原稿-单曲轴铣端面打中心孔组合机床及专用夹具设计

摘要本论文设计的主要内容是：曲轴工艺规程的制定，完成工艺过程卡和部分加工工序卡， 铣端面打中心孔组合机床的总体设计以及专用夹具设计。对于单曲轴铣端面和打中心孔设计了专门的曲轴专用夹具。通过机床的联系尺寸图显示夹具与机床的位置关系，绘制加工示意图表达工件定位和选择合适的刀具、切削用量。最后分析夹具的特点，对工件定位选择方案最终完成整个夹具装配图。关键词 曲轴；加工工艺；夹具设计IAbstractThe main contents of this paper are: the development of crankshaft design process, complete the process card and process card, the overall design center bore modular machine milling and special fixture design. For single shaft end face milling and the center hole of crankshaft fixture design special. Through the contact size map machine display position between the clamping and the machine, drawing processing sketch expression of workpiece positioning and selection of cutters, cutting the right. Finally, analysis the characteristic of fixture, scheme and ultimately complete the workpiece positioning optionsKeywords crankshaft processing technology fixture designIV目录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 序言11.2 曲轴的结构特点11.3 曲轴的工艺特征11.4 零件的技术要求21.5 设计要求22 工艺规程的制定32.1 曲轴材料及毛坯32.2 生产类型及工艺特征32.3 定位基准的选择42.4 工艺路线的拟定42.5 毛坯机械加工余量及工序尺寸确定52.5.1 毛坯机械加工余量确定52.5.2 主要切削用量的确定63 铣端面打中心孔组合机床的总体设计83.1 组合机床结构方案的确定83.2 铣端面打中心孔组合机床配置形式的选择83.2.1 组合机床配置形式83.3 被加工零件的工序图93.3.1 被加工零件工序图的作用和要求93.3.2 零件工序图的内容93.4 被加工零件加工示意图103.4.1 加工示意图的作用和内容103.4.2 加工示意图的编制113.5 组合机床联系尺寸图的绘制123.5.1 机床装料高度的确定123.5.2 夹具外形轮廓尺寸的确定133.5.3 机床通用部件的选择134 专用夹具设计164.1 专用夹具特点及步骤164.1.1 组合机床专用夹具的特点164.1.2 组合机床夹具设计步骤164.2 夹具定位支撑系统174.2.1 工件定位方案174.2.2 定位误差分析184.3 夹紧机构184.4 夹紧装置设计的步骤194.5 铣床夹具设计要点214.6 对刀引导装置的设计214.6.1 对刀块的设计214.6.2 钻套、衬套设计225 夹具体结构设计25结论26致谢27参考文献281 绪论1.1 序言毕业设计是对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望通过这次的毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为今后打下一个良好的基础。在进入21世纪以来，高速、高精、高效的复合加工技术及装备在汽车轴类制造中得到了迅速的应用，所以对轴类加工技术的研究有非常的重要的意义。单曲轴在轴类零件分类中属于异形轴，是发动机上的一个重要零件。汽车、拖拉机的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式模锻件。组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成的工序集中的高效率专用机床，它能够对一种或多种零件进行加工。目前， 国内曲轴陈旧生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低，通过对曲轴加工技术的研究，实现曲轴的高速、高精、高效生产。本设计书首先分析了曲轴的结构特点，工艺特征和要选取的零件要求，制定工艺规程和工艺路线，之后对曲轴铣端面打中心孔组合机床的总体设计，最后对专用夹具设计。基本含概了我们所学到的所有专业知识。1.2 曲轴的结构特点轴类零件的功用为支承传动零件、传递扭矩和承受载荷以及保证装在轴上的工件(刀具)具有一定的回转精度。曲轴在轴类零件分类中属于异形轴，是发动机上的一个重要零件，承受由活塞通过连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构变为旋转运动，将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作时所承受的是很大的扭转力矩以及大小和方向都变化的弯曲力。1.3 曲轴的工艺特征（1） 刚性差曲轴的长度比较大，并且有曲拐，因此曲轴的刚度很差。加工中，曲轴在其自重和切削力的作用下，会产生严重的扭转变形和弯曲变形。