曲轴铣端面打中心孔专用夹具毕业设计中期报告

毕业设计（论文）题目：曲轴铣端面打中心孔专用夹具设计 专业：机械设计制造及其自动化

第一章 工艺方案的拟定

1.曲轴零件的工艺技术分析

曲轴零件图如图1-1所示：

图1-1 曲轴零件图

1.1零件的技术要求

1) 坯料经压力铸造后，应进行调质处理硬度达HRC45～50，去除氧化皮。

2) 曲轴油封轴和连杆轴颈应经表面淬火，淬火层深为2.5mm，硬度HRC55～HRC63，

连杆轴颈和主轴颈圆角处的硬度应过渡到调质处理的硬度，淬火层应自表面开始到测到50%马氏体止。淬火表面不应有铁素体，在50%马氏体处铁素体含量不应超过磨片面积的5%。

3) 曲轴加工表面应光洁，不得有裂缝、压痕、毛刺、凹痕以及非金属杂物。磨光表面

不得有刻痕和黑点。清除油道以及其它部分的金属屑、污染物以及其它杂物，并清洗吸干。

4) 曲轴应经动平衡试验，精加工后，应磁力探伤并退磁。 5) 未注尺寸公差按IT14级，未注形位公差按C级。

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1.2需要注意的形位公差

长短轴的同轴度为φ0.012mm； 长短轴的平行度为φ0.015mm； 光洁度：端面中心孔粗糙度为R12.5； 锥面的圆度为0.007mm。

另：位置度一般公差为±0.5mm即可。

2.工艺规程的制定

2.1曲轴材料及毛坯

本零件选用压力铸造件，选曲轴材料为球墨铸铁（QT60-2）。该材料强度高，耐磨，并有一定得韧性。铸件：包括铸钢，铸铁，有色金属及合金的铸件等。在大批量生产中，采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，可以减少切削加工用量，提高材料利用率，降低机械加工成本。

2.2生产类型及工艺特征

本零件是大批量生产，零件的生产纲领为15000件/年，他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效率的可能，该曲轴零件在工艺设计上采用了组合机床流水线加工的方式。

2.3重要工序分析

1) 主轴颈的加工精度为R1.6，先粗加工作为定位面。在以后精加工工序中加工至

R1.6。

2) 为保证端面中心孔位置精度，采用安装在夹具上的可换钻套来保证精度。 3) 端面经铣削后与轴线的垂直度，本工序为粗加工工序，依靠夹具能水平定位工件来

实现，并在以后精加工过程中加以修正。

4) 工序前后分配的注意事项：在大批大量生产过程中，粗精加工应分开进行，这样工

件能得到较好的冷却，减少热应变及内应力变形的影响，有利于保证加工精度。同时可以避免粗加工产生振动等不利因素，也有利于精加工机床精度的保持。

2.4定位基准的选择

曲轴和一般轴类零件的主要区别是：一般轴类零件的全部轴颈都位于同一条直线上，而

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曲轴的主轴颈虽然也位于同一直线上，但其连杆轴颈不与主轴颈同轴，而是离开一定的距离而彼此平衡。

为了保证各轴颈同轴度要求，在基准选择时采用基准统一的原则，即粗精加工个主轴颈的时候都采用顶尖孔作为定位基准。对于连杆轴颈的加工，为保证连杆轴颈线与主轴颈的轴线之间的平行，在基准选择的时候应采用定位基准与装配基准的重合的原则，即粗精加工连杆轴颈时都采用两个主轴颈作为定位基准。在加工连杆轴颈时选择主轴颈定位，加工主轴颈时选择顶尖孔定位。

2.5工艺路线

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等技术要求能得到保证。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划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。

在批量生产的条件下，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效率。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：

