西南科技大学
应用型自学考试毕业设计
（论文）说明书
题目：长安汽车（长安之星2）汽油机曲轴JL474Q加工工艺与夹具设计
时间：从 2010 年 10月 20 日至 2010 年11 月 26 日共 5 周
专业：机械制造与自动化
学生姓名：
准考证号：
指导教师：
职称：
2012年5月10日
论文摘要：
在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度。
本次设计说明书是对整个工艺分析和夹具设计过程的编写。在设计过程中必须掌握曲轴的加工工艺和工装夹具的要求及其设计要点，明白利用更好的夹具可以保证加工质量，提高工作效率，降低成本，提高机床夹具的加工工艺范围等。
通过检索、分析、收集和整理典型曲轴零件及工艺的有关资料，确定整体设计方案，进行工艺分析和工业的工装夹具设计，选择相关设备并设计相应加工工艺和夹具。最终生成能切合实际的、较完整的夹具图纸实列。在时间充足的情况下利用三维造型软件将该夹具进行三维实体造型。
论文主要讲述了曲轴的加工工艺过程，采用设备与夹具的设计过程。即进行原始曲轴资料的分析，确定长安汽车曲轴JL474Q工艺和需要的夹具，正确选用设备，合理选择夹具设计方案，进行曲轴尺寸和形位公差的夹具设计，编制成型零件制造工艺规程和夹具总装和加工工艺过程。
关键词：
工序，工位，工装夹具，形位公差，定位方案，夹紧力
Keyword:
The process, worker one, worker's step , orient the scheme , clamp strength
前言
本次所选设计内容主要包括：工艺路线的确定，夹具方案的优选，各种图纸的绘制，设计说明书的编写等。机械加工工艺是规定生产或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。
利用更好的夹具可以保证加工质量，机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件是加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度。提高生产效率，降低生产成本，使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工，扩大机床工艺范围，在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围，减轻工人劳动强度，保证生产安全。为了让夹具有更好的发展，夹具行业应加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐。
目录
摘要
Abstract
第一章绪论
第二章零件的工艺分析
2.1零件的作用分析 (7)
2.2零件的粗糙和形位公差等分析 (7)
2.3 确定毛坯的制造形式 (8)
2.4 JL474Q曲轴的加工方式和形位公差尺寸 (8)
第三章曲轴零件加工主要问题和工艺过程分析
3.1 定位基准的选择 (10)
3.2 加工工序中的主要问题 (10)
3.2.1 打中心孔 (10)
3.2.2 车削拐径用专用工装夹具配置 (11)
3.2.3 粗磨拐径用专用工装夹具配置 (11)
3.2.4 曲轴直油孔专用工装夹具 (12)
3.2.5 该工序是曲轴JL474Q的一个的难点，斜油孔用专用工装夹具 12 3.2.6 曲轴定位销孔是专用工装夹具 (13)
3.2.7 曲轴飞轮孔是专用工装夹具 (14)
3.2.8 曲轴键槽和扁方的加工也是专用工装夹具 (14)
3.2.9 精磨拐径用专用工装夹具配置 (15)
3.3工艺过程分析 (15)
3.3.1 粗基准的确定 (15)
3.3.2 精基准的确定 (15)
3.3.3 工艺路线的确定 (16)
第四章机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸
4．1 确定机械加工余量 (26)
4.1.1 翻砂件质量的计算 (26)
4.1.2 锻件加工精度的确定 (26)
4.1.3 翻砂件形状复杂系数S的确定 (26)
