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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 摘要： 曲轴中两连杆轴颈 的加工是大批量生产的零件。为了提高生产效率，满足被加工零件的精度要求， 本课题设计了一台用于 加工 曲轴中两连杆轴颈的组合机床。本文介绍了该组合机床总体设计和夹具设计的思路，全文共分两个部分。第一部分 是总体设计，采用 卧式 组合机床，考虑的因素有刀具、切削用量、切削力、切削扭矩及切削功率等，通过计算选择主轴直径、外伸尺寸、接杆型号、滑台、动力箱等通用部件，再确定动力部件的工作循环及工作行程，完成机床总体设计。 第二部分 是夹具设计，通过对被加工零件的全面分析 ，选用曲轴轴颈定位，夹紧装置采用 液压缸 夹紧机构，直接夹紧与工件上；夹具体为框架式结构，有良好的刚性，使夹具能长期保持可靠的精度和稳定性。该组合机床不仅能保证加工精度，还能提高加工效率。整个机床布局合理，夹紧可靠，精度较高，使用操作方便，提高了工作效率，达到了设计要求。 关键词： 铣床； 曲轴；组合机床；夹具； 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 of of in of of is In to of is a is to of of of is of of as so as so by of to be of of of is it on to of is of is is is 毕业设计任务书 课题： 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 褚 宏 班 级 B 机制 051 学 号 0510110132 指 导 教 师 孙 俊 兰 专 业 系 主 任 刘 道 标 发 放 日 期 2009 年 2 月 28 日 一、设计（论文）内容 设计一台 可 加工 曲轴中两连杆轴颈的滚切组合机床，具体进行总体设计和夹具 设计。 主要内容有： 1总体设计 1）制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案。 2）三图一卡设计，包括： (a) 被加工零件工序图， (b) 加工示意图， (c) 机床联系尺寸图， (d) 生产率计算卡， (e) 有关设计计算、校核。 2夹具设计 (a) 夹具总装图， (b) 夹具体零件图， (c) 其它零件图， (d) 有关计 算、校核等 。 二、设计（论文）依据 1课题来源： 江苏恒力组合机床有限公司 2产品名称： 495被加工零件： 曲轴（附工序图） 4工件材料： 硬度 加工内容：滚切两连杆轴颈 62，两端圆角 证轴向尺寸 6. 生产纲领： 大批大量。 7. 批量：本机床设计、制造一台。 三、设计要求 1机床应能满足加工要求，保证加工精度； 2机床应运转平稳，工作 可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整； 3机床尽量能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本； 4机床各动力部件用电液控制。 5设计图样总量：折合成 面在 3 张以上；工具要求：应用计算机软件绘图，要 应有三维软件设计的零件。过程要求：装配图需提供手工草图。 6毕业设计说明书见相关要求 7 查阅文献资料 10 篇以上，并有不少于 3000 汉字的外文资料翻译； 8 到相关单位进行毕业实习，撰写不少于 3000 字实习报告； 9 撰写开题报告 四、毕业设计物化成果的具体内容及要 求 1、毕业设计说明书要求： 按教务处毕业设计（论文）格式规范统一编排、打印，字数不少于 2 万字。 1）毕业设计说明书 1 份 2）被加工零件工序图 1 张 3）加工示意图 1 张 4）机床联系尺寸图 1 张 5）生产率计算卡 1 张 6）夹具总装配图 1 张 7）夹具体零件图 1 张 8）其它零件图 若干张（待指定） 2、外文资料翻译（英译中）要求 1）外文翻译材料中文字不少于 3000 字。 2）内容必须与毕业论文课题相关； 3）所选外文资料应是近 10 年的文章，并标明文章出处。 五 . 毕业设计（论文）进度计划 起讫日期 工作内容 备 注 3月 8日 3 月 9 日 布置任务 3月 10日 3 月 22 日 调查研究，毕业实习 3月 23日 4 月 5 日 方案论证，总体设计 4月 6日 4 月 19 日 技术设计（部件设计） 4月 20日 5 月 14 日 工作设计（零件设计） 5月 15日 5 月 31 日 撰写毕业设计说明书 6月 1日 6 月 2 日 毕业设计预答辩 6 月 3 日 6 月 9 日 修改资料 6 月 10 日 6 月 11 日 评阅材料 6 月 12 日 6 月 13 日 毕业答辩 六、主要参考文献 1组合机床设计（机械） 大连：机械工业出版社， 1975 2组合机床设计简明手册 北京：机械工业出版社， 1994 3. 孙丽媛主编 北京：冶金工业出版社， 2002 4. 艾兴，肖诗纲编 第三版 械工业出版社， 2002 5机械设计 北京：机械工业出版社， 2001 6兆年 第一版 械工业出版社， 1994 7机械设计师手册（上、下册） 械工业出版社， 2002 8.标准设备设计 M上海：上海交通大学出版社， 1999 9机械制造工艺装备设计实用手册 宁夏：宁夏人民出版社， 1991 10组合机床及其调整与使用 北京：机械工业出版社， 1990 11机械加工工艺师手册 械工业出版社， 2001 12床夹具设计手册 M北京：国防工业出版社， 1996 13组合机床设计（第二版） M上海：上海科技出版社， 1994 14金属切削机床夹具设计手册 北京：机械工业出版社， 1995 15孔加工刀具 北京：国防工业出版社， 1990 七、其他 毕业设计 开题论证报告 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 褚宏 班 级 B 机 制 051 学 号 0510110132 指导教师 孙俊兰 完成日期 2009 年 3 月 31 日 1 课题名称： 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 一、 课题来源、课题研究的主要内 容及国内外现状综述 1、课题来源 ：本课题来源于江苏恒力组合机床有限公司。