（2） 形状复杂曲轴连杆轴颈和主轴颈不在同一条轴线上。（3） 技术要求高30曲轴的技术要求很高，并且形状比较复杂，而且加工表面比较多，因而曲轴的加工工序数量多，加工量大，工艺路线长。1.4 零件的技术要求（1） 铸件经正火处理，硬度为 240290HB，显微组织按部标 JB1802，石墨数不低于 5 级，球化体大于 75%，允许有少于 5%的碳化铁+磷共晶，但磷共晶为 0%5%。（2） 曲轴加工表面应光洁，不得有裂缝、压痕、毛刺、凹痕以及非金属物。磨光表面不得有刻痕和黑点。清除油道以及其他部分的金属屑、污染物以及其它杂物， 并清洗吸干。（3） 中心孔应保持完好无损。（4） 精加工后，应经磁力探伤并退磁。（5） 允许在 R96 表面上钻孔调整不平衡力矩，孔径 15mm，孔边应不小于 10mm， 深度不大于 30mm，不平衡重心应在曲轴对称平面内允许偏差 1。（6） 70、65 三处轴颈淬硬 4048HRC，淬深 1.54.5mm。轴颈圆角处允许不淬火，但在距离轴颈端面 10mm 内均匀过渡。（7） 未注尺寸公差按 IT14 级，未注形位公差按 C 级。1.5 设计要求该零件加工要求高，加工面数量多，并且种类繁多，有车外圆面，车端面，钻中心孔，攻螺纹，扩孔，车倒角，钻斜油孔等，位置、形状、尺寸精度都各有要求。主要的设计内容如下：（1） 编制曲轴加工过程卡。（2） 编制曲轴部分加工工序卡。（3） 绘制被加工零件毛坯图。（4） 绘制被加工零件的加工工序图。（5） 绘制铣端面打中心孔专用机床联系尺寸图。（6） 绘制铣端面打中心孔专用夹具装配图。（7） 绘制夹具主要零件图。（8） 编写设计说明书。2 工艺规程的制定零件加工的工艺规程所指的就是一系列不同工序的综合。由于生产规模和具体情况的不同，对同一零件的加工工序可能有很多的方案。应当根据具体条件采用其中最完善和最经济的一种方案。工艺规程选择一般要考虑的基本因素如下：（1） 生产规模是决定生产类型的主要因素，即设备、用具、机械化、自动化程度等。（2） 制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。（3） 零件材料性质。（4） 零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的要求。（5） 零件表面粗糙度。（6） 特殊限制条件，如：工厂设备和用具条件。（7） 编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与安全的效果。2.1 曲轴材料及毛坯本零件选用铸件，选曲轴材料为球墨铸铁（QT602）。该材料强度高，耐磨，并且有一定的韧性，用于制作部分机床的主轴，空压机，缸体，中小型柴油机，汽油机的凸轮轴等。毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还有毛坯车间的具体生产条件相关。铸件：包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。逐渐毛坯的形状可以相当复杂， 尺寸可以相当大，且吸振性能好，但铸件的力学性能差。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，比如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因而可以减小切屑加工用量，进而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。对于本零件选用的造型方法为砂型机器造型。2.2 生产类型及工艺特征零件的生产纲领见式（2-1）：N Q 1na1 b式（2-1）式中N 零件的生产纲领，件/年；Q 产品的年产量，台/年；nn 每台产品中包含该零件的数量；a 该零件备件的百分率，%； b 该零件废品的百分率，%。划分生产类型时，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质量等因素。值得一提的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产的组织形式，并在一定程度上对产品的结构设计也起着重要的作用。由于本零件是大批两生产，零件的生产纲领 N 为 15000 件/年，它的主要工艺特征是广泛采用专用的机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该曲轴在工艺设计上采用了组合机床流水线加工的方式。2.3 定位基准的选择工件在机床上用夹具进行加紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上的这些表面称为定位基准。定位基准分为粗基准和精基准。曲轴和一般轴类零件的主要区别：一般轴件的全部轴颈都位于同一轴线上，而是离开一定距离而彼此平衡。为了保证各轴颈的同轴度要求，在基准选择时采用基准同意的原则，即粗、精加工各主轴颈时都采用顶尖孔作为定位基准。对于连杆轴颈的加工，为保证连杆轴颈轴线与主轴颈的轴线之间的平行，在基准选择时应采用定位基准和装配基准重合的原则，即粗、精加工连杆轴颈时都采用两个主轴颈作为定位基准。若有两个或两个以上连杆轴颈，还要多选一个基准作为加工连杆轴颈的角度定位面。通常是在曲柄上铣出两个小平面作为辅助基准。根本曲轴的特点，连杆轴颈只有一个，因此不存在与主轴颈的角度问题。在加工连杆轴颈时选择主轴颈定位，加工主轴颈时则选择顶尖孔定位。