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摘要
本次設(shè)計的題目是柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計。曲軸在發(fā)動機中承受沖擊載荷和傳遞動力的作用。曲軸是連接連桿的部件，將活塞往復(fù)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，是發(fā)動機的關(guān)鍵部件。曲軸加工質(zhì)量將直接影響柴油機的工作性能。
曲軸的精度有嚴(yán)格的要求，需要設(shè)計加工工藝和專用的檢具。在加工工藝部分，需要排工藝路線、確定工藝順序、計算工序尺寸、安排熱處理工藝及表面處理工藝、確定毛坯尺寸、選擇加工方法；編寫工藝規(guī)程卡、工序過程卡、工序卡。檢具設(shè)計為主軸頸徑向圓跳動專用檢具。分析誤差要求即主軸頸圓跳動0.025；繪制圓跳動檢具裝配圖和主要的零件圖；檢具是通過動力源帶動曲軸轉(zhuǎn)動，傳感器在曲軸上讀取數(shù)值。數(shù)據(jù)采集方法選用探針型檢測方法，進行數(shù)據(jù)采點。其傳感器選擇離最遠端30cm處，在其截面上測取60個數(shù)值并對其進行數(shù)據(jù)處理。其誤差評定方法分別采用最大值最小值和平均值法，分別用c語言進行編程，程序可靠。
關(guān)鍵詞：曲軸，加工工藝，檢測技術(shù)
ABSTRACT
The topic of this design is diesel crankshaft processing technology and fixture design. The crankshaft bears the impact load and the transmission power in the engine. The crankshaft is a component connecting the connecting rod. It transforms the piston into rotary motion and is the key component of the engine. Crankshaft machining quality will directly affect the performance of diesel engine. The precision of crankshaft is very strict, and the design process and special fixture are needed. In the process part, it is necessary to arrange the process route, determine the sequence of the process, calculate the size of the process, arrange the heat treatment process and surface treatment process, determine the size of the blank and select the processing method, and write the process card, process card and process card. The fixture is designed as a special fixture for the radial circle beating of the spindle neck. The requirement of the analysis error is 0.025 of the circle of the spindle neck; the assembly drawing and the main part drawing are drawn. The device drives the crankshaft to rotate through the power source, and the sensor reads the value on the crankshaft. The data acquisition method uses probe type detection method and data acquisition point. The sensor is selected from the far end 30cm, and 60 values are measured on the cross section and processed. The method of error evaluation adopts the maximum and minimum value method respectively, and is programmed in C language, and the program is reliable.
Keywords：Crankshaft, Processing technology,Testing technology
目錄
摘要………………………………………………………………………………………………………….I
ABSTRACT…………………………………………………………………………………………………...II
1.緒論……………………………………………………………………………………………………….1
1.1柴油機曲軸的作用 1
1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1
1.3國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)展望 1
1.4重點解決的問題 2
2.柴油機曲軸分析及參數(shù)說明 3
3.曲軸機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 4
