曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及其夾具設(shè)計(jì)

曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及其夾具設(shè)計(jì),曲軸,端面,中心,機(jī)床,總體,整體,設(shè)計(jì),及其,夾具 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 目 錄 1 緒論 .................................................................1 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) .....................................................3 2.1 總體方案論證 .......................................................3 2.1.1 工藝方案的擬定 ...................................................3 2.1.2 機(jī)床配置形式的選擇 ...............................................4 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 ...................................................5 2.1.4 滑臺(tái)型式的選擇 ...................................................5 2.2 確定切削用量 .......................................................6 2.2.1 選擇切削用量 .....................................................6 2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率 ....................................6 2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡 .........................................8 2.3.1 被加工零件工序圖 .................................................8 2.3.2 加工示意圖 .......................................................8 2.3.3 機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖 .................................................9 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 ................................................11 3 夾具設(shè)計(jì) ............................................................14 3.1 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 ................................................14 3.2 夾具設(shè)計(jì)的方法與步驟 ..............................................14 3.2.1 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 ....................................................14 3.2.2 擬定夾具結(jié)構(gòu)方案 繪制草圖 .......................................15 3.2.3 定位誤差分析.................................................... 16 3.2.4 夾緊力的計(jì)算.................................................... 17 3.3 繪制夾具總圖 ......................................................18 3.4 繪制夾具零件圖 ....................................................18 4 結(jié)論 ................................................................19 參考文獻(xiàn) ..............................................................20 致謝.................................................................. 21 附錄.................................................................. 22 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 1 1 緒論 曲軸是引擎的主要旋轉(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． 曲軸的 旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源動(dòng)力。 目前國(guó)內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度 相對(duì)較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性 差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用 MQ8260 等曲軸磨床粗磨- 半精磨- 精磨 -拋光，通常靠手工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。 隨著貿(mào)易全球化的到來(lái)，各廠家已意識(shí)到了形勢(shì)的嚴(yán)峻性，紛紛進(jìn)行技術(shù)改造， 全力提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，近年來(lái)引進(jìn)了許多先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，進(jìn)展速度很快。就目 前狀況來(lái)講，這些設(shè)備和技術(shù)基本依賴進(jìn)口。 組合機(jī)床是按系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)通用部件和被加工零件的形狀及加工工藝 要求設(shè)計(jì)的專用部件組成的專用機(jī)床，組合機(jī)床是按具體加工對(duì)象專門(mén)設(shè)計(jì)，可以 按最合理的工藝過(guò)程進(jìn)行加工，也可以同時(shí)以幾個(gè)方面采用多把道具對(duì)工件進(jìn)行加 工，它是實(shí)行工序集中的最佳途徑，是提高生產(chǎn)率的有效設(shè)備。 專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù) 使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是 1908 年 在美國(guó)制成的，用于加工汽車零件。 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的特征 進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣 泛使用，廣大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不 僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范 圍內(nèi)的組合機(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計(jì)為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱為“專能組合 機(jī)床” 。