連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 1 頁 共 28 頁1 緒論對于連桿雙端面銑削，我們一般采用組合機床，在保證連桿加工精度的基礎(chǔ)上，以達到大批量的生產(chǎn)，減少連桿加工時間，從而達到縮短零件的生產(chǎn)周期，減少成本。利用一定的專用夾具，達到一定的工藝要求，完成的連桿零件的加工要求。1.1 組合機床的特點組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定 [1-2]。組合機床與通用機床、其他專用機床比較，具有以下特點：（1） 組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的70%～80%，因此設(shè)計和制造的周期短、投資少、經(jīng)濟效果好。（2） 由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。（3） 組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠、使用和維修方便。（4） 在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人水平要求不高。（5）當被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計和制造。（6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。組合機床常用的通用部件有：機身、底座、立柱、動力箱、動力滑臺，各種工藝切削頭等。對于一些按循序加工的多工位組合機床，還具有移動工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺。動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進給運動的動力部件，其中還有能同時完成切削主運動和進給運動的動力頭。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 2 頁 共 28 頁機身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎(chǔ)骨架作用，組合機床的剛度和部件之間的精度主要是由這些部件保證 [1-2]。1.2 組合機床的分類和組成組合機床的通用部件分為大型和小型兩大類。大型通用部件是指電機功率為 1.5kw-30kw 的動力部件及其配套部件，這類動力部件多為箱體移動的結(jié)構(gòu)形式。小型通用部件是指電機功率為 1kw-2.2kw 的動力部件及其配套部件，這類動力部件多為套筒移動的結(jié)構(gòu)形式。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床，用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。按設(shè)計的要求本次設(shè)計的機床為大型通用機床 [1]。組合機床分為大型和小型外，按配置形式又分為單工為和多工位機床兩大類。單工位機床又有單面、雙面、三面和四面幾種，多工位機床則有移動工作臺式、回轉(zhuǎn)工作臺式、中央立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等配置型式。本次設(shè)計的機床為單工位雙面銑床。1.3 組合機床的方案選擇(1)制定工藝方案 要深入現(xiàn)場了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾緊情況以及生產(chǎn)率的要求等，確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。（2）機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定 根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否良好；還要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便使設(shè)計的組合機床符合多快好省的要求。（3）組合機床總體方案 這里要確定機床各部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件的刀具的導(dǎo)向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率。給制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。（4）組合機床的部分方案和施工方案 制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數(shù)量都會有較大的變化。因此，這時應(yīng)按流水線進行全面考慮，而不應(yīng)將某一臺或幾臺機床分裂開來設(shè)計。即使暫時不能全面地進行流水線設(shè)計，制定方案時也應(yīng)綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠地滿足工件的加工連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 3 頁 共 28 頁要求，用較多的工作，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件 [3-4]。2 組合機床總體描述目前，組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面、刮平面，車平面；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、磨削、等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削、及拋光、沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢測、清洗和零件分類及打印等非切削工作 【1】2.1 組合銑床工藝方案的制定工藝方案的制定是設(shè)計組合銑床最重要的步驟之一。