1、 本科毕业设计（论文）题目：汽车发动机曲轴加工工艺与夹具设计学 院： 机电与车辆工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化学 生 姓 名： 黄兴生 学 号： 631324110125 指 导 教 师： 王正伦 评 阅 教 师： 尹力 完 成 时 间： 2017 年 6 月 8 日 重庆交通大学CHONGQING JIAOTONG UNIVERSITY汽车发动机曲轴加工工艺与夹具设计I本科毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文） ，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文研
2、究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名（亲笔）： 年 月 日-本科毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，本科生在校攻读期间毕业设计（论文）工作的知识产权单位属重庆交通大学，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权重庆交通大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文） 。作者签名（亲笔）： 年 月 日导师签名（亲笔）： 年 月 日汽车发动机曲轴加
3、工工艺与夹具设计II摘 要内燃机的五大核心零部件有：缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴，曲轴是其中之一，它被形象的称之为“内燃机的心脏” 。曲轴是一种异形轴，内燃机工作时，连杆和曲轴相互配合，将作用在活塞上的气体压力转化为旋转的扭矩，然后传送给底盘的一种传动机构，最后驱动汽车前行，同时还会驱动其它辅助装置，如配气机构、发电机、水泵、风扇等。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩的作用，因此曲轴被要求同时具有高强度、高刚度和高耐磨性，轴颈表面加工的尺寸需要十分精确，且工作时润滑良好。柴油发动机曲轴大批量生产时的加工工艺以及加工时的夹具设计和装配是本设计的主要设计内容：曲轴的工艺分析；选
4、择毛胚及其制造方法，并且确定加工余量和切削用量；确定铣曲轴定位面时所用的夹具；完成发动机曲轴的零件设计，分析其加工工艺规程；完成发动机曲轴的关键工艺夹具设计，并完成装配图，及关键零件的零件图的绘制。本设计是对我们所学的专业知识的考验和巩固，以及一些学习当中没有接触但工作中会有所运用的知识的了解和学习。本次设计我查阅了很多书籍和行业资料并有所解了，知道了行业的发展进程和部分先进制造技术，扩展了我的专业知识，拓展了自己的视野，为将来的学习和生活都有比较重要的影响。关键词：曲轴；加工工艺；设计；夹具汽车发动机曲轴加工工艺与夹具设计IIIMachining Process and Fixture De
5、sign of Automotive Engine CrankshaftAbstract The five core components of the internal combustion engine are: cylinder body, cylinder head, crankshaft, connecting rod, camshaft, crankshaft is one of them, it is called “the heart of internal combustion engine“. The crankshaft is an irregular shaft. Wh
6、en the internal combustion engine works, the connecting rod and the crankshaft combine the gas pressure on the piston into the rotating torque, and then transmit to the chassis a transmission mechanism, finally drive the car forward, but also drive other auxiliary devices, such as gas distribution a
7、gencies, generators, pumps, fans and so on.The crankshaft is subjected to constant pressure, inertia force and torque in its work, so the crankshaft is required to have high strength, high stiffness and high abrasion resistance, and the dimensions of the axial neck surface machining need very precis
8、e, and good lubrication at work.The machining process and fixture design and assembling of the diesel engine crankshaft mass production are the main design contents of this design: the process analysis of crankshaft; Select wool embryo and its manufacturing method, and to determine the machining all
