机械工艺夹具毕业设计97单拐曲轴零件的机械加工工艺规程

1、曲轴零件及其工艺特点

曲轴是将直线运动转变为旋转运动，或将旋转运动转变成直线运动的零件。曲轴工作时的受力情况非常复杂。它不但受到很大的扭转应力和大小、方向都在周期性变化的弯曲应力的作用，而且还受到振动所产生的附加应力的作用。因此曲轴应具有足够的强度、刚度、抗疲劳强度及抗冲击韧性。同时，由于曲轴工作时的旋转速度高，所以在设计曲轴时，应使曲轴的主轴颈和连杆轴颈有足够的耐磨性，且曲轴的质量应当平衡分布，以减少不平衡带给曲轴的附加载荷。

曲轴的工艺特点主要取决于结构特点和技术要求。作为曲轴加工，其主要问题就是工件本身刚性差、零件技术要求高。这就需要在加工过程中采用一系列相应的措施，以使加工后的零件符合图纸的设计要求。应采用的措施大致有：

1）尽量减小或抵消切削力；

2）提高曲轴的支承刚性，以减小受力变形；

3）加工工艺要分阶段，以减小粗加工对精加工的影响。

2、曲轴的材料和毛坯

曲轴的材料一般采用45钢、45Mn2、50Mn、40Cr、35CrMo、QT60-2球墨铸铁等。 根据不同的生产类型和工厂的具体条件，该曲轴为球墨铸铁QT60-2材料所以采用铸造毛坯。

3、曲轴加工的工艺特点分析

1）该零件的生产批量不大，因此选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证位置精度。

2）该零件刚度较差，故粗车、精车和磨均以工序分开。

4、尺寸公差等级

尺寸 0.025?110??0.003mm 公差等级 IT6 IT7 IT10 IT12 尺寸 28-0.022-0.074mm 120?0.10mm 140+0.022?0.008mm 公差等级 IT9 IT9 IT5 ?110-0.036-0.071mm ?105-0.24-0.40mm +0.531640mm

- 1 -

5、技术要求

项目 说明 两处?110+0.025的外圆柱面的轴线，必须位于直径为公+0.003mm差值0.02，且与A、B公共基准轴线同轴的圆柱面内 两处?110+0.025的外圆柱面必须位于半径差为公差值+0.003mm0.02的两同轴圆柱面之间 0.02A-B A-BA-B0.015A-B0.015 0.015A-B0.020.02A-B?110-0.036-0.071mm外圆轴线必须位于直径为公差值0.02，且 平行于A、B公共基准轴线的圆柱面内 键槽28-0.074的中心平面必须位于距离为公差值0.05的两平行面之间，该两平面对称配置在通过基准轴线的辅助平面两侧 圆锥面对两处?110+0.025的外圆柱面的轴线的径跳公+0.003mm 差0.03 -0.022A0.050.02AA-B0.05A-B0.03A0.050.03A-B 0.03A-B0.03A-B6、工艺路线

工序号 工序名称 01 02 03 04 铸 热处理 刨 检验 铸造，清理 正火 粗刨140+0.022?0.008mm左右侧面和27mm上下面和斜角，留加工余量5mm 超声波检查 划左端顶尖孔线，照顾05 划线 0.025?110??0.003mm的加工余量均匀 工序内容 140+0.022?0.008mm左右侧面和两端主轴颈06 钻 钻左端顶尖孔 07 车 Ra值两端主轴颈（?110+0.003mm）车至?1130?0.070mm，表面粗糙度+0.0255?m（工艺用）