其制定過程應(yīng)從以下的幾個方面考慮：1、被加工零件的特點。2、加工的工序和加工精度的要求。3、工件的生產(chǎn)方式等諸多方面綜合考慮。2.1.1 被加工零件的特點連桿是汽車發(fā)動機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底，底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來補償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。在發(fā)動機工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應(yīng)具有足夠的強度和剛度外，還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)均衡，同一發(fā)動機中各連桿的質(zhì)量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設(shè)置了去不平衡質(zhì)量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質(zhì)量。連桿大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側(cè)?？紤]到裝夾、安放、搬運等要求，連桿大、小頭的厚度相等(基本尺寸相同)。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔(或油槽)，發(fā)動機工作時，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動，把氣缸體下部的連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 4 頁 共 28 頁潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副 [5]。2.1.2 加工的工序和加工精度的要求連桿上需進行機械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，桿體與桿蓋的接合面及連桿螺栓定位孔等。圖 2-1 為汽車發(fā)動機連桿零件的主要技術(shù)要求。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 5 頁 共 28 頁圖 2-1 發(fā)動機連桿主要技術(shù)要求連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 6 頁 共 28 頁連桿總成的主要技術(shù)要求如下：1. 為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為 IT6，表面粗糙度 Ra 應(yīng)不大于0.8μ m，大頭孔的圓柱度公差為 0.012 mm；小頭孔公差等級為 IT8，表面粗糙度 Ra 應(yīng)不大于 1.6μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為 0.005 mm，素線平行度公差為 0.04 mm。2.大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，進而影響到發(fā)動機的效率，兩孔中心距的尺寸公差等級應(yīng)不低于 IT9。3.連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度誤差過大，將加劇連桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩端面之間的磨損，甚至引起燒傷，一般規(guī)定其垂直度公差等級應(yīng)不低于 IT9。4.連桿大小頭兩端面間距離的基本尺寸相同，但其技術(shù)要求是不同的。大頭兩端面間的尺寸公差等級為 IT9，表面粗糙度 Ra 不大于 3.2μm；小頭兩端面間的尺寸公差等級為 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 6.3μm [6-7]。2.1.3 工件的生產(chǎn)方式由于本次設(shè)計主要對連桿進行雙端面銑削，尺寸精度，形狀精度，位置精度需要達到一定的技術(shù)要求，且端面的表面粗糙對連桿的運動有一定的要求。因此在設(shè)計本次工藝方案時，需進行粗銑、精銑、粗磨、精磨四道工序。采用粗銑、精銑、粗磨、精磨四道工序，并將精磨工序安排在精加工大、小頭孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在轉(zhuǎn)盤磨床上，使用砂輪端面磨削，這種方法的生產(chǎn)率較高。精磨在 M7130 型平面磨床上用砂輪的周邊磨削，這種辦法的生產(chǎn)率低一些，但精度較高。2.2 確定切削用量、切削力和切削功率2.2.1 切削用量的選擇原則正確地選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性，保證加工質(zhì)量，具有重要的作用。銑削切削用量的選擇與要求的加工表面粗糙度及其效率有關(guān)系。當銑削表面粗糙度數(shù)值要求時，銑削速度應(yīng)高一些，每齒走刀量應(yīng)小一些。若生產(chǎn)率要求不高，可以取很小的每齒走刀量，一次銑削 4mm~5mm 的余量達到 RA1.6μm 的連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 7 頁 共 28 頁表面粗糙度。這時每齒的進給量一般為 0.02mm~0.03mm。表 2-1 是用硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量查組合機床設(shè)計簡明手冊得知 [1]。