3.1年生產(chǎn)量和批量的確定 4
3.2曲軸定位基準(zhǔn)的選擇 4
3.3曲軸加工工藝 4
3.4曲軸工藝路線的擬定 5
3.5曲軸主要工序所用機床和設(shè)備確定 6
3.6曲軸加工工序尺寸的確定 7
3.7工藝卡填寫 13
4.曲軸主軸頸圓跳動檢具設(shè)計 16
4.1 檢具設(shè)計要求 16
4.2 檢具總體結(jié)構(gòu)及工作原理 16
4.3 檢具主要零部件設(shè)計 19
5.圓跳動數(shù)據(jù)采集與處理 27
5.1數(shù)據(jù)采集方法 27
5.2數(shù)據(jù)處理程序 28
6.結(jié)論 30
參考文獻 31
附錄1外文譯文 32
附錄2外文原文 35
致謝………………………………………………………………………………………………………...39
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1.緒論
1.1柴油機曲軸的作用
曲軸是發(fā)動機中最重要的部件，主要是由主軸頸和連桿頸等組成的。是柴油機中承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件，也是柴油機五大件（機體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿）中最難以保證加工質(zhì)量的零件。柴油機曲軸作為重要的運動部件，同時因曲軸工況及其惡劣，因而對曲軸材料、曲軸尺寸精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求十分嚴(yán)格。任何一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響。因此世界各國對曲軸加工都十分重視，不斷改進著曲軸加工工藝，最大可能地提高曲軸壽命。在大批量生產(chǎn)的條件下，傳統(tǒng)工藝已不能滿足當(dāng)前設(shè)計和生產(chǎn)要求。在長時間、高速運轉(zhuǎn)下，曲軸極容易過早的出現(xiàn)失效或斷裂，嚴(yán)重影響曲軸的壽命和整機可靠性。因此需要重視曲軸的加工工藝。
曲軸的精度也是對曲軸的壽命和整機的可靠性都有很大的影響，檢具的精度尤為重要。曲軸是發(fā)動機的精密、關(guān)鍵的零件,形狀復(fù)雜,尺寸公差要 求嚴(yán),其中形位誤差圓跳動、平面度、直線度等檢測項目繁多。所以，需要有專門的檢測裝置，例如需要專門檢測中心距、檢測同軸度和圓跳動的檢具。此外，數(shù)據(jù)采集方法也尤為重要，例如檢測圓跳動時，我們需要極坐標(biāo)測量法、兩點法、機械測量法、氣動測量法、光學(xué)測量法、超聲波測量法。數(shù)據(jù)處理的方法有平均值法、最小二乘法、逐差法等等。檢測精度手段也有量具、專用檢具、卡尺等。其中，用卡尺誤差過大。因此，為曲軸設(shè)計一套檢具就顯得尤為重要。
1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢
目前車用發(fā)動機曲軸材質(zhì)主要有球磨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)資鋼曲軸成本的三分之一左右，且球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且和鋼制曲軸一樣可以進行各種熱處理和表面強化處理來提高曲軸的抗疲勞強度，硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國外得到了廣泛的應(yīng)用。
1.3國內(nèi)外曲軸加工技術(shù)展望
當(dāng)今的曲軸制造技術(shù)正朝著高速、智能、復(fù)合、環(huán)保方面發(fā)展，其發(fā)展特點是競爭加劇，如何能不斷提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，以具有競爭力的價格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，及時滿足用戶日益增長的需求，成為各企業(yè)共同關(guān)注的焦點。發(fā)動機生產(chǎn)的柔性化要求提高，要求能夠根據(jù)市場的需求及時推出新的產(chǎn)品或轉(zhuǎn)換新的型號生產(chǎn)，當(dāng)市場對某種產(chǎn)品有需求時必須抓住機遇生產(chǎn)出足夠滿足市場需要的產(chǎn)品。正是基于這種情況，二十世紀(jì)九十年代中期國外研發(fā)出來新型的數(shù)控高速曲軸外銑機床，使曲軸粗加工工藝又上了一個新臺階。
數(shù)控曲軸內(nèi)銑與數(shù)控高速曲軸外銑對比，內(nèi)銑存在以下缺點：不容易對刀、切削速度較低（通常不大于160m/min）、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環(huán)時間較長。但內(nèi)銑用來加工鍛鋼曲軸容易斷屑，加工容易。
而數(shù)控高速曲軸外銑有以下優(yōu)點：切削速度高（可高達350m/min）、切削時間較短、工序循環(huán)時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少、加工精度更高、柔性更好。數(shù)控高速外銑的缺點是不能加工軸向有沉割槽的曲軸，曲軸高速外銑刀的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。
曲軸精加工采用國內(nèi)數(shù)控磨床磨削情況已相當(dāng)普遍，產(chǎn)品加工精度已有相當(dāng)程度的提高。為滿足曲軸日益提高的加工要求，對曲軸磨床提出了很高的要求。隨著現(xiàn)代驅(qū)動和控制技術(shù)，測量控制，CBN（立方氮化硼）砂輪和先進的機床部件的應(yīng)用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創(chuàng)造了條件。
