曲轴设计说明书
辽宁工程技术大学
机 械 制 造 技 术 基 础
题 目:
课 程 设 计 曲轴机械加工工艺规程及铣键槽工艺装备设计 班 级: 汽车08-1班
姓 名: 何毅
学 号: 0807130109
指导教师: 冷岳峰
完成日期: 2011年6月
任 务 书
一、设计题目:曲轴机械加工工艺规程及铣键槽工艺装备设计
二、原始资料
(1) 被加工零件的零件图 1张
(2) 生产类型:大批大量生产
三、上交材料
1.所加工的零件图 1张
2.毛坯图 1张
3.编制机械加工工艺过程卡片 1套
4.编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片 1套
5.绘制夹具装配图(A0或A1) 1张
6.绘制夹具中1个零件图(A1或A2。装配图出来后,由指导教师为学生指定需绘制的零件图,一般为夹具体)。 1张
7.课程设计说明书,包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。(约5000-8000字) 1份
四、进度安排
本课程设计要求在3周内完成。
1.第l ~2天查资料,绘制零件图。
2.第3~7天,完成零件的工艺性分析, 确定毛坯的类型、制造方法,编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。
3.第8~10天,完成夹具总体方案设计(画出草图,与指导教师沟通,在其同意的前提下,进行课程设计的下一步)。
4.第11~13天,完成夹具装配图的绘制。
5.第14~15天,零件图的绘制。
6.第16~18天,整理并完成设计说明书的编写。
7.第19天~21天,完成图纸和说明书的输出打印。答辩
五、指导教师评语
该生设计的过程中表现 ,设计内容反映的基本概念及计算 ,设计方案 ,图纸表达 ,说明书撰写 ,答辩表现 。
综合评定成绩:
指导教师
日 期
摘 要
机械制造技术基础课程设计,是以切削理论为基础,制造工艺为主线,兼顾工艺装备知识的机械制造技术基本涉机能力培养的实践课程;是综合运用机械制造技术的基本知识,基本理论和基本技能,分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节;是对学生运用掌握的“机械制造”技术基础知识及相关知识的一次全面的应用训练。
机械制造技术基础课程设计,是已机械制造工艺装备为内容进行的设计。即以给定的一个中等复杂的程度的中小型机械零件为对象,在确定其毛胚制造工艺的基础上,编制其机械加工工艺规程,并对其一工序进行机床专用卡具设计。由于能力有限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予批评指正。
Abstract
Mechanical manufacturing technology foundation course design, is the cutting theory as a foundation, manufacturing process as the main line, balancing process equipment
knowledge of mechanical manufacturing technology basic wade machine of cultivating the ability of practical courses, Is the comprehensive use of mechanical manufacturing technology of the basic knowledge, basic theory and basic skill, analyze and solve practical engineering problems an important teaching link, For the students use master "mechanical manufacturing technology" basis knowledge and related knowledge of a
comprehensive application training. Mechanical manufacturing technology foundation course design, is already machinery manufacturing technology and equipment for the design of
content. Namely in the given a medium-sized complex degree of small and medium-sized machinery parts as the object, in determining the blank casts manufacturing technology, on the basis of compiling the machining process planning, and one process machine special fixture design.
