1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 單拐曲軸零件的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級 學(xué) 號 08031144學(xué) 生 姓 名 呂海指 導(dǎo) 教 師 柴京富填 表 日 期 2012 年 3 月 11 日一、選題的依據(jù)及意義： 曲軸是柴油發(fā)動機(jī)的重要零件。它可以是有若干個相互錯開一定角度的曲柄（或曲拐）加上功率輸出端和自由端構(gòu)成的。每個曲柄又是由主軸頸、曲柄銷及曲柄臂組成。曲軸的作用是把活塞的往復(fù)直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動，將作用在活塞的氣體壓力變成扭矩，用來驅(qū)動工作機(jī)械和柴油機(jī)發(fā)動機(jī)各輔助系統(tǒng)進(jìn)行工作，曲軸在工作時承受著不斷變化的壓力，慣性力和它們的力矩作用，受力情況十分復(fù)雜。

2、其精度要求非常高，它的加工質(zhì)量對內(nèi)燃機(jī)的工作性能，對裝配勞動量都有很大影響。因此，各要素的尺寸精度，位置精度和表面質(zhì)量要求相當(dāng)高。曲軸中幾個主要加工表面，連桿表面，軸承軸頸及錐面鍵槽的精度要求都較高，連桿軸頸需經(jīng)過拋光。所以研究曲軸加工工藝對曲軸的生產(chǎn)具有一定的實際意義。機(jī)械制造工藝是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)，是機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)的基本技術(shù)，工藝工作是每一個機(jī)械企業(yè)基本活動內(nèi)容，加強(qiáng)工藝技術(shù)研究，極高工藝水平，搞好工藝管理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗的根本措施。此次設(shè)計的目的在于：根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運用夾具設(shè)計的基本原理和方法，制定夾具設(shè)計方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)

3、綜述）： 目前國內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通?？渴止げ僮鳎庸べ|(zhì)量不穩(wěn)定。隨著貿(mào)易全球化的到來，各廠家已意識到了形勢的嚴(yán)峻性，紛紛進(jìn)行技術(shù)改造，全力提升企業(yè)的競爭力，近年來引進(jìn)了許多先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，進(jìn)展速度很快。就目前狀況來講，這些設(shè)備和技術(shù)基本依賴進(jìn)口。下面就哈爾濱東安動力、一汽大柴、文登天潤曲軸、濱州海得曲軸等公司的情況作以介紹。 哈爾濱東安集團(tuán)曲軸生產(chǎn)線為全自動柔性流水生

4、產(chǎn)線，粗加工生產(chǎn)線由德國的專機(jī)自動線（LINDENMAIER）、數(shù)控車-車?yán)?、?shù)控高速隨動外銑（BOEHRINGER）、圓角滾壓機(jī)（HEGENSCHEIDT-MFD）和止推面車滾專機(jī)、淬火機(jī)（EMA）等組成；精加工生產(chǎn)線由日本的數(shù)控高速CBN磨床（TOYODA）、動平衡機(jī)、拋光機(jī)（IMPCO-NACHI）、檢測機(jī)、清洗機(jī)等組成。連桿軸頸加工則采用了數(shù)控高速隨動加工技術(shù)，全線采用高速CBN砂輪磨削技術(shù)，磨削線速度達(dá)到120m/s。 一汽大柴曲軸生產(chǎn)線粗、精加工工序位于不同的車間，從而保證了精加工車間的清潔。粗加工有曲軸質(zhì)量定心機(jī)、數(shù)控內(nèi)銑床等設(shè)備，精加工設(shè)備由英國LANDIS、日本TOYADA數(shù)

5、控曲軸磨床等進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備組成。GF70M-T曲軸磨床是日本TOYADA工機(jī)開發(fā)生產(chǎn)的專用曲軸磨床，是為了滿足多品種、低成本、高精度、大批量生產(chǎn)需要而設(shè)計的數(shù)控曲軸磨床。該磨床應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和砂輪進(jìn)給伺服聯(lián)動控制技術(shù)，可以一次裝夾而不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心即可完成所有軸頸的磨削，包括隨動跟蹤磨削連桿軸頸；采用靜壓主軸、靜壓導(dǎo)軌、靜壓進(jìn)給絲杠（砂輪頭架）和線性光柵閉環(huán)控制，使用TOYADA工機(jī)生產(chǎn)的GC50 CNC控制系統(tǒng)，磨削軸頸圓度精度可達(dá)到0.002mm；采用CBN砂輪，磨削線速度高達(dá)120m/s，配雙砂輪頭架，磨削效率極高。 VDF 315 OM-4高速隨動外銑床是德國BOEHRINGER公司專為