一種稱之為連桿頸隨動磨削工藝正是體現(xiàn)了這些新技術(shù)綜合應(yīng)用的具體成果。而這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對連桿頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現(xiàn)往復(fù)擺動進給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進行磨削加工。實現(xiàn)隨動磨削，X軸除了必須具有高的動態(tài)性能外，還必須具有足夠的跟蹤精度，以確保連桿頸所要求的形狀公差。
未來曲軸行業(yè)的增長至少也在10%左右，目前國內(nèi)曲軸廠家較多，但規(guī)模、質(zhì)量、技術(shù)水平差別較大，差距較為明顯。位于高端市場的企業(yè)占據(jù)著國內(nèi)主要主機廠的配套份額和社會維修市場的大部分市場份額；而位于低端市場的中小型企業(yè)，由于其技術(shù)裝備、制造水平和質(zhì)量保證能力較低，主要集中在社會維修市場。
因此，曲軸的的配套市場會越來越向規(guī)模較大技術(shù)先進的廠商集中，特別是在重型柴油機曲軸和高端輕型柴油機曲軸領(lǐng)域，集中度的提升將更為明顯。
1.4重點解決的問題
（1）曲軸工序尺寸，毛坯的尺寸。
（2）確定工藝路線、確定刀具、量具、主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、切削速度、走刀次數(shù)、切削時間。
（3）確定檢具的總體結(jié)構(gòu)，檢測原理（擬采用測量徑項圓跳動檢具）
（4）圓跳動誤差評定方法及數(shù)據(jù)采集與處理
（5）檢測精度分析，檢具主要零部件設(shè)計，檢具主要零部件設(shè)計
2柴油機曲軸分析及參數(shù)說明
柴油機曲軸零件如圖2-1所示。
圖2-1 曲軸零件
其技術(shù)要求如下：
(1)調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC28-34。
（2）曲軸大端的圓跳動誤差為0.025。
(3)右端主軸頸粗糙度0.8μm。左端0.4μm。連桿軸和曲柄過渡圓角的粗糙度0.8μm。主軸頸和連桿軸粗糙度1.6μm。
曲軸主要參數(shù)如表2-1所示：
表2-1曲軸參數(shù)
總長
9940+0.1（IT9）
全部連桿軸徑
φ70-0.025-0.010(IT5)
主軸直徑
φ85-0.0180（IT5）
油孔
直、斜油孔
主軸檔寬
370+0.062（IT8）
缸數(shù)
6
連桿軸頸檔寬
420+0.20（IT9）
主軸頸軸心線與連桿軸頸軸
62.5±0.05（IT10）
曲軸總長精度IT9，其兩端表面加工：粗銑—→精銑—→精車；
主軸直徑的精度為IT5，所以加工需要：粗車—→車—→粗磨—→半精磨—→精磨
連桿軸頸的精度為IT5,加工需要內(nèi)銑—→粗磨—→精磨
軸長與直徑之比=l/D=994/85=12，比值較大，加工復(fù)雜。
3機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計
3.1年生產(chǎn)量和批量的確定
3.1.1生產(chǎn)綱領(lǐng)30000臺/每年 柴油機
年產(chǎn)量 Q＝生產(chǎn)綱領(lǐng)*每臺件數(shù)*（1+備品率）*（1+廢品率） （3-1）
Q＝30000*1*（1+1％）*（1+3％）＝31209 月產(chǎn)量＝Q/12=2600
Days=（365-52-10）/12=24天 日產(chǎn)量（一天3班）＝月產(chǎn)量/Days=2600/24=108
(1) 生產(chǎn)量類型的確定：
查工藝人員手冊，零件的生產(chǎn)性質(zhì)：
中批300～3000 大批3000～30000
柴油機曲軸的生產(chǎn)性質(zhì)：大批
(2) 年時基數(shù)，三班制。
第一班2080小時。第二班2080小時。第三班1560小時?？偣残r數(shù)為4576小時。
（3）工作時間內(nèi)設(shè)備修理方面損失η
A. 工人缺勤和自然需要方面損失η
B. 清理設(shè)備時的損失η
C. 工人休息損失η η＝η＋η＋η＋η＝15％
平均流水線節(jié)拍=4576*60*（1-15%）/52020=4.5min
3.1.2批量的確定及生產(chǎn)間隔期：
生產(chǎn)周期＝ （3-2）
選批量為184件。一個零件總加工時間為102分，最長工序時間為9分鐘。生產(chǎn)周期=1.28天
3.2曲軸定位基準(zhǔn)的選擇
在基準(zhǔn)的選擇上，首先要貫徹精基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
粗基準(zhǔn)選擇：粗基準(zhǔn)為各主軸軸頸外圓毛坯面。
精基準(zhǔn)選擇：兩端中心孔為精基準(zhǔn)。通過劃線確定主軸中心孔中心位置。以中心孔為精基準(zhǔn)粗車主軸頸，再以主軸頸的外圓為基準(zhǔn)精加工連桿軸頸，再以連桿軸徑為基準(zhǔn)加工主軸頸，反復(fù)多次加工。
3.3曲軸加工工藝
第一階段主要是以銑鉆為主的基準(zhǔn)加工，銑定位面和打中心孔；
第二階段是以車、銑、鉆為主完成全都軸頸的粗加工；
第三階段為熱處理；
第四階段為以磨、拋光為主的精加工及端面加工和動平衡；
3.4曲軸工藝路線的擬定
3.4.1曲軸的機械加工工藝特點分析
該曲軸應(yīng)按照先粗后精的原則安排加工順序。主軸頸和連桿軸徑是按照先加工一、七主軸頸再加工二、六主軸頸和全部連桿軸頸的順序加工。這樣安排的好處是可以避免在加工過程避免碰到精基準(zhǔn)。