该公司 2004 年与日本山崎株式会社达成技术合作协议，引进发达国家的组合机床设计和制造技术，为提高我国组合机床在国际市场上的竞争力上了一个新台阶。公司拥有各种金切设备、检测设备 300多台，其中 密坐标镗床、精密导轨磨床，瑞士精密小孔磨床，高速磨齿机，加工中心，三座标测量仪，超音频淬火机等精大稀设备 30 余台。具有较强的加工、装配、检测和机床安装调试能力。 2、研究的主要内容 ： 1总体设计 1）制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案。 2）三图一卡设计，包括： (a) 被加工零件工序图， (b) 加工示意图， (c) 机床联系尺寸图， (d) 生产率计算卡， (e) 有关设计计算、校核。 2夹具设计 (a) 夹具总装图， (b) 夹具体零件图， (c) 其它零件图， (d) 有关计算、校核等。 3、国内外研究现状 ： 随着电子技术的飞速发展，根据大批量生产多样化、中小批量多品种生产高效化的要求，以及产品更新加速的特点， 70 年代以来发展了新型组合机床 是应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具、刀具的自动更换，配以可编程序控制器（ 数字控制（ ，能任意改变工作循环控制和驱动系统，能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。在我国，组合机床发展已有28 年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。 组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入 与世界机床行业进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看， 数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势 。 “ 九五 ” 后期，在组合机床行业企业的 50 余家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份制改造，一家企业退出国有转为民营，其余都是国有企业。而从 2001年至今，不到两年的时间里，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可挡，“ 民营经济在经历了从被歧视、被藐视到不可小视和现在的高度重视 4 个阶段后，焕发勃勃生机。 ” 组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形 式快速发展。 组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单 面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、 2 复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床 柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（ 数字控制（ ，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术综合 性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的 “ 刚性 ” 机床结构，向 “ 柔性 ” 化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。 二、本课题拟解决的问题 1 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床 合理的 总体配置及结构方案。 2 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床夹具设计及其优化 。 3机床尽量能用通用件以便降低制造成本。 4提高机床的效率，降低动力的消耗。 三、解决方案及预期效果 1 了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、设计内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物或模型等；了解设计对象的性能、结构及工艺性；准备好设计所需资料、拟定设计计划来 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床 合理的总体配置及结构方案。 2 设计夹具时，主要从工件的加工精度、生产效率、工艺性、使用性、工件的制造成本几方面考虑。最后将使用机械优化设计软 件对部件进行优化设计。 3 通用部件是组成组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等为动力部件。 使用通用部件的同时也自然地降低了成本。可以用通用部件代替的都用通用部件代替。 4 机床的效率主要从切削效率上来提高，如从切削速度、切削深度、进给速度三方面考虑。与其密切相关的就是道具，可以通过选择刀具来提高机床效率。 降低刀具的径向切削力 、 尽可能缩短刀具悬伸长度 、 提高刀杆的弹性截面模量 、 增加刀杆直径 。其它还可以从传动上着手，可以将一些皮带传动换成齿轮传动，以便于 提高传动效率。 3 四、课题进度安排 3月 1日 3 月 14 日毕业实习阶段。 毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。 3月 15日 3 月 31 日开题阶段。 提出总体设计方案及草图，填写开题报告。 4月 1日 5 月 14 日 设计初稿阶段。 完成总体设计图、部件图、零件图。 5月 15日 5 月 31 日 中期工作阶段。 完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。 6月 1日 6 月 2 日毕业设计预答辩。 6 月 3 日 6 月 9 日毕业设计整改。 图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。 6 月 10 日 6 月 11 日毕 业设计材料评阅。 6 月 12 日 6 月 13 日毕业答辩。 