2.4 工艺路线的拟定拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，根据工序的集中和分散程度划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床、组合机床和专用夹具，并精良采用工序集中的原则，减少安装的次数来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降，根据以上原则，拟定的工艺路线如下。10铸造毛坯15正火20铣端面，打中心孔30粗车扇形面外圆及侧面40粗车长轴端外圆及侧面45粗车锥面 11050粗车短轴端外圆及侧面60精车长轴端外圆及侧面70精车短轴端外圆及侧面80铣扇形侧面90铣连杆轴颈100钻19 孔，扩孔25，攻 2-G1/2 螺纹110钻斜油孔6115钻连杆轴颈 30斜孔120检验125淬火130修整中心孔140粗磨主轴颈150铣键槽160磨锥面 110165粗磨连杆轴颈170精磨主轴颈175精磨连杆轴颈180车退刀槽190车螺纹 M42200抛光主轴轴颈及连杆轴颈210检验，探伤，退磁，清理油孔2.5 毛坯机械加工余量及工序尺寸确定2.5.1 毛坯机械加工余量确定因曲轴形状较为复杂且生产批量大，故毛坯选用铸件，造型方法为砂型机器造型。查机械加工工艺手册，综合得出铸件机械加工余量见表 2-1、2-2，曲轴毛坯图见图 2-2。表 2-1零件圆柱面加工余量基本尺寸/mm加工余量/mm附注基本尺寸/mm加工余量/mm附注303.0双侧503.0双侧703.0双侧253.0双侧D963.0单侧G1/2”2.5双侧653.0双侧表 2-2零件各端面加工余量基本尺寸/mm加工余量/mm附注基本尺寸/mm加工余量/mm附注3055.0单侧40(厚度为 29 的扇形面内侧)4.5单侧2815.0单侧192( 厚度为 29 的扇形面外4.5单侧203.55.0单侧侧)图 2-2 曲轴毛坯图2.5.2 主要切削用量的确定查组合机床设计手册得硬质合金端铣刀的铣削用量，如表 2-3 所示。表 2-3硬质合金端铣刀的铣削用量加工材料工序名称铣削深度/mm铣削速度/m/min每齿走刀量S/(mm/齿)铸 铁粗铣2550800.20.4精铣0.51801300.050.2初选=62.8m/min,S 齿=0.3mm/齿，铣削深度为 5mm。查组合机床设计手册得高速钢钻头加工铸铁件得切削用量，见表 2-4。表 2-4高速钢钻头加工铸铁件的切削用量加 工 直 径d/mm160200HB200241HB300400HBv/m/minSz/mm/r/m/minSz/mm/rv/m/minSz/mm/r225016240.40.810180.250.45120.20.3初选=6，28m/min，S 转=0.2mm/r。查中心钻刀具削、尺寸得：切深为 15.5mm。3 铣端面打中心孔组合机床的总体设计3.1 组合机床结构方案的确定组合机床是按系列化、标准化设计的通用部件和按加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床，组合机床是按具体加工对象专门设计，可以按最合理的工艺过程进行加工，也可以同时以几个方面采用多把刀具对工件进行加工，它是实行工序集中的最佳途径，是提高生产效率的有效设备。本专题“铣端面打中心孔组合机床设计”是针对 S195-05006 曲轴左右两个端面进行设计的，工艺要求在工序 20#中完成铣端面和打中心孔。该工序采用双面铣和钻的方法同时对两个端面进行加工。该零件总体轮廓尺寸娇小，属于小型零件加工，零件的定位夹紧元件也不会太大，设计时考虑到诸多因素后，决定选用卧式双面铣削和钻削组合机床。3.2 铣端面打中心孔组合机床配置形式的选择3.2.1 组合机床配置形式组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性但又都有其特殊性，无论是使用范围、配置型式、普通部件和驱动方式都各有特点。用大型通用部件组成的机床成为大型组合机床，用小型通用部件组成的成为小型组合机床。大型组合机床的配置型式， 主要有单工位组合机床和多工位组合机床两大类。通用部件可分为如下几部分。（1） 动力部件 用于传递动力，实现工作运动的通用部件，如动力滑台、动力箱、还有各种动力头等。它为刀具提供主运动和进给运动，是组合机床及自动线的主要通用部件。（2） 支承部件 支承部件是用于安装动力部件、输送部件等的通用部件（如侧底座、中间底座、立柱、立柱底座、支架等），它是组合机床的基础部件。机床各部件之间的相对位置精度、机床的刚度等主要依靠它来保证。（3） 输送部件 输送部件具有定位以及夹紧装置，用于装夹工件并且运送到预定工位的通用部件（例如回转工作台、移动工作台和回转鼓轮等），定位精度较高。（4） 辅助部件 辅助部件有定位、夹紧、润滑、冷却、排屑以及自动线清洗机等。单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适用于大中型箱体的加工，根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。以下是这类机床的主要配置型式。卧式单面组合机床立式单工位组合机床卧式双面组合机床复合式双面组合机床卧式三面组合机床复合式三面组合机床卧式四面组合机床复合式四面组合机床本次设计的组合机床为卧式机床，卧式机床在配置时候可将铣削头安装在专用卧式床身或滑台上，而被加工零件放在移动工作台上，以组成铣削头固定的卧式组合机床；也可将铣削头安装在水平配置的滑台上，而被加工零件放在固定夹具上，以组成铣削头移动的卧式组合机床；由于本道工序需要先铣再钻，所以工件需要安装在滑台上；同时钻头也必须移动才能加工中心孔，所以本次设计的组合机床为刀具和工件都安装在各自的滑台上。在配置铣削头固定的卧式组合机床时，其传动装置的电机通常是采用顶置式，即电动机放在铣削头上方。在配置铣削头移动的卧式组合机床时，其传动装置的电机通常是采用侧置型式。