目 录
1零件图工艺性分析 .......................................................... 1
1.1零件结构及工艺特点 ................................................. 1
1.2零件技术条件分析 .................................................... 1 2确定毛坯 、绘制毛坯简图 . ............................................. 2
2.1选择毛坯 ............................................................... 2
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 . .................... 2
2.3绘制毛坯简图……………. …………………………….. 3 3工艺规程设计、拟定曲轴工艺路线 . ............................. 4
3.1定位基准的选择 ...................................................... 4
3.1.1 粗基准的选择 .................................................... 4
3.1.2 精基准的选择 .................................................... 5
3.2各面、孔加工方法的确定 ........................................ 6
3.3加工阶段的划分 ...................................................... 7
3.4工序的集中与分散 . .................................................. 8
3.5工序顺序的安排 ...................................................... 8
3.6确定加工路线 . ......................................................... 9 4设备及其工艺装备确定…………………………………. 11
5加工余量、工序尺寸和公差的确定 .......................... 11 6确定各工序切削用量及时间定额…………………….... 12
6.1工序切削用量………... ……………………………….. 12
6.2时间定额………... …………………………………….. 13 7夹具设计…………………………………………... …………….. 14
7.1定位方案 . ............................................................. 14
7.2定位元件确定………………………………………… 14
7.3定位误差分析………………………………………… 15
7.4夹紧机构……………………………………………….. 15
7.5对刀装置……………………………………………….. 16
7.6夹具与机床联接元件…………………………………16
7.7夹具体结构…………………………………………….. 17
7.8装配图………………………………………………….. 18
7.9方案综合评价和总结………………………….. …….. 19 8 设计体会 ..................................................................... 20 9 参考文献 ..................................................................... 21
一、零件图工艺性分析
1. 零件结构及工艺特点
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。该曲轴形状复杂,刚性较差,易变形. 曲轴在交变和冲击载荷下工作,所以要求该轴应具有高强度,高韧性,高耐磨性等特点。由此可见,该零件的工艺性较好。
2. 零件技术条件分析
由曲轴左端面和外圆柱面、曲轴右端面和外圆柱面的表面粗超度要求和经济精度等级要求,他们需要精车,而且右端外圆柱还有平行度要求。大圆弧R42和小圆弧φ30也需要精车。曲轴两个端面的倒角需要车倒角加工。曲轴中间部分的两个平面和一个φ5的键需要专用夹具进行铣加工。
综上所诉,该曲轴的各项技术要求制定的较合理,符合该零件的功用。
二、确定毛坯 、绘制毛坯简图
1.选择毛坯
零件的材料为45号钢,根据生产纲领以及曲轴在工作过程中所受的载荷情况,曲轴会受到重载荷、冲击载荷或交变载荷,选用锻件。
2. 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
由机械加工工艺设计资料表2-9,选曲轴毛坯锻件精度为E 级,查得毛坯加工余量为6,毛坯尺寸偏差由表2.1查得为±3.
3. 绘制毛坯简图
三、工艺规程设计、拟定曲轴工艺路线
拟定工艺路线的内容除选择定位基准外,还要选择各加工表面的加工方法,安排工序的先后顺序,确定加工设备,工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度,尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证,成批生产还应考虑采用组合机床,专用夹具,工序集中,以提高效率,还应考虑加工的经济性,以便使生产成本尽量下降。
1. 定位基准的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高。否则,加工工艺过程中会问题百出。
a) 精基准的选择