6、汽車發(fā)動機(jī)曲軸設(shè)計制造的柔性數(shù)控銑床，該設(shè)備應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進(jìn)給伺服連動控制技術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動外銑采用一體化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)床身，工件兩端電子同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點；使用SIEMENS 840D CNC控制系統(tǒng)，設(shè)備操作說明書在人機(jī)界面上，通過輸入零件的基本參數(shù)即可自動生成加工程序，可以加工長度450700mm、回轉(zhuǎn)直徑在380mm以內(nèi)的各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為0.02mm。三、研究內(nèi)容及實驗方案： 本設(shè)計是根據(jù)被加工曲軸的技術(shù)要求，進(jìn)行機(jī)械工藝規(guī)程設(shè)計，然后運用夾具設(shè)計的基本方法

7、，擬定夾具設(shè)計方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要工作有：繪制產(chǎn)品零件圖，了解零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求：根據(jù)生產(chǎn)類型和所在企業(yè)的生產(chǎn)條件，對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和工藝分析：確定毛坯的種類及制造方法；擬定零件的機(jī)械加工工藝過程，選擇各工序的加工設(shè)備和工藝設(shè)備，確定各工序的加工余量和工序尺寸，計算個工序的切削用量和工時定額；填寫機(jī)械加工工藝過程卡片、機(jī)械加工工序卡片等工藝卡片；設(shè)計指定的專用夾具，繪制裝配總圖和主要零件圖。 夾具設(shè)計包括三個步驟：設(shè)備規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前，Joneja以及Ferreira等人在進(jìn)行CAPP方面的研究對設(shè)備規(guī)劃有詳細(xì)論述。計算機(jī)輔助夾具設(shè)計（CAFD）就夾具方面也作

8、了一些工作：Chou VC,Chandru V等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法；De Meter EC提出了針對機(jī)械杠桿原理進(jìn)行定位和夾緊位置選擇的一種算法；Markus A11等人提出的針對棱柱形工件進(jìn)行組合夾具設(shè)計的基于規(guī)則的系統(tǒng)。目前，關(guān)于工件夾具的自動化配置方面的工作，自動夾具設(shè)計（AFCD）中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD中的研究者都承認(rèn)，在一個成功的AFCD研究者都承認(rèn)，在一個成功的AFCD系統(tǒng)中，工件的幾何形狀是一個關(guān)鍵因素。Nnaji B,Alladin S等人也對具有復(fù)雜幾何形狀的工件進(jìn)行嘗試研究。然而其結(jié)果也

9、僅僅適用于特定的幾何體，比如多邊形棱柱。rost和Goldberg提出了一個“完整“的算法用來分析多邊形工件的組合夾具設(shè)計，并開發(fā)出一個組合夾具設(shè)計系統(tǒng)，針對一個任意存在的工件，能自動產(chǎn)生所有可行的夾具設(shè)計。并且采用力球分析的方法對產(chǎn)生的方案進(jìn)行優(yōu)化。以后的許多的研究者大多借鑒了rost和Goldberg的算法。組合夾具在動力學(xué)方面的研究也取得了一定的進(jìn)步，Yu and Golddberg的夾具加載規(guī)劃方案是把夾具的加載問題看作基于傳感器的集成問題，并給了一個規(guī)劃算法。Cai等提出了一種指導(dǎo)夾具設(shè)計的方法，次方法是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來的定位誤差。Hockenberger與DeM

10、ter提出的模式是在工件加工期間工件的靜態(tài)分析，這種情況是由于在單位扭球的干涉扭矩。 綜上所述，制定工藝規(guī)程的思路是：掌握和熟悉制定工藝規(guī)程的有關(guān)資料圖樣，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)工藝性；確定毛坯的類型及制造方法；選擇定位基準(zhǔn)；擬定工藝路線；確定個工序的余量、工序尺寸及其公差；確定個工序的設(shè)備、刀具、夾具、和輔助工具；確定個工序的切削用量及時間定額；確定主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法；進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇最佳方案；編制工藝文件。 夾具設(shè)計的思路是：明確設(shè)計任務(wù)，收集設(shè)計資料；擬訂夾具的結(jié)構(gòu)方案、繪制結(jié)構(gòu)草圖；繪制夾具總裝圖。繪制夾具總裝圖的順序和方法；對零件進(jìn)行編號，填寫零件明細(xì)欄和標(biāo)題欄；繪制夾具零件

11、圖。計算機(jī)輔助繪制夾具裝配圖。4、 目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 曲軸是柴油機(jī)中關(guān)鍵零件之一，其材質(zhì)大體分為兩類：一是鋼鍛曲軸，二是球墨鑄鐵曲軸。由于采用鑄造方法可獲得較為理想的結(jié)構(gòu)形狀，從而減輕質(zhì)量，且機(jī)加工余量隨鑄造工藝水平的提高而減小。球鐵的切削性能良好，并和鋼制曲軸一樣可以進(jìn)行各種熱處理和表面強(qiáng)化處理，來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性。而且球鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比剛大，減小了工作時的扭轉(zhuǎn)振動的振幅和應(yīng)力，應(yīng)力集中也沒有鋼制曲軸的敏感。所以球磨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到廣泛采用。從目前整體水平來看，毛坯的鑄造工藝存在生產(chǎn)效率低，工藝裝備落后，毛坯機(jī)械性能還不穩(wěn)定、精度低、廢品率高等問題。從以下幾個工藝