這種組合機(jī)床不需要每次按具體加工對(duì)象進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是設(shè)計(jì) 成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡(jiǎn)單的夾具及刀 具，即可組成加工一定對(duì)象的高效率設(shè)備。 為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié) 構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。 組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、 縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào) 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 2 性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 我畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具的設(shè)計(jì)。該課題 來(lái)源于鹽城市高精裝備機(jī)電有限公司，主要對(duì)曲軸的兩個(gè)端面面進(jìn)行銑削和鉆孔的 機(jī)床設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的思路是先進(jìn)行總體方案的論證，對(duì)所選的方案進(jìn)行計(jì)算，然后再 完成“三圖一卡”和各個(gè)零件圖的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)后的組合機(jī)床能較好的保證面的銑削 及位置精度，改變了以往煩瑣的加工工藝過(guò)程，大大的節(jié)約了加工時(shí)間，提高了勞 動(dòng)生產(chǎn)率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 夾具部分的設(shè)計(jì)，是在完成對(duì)組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)并繪制出“三圖一卡”的基 礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)的，并繪制出夾具設(shè)計(jì)的裝配圖。夾具設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中的重要部 分，夾具設(shè)計(jì)的合理與否，直接影響到被加工零件的加工精度等參數(shù)。設(shè)計(jì)首先要 確定工件的定位方式，然后進(jìn)行誤差分析，確定夾緊方式，進(jìn)行夾緊力的計(jì)算，并 對(duì)夾具的主要零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前我們要做好以下幾方面的工作： 首先，要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)，僅靠一些參考資料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這 樣設(shè)計(jì)出來(lái)的組合機(jī)床只是結(jié)構(gòu)完美，外形美觀，但實(shí)用性差，因此，在設(shè)計(jì)工作 開(kāi)始前，指導(dǎo)老師特地帶我們到江淮動(dòng)力集團(tuán)、鹽城長(zhǎng)虹涂裝有限公司、東風(fēng)悅達(dá) 二廠等企業(yè)進(jìn)行了實(shí)地參觀考察，與企業(yè)工程技術(shù)人員共同討論，積累了一些寶貴 的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 其次，運(yùn)用四年來(lái)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，針對(duì)現(xiàn)實(shí)中遇到的實(shí)際情況，做到舉一反 三。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程不僅涉及到以前所學(xué)的知識(shí)，還涉及到一些新的概念，這就要求 我們一邊溫習(xí)以前的知識(shí)，一邊還要學(xué)習(xí)新的知識(shí)，可以說(shuō)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程就是我 們不斷復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)的過(guò)程。 第三，通過(guò)自身的努力，理論聯(lián)系實(shí)際，從合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、實(shí)用性 及對(duì)被加工零件的具體要求對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行研究和分析，找出可以進(jìn)行改進(jìn)的地方， 通過(guò)反復(fù)推敲對(duì)比，擬訂較為合理的銑削組合機(jī)床的總體方案。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于組合機(jī)床大部分是由標(biāo)準(zhǔn)零件構(gòu)成，另外一些非標(biāo)準(zhǔn)件盡 量適應(yīng)工廠的生產(chǎn)條件，使加工和維修方便，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。 限于本人知識(shí)水平有限，又缺乏相應(yīng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中定存在不到之處， 敬請(qǐng)老師批評(píng)指正，提出寶貴意見(jiàn)，以便及時(shí)糾正。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 3 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1 總體方案論證 組合機(jī)床是按高度集中工序原則，針對(duì)被加工零件的特點(diǎn)及工藝要求設(shè)計(jì)的 一種高效率專用機(jī)床。加工對(duì)象為曲軸，材料是 QT60-2,硬度 240～290HB。 2.1.1 工藝方案的擬定 本機(jī)床加工零件特點(diǎn) 軸類零件的功用為支撐傳動(dòng)零件、傳遞扭矩和承受載荷以及保證裝在軸上的工 件具有一定的回轉(zhuǎn)精度。 曲軸在軸類零件分類中屬于異型軸，是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要零件，承受由活塞 通過(guò)連桿傳來(lái)的力，并將活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將發(fā)動(dòng)機(jī) 所做的功傳遞出去。曲軸在工作時(shí)所承受的是很大的扭轉(zhuǎn)力矩以及大小和方向都有 變化的彎曲力。它的工作過(guò)程是：在外力作用下是曲軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿軸頸上的連 桿將運(yùn)動(dòng)傳遞到缸筒內(nèi)的活塞，從而壓縮缸內(nèi)的高壓油將油點(diǎn)燃，燃燒的高壓油將 自身的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)又傳遞到連桿再通過(guò)連桿帶動(dòng)連桿軸頸， 這樣曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 被加工零件工藝路線的擬定 擬定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)是使零件的幾何形狀、尺寸、精度以及位置精度等技術(shù) 要求能得到保證。