表 2-1 用硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量加工材料 工序 銑削深度（mm）銑削速度V(m.min-1)每齒走刀量Fz(mm/z)粗 2~4 80~120 0.2~0.4鋼 ab=520~720MPa精 0.5~1 100~180 0.05~0.20粗 2~4 60~100 0.2~0.4鋼 ab=700~900 MPa精 0.5~1 90~150 0.05~0.15粗 2~4 40~70 0.1~0.3鋼 ab=1000~1100 MPa精 0.5~1 60~100 0.05~0.10粗 2~5 50~80 0.2~0.4鑄鐵精 0.5~1 80~130 0.05~0.2粗 2~5 300~700 0.10~0.4鋁及其合金精 0.5~1 500~1000 0.051~0.3由上表可知，對于本次設(shè)計，我們應(yīng)該選用加工材料為鋼 ab=520 MPa ~720MPa ，粗銑：銑削深度 2mm~4mm，銑削速度 80m.min-1~120 m.min-1,每齒走刀量 0.2 mm/z ~0.4mm/z；精銑：銑削深度 0.5mm~1mm，銑削速度 100 m.min-1~180 m.min-1,每齒走刀量 0.05 mm/z ~0.20mm/z。組合機床常用銑削方法加工平面，精銑的平面度可達 003 mm ~0.05/1000mm，表面粗糙度可達 Ra0.8μm ~1.6μm。對基面的平行度可保證在 0.05mm 以內(nèi)，基面間距的尺寸精度可保證在 0.05mm 以內(nèi)。2.2.1.1 粗加工時切削用量的選擇原則粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高,毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金屬切削率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本 [8-12]。金屬切削率可以用下式計算：Zw ≈V.f.a p.1000連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 8 頁 共 28 頁式中：Z w單位時間內(nèi)的金屬切除量（mm 3/s）V 切削速度（m/s）f 進給量（mm/r）ap 切削深度（mm）提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度 ap,其次選擇一個較大的進給量度 f，最后確定一個合適的切削速度 V。選用較大的 ap 和 f 以后，刀具耐用度 t 顯然也會下降，但要比 V 對 t 的影響小得多，只要稍微降低一下 V 便可以使 t 回升到規(guī)定的合理數(shù)值，因此，能使 V、f、a p 的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大 ap 可使走刀次數(shù)減少，增大 f 又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。1）切削深度的選擇：粗加工時切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應(yīng)當盡量將粗加工余量一次切除。只有當總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。本次設(shè)計選用銑削深度為 2mm~4mm。2）進給量的選擇：粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。選擇進給量時應(yīng)考慮到機床進給機構(gòu)的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應(yīng)適當減小進給量。本次設(shè)計選用每齒走刀量 0.2 mm/z ~0.4mm/z。3）切削速度的選擇：粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應(yīng)適當降低切削速度。本次設(shè)計選用銑連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 9 頁 共 28 頁削速度為 80 m.min-1~120 m.min-1。2.2.1.2 精加工時切削用量的選擇原則精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應(yīng)先考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率 [12]。1）切削深度的選擇：精加工時的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質(zhì)量。本次設(shè)計選用銑削深度為 0.5 mm ~1mm。2）進給量的選擇：精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質(zhì)量下降。本次設(shè)計選用每齒走刀量 0.05 mm/z ~0.20mm/z。3）切削速度的選擇：切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度 ap 和進給量 f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度 V，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時滿足生產(chǎn)率的要求。本次設(shè)計選用銑削速度為 100 m.min-1~180m.min-1。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 10 頁 共 28 頁2.2.2 連桿工藝方案確定圖 2-2 發(fā)動機連桿零件簡圖連桿由大、小頭和桿身等部分組成。大頭為開式結(jié)構(gòu)（系直剖式連桿） 。