- 2 -

08 车 粗、精车连杆轴颈?110-0.036-0.071mm，留加工余量0.6mm，连杆轴颈内测面+0.531640mm至尺寸要求（专用偏心夹具） 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 车 车 车 刨 划线 钻 磨 磨 磨 检验 铣 钳 检验 入库 精车两轴颈?110+0.003mm，留加工余量0.6mm 精车左端面，钻?20mm和?32mm，倒角，忽60?棱边 精车1：10锥体，车端面，倒角，钻右端顶尖孔 精刨140?0.008mm左右侧面和270mm上下两面至图纸要求 划键槽，螺孔，油孔各处 钻各处油孔和钻螺纹孔内经（按线加工） 磨两?110+0.003mm主轴颈和?105-0.24轴颈至图纸要求 -0.40mm磨?110-0.071mm连杆颈（偏心夹具） 磨1;10锥颈至图纸要求 磁粉探伤 铣键槽 攻三处螺纹，修连杆轴颈上?10mm油孔孔口，刨边倒钝 按图样要求检验 上油包装 -0.036+0.025+0.022+0.0257、确定切削用量及基本工时

工序01：铸造，清理 工序02：正火

工序03：粗刨两侧面、上下面和斜角。

工件材料：QT60-2,190—270HB，铸造

加工要求：粗刨140?0.008mm左右侧面和27mm上下面和斜角，留加工余

量5mm

机 床：B6050牛头刨 刀 具：W18Cr4V 1）切削深度：2mm

2）进 给 量：f=1.0mm/双行程 3）切削速度：v=20m/min

+0.022- 3 -

工序04：超声波检查 工序05：划左端顶尖孔线。

加工要求：划左端顶尖孔线，照顾140?0.008mm左右侧面和两端主轴颈

0.025?110??0.003mm的加工余量均匀

+0.022 工 具：划线工具 工序06：钻左端顶尖孔

加工要求：划左端顶尖孔线，照顾140?0.008mm左右侧面和两端主轴颈

0.025?110??0.003mm的加工余量均匀

+0.022 机 床：C620-1卧式车床

刀 具：复合中心钻B3

工序07：车两端主轴颈（?110+0.003mm），同时应校验机床功率及进给机构强度。

加工要求：两端主轴颈（?110+0.003mm）车至?1130?0.070mm，表面粗糙度

+0.025+0.025Ra值5?m

机 床：C620-1卧式车床

刀 具：刀片材料YT15、刀杆尺寸16?25mm2、kr=90?、?0=15?、

?0=12?、r?=0.5mm

1）切削深度：单边余量2mm，可一次切除

2）进 给 量：查《切削用量简明手册》，第9页，表1.4 选用 f=1.0mm/r

3）计算切削速度：查《切削用量简明手册》第9页，表1.27 Cv?140、xv?0.15、yv?0.45、m?0.2

Cvvc?mxvTapfyv140kv?0.20.5?1.44?0.8?0.81?0.970.4560?2?1.0

?50.29(m/min) 4）确定主轴转速：

- 4 -

ns?1000vc1000?50.29??136.89(r/min)

?dw3.14?117?dn10003.14?117?150?55.11(m/min)

1000按机床选取n=150r/min 所以实际切削速度v?? 5）检验机床功率：主切削力Fc查《切削用量简明手册》第38页，表1.29

计算公式

Fc?CFcapxFcfyFcvckFc

nFcCFc其中：

?795、xFc?1.0、yFc?0.75 、nFc?0

Fc=795?2.01.0?1.00.75?55.110?0.94?0.89=1330.194N切削时消耗功率Pc为：

Pc?Fc?vc1330.19?55.11??1.22(kw)

6000060000查《切削用量简明手册》第40页，表1.30中C620-1机床说明书可知，C620-1主电动机功率为7.8kw，当主轴转速为150r/min时，主轴传递的最大功率为5.9kw，所以机床功率足够，可以正常加工。

6）检验机床进给系统强度：已知主切削力Fc=1330.194N，径向切削

力Fp查《切削用量简明手册》第38页，表1.29计算公式

Fp?CFpap 其中： CFp

xFpfyFpvckFp

nFp?420、xFp?0.9、yFp?0.75、nFp?0

Fp?420?2.00.9?1.00.75?55.110?0.897?0.5?351.51(N)