工藝路線的擬定一般需要做兩方面的工作：一是根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)確 定加工工序和工藝內(nèi)容，根據(jù)工序的集中和分散程度劃分工藝;二是選擇工藝基準(zhǔn)， 即主要選擇定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn)。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為批量生產(chǎn)的條件下，減少安 裝的次數(shù)來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)盡量考慮經(jīng)濟(jì)精度以便生產(chǎn)成本盡量下降， 根據(jù)以上原則，擬定的工藝路線如下： 10 鑄造 15 正火 20 銑端面，打中心孔 30 粗車扇形面外圓及側(cè)面 40 粗長(zhǎng)軸端面外圓及側(cè)面 45 粗車錐面 1：10 50 粗車短軸端外圓及側(cè)面 60 精車長(zhǎng)軸端外圓及側(cè)面 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 4 70 精車短軸端外圓及側(cè)面 80 銑扇形側(cè)面 90 銑連桿軸頸 100 鉆 Ф19 孔，擴(kuò)孔 Ф25，攻 2-G1/2 螺紋 110 鉆斜油孔 Ф6 115 鉆連桿軸頸 30°斜孔 120 檢驗(yàn) 125 淬火 130 修整中心孔 140 粗磨主軸頸 150 銑鍵槽 160 磨錐面 1：10 165 粗磨連桿軸頸 170 精磨主軸頸 175 精磨連桿軸頸 180 車退刀槽 190 車螺紋 M42 200 拋光主軸頸及連桿軸頸 210 檢驗(yàn)，探傷，退磁，清理油孔 2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇 組合機(jī)床有大型和小型兩種，大、小型組合機(jī)床雖有其共性但又有其特殊性， 無(wú)論是使用范圍、配置型式、通用部件和驅(qū)動(dòng)方式都各有特點(diǎn)。用大型通用部件組 成的機(jī)床成為大型組合機(jī)床，用小型通用部件組成的成為小型組合機(jī)床。大型組合 機(jī)床的配置型式主要有單工位組合機(jī)床和多工位組合機(jī)床兩大類。 通用部件可分為如下部分。 (1)動(dòng)力部分 用于傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)工作運(yùn)動(dòng)的通用部件，如動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱、 各種動(dòng)力頭等。它為刀具提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是組合機(jī)床及自動(dòng)線的主要通用 部件。 (2)支撐部件 支撐部件是用于安裝動(dòng)力部件、輸送不見(jiàn)等的通用部件（如側(cè)底 座、中間底座、立柱、立柱底座、支架等） ，它是組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件。機(jī)床各部 件之間相對(duì)位置精度、機(jī)床的剛度等主要依靠它來(lái)保證。 (3)輸送部件 輸送部件具有定位和夾緊裝置，用于裝夾工件并運(yùn)送到預(yù)定工位 的通用部件（如回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、移動(dòng)工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)鼓輪等） ，定位精度高。 (4)輔助部件 輔助部件有定位、夾緊、潤(rùn)滑、冷卻、排屑以及自動(dòng)線清洗機(jī)等。 單工位組合機(jī)床通常是用于加工一個(gè)或兩個(gè)工件，特別適用于大中型箱體的加 工，根據(jù)配置動(dòng)力部件的數(shù)量，這類機(jī)床可以從單面或同時(shí)從幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行 加工。以下機(jī)床的主要配置型式。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 5 1 臥式單面組合機(jī)床 2 立式單工位組合機(jī)床 3 臥式雙面組合機(jī)床 4 復(fù)合式雙面組合機(jī)床 5 臥式三面組合機(jī)床 6 復(fù)合式三面組合機(jī)床 7 臥式四面組合機(jī)床 8 復(fù)合式四面組合機(jī)床 本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床為臥式機(jī)床，臥式機(jī)床在配置時(shí)候可將銑削頭安裝在專用 臥式床身或滑臺(tái)上，而被加工零件放在移動(dòng)工作臺(tái)上，以組成銑削頭固定的臥式組 合機(jī)床；也可以將銑削頭安裝在水平配置滑臺(tái)上，而被加工零件放在固定夾具上， 以組成銑削頭移動(dòng)的臥式組合機(jī)床；由于本道工序需要先銑再鉆，所以工件需要安 裝在滑臺(tái)上；同時(shí)鉆頭也必須移動(dòng)帶能加工中心孔，所以本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床為刀 具和工件都安裝在各自的滑臺(tái)上。 在配置銑削頭固定的臥式組合機(jī)床時(shí)，其傳動(dòng)裝置的電機(jī)通常是采用頂置式， 即電動(dòng)機(jī)放在銑削頭上方。在配置銑削頭移動(dòng)的臥式組合機(jī)床時(shí)，其傳動(dòng)裝置的電 機(jī)通常是采用側(cè)置式，即電動(dòng)機(jī)放在銑削頭側(cè)面。本次設(shè)計(jì)采用的銑削頭是安裝在 滑臺(tái)上的，可隨滑臺(tái)一起移動(dòng)，但是銑削頭調(diào)整到適當(dāng)位置后不再移動(dòng)，所以采用 電動(dòng)機(jī)安裝在銑削頭的上方配置型式。 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 組合機(jī)床是針對(duì)某種零件或零件某道工序設(shè)計(jì)的。正確選擇定位基準(zhǔn)，是確保 加工精度的重要條件，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)最大限度的集中工序。從而獲到減少機(jī)床 臺(tái)數(shù)的效果。 工件在機(jī)床上用夾具進(jìn)行夾緊加工時(shí)，用來(lái)決定工件相對(duì)于刀具的位置的工件 上這些表面稱為定為基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。 曲軸和一般軸類零件主要區(qū)別是：一般軸類零件的全部軸頸位于同一軸線上， 而曲軸的主軸頸雖然也位于同一軸線上，但是其連桿軸頸不與主軸頸同軸，而是離 開(kāi)一定距離而彼此平衡。 為保證各軸頸的同軸度要求，在基準(zhǔn)選擇時(shí)采用基準(zhǔn)同一的原則，即粗、精加 工各主軸頸時(shí)都采用頂尖孔作為定為基準(zhǔn)。對(duì)于連桿軸頸的加工，為保證連桿軸頸 軸線與主軸頸的軸線之間的平行，在基準(zhǔn)選擇時(shí)應(yīng)該采用定為基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)重合 的原則，即粗、精加工連桿軸頸時(shí)都采用兩個(gè)主軸頸的角度定位面，通常是在曲柄 上銑出兩個(gè)小平面作為輔助基準(zhǔn)。根據(jù)本曲軸的特點(diǎn)，連桿軸頸只有一個(gè)，因此不 存在與主軸頸的角度問(wèn)題。在加工連桿軸頸時(shí)選擇主軸頸定位，加工主軸頸時(shí)則選 擇頂尖孔定位。 2.1.4 滑臺(tái)型式的選擇 滑臺(tái)型式一般分為液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)，液壓滑臺(tái)與機(jī)械滑臺(tái)由于采用的傳動(dòng) 裝置不同，因而在性能、使用及維修等方面各有特點(diǎn)。目前，這兩種滑臺(tái)都得到廣 泛的應(yīng)用。 本組合機(jī)床采用的是液壓滑臺(tái)。液壓滑臺(tái)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.