3.3 被加工零件的工序图3.3.1 被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据选定的工艺方案来表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容，是包括加工部位尺寸精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、加压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况的图纸。他不能用用户提供的产品图纸代替，必须在原零件图的基础上突出机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的，它是组合设计的主要依据，也是制造、使用和调整机床，检查精度等级的重要技术文件。3.3.2 零件工序图的内容（1） 在图上应标出被加工零件的形状、轮廓尺寸及本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸，尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的形状及尺寸，以便检查工具、夹具、刀具是否发生干涉。（2） 加工用定位基准、夹压部位及夹压方向，以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧、导向系统的设计。（3） 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状、位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。（4） 必要的说明文字，为被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。绘制工序图时应注意的事项如下。（1） 为了使加工零件工序图清晰明了，一定要突出本机床的加工内容，绘制时要采用合适的比例，选择足够的视图及剖视突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具有关的部位用实线表示清楚，凡与本道工序保证的尺寸、角度等均有关的部位用粗实线表示清楚，加工用的定位基准符号“，加压位置及方向用符号“”，如图3-1 所示。（2） 加工部位的位置尺寸应从定位基准注起，为便于加工及检查尺寸，应采用直角坐标系注标，而不采用极坐标系，但有时因选择定位基准与设计基准的不重合，则需将加工部位要求的位置尺寸公差换成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面：一是要能达到产品图纸要求的精度；二是采用组合机床能够加工出来。（3） 注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。图 3-1曲轴铣端面打中心孔工序简图3.4 被加工零件加工示意图3.4.1 加工示意图的作用和内容加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位，它是刀具、 辅具、夹具、主轴箱、液压电器装置设计及通用不见选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。加工示意图要反映机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头或接杆的尺寸，镗杆长度，主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动力头的工作循环。加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序：首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图，特别注意将那些距离很近的孔严格按比例相邻绘制，以便清晰看出相邻刀具、工具、主轴等是否相碰；然后，根据工件加工要求及选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式，位置尺寸，选择主轴和接杆；从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一把刀具，从主轴箱到工件间的最下距离来确定安全刀具、导向及工件之间的尺寸关系。加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。在轴数多时，必须在孔旁边标上号码， 以便于设计和调整机床。加工示意图时，一定要分出工位，按每工位的加工内容顺序进行绘制，同时还要画出工件在回转工作台或鼓轮上的位置示意图，以便能清楚地看出工件及主轴的排列位置。加工示意图包括以下内容。（1） 反映机床的加工方法、加工条件以及加工的过程。（2） 根据加工部位的特点以及加工要求，决定刀具的类型、数量、结构、和尺寸（ 直径和长度），包括镗削加工时决定镗杆的直径还有长度，钻和扩加工时决定钻、还有扩杆的直径和长度等。（3） 决定主轴的结构的类型、规格尺寸以及外伸的长度。（4） 选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置，并决定它们结构、参数及尺寸。（5） 标明主轴及接杆、夹具与加工之间的联系尺寸、配合及精度。（6） 根据机床要求的生产率以及刀具、材料的特点等，按照要求合理确定并标注各主轴的切削用量。（7） 决定机床动力部件的工作行程以及工作循环。3.4.2 加工示意图的编制（1） 刀具的选择选择刀具时可考虑工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素。