进给力：

Ff?CFfafxFffyFfvckFfnFf

其中： CFf

?375、xFf?1.0、yFf?0.4、nFp?0

- 5 -

Ff?375?2.01.0?1.00.4?55.110?0.923?1.17?809.93(N) 取机床的导轨和床鞍之间的摩擦系数??0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为

F?Ff???Fc?Fp??809.93?0.1(1330.19?351.51)?978.1(N) 查《切削用量简明手册》第40页，表1.30中C620-1机床说明书可知，机床的进给机构可承受的最大纵向力为3530N，故机床的进给系统可以正常加工。 7）切削工时：t?l?l1?l2 nf 其中：l?505、l1?4、l2?0 所以：t?505+4=3.40（min）

150?1.0工序08：粗、精车连杆轴颈和连杆轴颈内测面

加工要求：粗、精车连杆轴颈?110-0.071mm，留加工余量0.6mm，连杆轴

颈内测面1640（1）车连杆轴颈内测面1640+0.53+0.53-0.036mm至尺寸要求（专用偏心夹具）

mm

1）切削深度：连杆轴颈内测面的最大加工余量zmax=7mm，分两次加工，

ap=3.5mm 计

2）进 给 量：查《切削用量简明手册》第9页，表1.4 选用 f=1.0mm/r

3）计算切削速度：查《切削用量简明手册》第9页，表1.27 Cv?140、xv?0.15、yv?0.45、m?0.2

Cvvc?mxvTapfyv140kv?0.2?1.44?0.8?0.81?0.970.50.4560?3.5?1.0

?38.03(m/min) 4）确定主轴转速：

- 6 -

ns?1000vc1000?38.03??58.51(r/min)

?dw3.14?207?dn1000按机床选取n=76r/min 所以实际切削速度v??3.14?207?76?49.40(m/min)

1000 5）切削工时：t?l?l1?l2i nf 其中：l?207-58.3=148.7、l1?4、l2?0 所以：t?-0.036148.7+4?4=8.04（min）

76?1.0（2）粗、精车连杆轴颈?110-0.071mm，留加工余量0.6mm 1）切削深度：单边余量2mm，可一次切除

2）进 给 量：查《切削用量简明手册》第9页，表1.4 选用 f=1.0mm/r

3）计算切削速度：查《切削用量简明手册》第9页，表1.27 Cv?140、xv?0.15、yv?0.45、m?0.2

Cvvc?mxvTapfyv140kv?0.20.5?1.44?0.8?0.81?0.970.4560?2?1.0

?50.29(m/min) 4）确定主轴转速： ns?1000vc1000?50.29??136.89(r/min) ?dw3.14?117按机床选取n=150r/min 所以实际切削速度v??dn1000?3.14?117?150?55.11(m/min)

1000 5）切削工时：t?l?l1?l2 nf

- 7 -

其中：l?164、l1?4、l2?0 所以：t?工序09：精车两轴颈

加工要求：精车两轴颈?110+0.003mm，留加工余量0.6mm 机 床：C620-1卧式车床

刀 具：刀片材料YT15、刀杆尺寸16?25mm2、kr=90?、?0=15?、

+0.025164+4?2=2.24（min）

150?1.0?0=12?、r?=0.5mm

1）切削深度：单边余量1.5mm，可一次切除

2）进 给 量：查《切削用量简明手册》第9页，表1.4 选用 f=1.0mm/r

3）计算切削速度：查《切削用量简明手册》第9页，表1.27 Cv?140、xv?0.15、yv?0.45、m?0.2

Cv140?1.44?0.8?0.81?0.97 0.20.50.45 vc?mxvyvkv?Tapf60?1.5?1.0?71.12(m/min)

4）确定主轴转速：

1000vc1000?71.12??200.43(r/min) ns??dw3.14?113按机床选取n=230r/min 所以实际切削速度

v??dn1000?3.14?113?230?81.61(m/min)

