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1 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 開題報(bào)告 學(xué)生姓名 王光輝 學(xué) 號(hào) 20054024161 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì) 論文 題目 曲軸加工工藝及其夾具的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 郭占斌 2009 年 3 月 18 日 2 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 開 題 報(bào) 告 文 獻(xiàn) 綜 述 1 改進(jìn)曲軸夾具的目的及意義 曲 軸 作 為 引 擎 的 主 要 旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 件 裝 上 連 桿 后 可 承 接 連 桿 的 上 下 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 變 成 循 環(huán) 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 是 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 上 的 一 個(gè) 重 要 的 機(jī) 件 其 材 料 是 由 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 或 球 墨 鑄 鐵 制 成 的 有 兩 個(gè) 重 要 部 位 主 軸 頸 連 桿 頸 還 有 其 他 主 軸 頸 被 安 裝 在 缸 體 上 連 桿 頸 與 連 桿 大 頭 孔 連 接 連 桿 小 頭 孔 與 汽 缸 活 塞 連 接 是 一 個(gè) 典 型 的 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 曲 軸 的 潤(rùn) 滑 主 要 是 指 與 搖 臂 間 軸 瓦 的 潤(rùn) 滑 和 兩 頭 固 定 點(diǎn) 的 潤(rùn) 滑 這 個(gè) 一 般 都 是 壓 力 潤(rùn) 滑 的 曲 軸 中 間 會(huì) 有 油 道 和 各 個(gè) 軸 瓦 相 通 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 以 后 靠 機(jī) 油 泵 提 供 壓 力 供 油 進(jìn) 行 潤(rùn) 滑 降 溫 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 工 作 過 程 就 是 活 塞 經(jīng) 過 混 合 壓 縮 氣 的 燃 爆 推 動(dòng) 活 塞 做 直 線 運(yùn) 動(dòng) 并 通 過 連 桿 將 力 傳 給 曲 軸 由 曲 軸 將 直 線 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 變 為 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 曲 軸 的 旋 轉(zhuǎn) 是 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 動(dòng) 力 源 也 是 整 個(gè) 船 的 源 動(dòng) 力 2 曲軸加工工藝及夾具的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 1 20 世紀(jì) 70 年代以前 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸粗加工采用的加工方式是多刀車床車削曲軸主 軸頸和連桿軸頸 采用這種方式加工精度較低 柔性很差 工序質(zhì)量穩(wěn)定性低 且容易產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力 難以達(dá)到合理的加工余量 在粗加工后一般需 要進(jìn)行去應(yīng)力回火處理 釋放應(yīng)力 因此粗加工需要給后續(xù)精加工工序留較大 的加工余量 以去除彎曲變形量 曲軸精加工采用的是普通磨削工藝 一般采 用 MQ8260 曲軸磨床粗磨 半精磨 精磨 拋光 通常靠手工操作 加工質(zhì)量不穩(wěn) 定 廢品率較高 2 20 世紀(jì) 70 年代到 80 年代左右 曲軸粗加工采用 CNC 車削 CNC 外銑加工 加 工狀況有所改善 精加工仍以普通磨床磨削工藝為主 3 20 世紀(jì) 80 年中期又出現(xiàn)了 CNC 內(nèi)銑工藝 CNC 內(nèi)銑加工性能指標(biāo)要高于 CNC 外 銑加工 尤其是對(duì)于鍛鋼曲軸 內(nèi)銑更有利于斷屑 精加工工藝多采用半自動(dòng) 曲軸磨床 頭架和尾座同步傳動(dòng) 加工精度有一定的提高 4 1985 年到 1990 年左右開發(fā)出了曲軸車?yán)?車 車?yán)に?圖 1 為雙刀盤車 車?yán)?該工藝具有 精度高 效率高等優(yōu)點(diǎn) 特別適合于平衡塊側(cè)面 不需要加工且軸頸有沉割槽 包括軸向沉割槽 的 曲軸 加工后曲軸可直接進(jìn)行精磨 省去粗磨工 序 曲軸精加工已少量采用數(shù)控磨床磨削工藝 尺寸的一致性得到改善 5 20 世紀(jì) 90 年代中期又開發(fā)出 CNC 高速外銑 圖 2 為雙刀盤高速外銑 它對(duì)平衡塊側(cè)面需要加工的 曲軸 比 CNC 車削 CNC 內(nèi)銑 車 車?yán)纳a(chǎn)效率還要高 另外 CNC 車 車 拉工藝加工連桿軸頸要二道工序 CNC 高速外銑只要一道工序就能完成 具有以 下優(yōu)點(diǎn) 切削速度高 可高達(dá) 350m min 切削時(shí)間較短 工序循環(huán)時(shí)間較短 圖 2 雙刀盤高速外銑 3 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 所以 CNC 