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1、1 1 引言 1.1 毕业设计的目的 毕业课程设计是学生在最后学习阶段一次重要的设计训练与考核，通过此环 节的实践其目的是： 1）培养学生在综合运用已修课程所学的理论知识，结合教学掌握一定的设 计技能，并通过实际设计训练巩固和提高所学的理论知识。 2）通过实际设计训练，使学生掌握设计的一般方法和步骤，树立正确的设 计思想，建立工程概念， 培养学生独立思考与集思广益的团队合作方式，为后续 从事技术工作与进一步学习奠定基础。 3）通过设计计算，培养学生运用设计资料，手册与国家技术标准、规范的 能力，进行一次全面的机械设计基本技能训练，提高综合素质。 通过该毕业设计， 使学生达到以下目的： 能综合的
2、编写机械加工工艺过程卡 片，数控加工工序卡片， 数控加工刀具卡片等工艺文件，能合理的确定加工工序 的定位与夹紧方案。 1.2 毕业设计的基本要求： 1.2.1 主要任务 学生应在指导老师的指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求 的设计说明书，并正确绘制有关图表 1.2.2 知识要求 学生在毕业设计工作中， 应综合运用多学科的理论、 知识与技能， 分析与解 决工程问题 1.2.3 能力要求 学生应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、 收集、加工与整理和正 确使用工具书； 培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术范围， 提高工程 设计计算、图纸的绘制、编写技能文件的能力；培养学生掌握实
3、验、测试等科学 研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。 1.2.4 综合素质要求 通过毕业设计， 学生应能树立正确的设计思想； 培养学生严肃认真的科学 2 态度和严谨求实的工作作风；在工作设计应能树立正确的工程意识与经济意识， 树立正确的生产观点、经济观点与全局观点 2 空压机曲轴零件的分析 2.1 空压机的简述 空气压缩机（英文为： air compre ssor）是气源装置中的主体，它是将原 动机（通常是电动机）的机械能转换成 体压力能的装置，是压缩空气的气压发 生装置 空压机工作原理简述螺杆式单级压缩 空压机是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或 称螺杆）在气缸内转动，使转子
4、齿槽之间的空 气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着 转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式 空压机的吸气、 压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转 子的槽与阳转子的齿被主电机驱动而旋转。由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运 动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由於气缸内压力的变化，通过进气 阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由於气缸容积的缩小，压缩 空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压 力 0.7MPa 时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5-0.6MPa 时压力开
5、关自动 联接启动。 2.2 空压机曲轴的作用 空压机曲轴是活塞式压缩机中接受电动机以扭矩形式输入的动力、并将旋 转运动变为直线运动的一个重要零件，它在工作过程中将承受周期性的、复杂的 交变载荷，曲轴常用材料有优质碳素结构钢和球墨铸铁等，因此曲轴毛坯也就有 锻造曲轴和铸造曲轴两大类。本设计当中，曲轴采用铸造毛坯。 2.3 空压机曲轴所选材料的特点 3 本设计中的空压机曲轴在工作过程中承受周期性的、复杂的交变载荷，选 用的材料是 QT600-3 球墨铸铁，在力学性能方面是可行的。 QT600-3 球墨铸铁的特点有： （1）热导率 QT600-3 组织中的石墨比基体组织（P+F ）导热性能要好得多，