4.2 确定毛坯尺寸 (26)
4.3 确定工序尺寸 (27)
第5章专用夹具设计
5.1钻、铰定位销孔家居设计 (29)
5.2定位基准的选择 (29)
5.3切削力与夹紧力的计算 (30)
5.4定位元件确定 (30)
参考文献
结论
附件零件图和夹具图及加工工艺卡
第一章绪论
曲轴零件是发动机、机器或部件的主要零件，它把有关零件联结成一个整体，使这些零件保持正确的相对位置和运转，彼此能协调地工作。因此,，曲轴零件的制造精度将直接影响发动机、机器或部件的装配质量,进而影响发动机、机器的使用性能和寿命，因而曲轴具有较高的技术要求。
由于发动机的结构特点和曲轴在发动机中的不同功用，曲轴零件具有多种不同的结构型式，其共同特点是:结构形状复杂，曲轴而不均匀,轴件的角度不同；有若干精度要求较高圆和孔系，还有较多分段尺寸和形位公差等。
曲轴零件的毛坯通常采用铸铁和钢件，因为灰铸铁具有较好的耐磨性，减震性以及良好的铸造性能和切削性能，价格也比较便宜。钢件又具有较好的韧性，重量大和安全性高等优点。
毛坯的铸造或锻打的方法，取决于生产类型和毛坯尺寸，在单件小批生产中，多采用木模手工造型；在大批量生产中广泛采用金属模机器造型。
第二章零件工艺的分析
长安汽车（长安之星2）曲轴JL474Q零件图部分
图1-1
2.1零件的作用分析
该零件为长安车2代引擎所用曲轴LJ474Q，曲轴一直以来是车心脏最关键和重要的零件。其工作方式，曲轴的旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，并将旋转转为直线运动，它在工作过程中将承受周期性复杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，使连杆获得所需要的动力。
2.2零件的粗糙和形位公差等分析
2.2.1如JL474Q部分零件图得知，要加工轴的圆与瓦的配合度为h7，表面粗糙度
为Ra小于0.6um，圆度为0.005mm，跳动为0.02mm，同轴度为0.02mm等形位公差尺寸。
2.1.2 其它孔的表面粗糙度为Ra小于6.3um，定位销孔的表面粗糙度为Ra小
3.2um。
2.1.3曲轴扇板上平面表面粗糙度为Ra小于12.5um，端面表面粗糙度为Ra小于
3.2um，R表面粗糙度为Ra小于1.6um,轴颈外圆的表面粗糙度为Ra小于0.4um。
2.1.4此外各表面还需要加工一系列螺纹孔和键槽、扁方等，因此将其分组加工表
面。它们相互之间有一定的位置要求。
2.3 确定毛坯的制造形式
由于铸铁容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好，因此，一般箱体零件的材料大都采用铸铁，其牌号选用49MsVS3，由于零件年生产量20万台，已达到大批生产的水平，通常采用金属摸机器造型，毛坯的精度较高，毛坯加工余量可适当减少。
2.4 JL474Q曲轴的加工方式和形位公差尺寸如下所示：
2.2.1因为曲轴为较复杂的轴件加工，因此，要先加工中心孔，使中心孔位置度在以
主轴颈和扇板要求范围内，加工其￠69大头的装夹尺寸。才能保证主轴颈外
圆￠46.2±0.1及倒角，开档24，分段尺寸57.35±0.1，60.15±0.1，开档22±
0.2，凸阶3，28＋0.3
0，141.8±0.2，167.4±0.2，195.9±0.2等的粗车尺寸和跳动公差为0.20加工完成。因此，以轴线两端为中心孔加工的表面有以上各尺寸
和倒角等。（同时也包含轴的大外圆尺寸及倒角）
2.2.2以主轴颈￠46.2±0.1的精加工尺寸为偏心（扭拐）加工的基准，在前工序已把
主轴加工完成，第一加工表面偏心（扭拐）小瓦的上开裆24＋0.3
0，φ50，10±0.15，82±0.15。第二加工表面偏心（扭拐）小瓦外圆φ46±0.5，φ
39.5＋0.3
0φ40 0
－0.2，R1.75±0.25等外圆和分段尺寸。
2.2.3上磨床半精加工分以下几步：
（1）粗磨大小头，为加工大小端面孔作为基准；
（2）加工大小孔及倒角，保证其深度1.5＋0.3
0，3，33
－1外圆和粗糙度等尺
寸和位置度。
（3）喷砂，加强曲轴外观的美感，去除粗加工的部分杂志。
