曲轴铣端面打中心孔机床总体设计及夹具设计

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 目 录 1 绪论 1 2 组合机床总体设计 3 2.1 总体方案论证 3 2.1.1 工艺方案的拟定 3 2.1.2 机床配置形式的选择 4 2.1.3 定位基准的选择 5 2.1.4 滑台型式的选择 5 2.2 确定切削用量 6 2.2.1 选择切削用量 6 2.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率 6 2.3 组合机床总体设计—三图一卡 8 2.3.1 被加工零件工序图 8 2.3.2 加工示意图 8 2.3.3 机床尺寸联系总图 9 2.3.4 机床生产率计算卡 11 3 夹具设计 14 3.1 夹具设计的基本要求 14 3.2 夹具设计的方法与步骤 14 3.2.1 设计前的准备 14 3.2.2 拟定夹具结构方案 绘制草图 15 3.2.3 定位误差分析.................................................... 16 3.2.4 夹紧力的计算.................................................... 17 3.3 绘制夹具总图 18 3.4 绘制夹具零件图 18 4 结论 19 参考文献 20 致谢.................................................................. 21 附录.................................................................. 22 1 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，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240～290HB。 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 1：10 50 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Ф19孔，扩孔Ф25，攻2-G1/2螺纹 110 钻斜油孔Ф6 115 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1：10 165 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M42 200 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。 2.1.3 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，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/m·min﹣1 每齿走刀量S/（mm/齿） 铸铁 粗铣 2~5 50~80 0.2~0.4 精铣 0.5~1 80~130 0.05~0.2 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/mm 160~200HB 200~241HB 300~400HB v/m·min﹣1 S转/mm·r﹣1 v/m·min﹣1 S转/mm·r﹣1 v/m·min﹣1 S转/mm·r﹣1 22~50 16~24 0.4~0.8 10~18 0.25~0.4 5~12 0.2~0.3 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=aa v=aZn n= 式中，a—两个方向平均切削厚度（mm）；p—单位面积切削力（N·mm）；n—转速（r/min）；A—切削面积（mm）；v—切削速度（m/min）；f—进给量（mm/r）；v—每分钟进给量（mm·min）；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(N·mm) 已知：a=5mm；v=62.8m·min；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 =（1.1~1.6）ae mm，所以取d0=80mm。 硬质合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，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 3~5mm，选择3.0mm； 孔加工余量为1.5~2.0mm，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。 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，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（790×250×250）和1HY32（790×320×320）,侧底座型号为1CC252（900×450×630） 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 ≧70~100mm。 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85~120mm，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 2 754.5 95 3 754.5 95 4 724.5 115 5 769.5 80 动力滑台 2 770 115 3 4 5 动力箱 3 770 115 4 5 2.3.4 机床生产率计算卡 A.