在相當(dāng)大的范圍內(nèi) 進(jìn)給量可以無(wú)級(jí)調(diào)速。進(jìn)給量穩(wěn)定，慢速無(wú)爬行，高速無(wú)振動(dòng)，可以降低加工工件 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 6 的表面粗糙度。2.可以獲得較大的進(jìn)給力。3.由于液壓驅(qū)動(dòng)零件磨損小，使用壽命 長(zhǎng)。4.工藝上要求多次進(jìn)給時(shí)，通過(guò)液壓換向閥，很容易實(shí)現(xiàn)。5.過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單可 靠。 2.2 確定切削用量 在組合機(jī)床工藝方案確定過(guò)程中，工藝方法和關(guān)鍵工序的切削用量選擇十 分重要。切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度生產(chǎn)率刀具耐用度機(jī)床的 結(jié)構(gòu)型式及工作可靠性均有較大的影響。 2.2.1 選擇切削用量 為了使加工過(guò)程順利進(jìn)行并穩(wěn)定保證加工精度要求，必須合理地確定工序間的 加工余量，查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》得硬質(zhì)合金銑刀的銑削用量： 表 2-3 硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量 初選 v=62.8m/min，S 齒 =0.3mm/齒，銑削深度為 5mm。 查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》得高速鋼鉆頭加工鑄鐵件的切削用量： 表 2-4 高速鋼鉆頭加工鑄鐵件的切削用量 初選 v=6.28m/min，S 轉(zhuǎn)=0.2mm/r。查中心鉆刀具尺寸得：切深為 15.5mm。 2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)選定的切削用量(主要指切削速度 v 及進(jìn)給量 f),確定切削力，作為選擇動(dòng) 力部件（滑臺(tái)）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動(dòng)件 （齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電機(jī)（一般指動(dòng)力箱 電機(jī)）功率；確定刀具耐用度，用以驗(yàn)證所選刀具是否合理。 加工材 料 工序名稱 銑削深度/mm 銑削速度 v/m·min﹣1 每齒走刀量 S/（ mm/齒） 粗銑 2~5 50~80 0.2~0.4 鑄鐵 精銑 0.5~1 80~130 0.05~0.2 160~200HB 200~241HB 300~400HB 加工直徑 d/mm v/m·min ﹣1 S 轉(zhuǎn) /mm·r﹣1 v/m·min﹣1 S 轉(zhuǎn) /mm·r﹣1 v/m·min﹣1 S 轉(zhuǎn) /mm·r﹣1 22~50 16~24 0.4~0.8 10~18 0.25~0.4 5~12 0.2~0.3 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 7 人們根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐及試驗(yàn)研究成果，已經(jīng)整理出不同材料刀具對(duì)不同材料工件 的進(jìn)行計(jì)算的方法， 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》中公式： 銑端面： 刀具材料 工件材料 銑削功率 P（kW） 硬質(zhì)合金端 銑刀 灰鑄鐵 P= 6120Apvf A=a apw v =a Znff n= Dπ10 p= 31.0a 式中，a—兩個(gè)方向平均切削厚度（mm） ；p—單位面積切削力（N·mm ） ；n—轉(zhuǎn)速2? （r/min） ；A—切削面積（mm ） ；v—切削速度（m/min） ；f—進(jìn)給量（mm/r） ；v2 —每分鐘進(jìn)給量（mm·min ） ；a —每齒進(jìn)給量(mm/z)；ap—切削深度（mm） ；Df 1?f —加工（或鉆頭）直徑（mm） ；Z—刀具齒數(shù)；a —切削寬度（mm） 。w 其中 a=(5+5)/2=5(mm) ； =1300/5 =785.5(N·mm ) p31.02? 已知：a=5mm；v=62.8m·min ；a =0.3mm/齒。因?yàn)樾枰赖毒咧睆?D，所1?f 以這里先選擇刀具： 刀具直徑 D=（1.1-1.6）a；其中 a 為被加工面的寬度。 根據(jù)零件圖可知：a =40mm；a =50mm。12 專用端銑刀直徑 d0 應(yīng)按細(xì)小工件表面的寬度（即銑削寬度 ae）來(lái)確定： d0 =（1.1~1.6）a e mm，所以取 d0=80mm。 硬質(zhì)合金端銑刀齒數(shù)通常按照銑刀直徑選?。篫=（0.08-0.10）D。這里選擇 Z=8。 由以上公式可得： n=(1000*62.8)/3.14*80=250(r/min)； v =a Zn=600mm/min；ff 查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》銑削力計(jì)算公式為： ZaDaCFwfp9.0.174.0.1?? 式中 —硬質(zhì)合金端銑刀銑削鑄鐵時(shí)的系數(shù)，取 50；pC —銑削深度，5mm ；a —每齒走刀量，0.3mm/ 齒；f 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 8 —銑刀直徑，80mm；D —銑削寬度，50mm ；wa —銑刀齒數(shù)，8；Z 代入得 NF.346? 銑削功率 kWvPf9.120? 選擇的電機(jī)額定功率為 2.5kW，因此選擇的切削用量符合要求。 2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案來(lái)表示在一臺(tái)機(jī)床或一條自動(dòng)線上完 成的工藝內(nèi)容，是包括加工部位尺寸精度、表面粗糙度及技術(shù)要求、加工用定位基 準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件材料的硬度和本道工序加工前毛坯或半成品情況的圖 紙。它不能用用戶提供的產(chǎn)品圖紙代替，必須在預(yù)案零件圖的基礎(chǔ)上突出機(jī)床或自 動(dòng)線的加工內(nèi)容，加上必要的說(shuō)明而繪制的，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是 制造、使用和調(diào)整機(jī)床，檢查精度等級(jí)的重要技術(shù)文件。 繪制工序圖時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)如下： (1)為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出本機(jī)床的加工內(nèi)容，繪制時(shí) 合適的比例，選擇足夠的視圖及剖視突出加工部位（用粗實(shí)線） ，并把零件輪廓及 機(jī)床、夾具有關(guān)的部位用實(shí)線表示清楚，凡與本道工序保證的尺寸、角度等均有關(guān) 的部位用粗實(shí)線表示清楚，加工用的定位基準(zhǔn)符號(hào)用“ ”，夾壓位置及方向用 符號(hào)“↓”。 (2)加工部位的位置尺寸應(yīng)從定位基準(zhǔn)注起，為便于加工及檢查尺寸，應(yīng)采用直 角坐標(biāo)系標(biāo)注，而不采用坐標(biāo)系，但有時(shí)因選擇定為基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的不重合，則 需要將加工部位要求的位置尺寸公差，其公差數(shù)值的決定要考慮兩方面：一是要能 達(dá)到產(chǎn)品圖紙要求的精度；而是采用組合機(jī)床能夠加工出來(lái)。 (3)注明零件加工對(duì)機(jī)床提出的某些特殊要求。 