連桿和連桿蓋用螺栓，螺母連接。為減少磨損和便于修理，大頭孔和小頭孔內(nèi)分別安裝軸瓦和銅套。連桿身的截面為工字形，可減少重量和減少慣性力又使連桿具有足夠的強度和剛度。連桿頭兩端面有落差且桿身對稱。大小頭側(cè)面設(shè)計有定位凸臺作為機械加工時的輔助定位基準，便于定位基準的統(tǒng)一 [1-5]。連桿總的工藝特點是：外形復(fù)雜，不易定位；大、小頭有細長的桿身連接，所以彎曲剛性差，易變形；尺寸精度，形狀精度和位置精度及表面粗糙度要求很高。連桿所選的材料為 45 鋼（精選含碳量為 0.42%~0.47%） ，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理以提高其強度及其抗沖擊能力，其硬度為 217 HBS ~287HBS。其鍛件重量為7.5kg。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 11 頁 共 28 頁根據(jù)以上的工藝特點下面初步擬訂工藝方案 [1]。1、工藝基面的分析及選擇采用以 V 形鐵為主要定位元件的方法。為提高其定位精度，要把 V 形鐵的角度做大一些。如圖 2-3 所示：圖 2-3 工藝基面的選擇2、工序間余量的確定3、刀具結(jié)構(gòu)的選擇按相關(guān)的資料選取端銑刀的形式。在銑削過程中，端銑刀的直徑要大于加工工件的最大寬度，由給定的加工零件圖可知最大為 Bmax=135mm，故端銑刀的直徑選取 150mm 為宜，其齒數(shù)按標準選 7。即 D =150Z=72.2.3 銑削用量的選擇為使組合銑床更好的提高生產(chǎn)效率，便于人工操作，最少的停車損失和使刀具的壽命更長、加工質(zhì)量更好，合理的選擇銑削用量是非常必要的。下表為硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量 [8-12]。 表 2-2加工材料 工序 銑削深度 銑削速度 每齒走刀量鋼 52~70b?（公斤/ ） ２毫 米 粗 2~4mm 80~120 米/分 0.2~0.4精 0.5~1mm 100~180 米/分 0.05~0.02加工工件為 45 號鋼，所以選如下的銑削用量銑削深度 T=3mm銑削速度 V=120m/min連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 12 頁 共 28 頁每齒走刀量 =0.3 毫米/齒zs銑削用量的選擇應(yīng)該使選擇的刀具充分發(fā)揮其性能。所以就不能選擇太低。考慮到批量生產(chǎn)時也沒必要把切削用量選太高，以免增加刀具損耗。總之要根據(jù)加工精度和加工材料，工作條件和技術(shù)要求進行分析。所以以上的選擇是可行的。2.2.4 確定切削力、切削功率根據(jù)選定的切削用量（組要指切削速度 v 及進給量 f） ，確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機功率。一銑削力和主切削功率計算1 主切削力 Fc因選取硬質(zhì)合金端面銑削 45,鋼工件,由得：ZFc ntapdtafe )18.0(9.)13.0(8.06.15?????ac—— 系數(shù)—— 銑削接觸深度f—— 每齒的進給量f——銑刀的深度td—— 銑削深度paZ —— 銑刀齒數(shù)故由上則有： NFc86.53?2 切削功率： N 切KWV0.121切2.3 銑端面組合機床配置型式的選擇對于加工發(fā)動機連桿這樣的工件，特別適合大、中箱體件的加工。為盡可能地提高生產(chǎn)率，最理想的是將工件一次性全部加工。經(jīng)過和指導(dǎo)老師商量后，連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 13 頁 共 28 頁我們決定設(shè)計四根主軸兩端同時進行銑削。在滿足條件的情況下，采用臥式雙面銑床是可行的。在配置銑削頭固定的臥式組合機床時，其傳動裝置的電機通常是采用頂置式，即電動機放在銑削頭上方。在配置銑削頭移動的臥式組合機床時，其傳動裝置的電機通常是采用側(cè)置式，即電動機放在銑削頭側(cè)面。本次設(shè)計采用的銑削頭是安裝在滑臺上的，可隨滑臺一起移動，但是是銑削頭調(diào)整到適當位置后邊不再移動，所以采用電動機安裝在銑削頭上方的配置型式。在加工連桿過程中，還必須考慮到加工零件特點對結(jié)構(gòu)方案的影響。在加工精度要求影響方面，不僅提高原始精度，提高工件的定位基準和減少夾緊變形等措施，還要采用如下措施 [3]。1、采用定位塊定位，保證連桿能夠安裝穩(wěn)定，便于操作，提高加工過程精度要求。2、采用剛性主軸方案，由于機床導(dǎo)軌間隙及導(dǎo)軌磨損的影響。在加工過程中就不易產(chǎn)生振動，并且有足夠的剛性保證其徑向切削力。2.4 影響總體布置的因素1、加工精度的影響當工件的加工精度要求較高時，應(yīng)采用具有固定夾具的單工位組合機床，加工精度要求較低時，可采用具有移動夾具的多工位組合機床。此外，還要考慮到不同布置形式的機床所能達到的加工精度。例如，對于同軸度要求較高的各孔，應(yīng)采用從同一面對工件進行加工機床布置形式。2、工件大小、形狀和加工部位特點的影響對于較大的工件，宜采用單工位機床，反之，宜采用多工位機床；對于大直徑深孔的工件，宜采用具有剛性主軸結(jié)構(gòu)的立式機床；對于小直徑深孔的工件，通常采用專門的深孔加工機床；對于被加工孔的中心線與定位基準垂直的工件，一般采用立式機床。本原則也可根據(jù)機床的使用條件綜合考慮。根據(jù)上述原則，對于本章實例，可采用立式機床。但考慮工件排屑方便，機床空間的高度可矮些，故可采用臥式組合鉆床。3、生產(chǎn)率的影響零件的生產(chǎn)批量大小是決定采用單工位、多工位或自動線，還是按中小批連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 14 頁 共 28 頁量生產(chǎn)特點來設(shè)計組合 機床的重要因素。有時從工件的外形及輪廓尺寸上看，可采用單工位固定夾具的機床布置形式，但是由于生產(chǎn)率要求很高，就不得不采用多工位的機床布置方案，以便使裝卸工件時間與機動時間重合。