理想生产率Q（件/h） 理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。由文献[1]P51公式： 计算，式中， A—年生产纲领（件），本课题中A选择15000件； —全年工时总数，本课题以单班制计，则。 则根据公式(2-8)得: 件/h B.实际生产率Q1（件/h） 实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。 式中: —生产一个零件所需时间（min），可按下式计算： 式中: —分别为刀具第I、第II工作进给长度，单位为mm； —分别为刀具第I、第II工作进给量，单位为mm/min； —通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转5～10转所需的时间，单位为min； —分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm； —动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取5～6m/min；用液压动力部件时取3～10m/min； —直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1min； —工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.5～1.5min。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即，则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。 根据本组合机床的年产量15000件，可选用下列数据进行计算，=5m/min，=0，=1.5min。则实际生产率计算如下： 由上面得到的结果可以算出：=1.5+0.004+0.008+0.005+0.09+0.004+0.62+0.007+0.06=2.298（min） 则据公式(2-9)得: 可以看出＞，设计方案比较合理 C.机床负荷率 机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。查组合机床设计简明手册 则据公式(2-11)得: 表2-4 生产率计算卡 被 加工 零件 图号 4 毛坯种类 铸件 名称 曲轴 毛坯重量 材料 HT150 硬度 240～290HB 工序名称 铣端面打中心孔 工序号 序号 工步 名称 被加工零件数量 加工直径(mm) 加工长度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m /min) 每分钟转速 (r/ min) 进给量 (mm/r) 进给速度 (mm /min) 工时(min) 机加工 时间 辅助 时间 共计 1 装卸工件 1 1.5 1.5 2 快进（铣端面） 20 0.004 0.004 3 工进（铣端面） 50 5 5 62.8 250 2.4 600 0.008 0.008 4 快退（铣端面） 25 0.005 0.005 5 中间滑台快进 450 0.09 0.09 6 快进（打中心孔） 20 0.004 0.004 7 工进（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 死挡铁停 0.06 0.06 备 注 装卸工件时间取决于操作者熟练程度,本机床计算时取1.5min 总计 2.298min 单件工时 2.298min 机床生产率 6.38件/h 机床负荷率 24.4% 3 夹具设计 3.1夹具设计的基本要求 机床夹具设计是工艺准备工作的重要内容之一。夹具设计的质量，对生产率，加工成本以及生产安全等有直接的影响，为此设计夹具时必须考虑以下几个方面的基本原则和要求： 1.保证工件的加工精度。保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关键在于，正确地确定定位方案、夹紧方案和刀具导向方式，合理地设计夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。 2.能提高机械加工的劳动生产效率、降低工件的制造成本。夹具设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构、自动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中心批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制造成本。 3.结构简单，操作方便、安全和省力。夹具的操作要尽量做到结构简单、方便、省力，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度。并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。 4.便于排屑。夹具的排屑是一个容易忽视的问题，如果排屑功能不好，切屑积集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形，影响加工质量；切屑的的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。切屑积集严重时，还会损伤刀具以致造成设备事故或工伤事故。因此，排屑问题在夹具设计时必须给予充分的注意，在设计高效组合机床夹具时尤为重要。 5.有良好的结构工艺性。夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，应尽可能选用标准元件和标准结构。 3.2夹具设计方法与步骤 3.2.1设计前的准备 1.分析零件工序图、毛坯图及装配图，分析零件的作用、形状、结构特点、材料及毛坯制造精度及技术要求； 2.