目的要求，该零件的生产类型为大批大量生产，因此可以在专用的铣端面、打中心孔机床上进行。

本工序需要保证曲轴总长及中心孔的质量，若端面不平则钻中心孔时钻上的两切削刃受力不均，钻头可能引偏而折断，因此要采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终，因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔工艺按加工方法可分几何定心法和质量定心法两种。这两种方法所采用的设备不同，价格也不同，采用何种方法得看毛坯质量以及现有的设备。