(1)第一道序遵循互為基準(zhǔn)原則。先粗銑左右兩端面。
（2）該曲軸為六缸曲軸，尺寸較大，故打中心孔要放在前面，作為輔助基準(zhǔn)，也可為之后檢具的設(shè)計提供定位基準(zhǔn)。
（3）第四道序到第八到為銑一、七主軸頸，這主要是為精基準(zhǔn)的加工提供基準(zhǔn)，所以將這四道序排在前面。
（3）第九道序為銑第1曲軸臂上對稱定位面，這道序為精基準(zhǔn)，再加工大端軸頸和主軸和主軸頸就保證了精度。
（4）第十二到二十七工序則是粗磨精磨主軸、連桿軸徑、主軸頸，正好跟數(shù)控車時工藝相反，這是因為避免已經(jīng)加工好的表面被碰傷。
j根據(jù)先粗后精原則：粗車-半精車-半精磨-精磨；k先加工基準(zhǔn)面后加工其它表面的原則：先銑兩端基準(zhǔn)面-車大小端直徑-車連桿頸；l先加工平面后加工孔的原則：銑主軸頸兩端-打中心孔；m先加工主要表面后加工次要表面的原則：車大小端軸頸-車1,6主軸頸-車連桿頸；n先加工主要軸頸-然后加工螺紋孔及動平衡等原則，
3.4.2最終工藝路線
10粗銑兩端面（左右兩端面互為基準(zhǔn)）
20精銑兩端面（左右兩端面互為基準(zhǔn)）
30打質(zhì)量中心孔
40粗車大端軸頸（左端面為基準(zhǔn)）
50粗車七主軸頸（左端面為基準(zhǔn)）
60粗車一主軸和小端外圓）（右端面為基準(zhǔn)）
70數(shù)控車大端外圓（左端為基準(zhǔn)）
80數(shù)控車一,七軸和小端外圓（右端為基準(zhǔn)）
90銑定位面（一、七主軸頸）
100內(nèi)銑2-6主軸頸和全部連桿軸頸（左、右主軸為基準(zhǔn)）
110時效
120粗磨主軸頸（左右主軸軸線為基準(zhǔn)）
130鉆大端中心孔（第一主軸基準(zhǔn)）
140半精車小端外圓（右端面為基準(zhǔn)）
150鉆大端定位銷孔（左、右主軸軸線為基準(zhǔn)）
160粗磨連桿軸頸（左、右主軸為基準(zhǔn)）
170鉆油孔
175油孔噴砂
180中間清洗
190熱處理
195中間探傷
200車大端臺階（左端面和左主軸為基準(zhǔn)）
210半精磨2—6主軸（左右主軸軸線為基準(zhǔn)）
220半精磨一、七軸（左右主軸軸線為基準(zhǔn)）
230精磨小端軸頸（左右主軸線為基準(zhǔn)）
240精磨大端軸頸（左右主軸線為基準(zhǔn)）
250精磨連桿軸頸（第一主軸為基準(zhǔn)）
260精磨一、七軸（左右主軸線為基準(zhǔn)）
270精磨2-6主軸頸（左右主軸線為基準(zhǔn)）
280精車兩端面（左右主軸線為基準(zhǔn)）
290成品探傷
300鉆雙端面螺紋孔
310鉆大端齒輪定位銷孔
320動平衡
330軸頸拋光
340止推軸頸拋光
350入庫
3.5曲軸主要工序所用機床和工藝設(shè)備的確定
3.5.1曲軸兩端面
粗銑所采用臥式銑床，刀具為盤銑刀，量具為游標(biāo)卡尺。
精車采用普通車床，刀具為端面車刀，量具為游標(biāo)卡尺。
3.5.2曲軸連桿軸頸
精磨連桿軸頸采用外圓磨床，刀具為砂輪，量具為千分尺。
精磨連桿軸頸采用數(shù)控外圓磨床，刀具為砂輪，量具為千分尺。
3.5.3曲軸主軸頸
（1）一、七主軸頸：粗車一、七主軸頸采用普通車床，刀具為粗車軸頸刀，量具為游標(biāo)卡尺。
（2）數(shù)控車一,七主軸頸采用數(shù)控車床，刀具圓角刀，量具為游標(biāo)卡尺。
（3）粗磨主軸頸采用外圓磨床，刀具為砂輪修整機，量具為游標(biāo)卡尺。
（4）半精磨一,七主軸頸采用外圓磨床，刀具為砂輪，量具為千分尺。
（5）精磨一,七主軸頸采用外援?dāng)?shù)控磨床，刀具為砂輪，量具為專用。
（6）二至六主軸頸相同。
3.6曲軸機械加工工序尺寸的確定
曲軸材料為42CrMOA，毛胚種類為鍛造，毛胚外形尺寸為Φ2061006，生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn)，鍛件毛胚，加工精度三級。
3.6.1曲軸兩端面的加工
（1）粗銑兩端面：粗銑的加工精度為IT11—IT13，粗糙度范圍為5—20，根據(jù)加工面長度和尺寸，加工余量為7mm，公差為0.50mm。粗銑兩端面工序簡圖如3-6所示。
圖
圖3-6粗銑兩端面工序簡圖
（2）精銑兩端面：精銑的加工精度為IT6——IT8，粗糙度范圍為0.63——5，加工余量為4mm，公差為0.4mm。精銑兩端面工序簡圖如3-7所示。
圖3-7 精銑兩端面工序簡圖
精車兩端面工序簡圖如3-8所示：
圖3-8 精車兩端面工序簡圖
（3）精車兩端面
精車的加工精度為IT7——IT9，粗糙度范圍為1.25——5，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.15mm。
曲軸兩端面加工工序尺寸如表3-1所示：
表3-1曲軸兩端面加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精車
1
IT8
0.15
994.0
精銑
4
IT8
0.4
994.6
粗銑
7
IT11
0.50
999.0
毛坯
1006
3.6.2曲軸連桿軸頸的加工
（1）內(nèi)銑全部連桿軸頸：粗銑的加工精度為IT11——IT13，粗糙度范圍為5——20，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為8mm，公差為0.10mm。內(nèi)銑全部連桿軸頸工序簡圖如圖3-9所示。
圖3-9 內(nèi)銑全部連桿軸頸工序簡圖
（2）粗磨連桿軸頸：粗磨的加工精度為IT8—IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為2mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-10
圖3-10 粗磨連桿軸頸工序簡圖