12、環(huán)節(jié)采取措施對提高曲軸質(zhì)量具有普遍意義。熔煉 國內(nèi)外一致認(rèn)為高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球鐵的關(guān)鍵所在。為獲得高溫低硫磷的純凈鐵水，可用沖天爐溶化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。球化處理 孕育處理 沖天爐熔化球鐵原鐵水對銅鉬合金球鐵采用二次孕育。這對于防止孕育衰退，改善石墨形態(tài)，細(xì)化石墨及保證高強(qiáng)度球鐵機(jī)械性能具有重要作用。合金化 配合好銅和鉬的比例對形成珠光體組織十分有利，可提高球鐵的強(qiáng)度，而且銅和鉬還可大大降低球鐵件對壁厚的敏感性。造型工藝 氣流沖擊造型工藝由于粘土造型工藝，課獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂型具有無反彈變形量的特點，這對于多拐曲軸尤為重要。澆注

13、冷卻工藝采用立澆-立冷，斜澆-斜冷、斜澆-反斜冷三種澆注方式較為理想，其中后一種最好。斜澆-反斜冷的特點是：型腔排氣充分，鐵水充型平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)撇渣效果好，冒口對鑄件的補(bǔ)縮效果好，適應(yīng)大批量流水線生產(chǎn)。曲軸加工工藝的主要特點是廣泛的采用數(shù)控技術(shù)和自動線，生產(chǎn)線一般由幾段獨立的自動化生產(chǎn)單元組成，具有很高的靈活性和適應(yīng)性。采用龍門式自動上下料，集放式機(jī)動滾道傳輸，切削液分粗加工與精加工兩段集中供應(yīng)和回收處理。曲軸的主要加工工序基準(zhǔn)中心孔，一般采用質(zhì)量定心加工方式，這樣在靜平衡時，加工量很少9。軸頸的粗加工一般采用數(shù)控銑削或車?yán)に嚒９ば蛸|(zhì)量科達(dá)到國內(nèi)粗磨后的水平，且切削變形小、效率高。銑削和車?yán)?/p>

14、是曲軸粗加工的發(fā)展方向。國外的曲軸軸磨床均采用CNC控制技術(shù)，具有自動進(jìn)給、自動修正砂輪、自動補(bǔ)償和自動分度功能，使曲軸的磨削精度和效率顯著提高。油孔的加工采用鼓輪鉆床和自動線，近幾年隨著槍鉆技術(shù)應(yīng)用，油孔的加工大已采用槍鉆自動線鉆孔-修緣-拋光。曲軸拋光采用CNC控制的砂帶拋光機(jī)，所有軸頸一次拋光只需20秒，粗糙度可達(dá)Ra0.4以下，大大減小了發(fā)動機(jī)的磨合期。本課程的工作進(jìn)度是1查閱資料，英文資料翻譯，撰寫開題報告 2繪制零件圖一份 3編制機(jī)械加工工藝規(guī)程一份 4設(shè)計并繪制典型加工工序?qū)Ｓ脢A具裝配圖2份 5繪制夾具主要零件圖 6編寫設(shè)計計算說明書 五、參考文獻(xiàn)1 蘇鐵熊，張翼，發(fā)動機(jī)設(shè)計講義

15、，922吉林大學(xué)汽車工程系.汽車構(gòu)造.第五版.北京；人民交通出版社.2005.9.733張進(jìn)生，機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計指導(dǎo)書M,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19954錢進(jìn).國產(chǎn)重卡柴油機(jī)發(fā)展趨勢.內(nèi)燃機(jī).2005(4).75宋金山，肖承和，楊佳榮等，奧貝球鐵480柴油機(jī)曲軸的初步研究，現(xiàn)代鑄鐵，1991（01），36豆丁網(wǎng)，發(fā)動機(jī)機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計及夾具設(shè)計2011.02.277李建強(qiáng)，曲軸加工工藝及設(shè)備J,現(xiàn)代零部件，2010（09），128黃曉峰，陸鳳詳，R175型柴油機(jī)曲軸生產(chǎn)線的工藝設(shè)計及應(yīng)用J,農(nóng)業(yè)機(jī)械，2006（02），33-349 祝小軍，黃曉峰，小型柴油機(jī)曲軸生產(chǎn)線新工藝的應(yīng)用研究J,小型內(nèi)燃機(jī)和摩托車，2006（04），1110吉國光，柴油機(jī)曲軸加工中的幾個問題J,柴油機(jī)，1994（02），811江學(xué)仁，美國車用柴油機(jī)曲軸加工工藝，拖拉機(jī)與農(nóng)用運輸車，1995（05），312劉丕人，吳亞龍，陳銀濤等，TB620V16柴油機(jī)曲軸動平衡分析，鐵路機(jī)車車輛，2011（S1），513王文貴，袁成崗，柴油機(jī)曲軸故障淺析，南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院院報，2006（02）14徐立華，柴油機(jī)