被加工的零件的生產(chǎn)批量越大，工序 安排一般就越趨于分散，且粗、半精、精加工應(yīng)分別在不同的機床上完成。對于中小批量生產(chǎn)的情況，則要力求減少機床的臺數(shù)，并應(yīng)將所有工序盡量集中在一臺或少數(shù)幾臺機床上完成，以提高機床的利用率 【13】2.5 組合銑床的總體分析——三圖一卡2.5.1 被加工零件的工序圖被加工零件工序圖是指根據(jù)已確定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線對加工零件應(yīng)完成的工藝內(nèi)容的示意圖，它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求等內(nèi)容。它不能用產(chǎn)品的零件圖代替，而須在原零件圖的基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容及必要的說明進行重新繪制。它是進行組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。其內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面：（1）表示出被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。尤其是當需要中間導(dǎo)向套時，應(yīng)表示出零件內(nèi)部的筋、壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。（2）表示出加工用定位基準、夾緊部位及夾緊方向，以便依此進行夾具的定位支承（包括輔助定位支承） 、限位、夾緊及導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計。（3）表示出本道工序加工部位的尺寸 、尺寸精度、表面粗糙度、形狀位置精度及技術(shù)要求，另外還應(yīng)表示出本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊螅ㄖ饕付ㄎ换鶞剩?。（4）表示出必要的文字說明，如被加工零件的編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。（5）繪制時，按一定的比例，細實線表示與本道工序加工無關(guān)的部分，粗實線表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夾壓方向。（6）凡本道工序保證的尺寸、角度等，應(yīng)在基尺寸數(shù)值上打上方框，并在下面加一橫線（粗實線） 。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 15 頁 共 28 頁以下為被加工零件圖，其材料為 45 鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其硬度為217HBS~287HBS。圖 2-4 連桿工序圖2.5.2 被加工零件的加工示意圖零件加工的工藝方案要通過加工意圖才能反映出來。加工示意圖表示：被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況，工件與夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系，以及機床的工作行程和工作循環(huán)等。因此，它是刀具、輔具、夾具、主軸箱、液壓和電氣裝置設(shè)計及通用部件選擇的主要原始資料，也是對整臺機床布置和技術(shù)性能的原始要求，同時還是調(diào)整機床、刀具及試車的依據(jù)。其內(nèi)容包括以下幾方面：（1）應(yīng)反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。（2）根據(jù)加工部位的特點及加工要求，決定刀具的類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸（直徑和長度） 。（3）決定主軸的結(jié)構(gòu)類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。（4）選擇標準或設(shè)計專用的接桿、浮動卡頭、導(dǎo)向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸。（5）標明主軸、接桿、夾具（導(dǎo)向裝置）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度等。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 16 頁 共 28 頁（6）根據(jù)機床的生產(chǎn)率及刀具和工件的材料等，合理確定并標注各主軸的切削用量。（7）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪出工件加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖，然后用粗實線繪出加工表面。為了簡化，對同一主軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的主軸，可只畫一根，但必須在主軸上標注孔號。當軸數(shù)多時，可縮小比例。最后，用細實線畫出加工部位簡圖，并標注孔號。（8）在加工示意圖上，主軸的分布可不按真實距離繪制。但當被加工孔的間距很小時或需設(shè)置徑向結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，相鄰的主軸必須嚴格按比例繪制，以便檢查相鄰的主軸、刀具、輔具、導(dǎo)向裝置等之間是否發(fā)生干涉。（9）主軸應(yīng)從主軸箱端面畫起。刀具畫在加工終了位置上（攻絲加工則畫在開始位置上） 。對標準的通用結(jié)構(gòu)，只須畫出外廓，并須加注標準代號，對一些專用結(jié)構(gòu)，則必須畫出剖視圖，并標注尺寸、精度及配合種類。