（3）精磨連桿軸頸：精磨的的加工精度為IT6——IT7，粗糙度范圍為0.16——1.25，根據(jù)加工面度和寬度尺寸，加工余量為0.5mm，公差為0.025mm。精磨連桿軸頸工序簡圖如圖3-11所示。
圖3-11 精磨連桿軸頸工序簡圖
曲軸連桿軸頸加工工序尺寸如表3-2所示：
表3-2曲軸連桿軸頸加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精磨
0.5
IT7
0.025
69.98
粗磨
2
IT8
0.05
70
內(nèi)銑
8
IT11
0.10
72.40
毛坯
80.50
3.6.3曲軸主軸頸的加工
（1）一、七主軸頸加工
①粗車一、七主軸頸：粗車的加工精度為IT10——IT13，粗糙度范圍為10——80，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為7mm，公差為0.10mm。工序簡圖如3-12所示。
圖3-12 粗車七主軸頸工序簡圖
②數(shù)控車一,七主軸頸：加工精度為IT8—IT9，粗糙度為1.25—10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.10mm。工序簡圖如3-13所示。
圖3-13數(shù)控車一、七主軸頸
③粗磨主軸頸
粗磨的加工精度為IT8—IT9。粗糙度范圍為1.25—10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-14所示
圖3-14 粗磨主軸頸工序簡圖
④半精磨一、七軸
半粗磨的加工精度為IT8——IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為0.64mm，公差為0.02mm。工序簡圖如3-15所示。
圖3-15 半精磨一、七軸工序簡圖
⑤精磨一、七軸
精磨的的加工精度為IT6——IT7，粗糙度范圍為0.16——1.25，根據(jù)加工面度和寬度尺寸，加工余量為0.37mm，公差為0.018mm。工序簡圖如3-16所示。
圖3-16精磨一、七軸工序簡圖
一、七主軸頸加工工序尺寸如表3-3所示：
表3-3一、七主軸頸加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精磨
0.37
IT6
0.018
84.98
半精磨
0.64
IT8
0.02
85.35
粗磨
1
IT8
0.05
85.95
車
1
IT9
0.10
86.9
粗車
7
IT10
0.10
87.90
毛胚
95
（2）二至六主軸頸加工
①內(nèi)銑2-6主軸頸
粗銑的加工精度為IT11——IT13，粗糙度范圍為5——20，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為8mm，公差為0.10mm。工序簡圖如3-17所示。
圖3-17 內(nèi)銑2-6主軸頸工序簡圖
②粗磨主軸頸
粗磨的加工精度為IT8——IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，加工余量為1mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-18所示。
圖3-18 粗磨主軸頸工序簡圖
③半精磨2—6主軸
半粗磨的加工精度為IT7——IT9，粗糙度范圍為1.25——10，根據(jù)加工面長度和寬度尺寸，查表得加工余量為0.5mm，公差為0.05mm。工序簡圖如3-19所示。
圖3-19 半精磨2—6主軸工序簡圖
④精磨2-6主軸頸
精磨的的加工精度為IT6——IT7，粗糙度范圍為0.16——1.25，根據(jù)加工面度和寬度尺寸，加工余量為0.5mm，公差為0.018mm。工序簡圖如3-20所示。
圖3-20精磨2-6主軸頸工序簡圖
二至六主軸頸加工工序尺寸如表3-4所示：
表3-4二至六主軸頸加工工序尺寸表
工序名稱
工序雙邊余量/mm
工序的經(jīng)濟精度
最小極限尺寸/mm
工序尺寸及其偏差/mm
公差等級
公差值/mm
精磨
0.5
IT6
0.018
84.982
半精磨
0.5
IT8
0.05
85.45
粗磨
1
IT9
0.05
86.45
內(nèi)銑
8
IT11
0.10
86.9
毛坯
95
3.7工藝卡的填寫
3.7.1切削用量的確定
（1）對于切深的選擇。由加工余量和工藝系統(tǒng)剛度來定。
（2）進給量f的確定。剛度和強度好，f大一些。反之，f小一點。
（3）切速v的選擇。根據(jù)公式計算。
（4）零件加工時間的計算
單個的加工件工時定額有下列部分組成：
T單件=T服務(wù)+T基本+T輔助 （3-3）
T單件核=T基本+T輔助+T終結(jié)+T服務(wù) （3-4）
式中：T基本—基本時間。
T服務(wù)—工作地點的服務(wù)時間。
T終結(jié)—準(zhǔn)備終結(jié)時間。
T輔助—輔助時間。
T基本的計算方公式：T基本= （3-5）
其中，L—加工長度(mm) L1—加工切入(mm) L2—加工超出(mm)
f—進給量（mm/r） n—轉(zhuǎn)速(r/min)
刀具材料和切速如表3-6所示：
表3-6刀具
刀具材料
工件材料
加工方法
切速v的公式
高速鋼
合金鋼
銑削
其中，T—刀具耐用度（分） —切深（mm） f—進給量（mm/r）
刀具耐用度如表3-7所示：
表3-7 刀具耐用度T
刀具
耐用度（分）
刀具
耐用度（分）
普通外圓車刀
90
普通端銑刀
200
端面車刀
60
立銑刀
90
成型刀
120
擴孔鉆
60
進給量如表3-8所示：
表3-8 進給量f
加工方法
切深
進給量f
切速v
車削
粗加工
精加工
1.5~2.5
0.2~0.5
0.3~0.5
0.2~0.3
50~80
80~100
銑削
粗加工
精加工
2~3
0.5~0.7
0.2~0.3
0.1~0.3
60~80
80~100
3.7.3確定工時定額
下面計算三道工序
A第一道工序：粗銑兩端面：（臥式雙面銑床）