9、owance and cutting dosage; The fixture for determining the positioning surface of the milling crankshaft; complete the design of engine crankshaft parts, analyze its machining procedures; Complete the key process fixture design of engine crankshaft, and complete assembly drawings and drawing of part
10、s drawings of key parts. This design is the professional knowledge we learn the test and consolidation of descriptive geometry and engineering drawings, mechanical manufacturing equipment design, etc., as well as some learning without touching but working in the knowledge. This design I have consult
11、ed a lot of books and industry information and have some solutions, know the industry development process and some advanced manufacturing technology, expand my professional knowledge, expand their horizons, for the future study and life has a relatively important impact.Key Words：Crankshaft; machini
12、ng process; design; fixture汽车发动机曲轴加工工艺与夹具设计IV目 录摘 要 .IIAbstract .III1 绪论 .11.1 设计的主要内容 .11.2 国内外研究现状 .12 零件分析 .42.1 零件的作用 .42.2 曲轴零件分析 .43 工艺规程设计 .53.1 确定毛坯的材料和制造形式 .53.2 机床的选择 .53.3 基准的选择 .63.3.1 精基准的选择 .63.3.2 粗基准的选择 .63.4 制定工艺路线 .73.4.1 加工方法的选择 .73.4.2 确定加工顺序 .103.4.3 划分加工工序 .113.5 主要工序的机械加工余量、工序
13、尺寸及毛坯尺寸的确定 .113.5.1 确定加工余量 .113.5.2 确定工序尺寸、公差及表面粗糙度和毛坯基本尺寸的确定 .123.6 确定主要工序的切削用量 .144 专用夹具设计 .194.1 设计主旨 .194.2 需要解决的主要问题 .194.2.1 形状复杂 .194.2.2 刚性差 .194.3 确定夹具方案 .194.3.1 选择定位基准，并确定工件的定位方式及定位元件的结构 .194.3.2 确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧机构 .194.3.3 确定夹具与机床间的正确位置 .204.3.4 夹具零件图的设计与绘制 .204.4 夹紧力的计算 .234.4.1 切削力的计算
14、 .234.4.2 工件正确夹紧所需夹紧力的计算 .244.4.3 螺钉夹紧力 .24汽车发动机曲轴加工工艺与夹具设计V4.5 夹具的定位精度分析 .244.5.1 确定的定位方案 .244.5.2 误差分析与计算 .27设计总结 .29致 谢 .30参考文献 .31附录 A 工序卡片 .32重庆交通大学 17 届制机械设计制造及自动化业毕业设计（论文）11 绪论1.1 设计的主要内容本设计主要是根据目标曲轴的加工技术要求，设计其机械工艺规程，然后拟定夹具设计方案，完成夹具设计。绘制产品零件图；对零件进行结构分析及工艺分析；确定毛坯种类及制造方法；拟定零件机械加工工艺过程；选择各工序的加工设备
15、；确定各工序的加工余量与工序尺寸；计算各工序的切削用量与工时定额；填写机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等工艺卡片；设计指定的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图是本次设计的主要工作。因为该曲轴需要大规模生产，所以，为了提高生产效率，并同时保证其加工精度。因此，制定工艺路线时应该首先确定并加工出基准，再用精基准定位加工其它工序，先加工主要部位，先粗加工后精加工的，先加工表面后加工孔的工艺设计原则。夹具设计选择的是曲轴连杆轴颈的车、磨工序，定位时选择两个 V 形块定位，夹紧时用压板压紧，夹具上确定好合适的偏心距，并设计分度盘以加工不同曲轴连杆轴颈。1.2 国内外研究现状上海交通大学褚守云 1对
16、曲轴加工工艺现状和发展趋势进行了比较详尽的阐述，结合 16V280 曲轴现有加工工艺及存在加工质量问题进行了较详细的分析。通过对滚压工艺在难以加工材料中的应用研究，得到了一组适宜 42CrMoA 调质钢的滚压工艺参数，并通过改进通、盲孔的加工工艺，将滚压工艺成功应用到曲轴斜油孔、法兰孔的加工。成功开发了三组件圆锥过盈联结结构的互换性工艺，在国内同类企业中具有一定的先进性和独创性。通过合理编排工艺，运用统筹的理念，利用普通机床，解决了曲轴平衡块组装偏斜的难题，与同类企业的工艺相比更先进。通过对难以加工材料的高速切削机理研究，利用陶瓷刀具，在中型机床上，实现了对氮化后的 16V280 曲轴两端的高