2.3.2 加工示意圖 加工示意圖的內(nèi)容 加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖紙之一，在總體設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位，它 是刀具、輔具、夾具、主軸箱、液壓電氣裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇的主要原始資料， 也是整臺(tái)組合機(jī)床布局和性能的原始要求，同時(shí)還是調(diào)整機(jī)床、刀具及試車的依據(jù)。 加工示意圖要反映機(jī)床的加工過(guò)程和加工方法，并決定浮動(dòng)夾頭或接桿的尺寸，鏜 桿長(zhǎng)度，主軸、刀具、導(dǎo)向與工件間聯(lián)系尺寸等，根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具特 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 9 點(diǎn)，合理地選擇切削用量，決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)。 加工示意圖應(yīng)繪制成展開(kāi)圖，其繪制順序：首先按比例繪制工件的外形及加工 部位的展開(kāi)圖，特別注意將那些距離很近的孔嚴(yán)格按比例相鄰繪制，以便清晰看出 相鄰刀具、工具、主軸等是否相碰；然后，根據(jù)工件加工要求及選定的加工方法繪 制刀具，并確定導(dǎo)向形式，位置尺寸，選擇主軸和連桿；從這些刀具中找出影響其 聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具，按其中最長(zhǎng)的一把刀具，從主軸箱到工件間的最下距離來(lái)確 定全部刀具、導(dǎo)向及工件之間的尺寸關(guān)系。 加工示意圖還要繪制出工件加工部位的圖形。在軸數(shù)多時(shí)，必須在孔旁標(biāo)上號(hào) 碼，以便于設(shè)計(jì)和調(diào)整機(jī)床。加工示意圖還要考慮一些特殊要求，決定動(dòng)力頭的工 作循環(huán)及行程。最后，選擇切削用量及附加說(shuō)明。 繪制多工位機(jī)床加工示意圖時(shí)，一定要分出工位，按每工位的加工內(nèi)容順序進(jìn) 行繪制，同時(shí)還要畫(huà)出工件在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上或鼓輪上的位置示意圖，以便能清楚地 看出工件及主軸的排列位置。零件加工的工藝方案要通過(guò)加工示意圖反映出來(lái)。加 工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、 夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。 加工示意圖的編制 刀具的選擇 選擇刀具時(shí)可考慮工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除 及 生產(chǎn)率要求等因素。根據(jù)本工序特點(diǎn)，應(yīng)選用硬質(zhì)合金端銑刀和高速鋼麻花鉆。 工序余量 查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》得： 端面加工余量 3~5mm，選擇 3.0mm； 孔加工余量為 1.5~2.0mm，選擇 1.5mm。 動(dòng)力頭工作循環(huán)及行程確定 動(dòng)力頭工作循環(huán)一般包括快進(jìn)、工作進(jìn)給、快 退等動(dòng)作。銑端面和打中心孔的工作循環(huán)為：快進(jìn)→工作進(jìn)給→停→快進(jìn)→工作進(jìn) 給→快退。 工作進(jìn)給長(zhǎng)度確定 銑：L=5mm ； 鉆：L=15.5mm。 快進(jìn)長(zhǎng)度確定 銑：L 快 =20mm，鉆：L 快 =20mm。. 快退長(zhǎng)度確定 快退長(zhǎng)度等于快進(jìn)長(zhǎng)度和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和，即，銑：20+5=25mm； 鉆：20+15.5=35.5mm。 2.3.3 機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開(kāi)展各專用 部件設(shè)計(jì)和確定機(jī)床最大占地面積的圖紙。 組合機(jī)床是由一些通用部件和專用部件組成的。為了使所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床既能 滿足與其的性能要求，又能做到配置上勻稱合理，符合多快好省的精神，必須對(duì)所 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 10 設(shè)計(jì)的組合機(jī)床各個(gè)部件之間的關(guān)系進(jìn)行全面的分析研究。組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是 在被加工零件工序圖與加工示意圖繪制之后，根據(jù)初步選定的主要通用部件，以及 確定的專用部件的結(jié)構(gòu)原理而繪制的。 機(jī)床裝料高度的確定 確定機(jī)床裝料高度需要考慮車間運(yùn)送工件的滾道高度、工作最低孔的位置、主 軸箱最低主軸高度和通用部件高度尺寸的限制。根據(jù)我國(guó)具體情況，為便于操作和 省力，對(duì)于一般臥式組合機(jī)床、流水線和自動(dòng)線，裝料高度定為 850mm。對(duì)于加工 中小工件的自動(dòng)線，考慮自動(dòng)排屑，特別是一些要從機(jī)床垂直下方返回隨行夾具的 自動(dòng)線，裝料高度可采用 1000mm。鼓輪機(jī)床的裝料高度一般取 1200-1300mm，本組 合機(jī)床的裝料高度設(shè)計(jì)為 900mm。 機(jī)床通用部件的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，銑端面和鉆中心孔滑臺(tái)型號(hào)分別為 1HY25（790×250×250）和 1HY32（790×320×320）,側(cè)底座型號(hào)為 1CC252（900×450×630） 中間底座尺寸的確定 在加工示意圖中，已確定了工件端面至主軸箱端面在加工終了時(shí)的距離，根據(jù) 選定的動(dòng)力部件及其配套部件（滑座、床身等）的位置關(guān)系，并考慮動(dòng)力頭的前備 量等因素，就可以確定中間底座長(zhǎng)度尺寸。本道工序設(shè)計(jì)的組合機(jī)床中間底座長(zhǎng)度 為 1250mm。 當(dāng)裝料高度取 850mm 時(shí)，床身和中間底座之間接合面的高度，無(wú)論哪一型號(hào) 的床身都是統(tǒng)一的，定為 540mm，所以中間底座的高度一般總是大于 540mm。本 機(jī)床的中間底座高度設(shè)計(jì)為 560mm。 主軸箱輪廓尺寸的確定 標(biāo)準(zhǔn)主軸箱的厚度由主軸箱體、前蓋和后蓋三層尺寸構(gòu)成。主軸箱體厚度為 180mm。前蓋有兩種尺寸，臥式為 55mm，立式為 70mm。后蓋厚度有 90m 和 50mm 兩種尺寸，通常采用 90mm 的后蓋。因此，主軸箱總厚度臥式通常為 325mm，立式主軸箱通常為 340mm。 下面是主軸箱的寬度 B、高度 H 和最低主軸高度尺寸的確定。 B=b2+2b1 H=h+h1+h2 式中 b1－最邊緣主軸中心至主軸箱外壁的距離； b2－工件上要加工的在寬度方向上相隔最遠(yuǎn)的兩孔距離； h－工件上要加工的在高度方向上相隔最遠(yuǎn)的兩空距離； h1－最低主軸中心至主軸箱底平面的距離，即最低主軸高度； h2 －最上邊主軸中心至主軸箱外壁的距離。 為了保證主軸箱內(nèi)有足夠的空間安排傳動(dòng)齒輪，推薦 h2= b1 ≧70~100mm。 主軸箱的最低主軸高度為 h1 不能孤立地任意確定，必須考慮它與工件最低孔 的位置、機(jī)床配置型式、裝料高度和動(dòng)力部件、滑座、床身的關(guān)系，一般應(yīng)大于 85~120mm，具體見(jiàn)表 3-2。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 11 表 3-2 最低主軸高度簡(jiǎn)化計(jì)算公式 動(dòng)力部件 代號(hào) h+5 h1+ h2 最低主軸高度 h1 2 754.5 95 3 754.5 95 4 724.5 115動(dòng)力頭 5 769.5 80 2 3 4 動(dòng)力滑臺(tái) 5 770 115 3 4動(dòng)力箱 5 770 115 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 A.