根据本工序特点，应选用硬质合金端铣刀和高速钢麻花钻。（2） 工序余量查组合机床设计手册得： 端面加工余量为 45mm，选择 4.5mm；孔加工余量为 1.52.0mm，选择 1.5mm。（3） 切削用量本工序的切削用量在前面已经叙述过，也可参见工艺卡片上的相应内容。（4） 动力头工作循环及行程确定 动力头工作循环一般包括快进、工作进给、快退等动作。铣端面和打中心孔的工作循环为：快进工作进给快退。工作进给长度确定铣：L=5mm；钻：L=15.5mm。快进长度确定铣：L=20mm；钻：L=20mm。快退长度确定快退长度等于快进长度和工作进给长度之和，即，铣：20+5=25mm；钻 20+15.5=35.5mm。铣端面打中心孔加工示意如图 3-2 所示。其中铣端面时，S=0.3mm/z，n=250mm/r；中心孔时，S=0.2mm/z，n=125mm/r。3.5 组合机床联系尺寸图的绘制机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸以及相互联系关系的，是开展各专用部件设计和确定机床最大占地面积的指导的图纸。组合机床是由一些通用的部件和专用的部件组成的。为了使所设计的组合机床既能满足预期的性能要求，而且又能做到配置上匀称合理，符合多快省的精神，必须对所设计的组合机床各个部件之间的关系进行全面的分析和研究。组合机床联系尺寸图就是在被加工零件工序图与加工示意图绘制之后，然后根据初步选定的主要通用的部件，以及确定的专用部件的结构原理来绘制的图 32 铣端面打中心孔加工示意图3.5.1 机床装料高度的确定确定机床装料高度需要考虑车间运送工件的滚道高度、工件最低孔的位置、主轴箱最低主轴高度和通用部件高度尺寸的限制。根据我国具体情况，为便于操作和省力， 对于一般卧式组合机床、流水线和自动线，装料高度定为 850mm。对于加工中心工件的自动线，考虑自动排屑，特别是一些要从机床垂直下方返回随行夹具的自动线，装料高度可采用 1000mm。鼓轮机床的装料高度一般取 12001300mm，本组合机床的装料高度设计为 900mm。3.5.2 夹具外形轮廓尺寸的确定夹具是用于定位和加紧工件的。所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。在加工示意图中对工件和镗模间的距离，以及导套的尺寸，都有了规定。所以确定长度尺寸时，主要在于合理地选取镗模架的厚度。对于高度不大的镗模架，其厚度可取150200mm；当镗模架较高（如鼓轮机床镗模架），为了保证有足够的刚度和稳定性，其厚度可取 250300mm。在掌握了工件宽度、工件和镗模架间的距离和镗模架的厚度尺寸后，即可确定夹具底座的总长尺寸。为了补偿铸件的铸造误差，它应比上述三项尺寸总和稍微大一些，一般大1020mm。夹具底座高度确定。夹具底座的高度应视夹具大小而定，既要保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，为了便于布置定位元件，一般夹具底座的高度不少于 240mm。3.5.3 机床通用部件的选择此次设计的专用组合机床所用的通用部件有：一个动力头、一个滑台、一个侧底座、一个垫铁、一个中间底座和一个电动机，根据设计要求，本组合机床通用部件选取见表 3-1。（1） 中间底座尺寸的确定 在加工示意图中，已确定了工件端面至主轴箱端面在加工终了时的距离，根据选定的动力部件及其配套部件（滑坐、床身等）的位置关系，并考虑动力头的前备量等因素，就可以确定中间底座长度尺寸。本道工序设计的组合机床中间底座长度为 1250mm。表 3-1通用部件尺寸通用部件名称名 义尺 寸/mm标记通 用 部件名称名义尺寸/mm标记动力箱250GB3668.983侧底座250900450630 GB3668.683滑台250790250250中间底2501250500560 GB3668.683GB3668.483座在确定中间底座高度尺寸时，应考虑切屑的贮存及排除、电气接线盒的安排以及冷却液的贮存，其容量应不小于 35min 冷却泵的流量。对于加工铸铁件的机床，为了使冷却液有足够的沉淀时间，容量还应大一些，有时取 1015min 冷却泵的流量。当装料高度取 850mm 时，床身和中间底座之间结合面的高度，无论哪一型号的床身都是统一的，定为 540mm，所以中间底座的高度一般总是大于 540mm。本机床的中间底座高度设计为 560mm。（2） 主轴箱轮廓尺寸的确定 标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸构成。主轴箱体厚度为 180mm。前盖有两种尺寸，卧式为 55mm，立式为 70mm。后盖厚度有90mm 和 50mm 两种尺寸，通常采用 90mm 的后盖。因此，主轴箱总厚度卧式通常为 325mm， 立式主轴箱通常为 340mm。下面是主轴箱的宽度 B、高度 H 和最低主轴高度尺寸的确定，见式(3-1)。B=b1+b2H=h1+h1+h2式(3-1)式中B最边缘主轴中心至主轴箱外壁的距离；B工作上要加工的在宽度方向上相隔最远的两孔距离； H工件上要加工的在高度方向上相隔最远的两孔距离； H最低主轴中心至主轴箱底平面的距离，即最低主轴高度； H最上边主轴中心至主轴箱外壁的距离。为了保证主轴箱内有足够的空间安排传动齿轮，推荐 H=B70100mm。主轴箱的最低主轴高度 H 不能孤立地任意确定，必须考虑它与工件最低的位置、机床配置型式、装料高度和动力部件、滑座、床身的关系，一般应大于 85120mm，具体见表2-6。