查表初定主軸直徑 D， 再綜合考慮加工精度和具體工作條件，根據(jù)表決定主軸外伸部分的尺寸（軸端的外徑和內(nèi)徑：D/d 1，外伸長度 L）及配套的刀具接桿莫氏圓錐號、攻絲靠模規(guī)格代號等。確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程（1）刀具的選擇 選擇刀具時考慮工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生產(chǎn)率要求等因素。根據(jù)本工序特點，應(yīng)選用硬質(zhì)合金端銑刀。（2）工序余量 查《組合機床設(shè)計手冊》得：端面加工余量為 2～4mm，選擇 3mm；（3）切削用量 本工序的切削用量在前面已經(jīng)敘述過，也可參見工藝卡片的相應(yīng)內(nèi)容。（4）動力頭工作循環(huán)及行程確定 動力頭工作循環(huán)一般包括快進、工作進給、快退等動作。銑端面的工作循環(huán)為：快進→工作進給→快退。a.粗銑工作進給單面長度確定銑：L=1.5mmb.快進長度確定銑：L 快 =20mm連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 17 頁 共 28 頁c.快退長度確定快退長度等于快進長度和工作進給長度之和，即，銑：20+1.5=21.5mm。圖 2-5 發(fā)動機連桿加工示意圖圖2.5.3 組合機床聯(lián)系尺寸圖的繪制確定機床裝料高度需要考慮車間運送工件的滾道高度、工件最低孔的位置、主軸箱最低主軸高度和通用部件高度尺寸的限制。根據(jù)我國具體情況，為便于操作和省力，對于一般臥式組合機床、流水線和自動線，標準裝料高度推薦為850---1060mm。所以選擇裝料高度為H=1060mm。 。2.5.3.1 夾具外形輪廓尺寸的確定夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件的輪廓和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)。在加工示意圖中對工件和鏜模間的距離，以及導(dǎo)套的尺寸，都有了規(guī)定。所以確定長度尺寸時，主要在于合理地選取鏜模架的厚度。對于高度不大的鏜模架，其厚度可取 150～200mm；當鏜模架較高（如鼓輪機床的鏜模架） ，為了保證有足夠的剛度和穩(wěn)定件，其厚度可取 250～300mm。在掌握了工件寬度、工件和鏜模架間的距離和鏜模架的厚度尺寸后，即可確定夾具底座的總長尺寸。為了補償鑄件的鑄造誤差，它應(yīng)比上述三項尺寸總連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 18 頁 共 28 頁和稍微大一些，一般大 10～20mm。夾具底座高度確定。夾具底座的高度應(yīng)視夾具大小而定，既要保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，為了便于布置定位元件，一般夾具底座的高度不少于 240mm。對于非框形夾具，在繪制聯(lián)系尺寸圖時，應(yīng)事先繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖，確定夾具的主要技術(shù)特征、基本結(jié)構(gòu)原則及其外形控制尺寸 [1-16]。2.5.3.2 機床通用部件的選擇此次設(shè)計的專用組合機床所用的通用部件有：一個動力頭、一個滑臺、一個側(cè)底座、一個墊鐵、一個中間底座和一個電動機。根據(jù)設(shè)計要求，本組合機床通用部件選取見表 2-3 所示：表 2-3 通用部件尺寸通用部件名稱標記 通用部件名稱標記動力箱滑臺1032*320*2801HJ32側(cè)底座中間底座1060*520*6301CC3211250*800*5601CC321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的距離，根據(jù)選定的動力部件及其配套部件（滑座、床身等）的位置關(guān)系，并考慮動力頭的前備量等因素，就可以確定中間底座長度尺寸。本道工序設(shè)計的組合機床中間底座長度為 1032mm。在確定中間底座高度尺寸時，應(yīng)考慮切削的儲存及排除、電氣接線盒的安排以及冷卻液的貯存，其容量應(yīng)不小于 3min~5min 冷卻的流量。對于加工鑄造件的機床，為了使冷卻液有足夠的沉淀時間，容量還應(yīng)大一些，有時取10min~15min 冷卻閥的流量。當裝料高度取 1060mm 時，床身和中間底座之間結(jié)合面的高度，無論哪一型連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 19 頁 共 28 頁號的床身都是統(tǒng)一的，定為 540mm，所以中間底座的高度一般總是大于 540mm。本機床的中間底座高度設(shè)計為 560mm。以上介紹了繪制機床聯(lián)系尺寸圖時應(yīng)考慮的問題和主要聯(lián)系尺寸的確定。此外，在聯(lián)系尺寸圖上還必須明確表明運動部件的終點和原位狀態(tài)，以及運動過程中的情況。如對于動力頭必須標明其退回的最遠狀態(tài)，以便確定機床的最大輪廓尺寸。對于回轉(zhuǎn)工作臺、移動工作臺或回轉(zhuǎn)鼓輪機床，需要特別注意動力頭退回原位時，刀具、托架等必須處于夾具移動或回轉(zhuǎn)的最大尺寸范圍以外。在機床聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標明工件、夾具及動力頭的中心線之間的關(guān)系。特別當工件上加工部位對于工件中心線不對稱時，動力部件對于夾具和中間底座也就不對稱，這時應(yīng)注明動力頭中心線相對夾具中心線的偏移距離。聯(lián)系尺寸圖繪制后，在進行機床各部件的具體設(shè)計過程中，可能發(fā)現(xiàn)某些尺寸定得不合理，甚至不能實現(xiàn)，則可按需要返回來修改聯(lián)系尺寸圖，加以調(diào)整。