6、因 此 QT600-3热导率较好。（ 2）减振性：由于含碳量较高， QT600-3减振性要优 于钢，球铁中的碳主要以石墨的形式存在，石墨的球化率越高，减振性就越低， 所以应选用球化率不是很高的球铁QT600-3。并且球铁的减振性受温度的影响很 小，不会因温度升高或降低而变化。（3）在切削性能方面：球墨铸铁含有较 多的石墨，能起切削润滑作用，因而切削加工阻力较小，切削速度较高。（4） 耐蚀性大量实验结果证明，球墨铸铁在大气中及淡水中，尤其是在流动的水 中，耐蚀性优于钢。 （5）耐磨性： 由于含碳量较高及石墨的作用，球墨铸铁是 良好的耐磨和减摩材料，其耐磨性要优于钢, 可降低对钢板的损伤，提高产品
7、的 合格率。 球墨铸铁辊的制造工艺流程为： 铸件浇铸 铸件探伤 去应力退火金 属切割加工 时效处理。球墨铸铁的浇铸可采用砂型铸造。与锻钢相比，铸件 留取的加工余量要小得多， 材料本身切削加工性较好， 工艺过程相对简单， 缩短 了加工周期。曲轴接受电动机以扭矩形式输入的动力、并将旋转运动变为直 线运动的工作流程中， 环境高温易于上升， 但材料本身的温度变化不大，且球墨 铸铁在多方面的性能都接近或优于中碳锻钢，因此用球墨铸铁辊来代替承受冲击 载荷不是很大的中碳锻钢辊，其使用寿命至少不会降低。球墨铸铁在材料 性能、加工工艺等很多方面都优于或接近中碳锻钢，很好地解决了轧机前后因使 用中碳锻钢辊而造成的
8、钢材或铸坯的表面划伤等难题，而且大幅度降低了成本。 球墨铸铁辊在轧机前后辊道上的成功应用表明，在冶金企业里， 球墨铸铁辊的应 用具有很大的推广价值。 3 工艺规程设计 3.1 空压机曲轴的工艺分析 4 5 通空压机曲轴的零件图工艺分析，来确定零件加工的内容、加工要求，初 步确定各个加工结构的加工方法。 3.1.1 确定加工内容 本设计中的空压机曲轴结构较为简单，主要有平面、轴系、孔系、螺纹等结 构组成，毛坯为铸件。根据附录1 的图纸，得出的加工表面有： （1）尺寸 100 +0.025 +0.003的两处轴颈 （2）尺寸 100 -0.036 -0.071的拐轴 （3）尺寸 105 -0.24
9、 -0.40的过渡轴， （4）锥度 1:10 的轴，宽 28 -0.022 -0.074的键槽 （5）5M24-7H、M12-7H 系列螺纹孔 （6）两处 140 +0.022 +0.008270 四周平面 （7）两处尺寸 75 的左右侧面 （8）各类油孔及两端A6.3 中心孔等 3.1.2 明确加工要求 根据零件图纸中各加工表面的尺寸、形位公差、粗糙度等要求的具体分析。 可以得出零件主要加工要求为： （1）尺寸 100 -0.036 -0.071的拐轴，尺寸公差大于IT7 级，表面粗糙度要求较高， 为 Ra0.8m，形位公差也有较高要求，其圆柱度为0.015，该轴的中心线与基 准 AB 的平
10、行度为 0.02。 （2）尺寸 100 +0.025 +0.003的两处轴颈，尺寸公差大于IT7 级，表面粗糙度要求较 高，为 Ra1.6m，形位公差也有较高要求，其两处轴颈与基准AB 的同轴度 要求均为 0.02。同时两处轴颈的圆柱度为0.015。 （3）尺寸 105 -0.24 -0.40的过渡轴与锥度 1:10 的轴，虽然尺寸精度不高，但在表 面粗糙度上也有较高要求，为Ra1.6m。并且其中锥度轴在形位公差上要求其 表面相对基准 AB 的跳动范围在 00.03， 其中心线与基准C 的中心线的共线度 为 0.05。 （4）5M24-7H、M12-7H 系列螺纹孔尺寸精度较高，公差都为IT7
11、 级。 （5）键槽的精度一般，但形位公差有要求。 其他一般加工要求为：油孔32、20、10 及各类加工平面只标注了基 本尺寸，可按自由尺寸公差等级IT11IT12 来处理，表面粗糙度要求不高，为 6 Ra12.5m。 图纸中有技术要求： （1）1:10圆锥面要用标准量规涂色检查，接触面不少于80%。 （2）清除干净油孔中的切削。 （3）未注倒角为 145。 （4）要求该零件材料为QT600-3 3.1.3 拟定各结构的加工方法 根据分析各加工部位的加工要求得出： （1）尺寸 100 +0.025 +0.003的两处轴颈，尺寸 100 -0.036 -0.071的拐轴，尺寸 105 -0.24