表 3-2最低主轴高度简化计算公式动 力 部 件代号H+5h1+h2最低主轴高h1动力头2754.5953754.5954724.51155769.580动力滑台2770115345动力箱377011545以上介绍了绘制机床联系尺寸图时应考虑的问题和主要联系尺寸的确定。此外，在联系尺寸图上还必须明确表明运动部件的重点和原位状态，以及运动过程中的情况。如对于动力头必须表明其退回的最远状态，以便确定机床的最大轮廓尺寸，对于回转工作台、移动工作台或回转鼓轮机床，需要特别注意动力头退回原位时，刀具、托架等必须处于夹具移动或回转的最大尺寸范围以外。在机床联系尺寸图上应表明工件、夹具及动力头的中心线之间的关系。特别当工件上加工部位对于工件中心线不对称时，动力部件对于夹具和中间底座也就不对称这时应注明动力头中心线相对夹具中心线的偏移距离。联系尺寸图绘制后，在进行机床各部件的具体设计过程中，可能发现某些尺寸定的不合理，甚至不能实现，则可按需要返回来修改联系尺寸图，加以调整。机床的联系尺寸图主要应针对各部件之间的联系尺寸进行标注，各部件只画出必要的轮廓形状即可，尽量减少不必要的线条和尺寸。各部件应严格按同一比例绘制。至此，组合机床的各部件尺寸已确定，组合机床设计总图见附图。安装时首先将侧底座和中间底座的螺栓孔与销孔连接好，再布置好方位，然后按照滑台底下的螺栓孔与侧底座上面孔将其连接好，最后安装动力箱和主轴箱。4 专用夹具设计4.1 专用夹具特点及步骤夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺结构的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹紧、刀具的导向以及装卸工件时的限位等作用的。4.1.1 组合机床专用夹具的特点组合机床夹具和一般夹具所起的作用比起来很接近，但是组合机床夹具结构和设计要求却有很高的要求，甚至是本质的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择有很大的影响。以下是组合机床专用夹具的主要特点。（1） 一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，然而组合机床夹具是机床的主要组成部分，它的设计工作是整个组合机床设计的最重要内容之一。（2） 组合机床夹具和其他的机床之间有着密切的联系，如何转或移动工作台、回转鼓轮和主轴箱、刀具和辅具、钻模板和托架以及支承部件等。正确地解决它们之间的关系是保证组合机床工作的可靠和使用性能良好的重要条件之一，而且夹具的结构也必须按照这些部件的具体要求来确定（3） 由于组合机床夹具常常是多刀、多面和多工序同时加工的，这样就会产生很大的切削力和振动，因而组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的夹紧力，以保证在整个加工过程工件不产生任何位移。同时，也不应使工件产生不容许的变形。（4） 组合机床夹具是保证加工精度的关键部件，其设计、制造和调整都必须有严格的要求，使其能持久地保持精度。（5） 组合机床夹具应便于实现定位和夹紧的自动化，并有动作完成的检查信号；保证切削从加工空间自动排除；便于观察和检查，以及在不从机床上拆下夹具的情况下，能够更换易损件和维护调整。此外，不要把组合机床夹具和一般的组合夹具混淆起来。组合夹具是在万能机床上为了完成某一道工序的加工，用一些标准的和通用的元件组装成的定位夹紧装置。用完后可用这些元件重新组装成新的夹紧装置。而组合机床夹具则是以部分的通用元件加上专用件组成的专用夹具，它不便于改装。按结构特点，组合机床夹具分为单工位和多工位夹具两大类。单工位夹具是指工件在一个工位上完成加工工序的机床夹具。按被加工零件的结构和加工要求，单工位夹具有固定式的、带滚道或浮动滚道的、和小车等形式。4.1.2 组合机床夹具设计步骤（1） 认真研究分析所要设计夹具的原始数据和要求因为在拟订组合机床的工艺和结构方案时，对夹具的结构型式和主要性能已提出了原则要求。在具体开展夹具设计时，必须认真分析这些要求并研究影响夹具设计的所有因素，也就是被加工零件的结构特点、工艺安排和加工方法、机床特点、刀具及其导向的结构特点和要求等。（2） 拟订夹具结果方案和进行必要的相关计算 根据机床设计中确定的工件定位基面、夹压位置、加工方法和刀具导向方式等，制定夹具的总体方案。由此，首先绘制工件的外形，并且要有必要的投影，其主要投影和工件在机床上的加工位置一致。然后，在工件四周的相应位置上简单表示出夹具的结构。最后进行夹紧力计算和必要的夹具元件的强度计算，为了提高质量和缩短设计制造周期，在拟订夹具结构方案时，应当尽量采用通用的部件和零件。（3） 组合 夹具的总图和零件的设计 在已确定的夹具结构方案的基础上，设计生产用的夹具总图和相关的零件图。组合机床夹具的结构往往比较复杂，其总图必须有足够的投影和剖视，尺寸标注齐全合理，并严格按比例绘制。按照组合机床家具的主要功能，其结构可以分为三大部分，即定位支承系统、夹紧机构和刀具导向装置。4.2 夹具定位支撑系统定位支承系统主要是由定位支承、辅助支承和一些 限位元件组成的，定位支承是指在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件。辅助支承是指仅用作增加被加工零件在加工过程中稳定性的一种活动式的支承元件。由于定位支承元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被加工零件的精度。为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦，设计时必须注意以下问题。（1） 合理布置定位支承元件，力求使其组成较大定位支承平面。最好使夹紧力的位置对准定位支承元件。当受工件结构限制不能实现时，也应使定位支承尽量接近夹紧力的作用线，并使夹紧力的合力中心处于定位支承平面内。