曲轴铣端面打中心孔机床总体设计及夹具设计教材.docx

1、曲轴铣端面打中心孔机床总体设计及夹具设计教材目 录1 绪论 12 组合机床总体设计 32.1 总体方案论证 32.1.1 工艺方案的拟定 32.1.2 机床配置形式的选择 42.1.3 定位基准的选择 52.1.4 滑台型式的选择 52.2 确定切削用量 62.2.1 选择切削用量 62.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率 62.3 组合机床总体设计三图一卡 82.3.1 被加工零件工序图 82.3.2 加工示意图 82.3.3 机床尺寸联系总图 92.3.4 机床生产率计算卡 113 夹具设计 143.1 夹具设计的基本要求 143.2 夹具设计的方法与步骤 143.2.1 设计前的准备

2、143.2.2 拟定夹具结构方案 绘制草图 153.2.3 定位误差分析. 163.2.4 夹紧力的计算. 173.3 绘制夹具总图 183.4 绘制夹具零件图 184 结论 19参考文献 20致谢. 21附录. 221 绪论曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑 曲轴的旋转是发动机的

3、动力源。也是整个机械系统的源动力。目前国内曲轴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。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。组合机床是按系列化、标准化、设计通用部件和被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

4、，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道具对工件进行加工，它是实行工序集中的最佳途径，是提高生产率的有效设备。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1908年在美国制成的，用于加工汽车零件。组合机床的设计，目前基本上有两种方式：其一，是根据具体加工对象的特征进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而

5、且一些行业在完成一定工艺范围内的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。我毕业设计的课题是

6、曲轴铣端面打中心孔机床总体设计及夹具的设计。该课题来源于盐城市高精装备机电有限公司，主要对曲轴的两个端面面进行铣削和钻孔的机床设计。设计的思路是先进行总体方案的论证，对所选的方案进行计算，然后再完成“三图一卡”和各个零件图的设计。设计后的组合机床能较好的保证面的铣削及位置精度，改变了以往烦琐的加工工艺过程，大大的节约了加工时间，提高了劳动生产率，降低了工人的劳动强度。 夹具部分的设计，是在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上再设计的，并绘制出夹具设计的装配图。夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。设计首先要确定工件的定位方

7、式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，进行夹紧力的计算，并对夹具的主要零件进行结构设计。在进行设计之前我们要做好以下几方面的工作：首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的，这样设计出来的组合机床只是结构完美，外形美观，但实用性差，因此，在设计工作开始前，指导老师特地带我们到江淮动力集团、盐城长虹涂装有限公司、东风悦达二厂等企业进行了实地参观考察，与企业工程技术人员共同讨论，积累了一些宝贵的实践经验。 其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，还涉及到一些新的概念，这就要求我们一边温习以前的知识，一边还要学

8、习新的知识，可以说，整个设计过程就是我们不断复习和学习的过程。第三，通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方，通过反复推敲对比，拟订较为合理的铣削组合机床的总体方案。在设计过程中，由于组合机床大部分是由标准零件构成，另外一些非标准件尽量适应工厂的生产条件，使加工和维修方便，大大减少了设计工作量。限于本人知识水平有限，又缺乏相应的实践经验，在设计中定存在不到之处，敬请老师批评指正，提出宝贵意见，以便及时纠正。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺

9、要求设计的一种高效率专用机床。加工对象为曲轴，材料是QT60-2,硬度240290HB。2.1.1 工艺方案的拟定本机床加工零件特点轴类零件的功用为支撑传动零件、传递扭矩和承受载荷以及保证装在轴上的工件具有一定的回转精度。曲轴在轴类零件分类中属于异型轴，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有变化的弯曲力。它的工作过程是：在外力作用下是曲轴旋转，通过连杆轴颈上的连杆将运动传递到缸筒内的活塞，从而压缩缸内的高压油将油点燃，燃烧的高压油将自身的内能转换为动能推

10、动活塞运动，运动又传递到连杆再通过连杆带动连杆轴颈，这样曲轴继续旋转。被加工零件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、精度以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，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15 正火 20 铣端面，打中心孔30 粗车扇形面外圆及侧面40 粗长轴端面外圆及侧面45 粗车锥面