17、速车削，实现了“以车代磨” 。天津大学机械工程学院张洪波 2以 CY4102 型柴油机曲轴为例，通过对该曲轴设计尺寸与经验公式比较，分析其设计合理性；着重分析了目前常用的曲轴强化手段和朝柴的曲轴氮化工艺，通过对各种强化手段的比较，提出不同曲轴应采用不同的强化重庆交通大学 17 届制机械设计制造及自动化业毕业设计（论文）2手段；并经过对朝柴现行曲轴加工工艺的介绍，与世界先进加工工艺作比较，对朝柴现行曲轴工艺提出改进方向。吉林大学张纪 3研究和开发了在广西玉柴机器股份有限公司生产的 YC6108ZQ 上首先试用的一种高强度和高韧性的球墨铸铁曲轴材质正火球墨铸铁 QT800-6。该材质曲轴经轴颈淬火
18、和圆角滚压强化工艺处理后，综合性能远远超过传统的球墨铸铁曲轴，达到了非调质锻钢的水平，在增压柴油机上得到了大量的应用，并且效果良好。山东大学王剑 4研究表明从最近几年的汽车销量增长速度来看我国的汽车市场潜为绝对是非常巨大的，特别是乘用车市场在不断的扩大。并且对汽车各零部件的要求也越来越高，尤其是对于发动机中的 5C 件，精度要求高、质量要求稳定、成本要求低、交付要求及时，这是供应商面临的一个非常严峻的形势。所以通过运用精益工具，以建立单件流为目标，运用生产线平衡工具，节拍时间的确定，工艺流程的优化，消除瓶颈工序，采用单元式生产线的排布模式提高效率。武汉理工大学邹蕾 5觉得曲轴复合车削试验装置是
19、针对曲轴加工高精度，加工工艺高柔性以及经济性等新工艺要求而研发设计的曲轴加工车床，其通过平行四边形刀架系统以及相关内联传动实现了刀架连杆对曲轴连杆颈外圆的随动切削，可“一次定位、完全加工”曲轴外圆粗、半精加工所有工艺内容,工艺效率高同时作为曲轴加工的一套完整工艺装备，试验装置本身的几何精度及其相关部件的静、动态性能是影响该工艺装备精度的重要因素，其研究主要结合该试验装置的功能原理、结构特点等分析影响曲轴加工精度的主要因素，并提出相关改善和提高的方法。曲轴作为内燃机的一个重要零部件，国内、外对其研究开发都很重视 2。欧美汽车工业发达的国家，经过多年的积累，对曲轴的结构已经有了可套用的经验公式，一
20、般经过计算机三维设计，再通过计算机模型模拟测试系统对曲轴的各项强度指标进行分析，使曲轴在初期达到完美的设计。在加工工艺方面，国外大多采用了先进的数控设备为主，精度好，效率较高。自 20 世纪 7080 年代以来世界各国相继研制出了曲轴的 CNC 车削、CNC 外铣、CNC 内铣、曲轴车车拉等先进的加工工艺方法及加工设备 6。这些加工方法不同程度的提高了曲轴粗加工的质量，并各自有不同的适用范围。如，CNC 车削和 CNC 外铣加工都采用了数控技术，可提高曲轴的加工精度，CNC 外铣还采用了多刀盘同时加重庆交通大学 17 届制机械设计制造及自动化业毕业设计（论文）3工，可大大提高加工效率，这两种机
21、床的造价较低，适用于经济型曲轴的加工。CNC内铣采用双刀盘分别加工主轴颈和连杆颈，加工精度和加工效率又有很大提高，加工质量稳定，且具有良好的柔性，对于锻钢曲轴，内铣还有利于断屑，刚性特别好，因此特别适用于大功率锻钢曲轴，内铣加工机床。曲轴车车拉工艺可在一次设定中完成所有同心圆的车削，通过特殊卡盘和刀具系统实现柔性加工，特别适用于曲柄臂侧面不需要加工，轴颈有沉割槽的曲轴。目前,世界上生产数控曲轴铣床的代表厂家有德国 BOEHRINGER 公司、HELLER公司、奥地利 GFM 公司、日本小松制作所等 7 ，其中德国州 BOEHRINGER 公司的曲轴柔性数控铣床 VDF315OM-4，可以一次装
22、夹不改变曲轴回转中心，工件旋转铣刀进给伺服随动跟随铣削曲轴连杆颈。可加工长度 450-700mm、回转直径在 380mm 以内的各种曲轴,具有加工精度高、切削效率高等特点，连杆颈的直径误差为0.02mm。在“一台机床称为一个小工厂”的复合方向发展的道路上，奥地利公司生产的卧式车铣复合加工中心堪称典范，以 M40G 为例，它将双主轴车削、五轴加工、深孔钻、铣、铿及三坐标功能集于一身，可对曲轴进行完全加工，然后直接进入精加工，大大提高了加工效率。在全球市场上，欧美汽车工业发达的国家，经过多年的积累，对曲轴的结构已经有了可套用的经验公式，一般经过计算机三维设计，再通过计算机模型模拟测试系统对曲轴的各
23、项强度指标进行分析，使曲轴在初期达到完美的设计。在加工工艺方面，国外大多采用了先进的数控设备为主，精度好，效率较高。曲轴生产与开发能力较强的企业主要有：德国蒂森克虏伯、日本住友、印度巴勒特等少数几家巨头，给全球各大汽车制造商的发动机供应商进行配套，它们凭借领先的综合研发和制造实力占据了国际曲轴市场的大部分市场份额。虽然目前国内曲轴厂家较多，但整体规模小、设备较为陈旧、产品质量、技术水平差别较大，差距较为明显，甚至还满足不了我国内燃机工业技术发展要求。近年来，国内汽车发动机曲轴专业生产厂家主要通过引进技术消化吸收再自行研发，总体水平有了很大的提升。重庆交通大学 17 届制机械设计制造及自动化业毕
24、业设计（论文）42 零件分析2.1 零件的作用曲轴、凸轮轴、曲轴连杆、缸盖、缸体是内燃机的五大核心部件，曲轴是内燃机中最重要的部分。曲轴是一种异形轴，如图 2.1，曲轴工作时做旋转运动，曲轴连杆轴颈与连杆之间相互配合，将作用在活塞上的气体压力通过活塞推动连杆带动曲轴连杆轴颈转化为曲轴旋转的扭矩输出给汽车。2.2 曲轴零件分析主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块等共同组成一个曲轴。一个曲轴有一个或多个曲拐。一个直列式发动机有多少个气缸就有多少个曲拐，而一个 V 型发动机气缸数的二分之一就等于其曲拐数。曲轴的主轴颈主要起支撑作用。气缸的排列方式和气缸的个数决定了曲轴的形状和曲拐的相对位置。本次设计主要是针对直列式两缸发动机的曲轴加工工艺及其夹具的设计。曲轴有较为复杂的结构，同时要求有较高的尺寸精度，形位精度和表面质量。主要的加工表面有主轴颈、连杆轴颈和曲轴端面，技术要求和尺寸要求由如图 2.2 图纸的中给出。图 2.1 发动机曲轴零件三维图