機床的聯(lián)系尺寸圖主要應(yīng)針對各部件之間的聯(lián)系尺寸進行標注，各部件只畫出必要的輪廓形狀即可，盡量減少不必要的線條和尺寸。各部件應(yīng)嚴格按同一比例繪制。至此，機床的各部件尺寸已確定，組合機床設(shè)計總圖見圖 2-6。安裝時首先將側(cè)底座和中間底座的螺栓孔與定位銷連接，再布置好方位，然后按照滑臺底下的螺栓孔與側(cè)底座上面孔將其連接好，最后安裝動力箱和主軸箱 [1-15-16]。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 20 頁 共 28 頁圖 2-6 組合機床設(shè)計總圖連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 21 頁 共 28 頁2.5.4 生產(chǎn)率計算卡產(chǎn)品型號 Gan-1 零件圖號 0358機械加工工序卡片 產(chǎn)品名稱 發(fā)動機連桿 零件名稱共 1 頁第 1 頁車 間 工序號工序號材料牌號機加工 45#鋼毛坯種類 毛坯外形 尺寸第毛坯可制作數(shù)每臺件數(shù)鍛件 332mm設(shè)備名稱 設(shè)備型號設(shè)備編號同時加工件數(shù)X52K夾具編號 夾具名稱 硬度HRC217工序工時工位器具編號 工位器具名稱 準終單件工步工時工步號 工步內(nèi)容 工步裝備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 切削深度進給次數(shù)機動輔助001 銑削 單工位 255r/min 120m/min 0.3mm/z 3mm 1次 10’ 2’連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 22 頁 共 28 頁3 組合機床專用夾具設(shè)計3.1 組合機床專用夾具的特點組合機床夾具和一般夾具所起的作用看起來好像很接近，但其結(jié)構(gòu)和設(shè)計要求卻有很顯著的，甚至是根本的區(qū)別。組合機床夾具的結(jié)構(gòu)和性能，對組合機床配置方案的選擇有很大的影響。以下是組合機床專用夾具的主要特點。1.一般的機床夾具是作為機床的輔助機構(gòu)設(shè)計的，而組合機床夾具是機床的主要組成部分，其設(shè)計工作是整個組合機床設(shè)計的重要內(nèi)容之一。2.組合機床夾具和機床其他部件有著密切的聯(lián)系，如何轉(zhuǎn)或移動工作臺、回轉(zhuǎn)鼓輪、主軸箱、刀具和輔具、鉆模板和托架以及支承部件等。正確地解決它們之間的關(guān)系式保證組合機床可靠和使用性能良好的重要條件之一，而且夾具的結(jié)構(gòu)也要按這些部件的具體要求來確定。3.由于組合機床常常是多刀，多面和多工序同時加工，會產(chǎn)生很大的切削力和振動，因此組合機床夾具必須具有很好的剛性和足夠的夾緊力，以保證在整個加工過程工件不產(chǎn)生任何位移。同時，也不應(yīng)使工件產(chǎn)生不容許的變形。4.組合機床夾具是保證加工精度的關(guān)鍵部件，其設(shè)計、制造和調(diào)整都必須有嚴格的要求，使其能持久地保持精度。5.組合機床夾具應(yīng)便于實現(xiàn)定位和夾緊的自動化，并有動作完成的檢查信號；保證切屑從加工空間自動排除；便于觀察和檢查，以及在不從機床上拆下夾具的情況下，能夠更換易損壞和維護調(diào)整。此外，不要把組合機床夾具和一般的組合夾具混淆起來。組合夾具是在萬能機床上為了完成某一道工序的加工，用一些標準的和通用的元件組裝的定位夾緊裝置。用完后可用這些元件重新組裝成新的夾緊裝置。而組合機床夾具則是以部分的通用元件加上專用件組成的專用夾具，它不便于改裝。按結(jié)構(gòu)特點，組合機床夾具分為單工位和多工位夾具兩大類。單工位夾具是指工件在一個工位上完成加工工序的機床夾具。按被加工零件的結(jié)構(gòu)和加工要求，單工位夾具具有固定式的、帶滾道或浮動滾道的、和小車等形式 【15-16連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 23 頁 共 28 頁3.2 機床專用夾具的作用及設(shè)計方法專 用 夾 具 是 指 為 某 一 工 件 的 某 一 道 工 序 專 門 設(shè) 計 、 制 造 的 夾 具 。 它 的 主要 功 能 是 實 現(xiàn) 工 件 的 定 位 和 夾 緊 ， 是 工 件 加 工 時 相 對 于 機 床 、 刀 具 有 正 確 的位 置 ， 以 保 證 工 件 的 加 工 精 度 。 具 體 來 說 機 床 夾 具 的 作 用 包 括 ：⑴ 保 證 加 工 精 度 用 夾 具 裝 夾 工 件 ， 減 少 對 其 它 生 產(chǎn) 設(shè) 備 和 操 作 者 技 術(shù)水 平 的 依 賴 性 ， 能 穩(wěn) 定 地 保 證 加 工 精 度 。⑵ 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 率 用 夾 具 裝 夾 工 件 ， 能 使 工 件 迅 速 地 定 位 和 夾 緊 ， 顯著 地 縮 短 輔 助 時 間 ， 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 率 。⑶ 改 善 工 人 的 勞 動 條 件 用 夾 具 裝 夾 工 件 ， 方 便 、 迅 速 。 當 采 用 氣 動 、液 壓 等 夾 緊 裝 置 時 ， 可 減 輕 工 人 的 勞 動 強 度 。⑷ 降 低 生 產(chǎn) 成 本 在 批 量 生 產(chǎn) 中 使 用 夾 具 時 ， 由 于 勞 動 生 產(chǎn) 率 的 提 高 和允 許 使 用 技 術(shù) 等 級 較 低 的 工 人 操 作 ， 故 可 明 顯 地 降 低 生 產(chǎn) 成 本 。⑸ 擴 大 機 床 工 藝 范 圍 使 用 夾 具 可 以 擴 大 機 床 工 藝 范 圍 ， 如 使 用 夾 具 可將 機 床 改 為 鏜 床 或 拉 床 、 深 孔 加 工 機 床 等 【 16】 。