11、1：1050 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1：10165 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 抛光主轴颈及连杆轴颈210 检验，探伤，退磁，清理油孔2.1.2 机床配置型式的选择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有其特殊性，无论是使用范围、配置型式、通用部件和驱动方

12、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部分。(1)动力部分 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、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)支撑部件 支撑部件是用于安装动力部件、输送不见等的通用部件（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 输送部件具有定位和夹紧装置，用于装夹工件并运送到预定工

13、位的通用部件（如回转工作台、移动工作台和回转鼓轮等），定位精度高。(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。以下机床的主要配置型式。 1 卧式单面组合机床 2 立式单工位组合机床 3 卧式双面组合机床 4 复合式双面组合机床 5 卧式三面组合机床 6 复合式三面组合机床 7卧式四面组合机床 8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

14、台上，以组成铣削头固定的卧式组合机床；也可以将铣削头安装在水平配置滑台上，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带能加工中心孔，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式，即电动机放在铣削头侧面。本次设计采用的铣削头是安装在滑台上的，可随滑台一起移动，但是铣削头调整到适当位置后不再移动，所以采用电动机安装在铣削头的上方配置型式。 2.

15、1.3 定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。从而获到减少机床台数的效果。工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上这些表面称为定为基准。定位基准分为粗基准和精基准。曲轴和一般轴类零件主要区别是：一般轴类零件的全部轴颈位于同一轴线上，而曲轴的主轴颈虽然也位于同一轴线上，但是其连杆轴颈不与主轴颈同轴，而是离开一定距离而彼此平衡。为保证各轴颈的同轴度要求，在基准选择时采用基准同一的原则，即粗、精加工各主轴颈时都采用顶尖孔作为定为基准。对于连杆轴颈的加工，为保证连杆轴颈轴线

16、与主轴颈的轴线之间的平行，在基准选择时应该采用定为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。根据本曲轴的特点，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。2.1.4 滑台型式的选择滑台型式一般分为液压滑台和机械滑台，液压滑台与机械滑台由于采用的传动装置不同，因而在性能、使用及维修等方面各有特点。目前，这两种滑台都得到广泛的应用。本组合机床采用的是液压滑台。液压滑台具有如下优点：1.在相当大的范围内进给量可以无级调速。进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，

17、可以降低加工工件的表面粗糙度。2.可以获得较大的进给力。3.由于液压驱动零件磨损小，使用寿命长。4.工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现。5.过载保护简单可靠。2.2 确定切削用量 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度生产率刀具耐用度机床的结构型式及工作可靠性均有较大的影响。2.2.1 选择切削用量为了使加工过程顺利进行并稳定保证加工精度要求，必须合理地确定工序间的加工余量，查组合机床设计简明手册得硬质合金铣刀的铣削用量：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v/mmin

18、1每齿走刀量S/（mm/齿）铸铁粗铣2550800.20.4精铣0.51801300.050.2 初选v=62.8m/min，S齿=0.3mm/齿，铣削深度为5mm。查组合机床设计简明手册得高速钢钻头加工铸铁件的切削用量：表2-4 高速钢钻头加工铸铁件的切削用量加工直径d/mm160200HB200241HB300400HBv/mmin1S转/mmr1v/mmin1S转/mmr1v/mmin1S转/mmr1225016240.40.810180.250.45120.20.3 初选v=6.28m/min，S转=0.2mm/r。查中心钻刀具尺寸得：切深为15.5mm。2.2.2 计算切削力、切削扭

19、矩及切削功率根据选定的切削用量(主要指切削速度v及进给量f),确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理。人们根据生产实践及试验研究成果，已经整理出不同材料刀具对不同材料工件的进行计算的方法，组合机床设计简明手册中公式：铣端面： 刀具材料工件材料铣削功率P（kW）p=硬质合金端铣刀灰铸铁P=A=aav=aZnn=式中，a两个方向平均切削厚度（mm）；p单位面积切削力（Nmm）；n转速（r/min）；A切削面积（mm）；v切