6 月 14 日 6 月 15 日材料整理装袋。 五、指导教师意见 签名 年 月 日 六、专业系意见 签名 年 月 日 七、学院意见 签名 年 月 日 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 目 录 1前言 . 2 2 组合机床总体设计 . 4 体方案设计 . 4 加工零件分析 . 4 床结构的确定 . 5 组合机床的特点 . 6 . 6 . 7 制“三图一卡” . 8 3 夹具设计 . 14 . 14 . 14 . 15 . 16 . 16 . 16 . 17 . 18 . 19 . 19 . 20 缸的选择 . 22 . 22 4 结论 . 24 参考文献 . 25 致 谢 . 25 附 录 . 26 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 摘要： 曲轴中两连杆轴颈 的加工是大批量生产的零件。为了提高生产效率，满足被加工零件的精度要求， 本课题设计了一台用于 加工 曲轴中两连杆轴颈的组合机床。本文介绍了该组合机床总体设计和夹具设计的思路，全文共分两个部分。第一部分 是总体设计，采用 卧式 组合机床，考虑的因素有刀具、切削用量、切削盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 力、切削扭矩及切削功率等，通过计算选择主轴直径、外伸尺寸、接杆型号、滑台、动力箱等通用部件，再确定动力部件的工作循环及工作行程，完成机床总体设计。 第二 部分 是夹具设计，通过对被加工零件的全面分析，选用曲轴轴颈定位，夹紧装置采用 液压缸 夹紧机构，直接夹紧与工件上；夹具体为框架式结构，有良好的刚性，使夹具能长期保持可靠的精度和稳定性。该组合机床不仅能保证加工精度，还能提高加工效率。整个机床布局合理，夹紧可靠，精度较高，使用操作方便，提高了工作效率，达到了设计要求。 关键词： 铣床； 曲轴；组合机床；夹具； of of in of of is In to of is a is to of of of is of of as so as so by of to be of of of is 油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 2 it on to of is of is is is 前言 根 据工件加工的需要，以独立的通用部件为基础，配以部分专用部件组成的专用机床，称之为组合机床。它适用于 中 批、大批、大量生产企业，多用于加工量大的大、中型箱体和箱体类工件，完成钻孔、扩孔、车端面和凸台、在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面。 通用部件是组成组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等为动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等称为支承部件。 组合机床的特点： a组合机床由 70% 90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期。而且在需要的时候，还可以部分或全部进行改装，以组成适应新加工要求的新设备。这就是说组合机床有重新改造的优越性，其通用部件可以多次重复利用。 b组合机床是按具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工。 实现工序 集中 ，提高生产效率的最好途径。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 利于保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工 件工序间的搬运，改善了劳动条件；减少了占地面积。 e由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和修理。 f组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产，有利于提高产品质量和技术水平，降低制造成本。 随着电子技术的飞速发展，根据大批量生产多样化、中小批量多品种生产高效化的要求，以及产品更新加速的特点， 70 年代以来发展了新型组合机床 是应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具、刀具的自动更换，配以可编程序控制器（ 数字控制（ ，能任意改变工作循环控制和驱动系 统，能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。 在我国，组合机床发展已有 数十 年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。 机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺设备，用它来准确地定位工件与刀具之间的相对位置，即实现工件的定位与夹紧，以完成加工所 需 要的准确相对运动。 本次设计的课题是 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 。该课题来源于江苏恒力机床有限公司。 公司拥有各种金切设备、检测设备 300 多台。 具有较强的加工、装配、检测和机床安装调试能力。 现在该公司迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。 本设计主要是设计一台组合机床，对专门的曲轴连杆轴颈进行加工。本人的设计分工是总体设计和夹具部分的设计，滚切头部分的设计由同组其他同学担任。在设计组合机床过程中，组合机床夹具的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一。虽然夹具零件的标准化程度高，使设计工作量减少，设计周期缩短，但在夹具设计过程中，在保证加工精度的前提 下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还有一定的难度。 本说明书以设计卧式双刀铣床为主线，阐述了总体设计和夹具设计的过程。