（4）粗半精磨主轴颈，保证其外圆尺寸、分段尺寸和粗糙度等尺寸和跳动。
（5）粗磨连杆轴颈，保证其外圆尺寸、分段尺寸、轴向平行度、中心距和粗糙度等尺寸和跳动。
2.2.4上钻床加工分以下几步：
（1）钻直油孔，保证其位置度和粗糙度等尺寸。
（2）钻斜油孔，保证其位置度和粗糙度等尺寸。
（3）油孔倒角，保证其位粗糙度和孔口尺寸。
（4）钻铰定位销孔及倒角，保证其深度、位置度、垂直度，角度差和粗糙度等尺寸。
（5）小头螺孔攻丝，能通过丝锥的检具的检验。
（6）钻、攻丝飞轮孔及倒角，保证其深度、位置度和垂直度，并能通过丝锥的检具的检验。
2.2.5上铣床床加工分以下几步：
（1）键槽加工，保证其1连杆轴颈轴向平行度、对称度、深度和粗糙度等尺寸。
（2）扁方加工，保证其轴向平行度、对称度、宽度和粗糙度等尺寸。
2.3.6 上磨床精加工分以下几步：
（1）精磨连杆轴颈，保证其外圆尺寸、分段尺寸、圆柱度、轴向平行度、中心距和粗糙度等尺寸和跳动。
（2）动平衡，检测曲轴旋转中的平衡量不超过1.5g，要求孔不能大于25mm，不能钻穿等。
（3）精磨主轴颈，保证其外圆尺寸、圆柱度、轴向平行度、分段尺寸和粗糙度等尺寸和跳动。
（4）精磨大小头，保证其外圆尺寸、分段尺寸、跳动和粗糙度等尺寸。
2.3.6 其后校直和抛光等加工分以下几步：
（1）校直，根据图纸要求，校正主三和小头的跳动。
（2）油孔抛光，按图纸要求抛光光洁度达小于Ra0.4。
（3）止推瓦抛光，按图纸要求抛光光洁度达小于Ra0.4。
（4）所有轴颈抛光，按图纸要求抛光光洁度达小于Ra0.4。
（5）探伤，按图纸要求抛光光洁度达小于Ra0.4。
（6）上总检台。
第三章曲轴零件加工主要问题和工艺过程分析
3.1 定位基准的选择
基准是用来确定工件的几何要素之间的几何关系所依据那些点、线、面。基准可分为：设计基准，定位基准，工艺基准，工序基准，测量基准和装配基准等，这里选择的定位基准。
曲轴在加工过程中，定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定主要的精基准，然后确定粗基准。曲轴这类工件可以从图1-1中看出，其尺寸全部由主轴颈3中分出，可以确定各轴颈，大小头分段由主轴颈3分出。连杆轴颈的加工基准那就应该考虑其偏心距如何保证等，一般采用轴中心线为基准扭曲和180度的基准，还以主轴颈3为分段基准。这样胡实现“基准统一”，此外，这种定位方式方便，工件的公差变小；易于实现定位准和装夹误差小，且不存在基准不重合误差等优点。
从曲轴的铸造毛坯所留出工艺尺寸加工余量，还为保证尺寸、粗糙度和形位公差的加工精度等，该零件要采用精加工，半精加工和粗加工的原则来完成。
3.2 加工工序中的主要问题：
3.2.1 打中心孔
看似简单的工序，但其中要保证后工序不加工单边，毛坯车不圆，动平衡无法称重等，在保证位置度是情况下，还要保证其平衡适量，如果遇到扇板不能铣削加工那就更加复杂了。因此，这个工序的简单也是很关键的，其装夹方式上既要以主轴颈为准，同时，也要以扇板为准，所以，采用V形装夹主轴颈，靠扇板外圆来保证其中心孔。（如图3-1所示）
图3-1
3.2.2 车削拐径用专用工装夹具配置（如图3-2所示）
该夹具是根据JL474曲轴的偏心距37.75 mm，主轴颈精车后尺寸46±0.1mm，其配重根据离心力力计算，并且保证其锥度，扭曲，180度，对1小瓦轴心线平面±
0.3cm等
图3-2
3.2.3 粗磨拐径用专用工装夹具配置（如图3-3所示）
该夹具是根据JL474曲轴的偏心距37.75±0.1mm，主轴颈粗磨后尺寸45.2±
0.03mm，并且保证其锥度，扭曲±0.10，180±0.10度等。翻180度的时候最好采用死定位基准，以保证起基准尺寸统一原则。
图3-3
3.2.4 曲轴直油孔专用工装夹具（如图3-4所示）
该夹具是根据JL474曲轴的主轴颈粗磨后尺寸45.2±0.03mm，以主轴颈开档为左右的分段的基准，作为装夹尺寸，连杆轴颈粗磨后尺寸42.6 0
作为定位尺寸，并
－0.03，
且保证其瓦面尺寸12.1，10.9，孔径￠5等。8个油孔采用一次性装夹加工完成。
图3-4