20、削速度（m/min）；f进给量（mm/r）；v每分钟进给量（mmmin）；a每齿进给量(mm/z)；ap切削深度（mm）；D加工（或钻头）直径（mm）；Z刀具齿数；a切削宽度（mm）。其中a=(5+5)/2=5(mm) ； =1300/5=785.5(Nmm) 已知：a=5mm；v=62.8mmin；a=0.3mm/齿。因为需要知道刀具直径D，所以这里先选择刀具：刀具直径D=（1.1-1.6）a；其中a为被加工面的宽度。根据零件图可知：a=40mm；a=50mm。 专用端铣刀直径d0应按细小工件表面的宽度（即铣削宽度ae）来确定：d0 =（1.11.6）ae mm，所以取d0=80mm。硬质合

21、金端铣刀齿数通常按照铣刀直径选取：Z=（0.08-0.10）D。这里选择Z=8。由以上公式可得：n=(1000*62.8)/3.14*80=250(r/min)；v=aZn=600mm/min；查机械加工工艺手册铣削力计算公式为：式中硬质合金端铣刀铣削铸铁时的系数，取50； 铣削深度，5mm； 每齿走刀量，0.3mm/齿； 铣刀直径，80mm； 铣削宽度，50mm； 铣刀齿数，8；代入得铣削功率选择的电机额定功率为2.5kW，因此选择的切削用量符合要求。2.3 组合机床总体设计三图一卡2.3.1 被加工零件工序图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或一条自动线上完成的工艺内容，

22、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、夹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。它不能用用户提供的产品图纸代替，必须在预案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，它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用和调整机床，检查精度等级的重要技术文件。 绘制工序图时应注意的事项如下： (1)为了使被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

23、工用的定位基准符号用“”，夹压位置及方向用符号“”。 (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，应采用直角坐标系标注，而不采用坐标系，但有时因选择定为基准与设计基准的不重合，则需要将加工部位要求的位置尺寸公差，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；而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。 2.3.2 加工示意图 加工示意图的内容 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、液压电气装置设计及通用部件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

24、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，选择主轴和连杆；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全部刀具、导向及工件

25、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，必须在孔旁标上号码，以便于设计和调整机床。加工示意图还要考虑一些特殊要求，决定动力头的工作循环及行程。最后，选择切削用量及附加说明。绘制多工位机床加工示意图时，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上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。零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。加工示意图的编制 刀具的选择 选择刀具时可考虑工

26、件加工尺寸精度、表面粗糙度、切削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。 工序余量 查组合机床设计简明手册得： 端面加工余量 35mm，选择3.0mm； 孔加工余量为1.52.0mm，选择1.5mm。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：快进工作进给停快进工作进给快退。工作进给长度确定铣：L=5mm ； 钻：L=15.5mm。快进长度确定铣：L快=20mm，钻：L快=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

27、。2.3.3机床尺寸联系总图机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，是开展各专用部件设计和确定机床最大占地面积的图纸。 组合机床是由一些通用部件和专用部件组成的。为了使所设计的组合机床既能满足与其的性能要求，又能做到配置上匀称合理，符合多快好省的精神，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研究。组合机床联系尺寸图是在被加工零件工序图与加工示意图绘制之后，根据初步选定的主要通用部件，以及确定的专用部件的结构原理而绘制的。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、工作最低孔的位置、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，

28、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。对于加工中小工件的自动线，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 1200-1300mm，本组合机床的装料高度设计为900mm。机床通用部件的选择根据设计要求，铣端面和钻中心孔滑台型号分别为1HY25（790250250）和1HY32（790320320）,侧底座型号为1CC252（900450630）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（滑座、床身等）的位置关

29、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。当装料高度取850mm时，床身和中间底座之间接合面的高度，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。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90m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

30、最低主轴高度尺寸的确定。 B=b2+2b1 H=h+h1+h2 式中 b1最边缘主轴中心至主轴箱外壁的距离； b2工件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空距离；h1最低主轴中心至主轴箱底平面的距离，即最低主轴高度；h2 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h2= b1 70100mm。主轴箱的最低主轴高度为h1 不能孤立地任意确定，必须考虑它与工件最低孔的位置、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3-2。表3-2 最低主轴高度简化计算公式动力部件代号h+5 h1+ h2最低主轴高度h1动力头2754.5953754.5954724.51155769.580动力滑台2770 1