分析零件的加工工艺规程，工艺装备设计任务书，对任务书所提出的要求进行可行性研究； 3.了解所用机床的规格、性能、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸； 4.了解所用刀具、量具结构、规格以及测量及对刀调整方法； 5.了解零件的生产纲领、投产批量及生产组织等有关问题；收集有关设计资料。 3.2.2拟定夹具结构方案、绘制草图 在分析各种原始资料的基础上，确定夹具的类型、定位设计、夹紧方式、导向方案 、连接方式、总体布局和夹具的结构形式。绘制方案设计图，进行工序精度分析，对动力夹紧装置进行夹紧力的计算。 1． 确定定位方案 工件以外圆柱表面定位在生产中经常可见，根据外圆柱面的完整程度、加工要求和安装方式不同，相应的定位元件有V形块、圆孔、半圆孔、圆锥孔及定心夹紧装置，但其中应用最广的是V形块。 V形块的最大优点是对中性好，它可使一批工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且使安装方便。V形块定位的另一个特点是应用范围广泛。无论定位基准是否进行过加工，是完整的圆柱面还是局部圆弧面，都可采用V形块定位。 本道工序是加工两个端面。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形块分别在两个主轴颈处定位，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；工件沿轴向转动不影响加工的准确性，此处自由度可不限制。至此，工件的五个自由度全被限制了，可保证工件加工的准确性. 2．对刀装置工作原理 对刀装置用来确定刀具和夹具的相对位置，它是由对刀快和塞尺所组成。利用它可迅速而准确的调整刀具和家具的相对位置。对刀时，要使用对刀平塞尺或刀圆柱塞尺。 采用对刀塞尺的目的是为了防止刀具和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快之间，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切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，用对刀快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。有时由于夹具结构限制，不便于设置对刀快，则可以用标准试件对刀快。 3. 夹紧原件选择 夹紧元件选择有：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为广泛，平压板常用形式有固定是压板、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，所以本次设计的夹具夹紧元件为旋转式压板。 4.夹紧动力部件的确定 动力部件作为夹紧机构的力源，可分为手动加紧与自动加紧，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于自动加紧力源。为提高生产自动化程度和生产率，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，使家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初定，现选择法兰式夹紧液压缸。 5.设计夹具体，形成夹具结构草图 夹具上的各种装置通过夹具体连接成一个总体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置及夹具与机床的连接。 夹具体设计的基本要求： A.有适当的精度和尺寸稳定性。 B.有足够的强度和刚度。 C.结构工艺性好。 D.排屑方便。 E.在机床上安装稳定可靠。 铣床夹具一般用夹具体底面在机床工作台平面上定位。对于较大的夹具体，可采用周边接触、两端接触或四脚接触等方式。为确定夹具在机床工作台上的方向，在夹具底面设置定位键与T型槽配合。 3.2.3 定位误差分析 不考虑V形架的制造误差，则工件定位基准在V形架的对称面上，因此在工件中心线在水平方向上的位移为零。但在垂直方向上，因工件的外圆有误差，而产生基准位移。查《机床夹具设计》可得用V形块定位外圆时的定为误差公式为： 式中为V形块两V形面的夹角，90度； 为外圆尺寸自由公差，0.02mm； 代入得mm小于该工序所规定的工序误差。 由此可见定位误差满足零件的加工要求。 3.2.4 夹紧力的计算 确定夹紧力应注意的几个问题： 1.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，尤其是多轴粗镗孔时。 2.由于材料硬度不均匀，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。 3.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加工对加工精度的影响，尤其是在工件刚性差、精度要求不高的情况下，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。 计算夹紧力时，通常夹具与工件看成是一个刚性系统。根据工件所受的切削力、夹紧力的作用情况，找出加工中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出夹紧力，再乘以安全系数，即 式中—实际所需的夹紧力，单位N —理论夹紧力，单位N —安全系数 安全系数K可按下式计算 式中~为各种安全系数，查《机床夹具设计》选取=1.3，=1.2，=1.5，=1.0，=1.0，=1.0，=1.5。代入得 防止工件轴向移动，查《机床夹具设计》得工件外圆以V形块定位的夹紧力计算公式为 式中K—安全系数，K=2.6325 F—切削力，F=346.9N —V形块两V形面夹角， —工件与压板间的轴向摩擦系数， —工件与V形块间的轴向摩擦系数， 代入计算得 选用液压一螺旋夹紧机构，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1200N。