高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發(fā)展方向 精加 工使用數(shù)控磨床 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)控制等控制裝置 使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證 精加工 還廣泛使用數(shù)控砂帶拋光機(jī)進(jìn)行超精加工 經(jīng)超精加工后的曲軸軸頸表面粗糙 度至少提高一級(jí)精度 20 世紀(jì) 90 年代開發(fā)的 CBN 高速磨削 英國(guó) LANDIS 公司生產(chǎn)的曲軸磨床 磨削 速度高達(dá) 120m s 用扒皮法一次裝夾從毛坯到精磨完畢 耗時(shí)僅幾分鐘的時(shí)間 這將會(huì)出現(xiàn)以磨代替其它粗加工工藝的新局面 6 進(jìn)入 21 世紀(jì)以后 復(fù)合加工工藝已進(jìn)入曲軸制造業(yè)中 復(fù)合機(jī)床應(yīng)具有工序集 成功能 多種加工集成功能 奧地利 WFL 公司生產(chǎn)的臥式車銑復(fù)合加工中心 圖 3 為 M40G 型 能在曲軸硬化前 一次裝夾 全部加工 加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn) 入精加工工序 曲軸精加工方面 也出現(xiàn)了工序集成的 CBN 數(shù)控磨床 即一次 裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸 擺動(dòng)跟蹤磨削 由以上演變可以看出 曲軸的加工工藝正 向著高速 高效 復(fù)合化方向發(fā)展 目前 較為流行的粗加工工藝是主軸頸采用車 車?yán)に嚭透咚偻忏?連桿頸采用高速隨 動(dòng)外銑 全部采用干式切削 精加工采用 數(shù)控磨床加工 具有自動(dòng)進(jìn)給 自動(dòng)修正 砂輪 尺寸和圓度自動(dòng)補(bǔ)償 自動(dòng)分度和 兩端電子同步驅(qū)動(dòng)等功能 主軸頸和連桿 頸可一次裝夾全部磨削完畢 超精加工采用數(shù)控砂帶拋光機(jī) 帶尺寸控制裝置 參考資料 1 曲軸設(shè)計(jì)加工新技術(shù)新工藝與企業(yè)創(chuàng)新指導(dǎo)手冊(cè) 2 實(shí)用鋼鐵材料手冊(cè)第 2 版 曾正明主編 2007 05 3 現(xiàn)代鋼鐵材料及其工程應(yīng)用 孫智 倪宏昕 2007 01 4 金屬材料金相圖譜 上下冊(cè) 李炯輝 林德成 2006 07 5 常用鋼材磁特性曲線速查手冊(cè) 兵器工業(yè)無損檢測(cè)人員技術(shù)資格鑒定考核委員會(huì) 編 2003 06 6 機(jī)械基礎(chǔ) 譚敬輝 主編 2008 07 7 機(jī)械制圖手冊(cè) 第 4 版 作者 葉玉駒 焦永和 張彤 2008 03 8 功能材料及其應(yīng)用 作者 張?bào)K華 2008 12 9 材料及其熱處理 作者 王先逵 2008 06 10 材料成形技術(shù) 毛萍莉主編 2007 07 11 耐磨材料應(yīng)用手冊(cè) 作者 陳華輝 2006 08 12 金屬切削常用材料及熱處理手冊(cè) 作者 陳宏鈞 2006 08 13 實(shí)用熱處理技術(shù)及應(yīng)用 作者 馬伯龍 2009 03 14 材料成形裝備控制技術(shù) 作者 吳豐順 2008 09 15 金屬材料的冷塑性加工 作者 王先逵 2008 06 圖 3 M40G 車銑復(fù)合加工中心 4 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 開 題 報(bào) 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 1 曲軸改進(jìn)設(shè)計(jì) 根據(jù)目前我們開發(fā)的四拐曲軸情況 曲軸半徑在 50 65mm 之間 主軸頸直徑在 70 90mm 之間 擋寬 單個(gè)主軸頸軸向長(zhǎng)度 在 30mm 以上 總長(zhǎng)在 752mm 以下 并針對(duì)上 述存在的問題 我們?cè)O(shè)計(jì)了一套夾具 使其既能加工全部四個(gè)連桿頸 又能加工所有 型號(hào)的四拐曲軸 1 研究方法 夾具結(jié)構(gòu) 如圖所示 該夾具主要由夾具體 1 壓蓋 2 瓦塊 3 定位座 6 卡盤 7 等零件構(gòu)成 夾具一端與機(jī)床主軸箱連接 另一端為卡盤結(jié)構(gòu) 夾具體底部設(shè)計(jì)成平 的 并開三個(gè)溝槽 其中一個(gè)溝槽用來定位 另兩個(gè)溝槽用來固定軸向定位座 6 具體加工方法 首先按工藝調(diào)整曲軸車床主軸箱 使左 右夾具體上瓦塊距離等于 四拐曲軸第一 五 或二 四 主軸頸間的距離 然后擰緊主軸箱上的螺母固定 按下述 方法加工 圖 1 是加工曲軸二 三連桿頓夾具結(jié)構(gòu)示意圖 曲軸的軸向定位靠定位塊 5 來 實(shí)現(xiàn) 圓周方向的定位靠定位塊 4 來完成 5 圖 2 是加工曲軸一 四連桿頸夾具結(jié)構(gòu)示意圖 曲軸的軸向定位靠瓦塊側(cè)面來 實(shí)現(xiàn) 圓周方向的定位靠定位塊 4 來完成 1 夾具體 2 壓蓋 3 瓦塊 4 周向定位塊 5 軸向定位塊 6 定位座 7 卡盤 圖 1 1 夾具體 2 壓蓋 3 瓦塊 4 周向定位塊 圖 2 本設(shè)計(jì)首先是對(duì)四拐曲軸夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 在利用 CAXA 電子圖版進(jìn)行設(shè)計(jì)與分 析 6 7 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見 1 對(duì) 文獻(xiàn)綜述 的評(píng)語 2 對(duì)本課題的深度 廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì) 論文 結(jié)果的預(yù)測(cè) 指導(dǎo)教師 年 月 日 所在專業(yè)審查意見 負(fù)責(zé)人 年 月 日