1000 5）检验机床功率：主切削力Fc查《切削用量简明手册》第38页，表1.29

计算公式

xFcyFcnFcFc?CafvckFc Fcp

- 8 -

其中：CFc?795、xFc?1.0、yFc?0.75 、nFc?0

Fc=795?1.51.0?1.00.75?81.610?0.94?0.89=2327.64N

切削时消耗功率Pc为：Pc?Fc?vc2327.64?81.61??3.17(kw)

6000060000查《切削用量简明手册》P40，表1.30中C620-1机床说明书可知，C620-1主电动机功率为7.8kw，当主轴转速为150r/min时，主轴传递的最大功率为5.9kw，所以机床功率足够，可以正常加工。

6）检验机床进给系统强度：已知主切削力Fc=2327.64N，径向切削

力Fp查《切削用量简明手册》第38页，表1.29计算公式

Fp?CFpap 其中： CFpxFpfyFpvckFp

nFp?420、xFp?0.9、yFp?0.75、nFp?0

Fp?420?1.50.9?1.00.75?81.610?0.897?0.5?244.03(N)

进给力：其中： CFfFf?CFfafxFffyFfvckFfnFf

?375、xFf?1.0、yFf?0.4、nFp?0

Ff?375?1.51.0?1.00.4?81.610?0.923?1.17?607.45(N)取机床的导轨和床鞍之间的摩擦系数??0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为

F?Ff???Fc?Fp??607.45?0.1(2327.64?244.03)?864.61(N)

查《切削用量简明手册》第40页，表1.30中C620-1机床说明书可知，机床的进给机构可承受的最大纵向力为3530N，故机床的进给系统可以正常加工。

l?l1?l2 7）切削工时：t?

nf 其中：l?505、l1?4、l2?0

- 9 -

所以：t?505+4=2.21（min）

230?1.0工序10：精车左端面，钻?20mm和?32mm，倒角，忽60?棱边。

机 床：C620-1卧式车床

刀 具：刀片材料YT15、刀杆尺寸16?25mm2、kr=90?、?0=15?、

?0=12?、r?=0.5mm

（1）精车左端面

1）切削深度：连杆轴颈内测面的最大加工余量zmax=7mm，分两次加工，

ap=3.5mm 计

2）进 给 量：查《切削用量简明手册》第9页，表1.4 选用 f=1.0mm/r 3）计算切削速度： vc 4）确定主轴转速：

?38.03(m/min)

1000vc1000?38.03??110.11(r/min) ns??dw3.14?110按机床选取n=120r/min 所以实际切削速度v??dn1000?3.14?110?120?41.49(m/min)

1000 5）切削工时：t?l?l1?l2i nf110=55、l1?4、l2?0 2 其中：l? 所以：t?（2）钻?20mm

55+4?2=0.98（min）

120?1.0机 床：C620-1卧式车床

刀 具：高速钢、标准钻头、直径20mm

1）进给量的确定：查《切削用量简明手册》，第50页，表2.7

- 10 -

f=0.8mm/r

2）切削速度的确定：查《切削用量简明手册》，第55页，表2.13及2.14

V=13m/min

1000v1000?13ns=?=207（r/min）

?dw3.14?20按机床选取n=230r/min 所以实际切削速度v??dn1000?3.14?20?230?14.44(m/min)

10003）切削工时：t?（3）钻?32mm

l?l1?l2160?10?4??0.95(min) nf230?0.8刀 具：高速钢、标准钻头、直径32mm

1）进给量的确定：查《切削用量简明手册》，第50页，表2.7 f=1.0mm/r

2）切削速度的确定：查《切削用量简明手册》，第55页，表2.13及2.14

V=14m/min

ns=1000v1000?14?=139.33（r/min） ?dw3.14?32按机床选取n=150r/min 所以实际切削速度v??dn1000?3.14?32?150?15.07(m/min)

10003）切削工时：t?l?l1?l250?10?4??0.53(min) nf150?0.8工序11：精车1：10锥体，车端面，倒角，钻右端顶尖孔 （1）精车1：10锥体