3.2.5 该工序是曲轴JL474Q的一个的难点，斜油孔用专用工装夹具（如图3-5所示）
该夹具是根据JL474曲轴的主轴颈粗磨后尺寸45.2±0.03mm，，作为装夹尺寸，
作为角度定位尺寸，以主轴颈开档为左右的分段的基连杆轴颈粗磨后尺寸42.6 0
－0.03mm，
准，因为该油孔要打钢珠试压，孔口处10mm深要进行铰削达Ra0.8的光洁度和
0.03mm公差要求。加上该油孔的角度的180°，因此，在加工中还要进行翻转180°钻另为两个油孔。并且保证其小瓦轴心平面±0.2，油孔孔径￠5.5mm，与直油孔相接通，钢珠位置铰削￠5.9mm等。2个油孔同时采用一次性装夹加工完成。
图3-5
该夹具是根据JL474曲轴的主轴颈半精磨后尺寸45.15 0
mm，以主轴颈开档
－0.03
（止推瓦）为垂直度（￠0.10：100mm）保证的基准，因为止推瓦经磨床半精磨，端面平面度能达到0.01mm以下。连杆轴颈粗磨后尺寸42.6 0
作为角度（±0.04mm）定
－0.03，
位尺寸。还有定位销孔的位置度（±0.04mm），这主要以工装夹具的中心，必须保证同心在0.01mm以内，再加工出来的工装才能保证其准确的位置度，角度，垂直度等形位公差。
在曲轴中，定位销孔一直起着关键的作用。好比套圈让鸡下蛋，要很标准才能对后工序飞轮孔加工保证其精度和位置差，才能让主机的跳动、点火和装配飞轮很稳定。定位销孔一直是一个精度和形位公差要求很高的部位，好比曲轴的咽喉。所以，需要有较好工装夹具来保证。在后面我主要以这个工序的工装做加以分析。
该夹具是根据JL474曲轴的主轴颈半精磨后尺寸45.15 0
mm，以主轴颈开档
－0.03
（止推瓦）为垂直度（￠0.20：100mm）保证的基准，因为止推瓦经磨床半精磨，端面平面度能达到0.01mm以下。以定位销孔作为位置度（±0.10mm），这主要以工装夹具的中心，必须保证同心在0.02mm以内，再加工出来的工装才能保证螺纹孔准确的位置度，垂直度和尺寸等形位公差。
图3-7
3.2.8 曲轴键槽和扁方的加工也是专用工装夹具（如图3-8所示）
该夹具是根据JL474曲轴键槽的精度要求，为保证键槽的对称度，我们就采用了两顶一夹的工装，这样的工装比起V形加紧工装，稳定性，同心度，耐磨度都有很大的优越性。该夹具装夹方便，对称度稳定，角度能很好的保证，当然也离不开工装夹
具的制造工艺，这套工装采用的是两顶，运用的车床尾座原理，这套工装的装上铣床
后，要校其上母线、侧目线≤0.01mm,才能做出稳定的产品。
图3-8
3.2.9 精磨拐径用专用工装夹具配置（如图3-3所示）
该夹具是根据JL474曲轴的偏心距37.75±0.1cm，主轴颈粗磨后尺寸45.15 0
－0.03 mm，并且保证其锥度，扭曲±0.05，180±0.05度、圆柱度0.005mm、轴向平行度
0.005mm和分段尺寸等。特别是圆柱度0.005mm、轴向平行度0.005mm很难保证，因
此，对工装的校正夹具的芯棒上母线、侧目线≤0.01mm,才能做出稳定的产品。翻180
度的时候最好采用死定位基准，以保证起基准尺寸统一原则。
3.3 工艺过程分析
根据上面毛坯的制造形式，曲轴JL474Q是用的材料49MsVS3，采用翻沙件，抛丸后进行加工。该产品的装车量较大（20万台），已经达到了大批量生产。在第二章中提到的粗基准和精基准等，在一以做更详细的分析和工艺分析等。
3.3.1粗基准的确定
用没有经过切削加工的表面作为定位基准叫做粗基准。对于代加工零件而言，加工表面要求相对位置精度较高的不加工的表面作为粗基准，如曲轴车连杆轴颈小瓦车上开裆和瓦面都是以扇板上精度较高的不加工的表面作为粗基准，数控上粗精车扇板、主轴颈外圆及开裆等都是采用止推瓦精度较高的不加工的表面作为粗基准。
3.3.2精基准的确定
曲轴在加工主轴颈外圆及其开档、分段尺寸与主轴颈轴心线的配合部分，还有连杆轴颈外圆及其开档、分段尺寸和偏心距等时。与同类轴零件外圆表面加工一样，采用辅助精基准顶针孔作为精基准，符合基准统一的原则，从而可以保证一次装夹中加工的各表面的同轴度、垂直度和径向平行度等。对于主轴颈小偏心距大的曲轴，在曲轴