故实际夹紧力为N油=1200N，此时N油大于所需的夹紧力1084.8N，本夹具可安全工作。 本设计选用液压夹紧装置：液压夹紧装置是是用高压油产生动力，优点是：操作简单省力、动作迅速，使辅助时间大为减小，液压夹紧的油压可达5010MPa——6510MPa，传动力大，尺寸结构也较小，油液不可压缩，工作平稳，夹紧可靠；无噪声，劳动条件好。 3.3 绘制夹具总图 在经过分析、论证并确定夹具结构之后，即可按草图所形成的总图正式绘制成夹具装配图。 夹具装配图中除应将结构表示清楚外，还应反应以下几个方面的内容： 1.标注有关尺寸、公差及配合。 2.制定夹具的技术条件。 3.夹具零件的编号及编制零件明细表。 3.4 绘制夹具零件图 在完成夹具总装配图设计之后，对于非标准零件应分别绘制或设计零件图。零件图中的尺寸、公差及技术要求应符合总装配图的要求，同时要考虑制造与装配的工艺性以及夹具的使用方便、安全等问题。 4 结论 本次设计的曲轴铣端面打中心孔机床，是针对压缩机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。该零件的总体轮廓尺寸较小，属于小型零件加工，零件的定位夹紧元件也不会太大，设计时考虑诸多因素后，决定选用卧式双面铣削和钻削组合机床。提高了加工精度及保证了相应的位置精度，同时大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的生产成本，增加了经济效益。 本次设计中的夹具设计：采用的是专用夹具。定位方面用两V形块配合定位钉限制工件五个自由度；夹紧方面，力源采用液压缸，中间递力机构为推杆，夹紧元件选择压板。在这次设计中，我设计的曲轴铣端面打中心孔机床的总体及夹具的设计，涉及内容较广，所以需要参考的资料也非常的多，为了增加对组合机床的感性认识，还要到一些公司进行调研。通过努力，总体方案设计的还是比较合理的，加工示意图中规定了刀具对于工件的尺寸，尺寸联系图总体尺寸也符合要求。该组合机床采用的液压滑台，进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度；同时又能获得较大的进给力，安全可靠。 参考文献 [1] 谢家赢．组合机床设计简明手册[M]．北京：机械工业出版社，1994. [2] 白成轩.机床夹具设计新原理[M]．北京：机械工业出版社，1997. [3] 徐发仁．机床夹具设计 [M]．重庆：重庆大学出版社，1993. [4] 王旭 王积森．机械设计课程设计[M]．北京：机械工业出版社，2007. [5] 鲁屏宇. 工程图学[M]．北京：机械工业出版社，2005. [6] 徐锦康．机械设计[M]．北京：高等教育出版社，2004. [7] 黄鹤汀．机械制造装备[M]．北京：机械工业出版社，2001. [8] 吉卫喜．机械制造技术[M]．北京：机械工业出版社，2001. [9] 朱龙英．机械原理[M]．西安电子科技大学出版社，2009. [10] 王先逵．机械加工工艺手册[M]．浙江：机械工业出版社，2006. [11] 范鉴青．金属切削原理与刀具[M]．同济大学出版社，1990. [12] 王伯平. 互换性与测量技术基础[M].北京：机械工业出版社，2008. 致 谢 本次设计是曲轴铣端面打中心孔机床总体设计和夹具的设计。夹具的设计就是使加工工件的定位准确、可靠、满足工艺精度要求，提高工作效率。经过三个月多月的努力，已经较好的完成了这次毕业课程设计。 设计初，我们在指导老师的带领下，进行为期四周毕业实习，收集相关的设计资料。完成实习后，对所收集的相关资料进行加工整理，初步讨论、理定设计方案。随即将拟定的方案一步步的转化为实际成果，即绘制好该方案的图纸，并参考各方面的资料，不断的修正完善该设计方案。最后，完成该方案的设计说明书。 为期三个多月的毕业设计已结束，回顾整个过程，我觉得受益匪浅。毕业设计是检查学生综合设计能力的一个重要环节，是对学生独立设计能力的一次考验，也是第一次较全面的实践机会。这次设计使我的理论知识与实践很好的结合在一起，也显示出了我在设计中的一些经验不足和知识欠缺之处，加深了我对理论知识的理解，强化了毕业设计中的感性认识，提高了独立设计能力。深入了解机械产品生产的全过程及新技术、新设备在机械制造业中的应用，了解生产的组织管理、企业改革的情况。深入实践，体会到理论联系实际的必要性，认识到学校学过的许多知识与解决实际生产问题还有很大的差距，而缩短差距的方法只有到实践中去。利用一切方法和手段了解本课题所涉及的研究、生产、销售、使用等方面的实际情况以及有关的数据、图表、文献资料。向生产实践学习，了解与课题有关的生产线、设备、工艺等实际知识。 总的说来，这次毕业设计，使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的锻炼。同时提高了我创新设计能力，锻炼了我认真工作的作风，为即将走上工作岗位打下了良好的基础。 在这次毕业设计期间,得到了指导老师的悉心指导、同组同学的帮助，在这里表示真诚的感谢意！ 附录 序号 图名 图号 图幅 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 被加工零件工序图 QZ-00-01-01 A3 加工示意图 QZ-00-01-02 A3 机床联系尺寸总图 QZ-00-01-03 A0 夹具装配图 QZ-00-02-01 A0 夹具体 QZ-00-02-02 A1 V形块 QZ-00-02-03 A4 压板 QZ-00-02-04 A4 定位钉 QZ-00-02-05 A4 定位销 QZ-00-02-06 A4 内六角螺钉 QZ-00-02-07 A4 端盖 QZ-00-02-08 A3 对刀块 QZ-00-02-09 A4 压板三维造型图 生产率计算卡 21