1）切削深度：最大切削余量1mm，可一次切除 2）进 给 量：查《切削用量简明手册》第9页，表1.4 选用 f=1.0mm/r

3）计算切削速度：查《切削用量简明手册》第9页，表1.27

- 11 -

Cv?140、xv?0.15、yv?0.45、m?0.2

Cvvc?mxvTapfyv140kv?0.20.5?1.44?0.8?0.81?0.970.4560?1?1.0

?71.12(m/min) 4）确定主轴转速：

1000vc1000?71.12??205.91(r/min) ns??dw3.14?110按机床选取n=230r/min 所以实际切削速度v??dn1000?3.14?110?230?79.44(m/min)

1000 5）切削工时：t?l?l1?l2 nf 其中：l?216、l1?4、l2?0

216+4=0.96（min） 所以：t?

230?1.0（2）车端面

1）切削深度：连杆轴颈内测面的最大加工余量zmax=7mm，分两次加工，

ap=3.5mm 计

2）进 给 量：查《切削用量简明手册》第9页，表1.4 选用 f=1.0mm/r 3）计算切削速度： vc 4）确定主轴转速：

?38.03(m/min)

1000vc1000?38.03??110.11(r/min) ns??dw3.14?110按机床选取n=120r/min 所以实际切削速度v??dn1000?3.14?110?120?41.49(m/min)

1000

- 12 -

5）切削工时：t?l?l1?l2i nf110=55、l1?4、l2?0 2 其中：l? 所以：t?55+4?2=0.98（min）

120?1.0工序12：精刨140+0.022?0.008mm左右侧面和270mm上下两面

加工要求：精刨140+0.022?0.008mm左右侧面和270mm上下两面至图纸要求 机 床：B6050牛头刨床 刀 具：W18Cr4V

1）切削深度：2.5mm，分两次加工 2）进 给 量：f=1.0mm/双行程 3）切削速度：v=20m/min

工序13：划键槽，螺孔，油孔各处。 工 具：划线工具

工序14：钻各处油孔和钻螺纹孔内经（按线加工）

机 床：Z525钻床

刀 具：高速钢、标准钻头、直径10、20mm

（1）钻?20mm

1）进给量的确定：查《切削用量简明手册》，第50页，表2.7 f=0.8mm/r

2）切削速度的确定：查《切削用量简明手册》，第55页，表2.13及2.14

V=13m/min

ns=1000v1000?13?=207（r/min） ?dw3.14?20?dn10003.14?20?230?14.44(m/min)

1000按机床选取n=230r/min 所以实际切削速度v??

- 13 -

3）切削工时：t?（2）钻?10mm

l?l1?l2200+10?450?4+10?4?+?2.25(min) nf230?0.8230?0.81）进给量的确定：查《切削用量简明手册》，第50页，表2.7 f=0.5mm/r

2）切削速度的确定：查《切削用量简明手册》，第55页，表2.13及2.14

V=9m/min

ns=1000v1000?9?=286.62（r/min） ?dw3.14?10按机床选取n=272r/min 所以实际切削速度v??dn1000?3.14?10?272?8.54(m/min)

10003）切削工时：t?+0.025l?l1?l255+10?4??2?0.57(min) nf272?0.8-0.24工序15： 磨两?110+0.003mm主轴颈和?105-0.40mm轴颈

加工要求：磨两?110+0.003mm主轴颈和?105-0.40mm轴颈至图纸要求

+0.025-0.24机 床：磨床

选择砂轮：《查机械制造工艺简明手册》 WA46KV6P350?40?127

1）砂轮转速：n砂=1500r/min、v砂=27.5m/s

2）轴向进给量：fa?0.5B?20mm(双行程)