的扇板之间要加支撑块，使其在加工中不容易弯曲，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一基准的原则。
3.3.3工艺路线的确定
制定工艺路线的出发点，应该是使零件几何形状，尺寸精度和形位公差等技术要求能得到合理的保证，除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
1、进料毛胚检测按毛坯图目视，材质、金相查看生产厂商提供的检验报告。
2、画线打中心孔，以毛坯主轴颈和扇板外形找正，画主要打孔的位置，位置偏
差±0.5mm，加工中心孔用5A中心钻。
3、车夹位，顶大小头中心孔，夹紧，车夹位φ69 0
－0.2mm，保证其跳动
0.25mm。（如图3-9所示）
图3-9
4、精车主轴颈、开档及扇板，为保证这一次装夹，完成多个尺寸和形位尺寸，
在数控车床上采用两顶一夹的装夹方式，并且以主轴颈3作为定位基准。为
不影响在装机中把密封圈划破，两端采用R角，该角也是在数控中走出。在
加工中，不光要保证开档尺寸，还要把各分段保证好，同时注意保证主轴颈
和小头的跳动尺寸。（如图3-10的尺寸）
图3-10
5、精车连杆轴颈及扇板，夹1、5主轴颈，以扇板上精度较高的不加工的表面作
为粗基准，校正后，加工扇板和瓦面尺寸，开档尺寸，还要把各分段保证好，拐径的偏心距离±0.20mm.同时确保连杆轴颈在轴心线的扭曲±0.20mm。
角度差±0.20mm和粗糙度等。（如图3-11的尺寸）
图3-11
6、车扇板大外圆，夹小头，顶大头中心孔，以小头端面定位，加工φ124 0
－0.2 mm，倒角1×45°。
7、去扇板外圆四周毛刺，要有一定的破口，注意不能伤到瓦面。
8、以车代磨，这个工序是为了降低成本和减少人员，在加工曲轴中有很大进步
的一个工序，该工序采用夹小头，顶大头加工，以主轴颈3为一次定位基准，能保证一次装夹，完成多个尺寸和形位尺寸，在数控车床上采用两顶一夹的装夹方式。为不影响在装机中把密封圈划破，大头端采用R角，该角也是在数控中走出。在加工中，不光要保证开档尺寸，还要把各分段保证好，同时注意保证主轴颈和大头端面的跳动尺寸。（如图3-12的尺寸）
图3-12
9、粗磨大小头，以两中心孔定位装夹，磨小头轴颈￠24.3 0－0.03mm, ￠
32.3 0－0.03mm, ￠38.1 0－0.03mm,磨大头轴颈￠68.3 0－0.03mm,保证其分段尺寸
和跳动。
10、 钻大头孔，夹小头￠32.3 0－0.03mm 位置，用车床辅助用具中心架支撑
大头，钻孔φ17＋0.3 0mm 钻孔深18.5＋0.3 0，φ32.5＋0.3 0mm 钻孔深3.5，倒角
60°。
11、 钻小头孔，夹小头￠68.3 0－0.03mm 位置，用车床辅助用具中心架支撑
小头￠24.3 0－0.03mm ，钻孔φ10.6＋0.3 0mm 钻孔深49＋0.3 0，φ15mm 钻孔深4，
倒角60°.
12、
喷砂，产品喷砂均匀，不能有漏封。 13、 半精磨主轴颈，以两中心孔定位装夹，磨主轴颈Ⅰ、Ⅴ￠45.2 0－0.03
mm, 主轴颈Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ￠45.3 0－0.03mm,保证其分段尺寸、轴颈平行度和轴颈
跳动。（如图3-13的尺寸）
图3-13
14、粗磨连杆轴颈，夹1、5主轴颈，以轴颈外圆作为基准，校正后，加工
1、4拐径面尺寸，开档尺寸，还要把各分段保证好，拐径的偏心距离±
0.10mm.同时确保连杆轴颈在轴心线的扭曲±0.10mm。角度差±0.10mm和粗
糙度等，加工2、3连杆轴颈翻180°，以磨好的1瓦轴颈作为定位基准加工。（如图3-14的尺寸）
图3-14
15、钻直油孔，夹Ⅱ、Ⅳ主轴颈，以连杆轴颈1为定位瓦，钻φ5mm的8个直油孔。（如图3-15的尺寸）
图3-15
16、钻斜油孔，夹Ⅱ、Ⅳ主轴颈，以连杆轴颈1为定位瓦，钻φ5.5mm的4个斜油
孔，并接通两个直油孔，位置偏移±0.5mm.（如图3-16的尺寸）
图3-16
16、铰蛋位空，夹Ⅱ、Ⅳ主轴颈，以连杆轴颈1为定位瓦，钻φ6.1±0.03
mm深10mm。
17、油孔倒角，尺寸7.3min。