理想生產(chǎn)率 Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。 由文獻(xiàn)[1]P51 公式： kAt? 計(jì)算，式中， A—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，本課題中 A 選擇 15000 件； —全年工時(shí)總數(shù)，本課題以單班制計(jì)，則 。kt htk2350? 則根據(jù)公式(2-8)得: 件/h38.62501?ktAQ B.實(shí)際生產(chǎn)率 Q1（件/h） 實(shí)際生產(chǎn)率是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 12 單TQ601? 式中: —生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min） ，可按下式計(jì)算：?jiǎn)蜹 ）（）（ 裝移快 退快 進(jìn)停輔切單 tvLtvLt fkff ????21 式中: —分別為刀具第 I、第 II 工作進(jìn)給長(zhǎng)度，單位為 mm；21L、 —分別為刀具第 I、第 II 工作進(jìn)給量，單位為 mm/min；ffv、 —通常指刀具在加工終了時(shí)無(wú)進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn) 5～10 轉(zhuǎn)所需的時(shí)間，停t 單位為 min； —分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長(zhǎng)度，單位為 mm；快 退快 進(jìn) 、 L —?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣?。用機(jī)械動(dòng)力部件時(shí)取 5～6m/min；用液fkv 壓動(dòng)力部件時(shí)取 3～10m/min； —直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換時(shí)間，一般取移t 0.1min； —工件裝、卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開(kāi)、清理基面或裝 卸t 切屑及吊運(yùn)工件等）時(shí)間。它取決于裝卸自動(dòng)化程度、工件重 量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取 0.5～1.5min。 如果計(jì)算出的機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求，即 ，則必須重Q?1 新選擇切削用量或修改機(jī)床設(shè)計(jì)方案。 根據(jù)本組合機(jī)床的年產(chǎn)量 15000 件，可選用下列數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算， =5m/min，fkv =0， =1.5min。則實(shí)際生產(chǎn)率 計(jì)算如下：移t裝 卸t 1Q 由上面得到的結(jié)果可以算出： =1.5+0.004+0.008+0.005+0.09+0.004+0.62+0.007+0.06=2.298（min）單T 則據(jù)公式(2-9)得: ?單T601 )/(.2698.h件 可以看出 ＞ ，設(shè)計(jì)方案比較合理!Q C.機(jī)床負(fù)荷率 負(fù)? 機(jī)床負(fù)荷率為理想生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。查組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 1Q? 則據(jù)公式(2-11)得: 24.0638.1負(fù)? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 13 表 2-4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 圖號(hào) 4 毛坯種類 鑄件 名稱 曲軸 毛坯重量 被 加工 零件 材料 HT150 硬度 240～290HB 工序名稱 銑端面打中心孔 工序號(hào) 工時(shí)(min) 序 號(hào) 工步 名稱 被加 工零 件數(shù) 量 加工 直徑 (mm) 加工 長(zhǎng)度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m /min) 每分 鐘轉(zhuǎn) 速 (r/ min) 進(jìn)給 量 (mm/r ) 進(jìn)給 速度 (mm /min) 機(jī)加 工 時(shí)間 輔助 時(shí)間 共計(jì) 1 裝卸工件 1 1.5 1.5 2 快進(jìn)（銑端面） 20 0.004 0.004 3 工進(jìn)（銑端面） 50 5 5 62.8 250 2.4 600 0.008 0.008 4 快退（銑端面） 25 0.005 0.005 5 中間滑臺(tái)快進(jìn) 450 0.09 0.09 6 快進(jìn)（打中心孔） 20 0.004 0.004 7 工進(jìn)（打中心孔） 15.5 15.5 6.28 125 25 0.62 0.62 8 快退（打中心孔） 35.5 0.007 0.007 9 死擋鐵停 0.06 0.06 總計(jì) 2.298min 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 14 單件工時(shí) 2.298min 機(jī)床生產(chǎn)率 6.38 件/h 備 注 裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取 1.5min 機(jī)床負(fù)荷率 24.4% 3 夾具設(shè)計(jì) 3.1 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是工藝準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之一。夾具設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)率， 加工成本以及生產(chǎn)安全等有直接的影響，為此設(shè)計(jì)夾具時(shí)必須考慮以下幾個(gè)方面的 基本原則和要求： 1.保證工件的加工精度。保證工件的加工精度是夾具設(shè)計(jì)的最基本要求。其關(guān) 鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向方式，合理地設(shè)計(jì)夾具的尺寸、 公差和技術(shù)要求，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行誤差的分析和計(jì)算。 2.能提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低工件的制造成本。夾具設(shè)計(jì)的總體方 案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自 動(dòng)裝置和先進(jìn)的控制方法，以縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率；在中心批量生產(chǎn)中，則 要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，以降低夾具的制 造成本。 3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便、安全和省力。夾具的操作要盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便、 省力，盡可能采用氣動(dòng)、液壓及其他機(jī)械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。并 可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣，必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù) 裝置，以確保使用安全。 