3）工件速度：vw?10m/min

工序16：磨?110-0.071mm连杆颈

机 床：磨床 夹 具：偏心夹具

选择砂轮：《查机械制造工艺简明手册》 WA46KV6P350?40?127

-0.036- 14 -

1）砂轮转速：n砂=1500r/min、v砂=27.5m/s

2）轴向进给量：fa?0.5B?20mm(双行程)

3）工件速度：vw?10m/min

工序17：磨1;10锥颈

加工要求：磨1;10锥颈至图纸要求 机 床：磨床 夹 具：偏心夹具

选择砂轮：《查机械制造工艺简明手册》 WA46KV6P350?40?127

1）砂轮转速：n砂=1500r/min、v砂=27.5m/s

2）轴向进给量：fa?0.5B?20mm(双行程)

3）工件速度：vw?10m/min

工序18：磁粉检验 工序19：铣键槽

加工要求：保证键宽28-0.074mm 机 床：XA6132铣床 刀 具：高速钢立铣刀

1）切削深度：最大余量12mm，可一次切除

2）进 给 量：查《切削用量简明手册》第103页，表3.22 选用 vf?184mm/min Pc-0.022?1.9(kw)

3）计算切削速度：查《切削用量简明手册》第107页，表3.27 Cv?61.7、xv?0.1、qv?0.45、yv?0.2

uv?0.2、pv?0.1、m?0.33

4)确定主轴转速：

根据XA6132型立铣床说明书《切削用量简明手册》第111页，

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表3.30

选取n=300r/min

vc??d0n1000?3.14?28?300?26.38(r/min)

1000按机床选取n=150r/min

5）切削工时：tm?L152??0.83(min) vf184工序20：攻三处螺纹，修连杆轴颈上?10mm油孔孔口，刨边倒钝

刀 具：丝锥 M24、M12、板锉

工序21：按图纸要求检验 工序22：上油入库

8、参考文献

[1] 赵家齐编. 机械制造工艺学课程设计指导书（第2版）[M]. 机械工业出版

社,2009.6

[2] 艾兴. 切削用量简明手册[M]. 机械工业出版社，2004.2

[3] 王先逵主编. 机械加工工艺手册单行本[M].机械工业出版社，2008.6 [4] 李益民. 机械简明制造工艺设计简明手册[M].机械工业出版社,2004.7 [5] 陈宏钧主编. 机械加工工艺设计员手册[M]. 机械工业出版社，2009.1 [6] 徐胜群. 简明机械加工工艺手册[M].上海科学技术出版社,1991.2 [7] 邵青. 机械制造技术基础课程设计指导教程[M]. 机械工业出版社,2004.9 [8] 倪森寿. 机械制造工艺与装配习题集课程设计指导书(第二版)[M].化学工

业出版社，2009.2

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表3.30

选取n=300r/min

vc??d0n1000?3.14?28?300?26.38(r/min)

1000按机床选取n=150r/min

5）切削工时：tm?L152??0.83(min) vf184工序20：攻三处螺纹，修连杆轴颈上?10mm油孔孔口，刨边倒钝

刀 具：丝锥 M24、M12、板锉

工序21：按图纸要求检验 工序22：上油入库

8、参考文献

[1] 赵家齐编. 机械制造工艺学课程设计指导书（第2版）[M]. 机械工业出版

社,2009.6

[2] 艾兴. 切削用量简明手册[M]. 机械工业出版社，2004.2

[3] 王先逵主编. 机械加工工艺手册单行本[M].机械工业出版社，2008.6 [4] 李益民. 机械简明制造工艺设计简明手册[M].机械工业出版社,2004.7 [5] 陈宏钧主编. 机械加工工艺设计员手册[M]. 机械工业出版社，2009.1 [6] 徐胜群. 简明机械加工工艺手册[M].上海科学技术出版社,1991.2 [7] 邵青. 机械制造技术基础课程设计指导教程[M]. 机械工业出版社,2004.9 [8] 倪森寿. 机械制造工艺与装配习题集课程设计指导书(第二版)[M].化学工

业出版社，2009.2

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