（2） 提高刚性，减少定位支承系统的变形。（3） 提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。（4） 可靠地排除定位支承部位的切屑。使切屑不堵塞和粘附在定位支承系统上，对定位准确性和工作可靠性有很大影响。因此设计时应尽可能不使切屑落到定位支承系统上。4.2.1 工件定位方案曲轴虽然属于异性轴，但是它的定位与一般轴类零件基本相同，即：圆柱面定位。本道工序是加工 3051 处的两个端面。根据零件的结构特点和加工部位确定其定位方案为： 采用两个 V 形块分别在两主轴颈处定位，限制四个自由度；为防止加工过程中工件的轴向移动，用一个定位销在扇形面处定位，限制一个自由度；为防止加工过程中工件的轴向移动，此处自由度可不限制。至此，工件的五个自由度全都被限制住了，可保证工件加工的准确性。4.2.2 定位误差分析机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。在这些因素中，有一项因素与机床家具有关。使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的位置及工件在夹具中的定位密切相关。为满足工序加工要求，必须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定的工序误差，即： j wg(4-1)式中jwg与机床夹具有关的加工误差；与工序中除夹具外其他因素有关的误差；工序误差。可见使用夹具加工工件时，应尽量减小与夹具有关的加工误差，在保证工序加工要求情况下，留给加工过程中其他误差因素的比例大一些，以便较易控制加工误差。本工序的定位误差计算如下。0,1 ,1D W A D W AD W B2DD W C2D式中中心孔的定位误差，mm； D W B ， D W C 左右两主颈定位基准80 的基准误差，mm；D80 的尺寸公差，mm。j 11 0.02m mD W AD W BD W C2D2D j w 1 0.020.01 0.03m m 0.05m mD 2D由此可见定位误差满足零件的精度要求。4.3 夹紧机构在机械加工过程中，工件将受到切削力、离心力、惯性力等外力的作用。为保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠的夹紧。夹紧装置由以下几个部分组成。（1） 力源装置 力源装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机构夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。（2） 中间递力结构 中间递力结构是 将力源和夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成夹紧动作，对夹紧装置的基本要求如下。在夹紧过程中，工件应能保持相似既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。紧力的大小要适当、可靠，既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。紧装置应操作安全、方便、省力。4.4 夹紧装置设计的步骤（1） 夹紧元件选择常用夹紧元件有：螺母、螺钉、螺栓、压块、压板等。组合机床夹具常用夹紧机构为压板，压板分类为平压板、钩形压板、浮动压板三大类。 其中平压板在组合机床夹具中应用最广泛，平压板常用形式有固定式压板、移动式压板、旋转式压板。根据本零件的结构尺寸和本道工序的加工要求，固定式压板不可用，旋转式的可用，（2） 夹紧动力部件的确定动力部件作为夹紧机构的力源，可分为手动夹紧与自动夹紧，组合机床常用自动夹紧力源，气动夹紧、液压夹紧与夹紧扳手都属自动夹紧力源。为提高生产自动化程度和生产本夹具选用液压夹紧。液压夹紧利用压力油作为夹紧动力，通过中间传动机构，使夹具的夹紧元件执行夹紧动作。在组合机床夹具上，采用液压夹紧机构较多。液压夹紧机构具有操作简单，动作迅速，易于集中控制、程序控制和实现工序自动化；工作压力高，液压缸结构尺寸小；便于实现过载自动保护和元件便于标准化等一系列优点。 此外，由于油液具有不可压缩性，因此液压夹紧能够维持的刚性比气动夹紧等所能维持的刚性高。由于液压传动易于实现复杂的自动工作循环，并且可以采用统一的液压系统来控制夹紧机构，因此在组合机床自动线上广泛采用液压夹紧机构。由于夹具底座的轮廓尺寸已经初定，现选择后法兰式夹紧液压缸。（3） 夹紧力计算WWLl1式（4-2）OKl0MWrapple QO r tan1tanz2 MWrapple Ll1QK r tan1tanz2 0l得：950;l57.5m m ,L 1132W Q L170 1133726.14NOr tan1rz tanapple 24 tan 455.67 tan136950式中W OW K0M Q单个螺旋夹紧时产生的夹紧力，N；实际所需要的夹紧力，N；除螺旋机构外的效率，其值为 0.850.95；动力距，Nmm；r 螺杆与工作间的当量摩擦半径，mm；1螺杆与工作间的摩擦角；2螺旋副当量摩擦角；rz螺纹中经之半，mm； 螺纹升角。确定夹紧力时应注意的几个问题。组合机床通常都是多面多工序同时加工，在一台机床上往往有大量刀具同时工作， 粗加工时切削力都很大，加工振动也很大，尤其在多轴粗镗孔时。由于工件材料硬度不均匀，加工余量不均匀和刀具磨钝等因素的影响，往往使实际的切削力大大增加。组合机床夹具是保证加工精度的主要部件，因此，要注意工件夹紧后产生的变形对加工精度的影响，尤其在工件刚性差、精度要求高的情况下，更应特别注意。