4.便于排屑。夾具的排屑是一個(gè)容易忽視的問(wèn)題，如果排屑功能不好，切屑積 集在夾具中，會(huì)破壞工件正確的定位；切屑帶來(lái)的大量熱量會(huì)引起夾具和工件的熱 變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會(huì)增加輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴(yán) 重時(shí)，還會(huì)損傷刀具以致造成設(shè)備事故或工傷事故。因此，排屑問(wèn)題在夾具設(shè)計(jì)時(shí) 必須給予充分的注意，在設(shè)計(jì)高效組合機(jī)床夾具時(shí)尤為重要。 5.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、合理，便于加工、裝配、檢驗(yàn)和 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 15 維修，應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 3.2 夾具設(shè)計(jì)方法與步驟 3.2.1 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 1.分析零件工序圖、毛坯圖及裝配圖，分析零件的作用、形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材 料及毛坯制造精度及技術(shù)要求； 2.分析零件的加工工藝規(guī)程，工藝裝備設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，對(duì)任務(wù)書(shū)所提出的要求進(jìn) 行可行性研究； 3.了解所用機(jī)床的規(guī)格、性能、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸； 4.了解所用刀具、量具結(jié)構(gòu)、規(guī)格以及測(cè)量及對(duì)刀調(diào)整方法； 5.了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量及生產(chǎn)組織等有關(guān)問(wèn)題；收集有關(guān)設(shè)計(jì)資料。 3.2.2 擬定夾具結(jié)構(gòu)方案、繪制草圖 在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，確定夾具的類型、定位設(shè)計(jì)、夾緊方式、導(dǎo)向 方案 、連接方式、總體布局和夾具的結(jié)構(gòu)形式。繪制方案設(shè)計(jì)圖，進(jìn)行工序精度 分析，對(duì)動(dòng)力夾緊裝置進(jìn)行夾緊力的計(jì)算。 1．確定定位方案 工件以外圓柱表面定位在生產(chǎn)中經(jīng)?？梢?jiàn)，根據(jù)外圓柱面的完整程度、加工要 求和安裝方式不同，相應(yīng)的定位元件有 V 形塊、圓孔、半圓孔、圓錐孔及定心夾緊 裝置，但其中應(yīng)用最廣的是 V 形塊。 V 形塊的最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)中性好，它可使一批工件的定位基準(zhǔn)軸線對(duì)中在 V 形塊 兩斜面的對(duì)稱平面上，而不受定位基準(zhǔn)直徑誤差的影響，并且使安裝方便。V 形塊 定位的另一個(gè)特點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣泛。無(wú)論定位基準(zhǔn)是否進(jìn)行過(guò)加工，是完整的圓柱 面還是局部圓弧面，都可采用 V 形塊定位。 本道工序是加工兩個(gè)端面。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工部位確定其定位方案為： 采用兩個(gè) V 形塊分別在兩個(gè)主軸頸處定位，限制四個(gè)自由度 ;為防止加工過(guò)程中工 件的軸向移動(dòng)，用一個(gè)定位銷在扇形面處定位，限制一個(gè)自由度；工件沿軸向轉(zhuǎn)動(dòng) 不影響加工的準(zhǔn)確性，此處自由度可不限制。至此，工件的五個(gè)自由度全被限制了， 可保證工件加工的準(zhǔn)確性. 2．對(duì)刀裝置工作原理 對(duì)刀裝置用來(lái)確定刀具和夾具的相對(duì)位置，它是由對(duì)刀快和塞尺所組成。利用 它可迅速而準(zhǔn)確的調(diào)整刀具和家具的相對(duì)位置。對(duì)刀時(shí)，要使用對(duì)刀平塞尺或刀圓 柱塞尺。 采用對(duì)刀塞尺的目的是為了防止刀具和對(duì)刀塊直接接觸而損壞刀刃和對(duì)刀塊的 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 16 工作表面。使用時(shí)，將塞尺放在刀具和對(duì)刀快之間，憑抽動(dòng)塞尺的松緊感覺(jué)來(lái)判斷 對(duì)刀精度。 對(duì)刀塊在夾具中的位置，應(yīng)設(shè)于刀具開(kāi)始銑削或刨削的一端，以免在加工過(guò)程 中因切換刀而要卸下正在加工的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果由于工件的加工精度較 高，用對(duì)刀快對(duì)刀不能保證加工精度時(shí)，則采用試切對(duì)刀。即使采用對(duì)刀裝置對(duì)刀 之后，對(duì)加工的第一個(gè)工件也要進(jìn)行測(cè)量，如其尺寸精度不能達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，還 必須調(diào)整刀具，直到加工合格為止。有時(shí)由于夾具結(jié)構(gòu)限制，不便于設(shè)置對(duì)刀快， 則可以用標(biāo)準(zhǔn)試件對(duì)刀快。 3.夾緊原件選擇 夾緊元件選擇有：螺母、螺釘、螺栓、壓塊、壓板等。 組合機(jī)床夾具常用夾緊機(jī)構(gòu)為壓板，壓板分為平壓板、鉤形壓板、浮動(dòng)壓板三 大類。其中平壓板在組合機(jī)床夾具中應(yīng)用最為廣泛，平壓板常用形式有固定是壓板、 移動(dòng)式壓板、旋轉(zhuǎn)式壓板。根據(jù)本零件的結(jié)構(gòu)尺寸和本道工序的加工要求，固定式 壓板不可用，旋轉(zhuǎn)式的可用，所以本次設(shè)計(jì)的夾具夾緊元件為旋轉(zhuǎn)式壓板。 4.夾緊動(dòng)力部件的確定 動(dòng)力部件作為夾緊機(jī)構(gòu)的力源，可分為手動(dòng)加緊與自動(dòng)加緊，組合機(jī)床常用自 動(dòng)夾緊力源，氣動(dòng)夾緊、液壓夾緊與夾緊扳手都屬于自動(dòng)加緊力源。為提高生產(chǎn)自 動(dòng)化程度和生產(chǎn)率，本夾具選用液壓夾緊。 液壓夾緊利用壓力油作為夾緊動(dòng)力，通過(guò)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使家具的夾緊元件執(zhí) 行夾緊動(dòng)作。在組合機(jī)床夾具上，采用液壓夾緊機(jī)構(gòu)較多。 液壓夾緊機(jī)構(gòu)具有操作簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速，易于集中控制、程序控制和實(shí)現(xiàn)工序 自動(dòng)化；工作壓力高，液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸?。槐阌趯?shí)現(xiàn)過(guò)載自動(dòng)保護(hù)和元件便于標(biāo)準(zhǔn) 化等一系列優(yōu)點(diǎn)。此外，由于油液具有不可壓縮性，因此液壓夾緊能夠維持的剛性 比氣動(dòng)夾緊等所能維持的剛性高。 由于液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，并且可以采用統(tǒng)一的液壓系統(tǒng)來(lái) 控制夾緊機(jī)構(gòu)，因此在組合機(jī)床自動(dòng)線上廣泛采用液壓夾緊機(jī)構(gòu)。由于夾具底座的 輪廓尺寸已初定，現(xiàn)選擇法蘭式夾緊液壓缸。 5.設(shè)計(jì)夾具體，形成夾具結(jié)構(gòu)草圖 夾具上的各種裝置通過(guò)夾具體連接成一個(gè)總體。