10 铸造毛坯 15 调质处理 20 铣端面，打中心孔 30 粗车长轴端外圆及侧面 40 粗车短轴端外圆及侧面 50 粗车扇形外圆及侧面 60 粗车锥面1：10 70 精车长轴端外圆及侧面 80 精车短轴端外圆及侧面 90 铣扇形侧面 100 铣连杆轴颈 110 检验 120 淬火 130 修整中心孔 140 粗磨主轴颈

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150 铣键槽 160 磨锥面1：10 170 粗磨连杆轴颈 180 精磨主轴颈 190 精磨连杆轴颈 200 车退刀槽 210 车螺纹M42

220 抛光主轴颈及联杆轴颈 230 检验，探伤，退磁

2.6毛坯机械加工余量及工序尺寸确定

目前，我国曲轴毛坯的加工余量都比较大，通常轴径单边余量为5～7mm，止推面5～7mm。查《机械加工工艺手册》，《机械加工余量标准》，确定曲轴各处加工余量。曲轴毛坯图见图1.2

图1.2 曲轴毛坯件图

表1.1 毛坯零件圆柱面机械加工余量

基本尺寸（mm） φ30 φ70 R96 φ65 φ50 加工余量（mm） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 4

附注 双侧 双侧 单侧 双侧 双侧

表1.2 毛坯零件各端面机械加工余量

基本尺寸（mm） 313（两外端面） 288.5（φ70左侧面） 209.5（φ70右侧面） 加工余量（mm） 5.0 5.0 5.0 附注 单侧 单侧 单侧 单侧 单侧 40（厚度为29的扇形面内侧） 4.5 98（厚度为29的扇形面外侧） 4.5 2.7夹具设计要求及方向

设计原则：由于此工件为大批大量生产，需满足以下几点要求：

（1）安装方便，夹紧迅速可靠 （2）结构刚度好

（3）夹具设计误差小，采用一体结构。

3.刀具选择及切削用量的选取

3.1技术分析

工件材料是球墨铸铁（QT60-2），硬度为HRC45～50。轴颈端面中心孔国标为GB145-85。轴颈两侧端面加工精度要求不高，粗糙度为R12.5。

3.2刀具选择

中心孔钻规格： d k12 3.15 d1 h9 8 l 基本尺寸 50 极限偏差 ±2 基本尺寸 3.9 l1 极限偏差 +1.0 0 由于钻套和零件毛坯距离较近，故选用锯片铣刀进行铣端面操作，选用锯片铣刀规格如下：

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力大大增加。

3) 组合机床夹具是保证加工精度的主要部件，因此要注意夹紧后产生的变形对加工精

度的影响，尤其是在工作刚性差，精度要求高的情况下，更应注意。

4) 为保证夹紧可靠，应选择机床工作过程中最不利的工作状态来确定所需的夹紧力。

夹紧力的力学模型如下图所示：

Wo l L Wk

3.钻套、衬套及夹具体设计

中心孔的加工需钻、扩两次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔8mm分钻、扩两个工步完成加工。即先用φ7mm的麻花钻钻孔，根据GB1141—84的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为

0.034?7F8mm即?7??0.016mm。再用φ8mm标准扩孔钻扩孔，根据GB1141—84的规定φ8mm0.015扩孔钻的尺寸为?8??0.008mm。

图2—9 可换钻套图

工艺孔钻套结构参数如下表：

表2-10 可换钻套结构参数

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d 8 H 20 D 公称尺寸 12 允差 +0.018 +0.007 D1 22 D2 18 h 10 h1 4 m 7 m1 7 r 16 a 0.5 衬套选用钻套用衬套(GB 2263--80)其结构如图所示：

图2-11定衬套图

其结构参数如下表：

表2-12 A型固定衬套结构参数 d 公称尺寸 12 允差 +0.034 +0.016 H 20 D 公称尺寸 18 允差 +0.023 +0.012 C 0.5 C1 2 4.夹具结构方案

夹具结构夹具的结构示意图如图2-13所示：

图2-13 夹具结构示意图

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