機 床 夾 具 的 設(shè) 計 方 法 ：⒈ 明 確 設(shè) 計 任 務(wù) ， 收 集 研 究 原 始 資 料⒉ 擬 定 夾 具 結(jié) 構(gòu) 方 案 ， 繪 制 夾 具 草 圖⑴ 確 定 工 件 的 定 位 方 式 ， 設(shè) 計 定 位 裝 置 。⑵ 確 定 工 件 的 夾 緊 方 案 ， 設(shè) 計 夾 緊 裝 置 。⑶ 確 定 對 刀 及 引 導(dǎo) 方 式 ， 選 擇 或 設(shè) 計 對 刀 裝 置 或 引 導(dǎo) 元 件 。⑷ 確 定 其 他 元 件 或 裝 置 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 如 定 位 鍵 ， 分 度 裝 置 等 。⑸ 確 定 夾 具 的 總 體 結(jié) 構(gòu) 及 夾 具 在 機 床 上 的 安 裝 方 式 。 在 確 定 夾 具 結(jié) 構(gòu) 的方 案 過 程 中 ， 應(yīng) 提 出 幾 種 不 同 的 方 案 ， 畫 出 草 圖 ， 經(jīng) 比 較 分 析 ， 選取 最 佳 方 案 。⒊ 繪 制 夾 具 總 圖⒋ 確 定 并 標 注 有 關(guān) 尺 寸 和 夾 具 技 術(shù) 要 求⒌ 繪 制 夾 具 零 件 圖連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 24 頁 共 28 頁3.3 定位的選擇對于本次連桿雙端面銑削的工藝安排，我考慮到了兩定位方式，第一種是利用連桿中間的凹形面，在充分利用臥式銑床的基礎(chǔ)上，在支撐面上設(shè)計一個圓形輪盤，而對于被加工零件可以準確的定位到專用夾具上去，利用一定的夾緊力進行有效的夾緊，設(shè)計方案如圖 3-1 示，這樣的設(shè)計可以進行大批量快速的生產(chǎn)。第二種種設(shè)計方案，我可以考慮到加工工藝和成本的需要，可以采用定位塊進行零件的定位，達到一定的工藝要求。如圖 3-2 定位塊定位夾緊方案。而對于本次設(shè)計我選用了第二種方案，可以很好的拆卸和安裝，最少的減少時間，保證零件加工的精度要求。圖（3-1 圖（3-2）連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 25 頁 共 28 頁結(jié)論在剛剛過去的幾個月里，是我在大學(xué)以來最刻骨銘心的日子。這是我大學(xué)生活的最后一個階段，我的畢業(yè)設(shè)計都是在這幾個月完成的。在這一階段我學(xué)到了很多以前課堂上無法學(xué)到的方法和知識，它們很多都有很高的實用價值，并將對我以后的工作產(chǎn)生巨大的幫助，在此我想對我的指導(dǎo)老師－－江琴講師的辛勤教誨表示衷心的感謝。本次設(shè)計，在江琴老師的指導(dǎo)下，我做到了獨立地思考，查閱相關(guān)資料，準確計算，具體設(shè)計。今天，我終于圓滿地完成了設(shè)計任務(wù)。這次是我第一次全面的系統(tǒng)的進行專業(yè)設(shè)計，在設(shè)計過程中，我充分地運用了在大學(xué)四年內(nèi)所學(xué)的專業(yè)理論知識，使之融入到設(shè)計實踐中，并通過不斷地翻閱資料和查找數(shù)據(jù)，使自己又一次詳細的回顧了四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，發(fā)現(xiàn)了自己在學(xué)習(xí)上的不足之處并加以提高，使自己的專業(yè)知識更加全面，系統(tǒng)化。 由于水平有限，經(jīng)驗不足，第一次全面的系統(tǒng)的設(shè)計本次設(shè)計難免有許多不妥和錯誤之處，懇請指導(dǎo)老師和讀者批評指正錯誤，以便及時改正。連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 26 頁 共 28 頁致謝本次畢業(yè)設(shè)計論文是在我的老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，江老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此謹向江老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。四年的大學(xué)生活讓我受益菲淺，最重要的是培養(yǎng)了我吃苦耐勞的精神，腳踏實地的作風(fēng)，較強的社會工作能力。為了使自己能夠全方位的發(fā)展，更好的適應(yīng)這個日新月異的社會，在這幾學(xué)年中，我兢兢業(yè)業(yè)，努力學(xué)習(xí)，嚴格要求自己，不斷的提高自己各方面的素質(zhì)，爭取在人生的道路上更好的實現(xiàn)社會價值、人生價值和自我價值！本次畢業(yè)設(shè)計是對我在校四年來所學(xué)知識與生產(chǎn)實踐技術(shù)所進行的一次綜合性的全面考察，培養(yǎng)了我運用所學(xué)專業(yè)知識解決實際問題的能力，它還為我們了解一般機械工程設(shè)計的基本思想打下良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計方案的擬定,設(shè)計資料的收集,手冊，國標選用，設(shè)計方法的運用,零部件及總體裝配圖的繪制等方面，有一次較全面的鍛煉。對我們進入社會具備一定獨立工作能力起了良好的作用,從而能較好的適應(yīng)工作。在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝含辛茹苦培養(yǎng)我長大的父母，謝謝你們! 編者:張曉鋒連桿大小頭雙端面銑削組合機床及夾具設(shè)計第 27 頁 共 28 頁2010 年 5 月參考文獻[1] 謝家贏. 組合機床設(shè)計簡明手冊（第 1 版）[M]. 北京: 機械 工業(yè)出版社，1994 年 2 月[2] 徐旭東，周菊琪. 現(xiàn)代組合機床技術(shù)及其發(fā)展[M]. 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