精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便,以左端φ20mm 外圆柱面为精基准加工出各圆柱面,零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工,即遵循“基准统一”原则。并在后续工序中加工槽。
b) 粗基准的选择
粗基准选择应为后续加工提供精基准。以右端面为基准,半精车、精车左端面和外圆柱;以左端面为基准,半精车、精车左端面和外圆柱;以右端面及各外圆柱端面为基准加工各圆柱端面。
2. 各面、孔加工方法的确定
3.加工阶段的划分
(1)在粗加工阶段,首先将精基准准备好,使后续工序都可采用精基准定位加工,保证其他表面的精度要求;然后粗车曲轴两端面和键槽的粗铣加工。
(2)在半精加工阶段,完成两右端面的半精车加工,为精加工作最后的准备。
(3)精加工阶段,完成端面的精车加工和键槽的精铣,达到零件图中的全部要求。
4. 工序的集中与分散
选用工序集中原则安排曲轴的加工工序。该曲轴的生产类型为大批生产,可以采用立式铣床配以专用工、夹具,以提高生产率;而且运用工序分散原则使工件的加工误差分散,可保证工件的质量。
5. 工序顺序的安排
1).机械加工工序
(1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准——左端φ20mm 外圆面。
(2)遵循“先粗后精”原则,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。
(3)遵循“先面后孔”原则,先加工曲轴外圆面,再加工φ5槽。
2).热处理工序
半精加工后,由于对工件的强度硬度耐磨性都有要求,故安排调质处理以达到要求,之后淬火以提高硬度。该曲轴在工作过程中承受较大的冲击载荷,存在这各种交变应力,故采用调质处理即可满足零件的加工要求。
3).辅助工序
在半精加工和精加工后,安排去毛刺、清洗和终检工序。 综上所述,该曲轴工序的安排顺序为:基准加工——粗加工——半精加工——调质处理——终检。
5. 确定加工路线
制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸及位置精度等技术要求能得到合理的保证。通过仔细考虑零件的技术要求后,制定以下工艺路线:
四、设备及其工艺装备确定
所用设备:CA6140、C6132、Z4006A 、X51、清洗机、检验台、钳工台。
夹具:支承钉、V 形块、三爪卡盘。
刀具:端面车刀、外圆车刀、铣刀、槽铣刀、切断刀。 量具:百分表、游标卡尺、深度。
五、加工余量、工序尺寸和公差的确定
铣键槽工序的加工余量、工序尺寸和公差的确定:
由表2-26查得,精铣键槽的加工余量为Z 槽=1mm。查表1-20可得铣键槽两个侧面是有:粗铣时公差等级为IT11,公差值为0.074mm :精铣时公差等级IT9,公差值为0.03mm 。槽低粗铣公差等级为IT11,公差值为0.1mm 。
终上所述,该工序的各工步的工序尺寸和公差分别为,两侧精铣:Φ50+0. 03mm :两侧粗铣:Φ40+0. 074mm :槽底粗铣:Φ120+0. 1mm 。
六、确定各工序切削用量及时间定额
1. 工序切削用量
铣键槽:
工步1:铣φ5的两个圆孔距离14mm 1) 背吃刀量的确定,取a p =3mm。
2) 进给量的确定,查表5-14,取f=14mm/min。
3) 切削速度的确定,查表5-16,按材料为45钢,取v=2m/min,由公式n=1000v/πd 可求得该工序转速n ,参照表格4-15,取立式铣
床的主轴转速为n=300r/min。在将此转速代入公式可求得该工序实际铣切速度为2.3m/min。
工步2:铣键槽
1) 背吃刀量的确定,取a p =3mm。
2) 进给量的确定,查表5-14,取f=14mm/min。
3) 切削速度的确定,查表5-16,按材料为45钢,取v=2m/min,由公式n=1000v/πd 可求得该工序转速n ,参照表格4-15,取立式铣床的主轴转速为n=300r/min。在将此转速代入公式v=nπd/1000可求得该工序实际铣切速度为2.3m/min。 2. 时间定额
1).基本时间t j 的计算
根据表5-43,铣键槽的基本时间可由公式t j =(l-d )/fM C +(h+l1)/fM C ,可以铣键槽工序的基本时间,式中l=19mm,h=3mm,d=5mm,取l 1=1mm,f M C =14mm/min,将上述结果代入公式,则该工序的基本时间: t j =1.2857min=77.142s。 2).辅助时间t a 的计算
根据第五章第二节所述,辅助时间t a 与基本时间t j 之间的关系为t a =(0.15~0.2) tj , 这里取t a =0.15 tj ,则工序的辅助时间分别为:t a =0.15x77.142s=11.571s。 3). 其他时间的计算
除了作业时间(基本时间和辅助时间之和)以外,每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于十字沟槽的生产类型为大批生产,分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微,可忽略不计;布置工作的时间t b 是作业时间的2%~7%,休息与生理需要时间t x 是作业时间的2%~4%,这里均取3%,则各工序的其他时间可按关系式(3%+3%)(t j +ta )计算,它们分别为:t b +tx =6%x(77.142s+11.571s)=2.661s 4).单件时间t d j 的计算
此工序的单件时间t d j =tj +tf +tb +tx =91.374s
七、夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备,它广泛地运用于机械加工,检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中,提高加工精度和生产率,降低制造成本,一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具,是保证加工质量和提高生产率,从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。根据老师给定的题目,设计工序—铣键槽的铣床夹具。本专用夹具将用于卧式铣床X51。