1）本工序的加工余量=3.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.068mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：Vc=(πdn)/1000=(3.14*500*159)/1000=251m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=1000*2=2000mm，
Tw=l/nf=2000/500*0.0068=4min
B第二道工序：半精銑兩端面（臥式雙面銑床）
1.精銑右端面：
1）本工序的加工余量=2，工件材料為42CrMoA；
2）進給量=0.19mm/r
3）主軸轉(zhuǎn)速：180r/min
4）切削速度：VC=113m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=994*2=1992mm，
Tw=l/nf=1992/500*0.19=3.4min
2.精銑右端面：
1）本工序的加工余量=2，工件材料為42CrMoA；
2）進給量=0.19mm/r
3）主軸轉(zhuǎn)速：180r/min
4）切削速度：VC=90m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=994*2=1992mm，Tw=l/nf=1992/500*0.19=3.4min
C第七道工序 數(shù)控車大端外圓：
本工序分為三個工步：
1. 油封軸頸Φ102 0.05
1）本工序的加工余量=1.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.26mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：VC=160m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=106*2=212mm，Tw=l/nf=212/500*0.26=4min
2. 油封軸頸長度29 0.10
1）本工序的加工余量=1.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.26mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：VC=160m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=106*2=212mm，Tw=l/nf=212/500*0.26=4min
3. 齒輪軸直徑Φ102.85 0.05
1）本工序的加工余量=1.5，工件材料為42CrMoA；
2）進給量f=0.26mm/r。
3）主軸轉(zhuǎn)速：500r/min
4）切削速度：VC=160m/min
5)計算切削工時：
被切削長度L=106*2=212mm，Tw=l/nf=212/500*0.26=4min
4曲軸主軸頸圓跳動檢具設(shè)計
4.1 檢具設(shè)計要求
檢具設(shè)計的對象如圖4-1所示。由圖可以看出，本次測量右端
主軸頸的徑向圓跳動0.025。徑向圓跳動是指在任意橫截面的回轉(zhuǎn)表面上距離的最大值與最小值之差。
圖4-1 局部放大圖
4.2 檢具總體結(jié)構(gòu)及工作原理
4.2.1檢具總體結(jié)構(gòu)
檢具的總體結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，檢具由定位元件、檢測裝置、動力源、減速裝置組成：
圖4-2 檢具裝配圖
1．定位元件：
（1）初始定位元件：如圖4-3所示。當(dāng)元件運送過來時，先放在v形鐵上進行初始定位，這時v鐵將限制4個自由度，即y方向旋轉(zhuǎn)，y方向移動；z旋轉(zhuǎn)，z方向移動。v鐵型號JB-T8018.1-1999。其高度為68cm。需保證2個v鐵在底板上的安裝能找正對齊?？稍试S的公差為e=0.09mm。給出其檢具到v鐵銷軸線的位置，即L1，如圖4-4所示。
圖4-3 V形鐵
v鐵為標(biāo)準(zhǔn)件，其基本尺寸為10cm，則L1的基本尺寸為-10=241.將公差均分，L1的尺寸為241±0.03
（2）最終定位元件：如圖4-5、4-6所示。
當(dāng)曲軸已經(jīng)初始定位完成后，將左頂尖（可旋轉(zhuǎn)），將曲軸定位，此時限制3個自由度：z移動，z轉(zhuǎn)動，x移動。再將右頂尖通過滑道移動到曲軸右端面中心孔處，限制兩個自由度。至此曲軸只有一個自由度不受控制，即y轉(zhuǎn)動。
圖4-4 尺寸鏈
圖4-5 右頂尖 圖4-6左頂尖
2個頂尖需要對齊安裝，允許偏差e=0.06mm，如圖4-7所示：尺寸鏈如圖4-8所示。
圖4-7 頂尖定位
H1的基本尺寸為120mm；
H2的基本尺寸為133mm
H3的基本尺寸為28mm
e為0±0.02mm，均分后獲得
H1的尺寸為120±0.02mm
H2的尺寸為133±0.02mm
H3的尺寸為28±0.02mm
圖4-8 尺寸鏈
要注意：為了正確定位，v鐵的高度小于頂尖的高度160cm。
2.檢測部件：如圖4-9所示。
圖4-9 SONY DT5 12P傳感器
工作原理：該傳感器由（6）傳感器夾、（7）SONY DT5 12P傳感器、（8）支桿、（9）架桿、（11）夾套、（12）螺釘組成。通過B-B剖視圖可以看出，將螺母松開或擰緊時，可是傳感器通過架桿在左右方進行移動。通過A-A剖視圖可看到，支桿和傳感器均夾在傳感器夾上，當(dāng)螺母松緊時，可控制支桿和傳感器在上下移動；當(dāng)螺母擰緊時，支桿和傳感器夾不允許運動。
3.動力源：
采用Y160M1-8型電動機。功率為4kw，同步轉(zhuǎn)速為750r/min。滿載轉(zhuǎn)速為720r/min。如圖4-10所示。
圖4-10電機
4.減速裝置：本設(shè)計選用二級減速器，其傳動比為15，轉(zhuǎn)速為48r/min，如圖4-11。
圖4-11減速器裝配圖