为保证夹紧可靠，应选择机床工作过程中最不利的工作状态来确定所需的夹紧力。将夹紧力计算简化后的力学模型如图 4-1 所示。在设计夹紧装置时可只考虑切削力（矩）对夹紧的影响，并假定工艺系统是刚性的，切削过程基本稳定。选用液压螺旋夹紧结构，液压缸为后法兰式 2 号单作用液压缸，当压缩液压油时P=0.5MPa，液压缸力为 3900N。故实际夹紧力为 N 油=3900N,此时 N 油大于所需的夹紧力3726.14N，本夹具可安全操作。4.5 铣床夹具设计要点图 4-1压板受力图（1） 为提高铣床夹具在铣床上安装的稳固性，除要求夹具有足够的刚度和强度外，还应注意使工件的加工面尽可能靠近工作台面，以降低夹具重心。因此夹具的高度比 H/B 应限制在 11.25 的范围内。（2） 对定位装置的设计和布置，应尽量使主要支承面大些；要尽量选取加工过的平面为定位基准；定位元件要用支承板，且布置尽可能远些，必要的时候可采用辅助支承，以免加工时发生振动。（3） 铣床夹具的夹紧装置应有足够的夹紧力和良好的自锁性能。夹紧力的作用点要尽量靠近加工表面，并夹紧在工件刚性较好的部位，以保证夹紧可靠，定位稳定。必要时可采用浮动夹紧机构，以提高夹紧刚度。（4） 为了减少装卸工件需用的辅助时间，改善工人的劳动条件，在与夹具的复杂程度、工作效率和生产规模相适应的前提下，要注意采用快速夹紧、联动夹紧、动液压夹紧装置和机械化传动装置等。4.6 对刀引导装置的设计对刀装置用来确定刀具和夹具的相对位置，它是由对刀块和塞尺等所组成。利用它可迅速而准确的调整刀具和夹具的相对位置。对刀时，要使用对刀平塞尺或对刀圆柱塞尺。采用对刀塞尺的目的是为了防止刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃和对刀块的工作表面。使用时，将塞尺放在刀具和对刀块之间，凭抽动塞尺的松紧感觉来判断对刀精度。对刀块在夹具中的位置，应设于刀具开始铣削或刨削的一端，以免在加工过程中因换刀而要卸下正在加工的工件。在实际生产中，如果由于工件的加工精度较高，用对刀块对刀不能保证加工精度时，则采用试切对刀。即使采用对刀装置对刀之后，对加工的第一个工件也要进行测量，如其尺寸精度不能达到规定要求时，还必须调整刀具，直到加工合格为止。 有时由于夹具结构的限制，不便于设置对刀块，则可以用标准试件对刀。4.6.1 对刀块的设计因为本道工序是完成单曲轴铣端面的铣削加工，所以应该选用直角对刀块，而且根据 GB2242-80 直角对刀块的结构和尺寸如图所图 42 直角对刀块结构和尺寸图塞尺选用平塞尺，其结构如图所示：图 43 平塞尺寸图塞尺尺寸为：表 41 塞尺尺寸（mm）公称尺寸H允差 dC3-0.0060.254.6.2 钻套、衬套设计中心孔的加工直接使用中心孔钻钻削而成，钻削时需要有钻套引导，考虑在大批量生产时，钻套会有磨损，故选用可换钻套，引导钻削过程。图 44 可换钻套图可换钻套结构参数如下：表 42 可换钻套结构参数（mm）dHDD1D2hh1mm1ra公称尺寸允差82012+0.018+0.007221810477160.5衬套选用钻套用衬套(GB 2263-80)其结构如图所示：其结构参数如下表：图 45 结构图表 43A 型固定衬套结构参数（mm）dHDCC1公称尺寸允差公称尺寸允差12+0.034+0.0162018+0.023+0.0120.525 夹具体结构设计夹具体的设计主要考虑零件的形状以及将上述各主要元件联成一个整体。在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考虑便于装卸工件及在机床上的固定。因此，夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决于工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等，所以在夹具设计中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。在夹具体的设计中应满足以下基本要求：（1） 有足够的强度和刚度（2） 减轻重量，便于操作（3） 安放稳定，可靠（4） 结构紧凑，工艺性好（5） 尺寸稳定，有一定的精度（6） 排屑方便本文设计的夹具各个部分通过与底板固定，保证相互间的位置精度，从而保证曲轴毛坯的加工精度。由于曲轴尺寸较大，故需将定位曲轴用 V 形块支撑起一定的高度，为了保证两 V 形块之间的定位精度，在 V 形块支座下方设置定位键。为保证对刀块位置精度，亦在其支座下设置定位键。其余部分对精度要求不高，因此就不再设置定位键。结论本次设计的曲轴是运用到汽车、拖拉机的发动机里的，在高速运动中的轴要求很高， 所以选材采用球墨铸铁。对曲轴铣端面打中心孔加工工艺，根据机械加工工艺，制定了传统的工艺路线 。对组合机床的总体设计确定结构方案，选用卧式双面铣削和钻削组合机床， 更适于对本论文零件的加紧定位和精确加工，同时为了零件能够先铣后钻，设计夹具时用了两个 V 型固定的方式，来使轴有效的固定。组合机床为刀具和工件都安装在各自的滑台上。要注意的是：在配置铣削头固定的卧式组合机床时，其传动装置的电机通常是采用顶置式，即电动机放在铣削头上方。在配置铣削头移动的卧式组合机床时，其传动装置的电机通常是采用侧置型式。对中间底座和主轴箱尺寸的确定，根据动力部件和其配套部件的位置关系，考虑动力头的前备量等因素，确定其尺寸；根据主轴箱、前端盖和后端盖三层尺寸构出箱体厚度。在刀具选择方面，考虑到了工件加工尺寸的精度、表面粗糙度、切屑的排除以及生产效率等因素，作了调查和一些相应的计算，最后选择了合适的铣刀和镗刀。致谢时光飞逝，四年的大学生活即将结束，我的毕业论文也已定稿，经过这许多天的努力， 回首往事，感触颇深。首先，我要感谢我的指导老