1. 定位方案
根据该工件的加工要求可知该工序必须限制工件了六个自由度,即x 移动、y 移动、z 移动、X 转动、y 转动、z 转动,由分析可知要使定位基准与设计基准重合。选φ12圆柱中心线和右端面为定位基准。
2. 定位元件确定
由于本工序的定位面是φ12圆柱中心线和右端面为定位基准,采用支撑板、支撑钉和固定V 形块组成定位方案,其中V 形块限制工件的两个转动和两个平动4个自由度,支撑板限制工件的一个平动和一个转动两个自由度,支撑钉限制上面两个定位元件没有限制住的一个转动。这些定位装置可以保证对零件六个自由度的限制,工件在夹具中定位,若六个自由度都被限制时,称为完全定位。
3. 定位误差分析
零件的工序尺寸用V 形块定位,选工件的定位基准和工序基准都在同一轴线上。由于基准重合,不存在基准不重合误差∆b 。基准移位误差∆j =
d
2s i 2
,就是此定位方案的定位误差。本次V 形块取105°。
左边
δ
d
=0.03mm,代入上面公式得∆j =0.0189
δ
d
=0.0176
4. 夹紧机构
根据生产要求,选用气动铰链夹紧机构进行夹紧,利用铰链连接用上下V 形块夹紧工件。使用气动夹紧装置,适应工件的大批量生产要求,并有效的提高了工作效率。
确定夹紧力的基本原则,夹紧力包括大小,方向和作用点三个要素,它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。应依据工件的结构特点,加工要求并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等中和考虑。
1,夹紧力方向的选择
夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置,以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时注意,应垂直于主要定位基准面。以保证工件夹紧的稳定性,最好与切削力和工件重力的方向一致,这样所需夹紧力最小,应尽量与工件刚度最大的方向一致,以减少变形。
2,夹紧力作用点的选择
夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。选择时注意:应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内,应落在工件刚度好的部位上,应尽量靠近加工面。
如图:
5. 对刀装置
采用直角对刀块及平塞尺对刀。
6. 夹具与机床联接元件
采用四个标准定位键,每两个定位键用螺钉固定在夹具体底面同一条直线位置上,用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置。要保证定位键的宽度与机床工作台T 型槽相匹配的要求。定位键可以承受一定的铣削扭矩,减轻夹紧螺栓、夹具体与机床的负荷,加强夹具加工过程的稳定性。夹具体上设置四个坐耳,夹具在机床工作台上定位后,用T 形螺栓和螺母及垫片把夹具与机床固定夹紧。
7. 夹具体
夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件,在夹具体上,要安放组成该夹具所需要的各种元件,机构,装置,并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求,它主要取决与工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等。所以在专用夹具中,夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。
夹具体设计时应满足一下基本要求: 1 有足够的强度和刚度 2 减轻重量,便于操作 3 安放稳定,可靠
4 尺寸稳定,有一定的精度 5 结构稳定,工艺性好 6 排屑方便
7 应吊装方便,使用安全 如夹具体图:
8. 装配图
9. 方案综合评价和总结
该夹具结构简单,操作方便。采用气动夹紧装置,使工件的夹紧与卸下过程更为方便快捷。夹具上装有直角对刀块,可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀;同时,夹具体底面上的两对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置,以利于铣削加工。
工作过程为气动夹紧装置为夹紧机构提供动力源,夹紧机构控制夹紧元件,夹紧元件直接与工件接触并对工件进行夹紧。对工件的夹紧可通过控制气动夹紧装置来完成,实现了工件的夹紧与卸下的自动化,这样有效的提高生产效率。
此设计达到了铣床专用夹具的设计要求,能够满足加工条件的要求,达到完成加工的目的。
八、设计体会
为期三周的夹具课程设计已经接近尾声,回顾整个过程,我在老师的指导下,取得了可喜的成绩,课程设计作为《机械制造基础》课程的重要环节,使理论与实践更加接近,加深了理论知识的理解,强化了生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了两个阶段,第一阶段是机械加工工艺规程设计,第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我运用了基准选择、机床选用等方面的知识;夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
经过这三个星期的设计,我基本掌握了零件的加工过程分析及工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤,学会了查找相关手册、说明书等,以及选择使用工艺装备等等。
总之,这次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力,为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于个人能力有限,所学知识还不能完全掌握,设计中还有许多错误和不足,请各位老师和同学们多多斧正。
九、参考文献
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