5. 所有零件清單如表4-12所示。
表4-12零件說明
零件序號
零件名稱
零件數(shù)量
國標(biāo)
材質(zhì)
1
檢具體甲
1
HT200
2
擋板
2
HT200
3
活動頂尖
1
T8A
4
六角螺母M39
1
5
V形鐵
2
JB-T8018.1-1999
6
傳感器夾
1
65Mn
7
SONY DT5 12P 傳感器
1
8
支桿
1
45
9
架桿
1
T10A
10
滑道
1
11
夾套
1
65Mn
12
滾花螺釘甲
1
45
13
夾套
1
65Mn
14
滾花螺釘乙
1
45
15
六角螺母
1
GB/T 6170-3000
16
夾具體乙
1
HT200
4.3 檢具主要零部件設(shè)計
選取底板和右側(cè)擋板以及減速器為例，說明主要零部件的設(shè)計。
4.3.1如圖4-13所示為檢具底板零件圖。
圖4-13 底板
如圖4-13底板零件圖所示，底板主要是將減速器、右側(cè)擋板、v形塊裝配在一起的零件。其尺寸較大，其下底面、與v鐵連接處都需加工，因此將其粗糙度定位Ra1.6。底板的右側(cè)還需加工出滑道，使右側(cè)擋板可靈活移動，便于曲軸的安裝。同時滑道兩側(cè)還需加工出兩擋板，便于右擋板的活動更加平穩(wěn)。
2）如圖4-14所示為右側(cè)擋板零件圖
圖4-14右側(cè)擋板零件圖
右側(cè)擋板的主要作用是裝配傳感器以及活頂尖，因此需加工出螺紋孔，下表面與滑道和擋板配合的地方粗糙度為Ra1.6
所有部分的長度根據(jù)工件尺寸、檢具體尺寸等酌情取量。
3）如圖4-15為二級減速器：
圖4-15 二級減速器
1.總傳動比15；
2.分配各級傳動比：i=i1*i2 圓錐齒輪傳動比：圓柱齒輪傳動比：i2=5
3.圓錐齒輪設(shè)計：選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。
4.圓錐齒輪相關(guān)參數(shù)
（1）錐齒輪大端分度圓直徑 mz1=4×20=80mm,=mz2=4×60=240mm
（2）分度圓錐角：
（3）大端齒頂圓直徑：mm
（4）計算齒寬：b=RφR=37.95mm 圓整為（取整）
（5）按齒面接觸強度設(shè)計：分度圓直徑公式：
（4-1）
K—載荷系數(shù) T—轉(zhuǎn)矩 ZE—彈性影響系 δH—接觸疲勞強度 φR—齒寬 δH=疲勞強度
試選載荷系數(shù)進行計算：
① 已知小齒輪的轉(zhuǎn)矩：
② 齒寬系數(shù)
③ 按齒面硬度校核：接觸疲勞強度極限бHlim1=640MPa，此為小齒輪。бHlim2=560MPa，此為大齒輪。
④ 材料的彈性影響系數(shù)
⑤ 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（4-2）
取接觸疲勞壽命系數(shù)。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得：
（4-3）
6)計算
①將бH中小的值及520.8MPa帶入分度圓直徑公式中，可得到
②平均分度圓直徑
（4-4）
③ 計算圓周速度v
（4-5）
直齒輪齒間載荷分配系數(shù)
根據(jù)小齒輪一端懸臂布置，得軸承系數(shù)，則
接觸強度載荷系數(shù)
（4-6）
m分度圓直徑由實際的載荷系數(shù)校正，
（4-7）
算大端模數(shù)，取標(biāo)準(zhǔn)值，模數(shù)圓整為
（5）圓柱齒輪設(shè)計：選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)Z2=100
按齒面接觸強度進行設(shè)計
（4-8）
確定相關(guān)參數(shù)：
①試選載荷系數(shù)
②計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩
③取齒寬系數(shù)
（6）小齒輪分度圓直徑d1t≥41.28mm；
計算圓周速度v
取b=44 mm 圓整模數(shù) m=3 齒高 h=2.25m=2.25×3=6.75 mm齒高比 b/h=6.5
（7）計算載荷系數(shù)K：根據(jù)v=2.09 m/s，8級精度，動載系數(shù) Kv=1.1，
使用系數(shù) KA=1.25 =2.2143
接觸強度載荷系數(shù) K=KA×Kv××=2.2143
按載荷系數(shù)校正后得出分度圓直徑 d1=49.27
模數(shù)：m=d1/z1=49.27/20=2.46，取標(biāo)準(zhǔn)值3。
（4-9）
（8）計算相關(guān)參數(shù)：
中心距 （4-10）
① 齒寬 加寬5-10,取b=65mm。
傳動齒輪的主要參數(shù)如表4-16所示。
表4-16 傳動齒輪主要參數(shù)
高速級
低速級
齒數(shù)z
20
60
20
100
中心距a
160
180
模數(shù)m
4
3
齒寬b
38
38
44
60
（9）輸入軸設(shè)計：裝配軸如圖4-17所示。
圖4-17 輸入軸裝配
軸的尺寸設(shè)計：由公式d=15.62，圓整為16mm。T=23.21N·mm ,KA=1.3，所以：。dmin=20mm
輸入軸尺寸如表4-18所示。
表4-18 輸入軸尺寸
（10）中間軸設(shè)計：中間軸如圖4-19所示
圖4-19中間軸裝配圖
中間軸尺寸確定：p2=6.63kw n2=966.67r/min T2=65.5N.M取
軸上有兩個鍵槽，軸徑增加10％-15％， 取d=25mm。中間軸尺寸如表4-20所示。
表4-20中間軸
（11）輸出軸設(shè)計 輸出軸。由公式。 取d=41m。
輸出軸尺寸如表4-21所示。
表4-21輸出軸尺寸
（13）軸的強度校核：
j輸入軸校核：輸入軸力矩圖如4-22所示
圖4-22 輸入軸
計算所得值如表4-23所示。
表4-23 計算所得值
載荷
水平面
垂直面
支反力
FNH1=1559.4N
FNH2=-621N