12、-0.40的过渡 轴，锥度 1:10 的轴拟选择粗车 精车 磨削的方案。 （2）平面类可用面铣刀粗铣 精铣的方法。 （3）5M24-7H、M12-7H 系列螺纹孔处可选用钻中心孔 钻底孔 扩 孔 铰孔 （4）其余不重要表面可一次加工至尺寸 另外，在加工表面的形位公差的要求上，在加工时要根据定位基准来保证。 3.2 毛坯尺寸的确定 毛坯的尺寸的确定详见毛坯图。其中，曲轴在铸造时，左端轴100 +0.025 +0.003处 在直径方向流出工艺尺寸量，铸造尺寸为130mm ，这样是为了开拐前加工出工 艺键槽准备，该工艺键槽与开拐工装配合传递扭矩。 图 3-25 毛坯图 7 3.3 加工的流程图示一览
13、表 图 3-2 工序一：毛坯 图 3-3 工序五：粗铣平面 图 3-4 工序七：打中心孔、铣端面 8 图 3-5 工序八：粗车左右外圆 图 3-6 工序九：铣工艺键槽 图 3-7 工序十：粗车拐径 9 图 3-8 工序十一：磨拐轴 图 3-9 工序十二：精铣平面 图 3-10 工序十三：钻攻螺纹孔 10 图 3-11 工序十四：精车左右端外圆 图 3-12 工序十五：磨左右端外圆 图 3-13 工序十六：半精车圆锥 11 图 3-14 工序十七：磨圆锥面 图 3-15 工序十九：铣键槽 图 3-16 工序二十：钻左端各类孔 12 图 3-17 工序二十一：钻斜油孔 3.4 机床的选择 热处理设
14、备的选择 工序二中，时效处理的设备选用 空压机曲轴，材料是由球墨铸铁QT600-3 ，铸件。尺寸精度较高，在工作过 程中主要是传递扭矩与传动， 载荷较大。为了达到消除工件在加工时产生的残余 内应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。需采用人工时效来改善其机械性能。 因此，采用台车炉的设备来实现本次时效处理，台车炉是国家标准节能型 周期式作业炉，超节能结构，采用复合纤维保温，超轻质高强度微珠真空 球节能砖，独家生产防掉丝上斜20搁丝砖，炉口防工件撞击砖，自动密 封台车和炉门，一体化连轨，不需基础安装，放在水平地面即可使用。主 要用于高铬、高锰钢铸件、灰口铸铁件、球墨铸铁件、轧辊、钢球、破 碎机锤头、
15、耐磨衬板淬火、退火、时效以及各 种机械零件热处理之用。根据本次零件的 大小选用的台车炉型号为RT2-105-9 其工作区尺寸为 1500800600 13 外圆表面加工设备的选择 工序八、十、十四、十六中车削的设备选用 空压机曲轴主要加工表面都属于回转体， 并且精度等级高，采用车床进行粗、 精加工。再用磨床进行表面光整。 削时采用的是型号为CW6180 普通车床，其主要用于车削内外圆柱面、圆锥 面及其它旋转体零件，可加工各种常用的公制、英制、模数和径节螺纹，并能拉 削油沟和键槽。其结构刚度与传动刚度均较高，精度稳定，并能进行强力切削。 图 3-19 CW6180 普通车床 工序十一、十五、十七
16、中磨削的设备选用 磨削时采用的是型号为M1432外圆磨床。M1432型万能外圆磨床用于磨削圆 柱和圆锥形零件的外圆和内孔。 机床的外磨砂轮、 内磨砂轮、工件、油泵及冷却， 均以单独的电机驱动。 机床的工作台纵向运动， 可由液压驱动，也可用手轮摇动。 砂轮架横向快速进退由液压驱动，其进给运动由手轮机构实现。 图 3-20 M1432外圆磨床 14 平面铣削设备的选用 工序五、十二中的铣削平面的设备选用 空压机曲轴中有的平面结构较简单，可采用X62W 卧式铣床，该机床由普通 机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、 现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质 量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。 图 3-21 X62W 卧式铣床 键槽的加工设备的选用 工序九、十九中键槽加工的设备选用 选用的是 X52K型号的立式铣床，可以铣平面、铣侧面、铣沟槽、铣特型面、 铣齿条，与分度头和挂轮配合还可以铣球面和螺旋