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式双刀铣床的配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡” 被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。在第 3章中 ，主要介绍了夹具的设计。夹具设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。夹具设计时，首先确定工件的定位方案，然后柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 4 选择夹紧方案，估算夹紧力大小，选择夹紧液压缸的型号，最终完成夹具的零部件设计。最后根据计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图。 整个设计过程是艰辛的，在设计过程中必须考虑各方面的问题。由于所学的知识只是一些最基本的机械常识，因此，在设计过程中，还要查阅大量的相关资料，以补充自己的不足之处。 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、 盐海机床有限公司 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，拟订较为合理的三面镗孔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。 通过设计，本组合机床能满足加工需求，保证加工精度，机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。各动力部分采用了电器控制，使用操作方便。提高了工作效率，预计能达到设计要求。 限于本人知识水平有限，又没有工作的实践经验，本设计中定存在不到之处，敬请老师同学批评指正，提出 宝贵意见，以便及时纠正。 2 组合机床总体设计 体方案设计 本设计是为 柴油机曲轴连杆轴颈的加工 工序。为了能够达到质量好、效率高的要求，以及考虑被加工零件的加工精度、表面粗糙度、技术要求等，拟定设计一台通过一个动力头，一个主轴箱，两把刀具，一次性完成该工序的组合机床。机床总体的设计需绘制完成“三图一卡”。以上作为本次设计的初定方案。 加工零件分析 1)本机床被加工零件特点：该加工零件为 曲轴。 工件材料： 度为： 产纲领：大批大量。 2)本机床被加工零件的 加工工序及加工精度：本道工序是铣削曲轴连杆轴颈部的加工，由“ 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床”来完成。因此本设备主要的功能就是曲轴两连杆轴颈部的铣削。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 具体加工内容是： 滚切两连杆轴颈 62，两端圆角 证轴向尺寸 3)本次设计技术要求： a 机床应能满足加工要求，保证加工精度； b 机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整； c 机床尽可能用通用件，以便降低制造成本； d 机床各动力部件用电气控制，液压驱动。 床 结构的确定 1)被加工零件的特点对配置的影响 通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采取哪种基本形式的组合机床。被加工零件的特点对配置的影响如下： A. 在选择组合机床的结构方案时，首先必须注意到加工精度能否确切保证，这里所指的是稳定的加工精度。 固定式夹具组合机床的加工精度最高，采用固定精密导向时，孔间距离和孔的轴线与基面的位置精度可达 B. 机床生产率的影响。 机床要求的生产率对机床配置形式和结构方案有很大的影响，它是决定采用单工位机床 ，多工位机床或自动线，还是按中小批生产所需组合机床的特点进行设计的重要因素。有时从工件外形及轮廓尺寸来看，完全可以采用单工位固定夹具的机床型式。但由于生产率要求很高，就不得不采用多工位的方案，使装卸时间和机动时间相重合。 C. 被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。 根据零件的形状特点和加工特点，本次的设计采用卧式组合机床，因为曲轴的结构近似长方体，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，采用卧式组合机床。 2)机床使用条件的影响 考虑到被加工零件的孔间距较小，如果采用立式加工，切屑落 入下导向，造成导向精度走失，不利于保证加工精度。 工件在到组合机床加工之前，工件的毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则将使工件在机床夹具上定位夹紧不可靠，以至造成刀具的损坏或者不能保证要求的加工精度。如果在组合机床上加工之后，还要在其他机床上进行加工，而工件事先没有加工出保证精度的有关工艺基面，那么组合机床应考虑为下一道工序加工出工艺基面。 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 6 如果使用厂商没有相当能力的工具车间，对于制造刃磨复杂的整体复合刀具有困难，拟订方案时，应当避免采用这类刀具。必 要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。若工厂所处地方气候过于炎热，车间温度过高，使用液压传动机床工作性能不稳定时，则可选用机械通用部件配置机床。 组合机床的特点 1) 2) 3) 4) 5)6)7)8) 削用量的确定 1）组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题。 A切削用量选择的特点 a组合机床常用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具消耗，保证机床 的成产率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低 30%左右。 b组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给，因此同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同。 B. 组合机床切削用量选择的方法及注意问题。 a应尽量做到合理使用所有道具，充分发挥其使用性能。 