FNF1=434.63N
FNF2=-127.88N
彎矩
MH=28.921N
MF1=3018.74N
MF2=1.2*106N.mm
總彎矩
M1=29.555N.m
M2=106.04N.m M=110.08N.m
扭矩
T=31.906N.m
軸的計算應(yīng)力為： （4-11）
（4-12）
，因此，故安全
k中間軸校核：中間軸力矩圖如圖4-24所示。
圖4-24 中間軸力矩圖
計算的值如表4-25所示。
表4-25 計算所得值
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
軸的計算應(yīng)力
（4-13）
，故安全。
l輸出軸校核：
輸出軸力矩圖如4-26所示。
圖4-26 輸出軸力矩圖
計算結(jié)果如表4-27所示。
表4-27 計算所得值
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
軸的計算應(yīng)力
（4-14）
，故安全。
（13）減速器附件的選擇
1）箱體的設(shè)計：一般情況下，采用鑄造箱體，箱體結(jié)構(gòu)采用剖分式，擁有軸線的水平面即為剖分面。箱體的高度：da(大圓輪)/2+(50~70)mm=330/2+(50~70)=215~235mm，取高H=220mm，取箱體厚度σ=8mm。
2）通氣器選定通氣帽。外六角油塞。封油墊,啟蓋螺釘M6。
3）視孔蓋和窺視孔：中心距大小圓柱齒輪的中心距a=195mm，窺視孔尺寸：82mm×62mm。窺視孔上有視孔蓋，尺寸為：l1=90mm,b1=70mm，l2=75mm,b2=55mm,孔數(shù)為4，,蓋板用鑄鐵制成，用M8螺栓緊固。
4）放油孔與螺塞：放油孔位于油池最底處。5）油標(biāo)：油標(biāo)位于便于觀察減速器油面穩(wěn)定之處。6）通氣孔：機蓋頂部窺視孔蓋上安裝通氣器。
5圓跳動數(shù)據(jù)采集與處理
5.1數(shù)據(jù)采集方法
1）測量曲軸主軸頸徑項圓跳動0.025。
2）形位與位置誤差檢測：采用的評定方法為跳動誤差檢測
3）針對本次要測量的誤差，采用的評定方法為測量跳動原則。
數(shù)據(jù)采集的方法有6種。
1.極坐標(biāo)測量法：適用于長度較長的大型零件的測量。
2.兩點法：常用于滾動軸承內(nèi)和軸外徑的測量。
3.機械測量法：摩擦輪測量法，卡鉗型測量法，探針型測量法。
4.氣動測量法：多用于內(nèi)徑測量。
5.光學(xué)測量法。
6.超聲波測量法。
針對本次測量的圓跳動，測量器具的可選擇項有千分表，探針的位移傳感器，紅外測距傳感器，前兩者屬于機械測量法，最末者屬于光學(xué)測量法。
為提高檢測效率和檢測精度，本次數(shù)據(jù)采集法選用探針型測量法（機械測量法），使用SONY DT5 12P 位移傳感器進行數(shù)據(jù)采集。此設(shè)備參數(shù)如下：
j分辨率：±2μm。
k顯示精度：±1μm。
l量測范圍：12mm。
m外形尺寸：12mm*35mm*116mm。
n5百萬次使用壽命。
oA/D傳感器觸發(fā)周期20ms一次。
固定傳感器的支架安裝在磁座上，則測量元件位置可任意移動。
測量方案有如下幾種，如圖5-1、5-2、5-3所示。
圖5-1 測量方案
圖5-2 測量方案
圖5-3 測量方案
本次檢測的零件為軸類零件，考慮到后續(xù)與電機連接構(gòu)成半自動化檢測機構(gòu)，應(yīng)使用軸承替換方案中的同軸頂尖（或V型架），從而提高旋轉(zhuǎn)測量時的穩(wěn)定性和便利性。
因為本次使用的傳感器A/D觸發(fā)器周期T為20ms，則1s內(nèi)測得量值為n=1000/20=50(個)；已經(jīng)取曲軸的轉(zhuǎn)速為48r/min,也就是0.8r/s；曲軸轉(zhuǎn)一圈為1.25s，則曲軸轉(zhuǎn)一圈測得數(shù)值n=1.25*50=60個
取曲軸測一個截面，曲軸轉(zhuǎn)一圈測得60個數(shù)值
5.2 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理的方法有
1.取平均值法；
2.最大值最小值法；X=MAX-MIN
（1）平均值法， 如圖5-4所示。
圖5-4 程序圖
其得出結(jié)果與0.025比較，小于為合格，大于不合格。
（2）最大最小值法見圖5-5。
圖5-5 程序圖
其結(jié)果和0.025比較，小于為合格，大于不合格。
6.結(jié)論
本次設(shè)計題目是柴油機曲軸加工工藝及檢具設(shè)計。
此題目主要研究兩大部分，一部分是曲軸的加工工藝，另一部分是檢具設(shè)計。
本次研究主要有如下幾個方面：
一、 工藝部分
1）曲軸為六缸曲軸，需要分析曲軸的形位誤差和粗糙度，將曲軸需要加工的部分找出來，排工藝路線，確定工序，并且根據(jù)工藝過程畫出追跡圖，計算工藝尺寸。
2）計算工序尺寸，繪制工序簡圖，詳見工藝卡。
二、檢具設(shè)計部分
在檢具設(shè)計部分，此次設(shè)計檢具為主軸頸徑向圓跳動專用檢具。
1） 檢具采用的二次定位。v鐵起到初定位的作用，其定位的精度滿足小于0.09mm。頂尖起到最終定位的作用，其定位精度為0.06mm。
2） 檢具動力源的設(shè)計，電機功率為4kw，同步轉(zhuǎn)速為750r/min。滿載轉(zhuǎn)速為720r/min。
3） 二級減速器傳動比為15，最終曲軸的輸出轉(zhuǎn)速為0.8r/s
1) 使用SONY DT5 12P傳感器。其傳感器選擇一個截面，在其截面上量取60個數(shù)值并對其進行數(shù)據(jù)處理。
2) 數(shù)據(jù)處理采用平均值法和最大值最小值。用c語言進行編程，程序可靠。
本次設(shè)計結(jié)果：繪制圓跳動專用檢具圖一張，檢具零件圖2張，工藝卡74張，C語言誤差檢測程序一個。
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