因此，夾具體的形狀及尺寸取 決于夾具上各種裝置及夾具與機(jī)床的連接。 夾具體設(shè)計(jì)的基本要求： A.有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性。 B.有足夠的強(qiáng)度和剛度。 C.結(jié)構(gòu)工藝性好。 D.排屑方便。 E.在機(jī)床上安裝穩(wěn)定可靠。 銑床夾具一般用夾具體底面在機(jī)床工作臺(tái)平面上定位。對(duì)于較大的夾具體，可 采用周邊接觸、兩端接觸或四腳接觸等方式。為確定夾具在機(jī)床工作臺(tái)上的方向， 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 17 在夾具底面設(shè)置定位鍵與 T 型槽配合。 3.2.3 定位誤差分析 不考慮 V 形架的制造誤差，則工件定位基準(zhǔn)在 V 形架的對(duì)稱面上，因此在工 件中心線在水平方向上的位移為零。但在垂直方向上，因工件的外圓有誤差，而產(chǎn) 生基準(zhǔn)位移。查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》可得用 V 形塊定位外圓時(shí)的定為誤差公式為： 2sin??dDW?? 式中 為 V 形塊兩 V 形面的夾角，90 度；? 為外圓尺寸自由公差，0.02mm；d? 代入得 mm 小于該工序所規(guī)定的工序誤差。014.7.??dDW 由此可見(jiàn)定位誤差滿足零件的加工要求。 3.2.4 夾緊力的計(jì)算 確定夾緊力應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題： 1.組合機(jī)床通常都是多面多工序同時(shí)加工，在一臺(tái)機(jī)床上往往有大量刀具同時(shí) 工作，粗加工時(shí)切削力都很大，加工振動(dòng)也很大，尤其是多軸粗鏜孔時(shí)。 2.由于材料硬度不均勻，加工余量不均勻和刀具磨鈍等因素的影響，往往使實(shí) 際的切削力大大增加。 3.組合機(jī)床夾具是保證加工精度的主要部件，因此，要注意工件夾緊后產(chǎn)生的 變形加工對(duì)加工精度的影響，尤其是在工件剛性差、精度要求不高的情況下，更應(yīng) 特別注意。 為保證夾緊可靠，應(yīng)選擇機(jī)床工作過(guò)程中最不利的工作狀態(tài)來(lái)確定所需的夾緊 力。 計(jì)算夾緊力時(shí)，通常夾具與工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受的切削力、 夾緊力的作用情況，找出加工中對(duì)夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出夾緊 力，再乘以安全系數(shù)，即 WK?? 式中 —實(shí)際所需的夾緊力，單位 NkW —理論夾緊力，單位 N —安全系數(shù)K 安全系數(shù) K 可按下式計(jì)算 6543210K? 式中 ~ 為各種安全系數(shù)，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》選取06 =1.3， =1.2， =1.5， =1.0， =1.0， =1.0， =1.5。代入得123 6 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 18 6325.?K 防止工件軸向移動(dòng)，查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》得工件外圓以 V 形塊定位的夾緊力計(jì) 算公式為 432sin????KFWk 式中 K—安全系數(shù)，K=2.6325 F—切削力， F=346.9N —V 形塊兩 V 形面夾角，???90 —工件與壓板間的軸向摩擦系數(shù)，3? 35.? —工件與 V 形塊間的軸向摩擦系數(shù)，4 4 代入計(jì)算得 NWk8.104? 選用液壓一螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，液壓缸為后法蘭式 2 號(hào)單作用液壓缸，當(dāng)壓縮液壓 油時(shí) P=0.5Mpa，液壓缸力為 1200N。故實(shí)際夾緊力為 N 油=1200N ，此時(shí) N 油大于 所需的夾緊力 1084.8N，本夾具可安全工作。 本設(shè)計(jì)選用液壓夾緊裝置：液壓夾緊裝置是是用高壓油產(chǎn)生動(dòng)力，優(yōu)點(diǎn)是：操 作簡(jiǎn)單省力、動(dòng)作迅速，使輔助時(shí)間大為減小，液壓夾緊的油壓可達(dá) 50 10MPa—? —65 10MPa，傳動(dòng)力大，尺寸結(jié)構(gòu)也較小，油液不可壓縮，工作平穩(wěn)，夾緊可靠；? 無(wú)噪聲，勞動(dòng)條件好。 3.3 繪制夾具總圖 在經(jīng)過(guò)分析、論證并確定夾具結(jié)構(gòu)之后，即可按草圖所形成的總圖正式繪制成 夾具裝配圖。 夾具裝配圖中除應(yīng)將結(jié)構(gòu)表示清楚外，還應(yīng)反應(yīng)以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： 1.標(biāo)注有關(guān)尺寸、公差及配合。 2.制定夾具的技術(shù)條件。 3.夾具零件的編號(hào)及編制零件明細(xì)表。 3.4 繪制夾具零件圖 在完成夾具總裝配圖設(shè)計(jì)之后，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)零件應(yīng)分別繪制或設(shè)計(jì)零件圖。零 件圖中的尺寸、公差及技術(shù)要求應(yīng)符合總裝配圖的要求，同時(shí)要考慮制造與裝配的 工藝性以及夾具的使用方便、安全等問(wèn)題。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011 19 4 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的曲軸銑端面打中心孔機(jī)床，是針對(duì)壓縮機(jī)曲軸左右兩個(gè)端面進(jìn)行設(shè) 計(jì)的，工藝要求在工序 20#中完成銑端面和打中心孔。該工序采用雙面銑和鉆的方 法同時(shí)對(duì)兩個(gè)端面進(jìn)行加工。該零件的總體輪廓尺寸較小，屬于小型零件加工，零 件的定位夾緊元件也不會(huì)太大，設(shè)計(jì)時(shí)考慮諸多因素后，決定選用臥式雙面銑削和 鉆削組合機(jī)床。提高了加工精度及保證了相應(yīng)的位置精度，同時(shí)大大提高了生產(chǎn)效 率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，從而降低了零件的生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。 本次設(shè)計(jì)中的夾具設(shè)計(jì)：采用的是專用夾具。定位方面用兩 V 形塊配合定位釘 限制工件五個(gè)自由度；夾緊方面，力源采用液壓缸，中間遞力機(jī)構(gòu)為推桿，夾緊元 件選擇壓板。在這次設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)的曲軸銑端面打中心孔機(jī)床的總體及夾具的設(shè) 計(jì)，涉及內(nèi)容較廣，所以需要參考的資料也非常的多，為了增加對(duì)組合機(jī)床的感性 認(rèn)識(shí)，還要到一些公司進(jìn)行調(diào)研。通過(guò)努力，總體方案設(shè)計(jì)的還是比較合理的，加 工示意圖中規(guī)定了刀具對(duì)于工件的尺寸，尺寸聯(lián)系圖總體尺寸也符合要求。該組合 機(jī)床采用的液壓滑臺(tái)，進(jìn)給量穩(wěn)定，慢速無(wú)爬行，高速無(wú)振動(dòng)，可以降低加工工件 的表面粗糙度；同時(shí)又能獲得較大的進(jìn)給力，安全可靠。 曲軸銑端面打中心孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì) 20 參考文獻(xiàn) [1] 謝家贏．組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994. 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