b复合刀具切削用量的选择应考虑刀具的寿命。 c多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时，各镗轴转速应相同或成整数倍。 d选着切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。 e确定切削用量时还必 须考虑所选动力滑台的性能。 铣削切削用量的选择与要求的加工表面粗糙度及其效率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应高一些，没吃走刀量应小一些。 表一、硬质铣削端铣刀的切削用量 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 表二、硬质合金不磨式面铣刀切削用量 由于工件材料为 度为 表“硬质合金端面铣刀的铣削用量”，再根据铣削表面粗糙度数值要求较高时，铣削速度应低一些，每齿走刀量应小一些。所以选择切削速度为 30m/给量为 r. V=30m/ f=r V*F=6m/具结构选择 组合机床上根据工艺要求与加工精度的不同，经常采用的刀具有：一般刀具、复合刀具以及特种刀具等。刀具设计对机床整个工艺方案的拟订有很大的影响。 组合机床刀具的选择原则 1) 要求有较高的耐用度和可靠性，并便于装卸和调整 由于组合机床是高生产率的专用机床，它的循环时间较短，而在每一循环中，刀具不工作的时间很短。同时在大多数情况下，组合机床又是多刀加工，刀具数量较多，更换调整刀具较费时间。这样，如果换刀次数太多，势必占用大量时间，降低生产率。所以就要求组合机床刀具具有如下性能：结构可靠；刀具材料和几何参数选取合理，并创造合适的切削条件及选取比一般通用机床稍低的切削用量，以使刀具有较高的耐用度；便于装卸及调整。 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 8 2）有较高的复合程度 在组合机床上，为了提高生产率、保证加工精度，或为了减少工位，一般工序比较集中，因此采用了大量复合刀具。这些刀具，结构较复杂，切削力较大，排屑不便，加工时互相影响，制造也比较复杂，与一般刀具有所不同。 3）有良好的导向 组合机床在大多情况下，是多轴加工箱体零件的孔，孔的位置精度往往是通过夹具和刀杆导向保证的 ，因而组合机床的孔加工刀具往往有各种形式的导向。 制“三图一卡” 一被加工零件工序图 1） 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的重要依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突出本机床或自动线的加 工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： 压部位及夹紧方向。 度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。 号、材料、硬度以及加工部位的余量。 2） 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示， 并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。 加工面的加工余量要认真分析。 本组合机床以柴油机曲轴为加工对象进行设计，对工序图简要说明及与本机床设计有关的技术指标如下： 件以两曲轴轴颈定位； 用液压气缸夹紧； 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 其余工序尺寸、加工要 求等具体查加工工序图 二加工示意图 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。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。 1）刀具的选择 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。我们所加工的曲轴是滚切两连杆轴颈 62，两端圆角 此我们的刀是特制的刀具。 2）导向结构 的选择 组合机床铣削时，零件上的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。 3）确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴用于工进快进，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由合机床设计简明手册4 10d B T (2式中， d 轴的直径（）； T 轴所传递的转矩（ N m）； B 系数，本课题中主轴为刚性主轴，取 B= 考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素， 1 主轴轴径取为 25、 3、 4、 5、6 主轴轴径取 35据主轴类型及初定的主轴轴径，查组合机床设计简明手册 得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径 d=25 时，主轴外伸尺寸为：1/ 3 8 / 2 6， L=115他轴为 1/ 5 0 / 3 6， L=115杆莫氏圆锥 号为 2。 表三、轴能承受的扭矩 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 10 表四、通用主轴系列参数 x 的确定 工作进给长度 等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度 2之和。切入长度一般为 1 3，根据工件端面的误差盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 情况确定。 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定主轴箱上刀具的快速进给长度为 380 。 C. 快速退回长度的确定 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，快速退回 长度为 611 D. 动力部件总行程的确定 动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。前备量取 20备量取 130，则总行程为 761 。 三机床联系尺寸图 1)选择滑台 滑台在本机床的选择主要是在机械滑台和液压滑台上的的选择。 A机械滑台优点：进给量稳定，慢速无滑行，高速无振动可以降低工件表面粗糙度；具有较好的抗冲击能力，运行安全可靠，易发生故障，调整维修方便；没有液压驱动的管路、噪声和液压站占地的问题。 能有级变速，变速比较麻烦；一般没有过载的保护；快进转工进时，转换位置 精度较低。 相当大的范围内进给量可以无级变速，可以获得较大的进给力；由于液压驱动零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠。 给量由于载荷的变化和温度的影响不够稳定，液压系统漏油影响工作化境，浪费能源；调整维修比较麻烦。 综合考虑我选择机械滑台。 2)工作台 选择使用液压工作台 ,根据下表选择工作台型号。 表五、液压回转工作台主要性能 表六 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 12 选择 表七、多工位移动工作台主要性能 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 3) 确定机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件高度 502 ，所选滑台与滑座总高 203 ，底座高度 904 ，综合以上因素，该组合机床装料高 度取 H=1130 。 四机床生产率计算卡 已知：机动时间 装卸工件时间 件工时 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。用组合机床设计简明手册 （ 2 计算式中， N 年生产纲领（件），本课题中 N=40000件； 全年工时总数，本课题以单班 8小时计，则 400h。 则 Q=h B 实际生产率 /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。即 组合机床设计简明手册 公式 单01 （ 2 式中，单T 生产一个零件所需时间（ 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 14 则 Q=60/T=60/ /h C 机床负荷率 机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。动线负荷率为 组合机床设计简明手册 1 （ 2 则 =Q/ 3 夹具设计 具设计的基本要求和步骤 具设计的基本要求 夹具设计时，应满足以下基本要求 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 1)夹具应满足零件加工工序的精度要求。 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 。 特别对于精加工工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和位置公差等。 2)夹具应达到加工生产率的要求。 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。 特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。 3)夹具的操作要方便、安全。 夹具的操作要尽量做到方便、省力，如有条件，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)能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具 制造成本。夹具元件的材料选择将直接影响夹具的使用寿命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产始终，宜采用气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。 5）要 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。 6)要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本。 7)具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使用和维修。 具设计的步骤 1）明确设计任务与收集设计资料 夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定 位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。 其次是根据设计任务书收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计图册等，还可以收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。 2）拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 计定位装置。 计夹紧装置。 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 16 计对刀或导向装置。 计连接元件及安装基面。 分度装置 、预定位装置及吊装元件等。 标注尺寸、公差及技术要求。 3）进行必要的分析计算 工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有助于装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。 4）审查方案与改进设计 夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。 5）绘制夹具装置装配总图 夹具的总装配图应按国家制图包准绘制，秽土比例尽量采用 1： 1。主试 图按夹具棉队操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。 6）绘制夹具零件图 夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求 6 。 位方案的确定 件的工艺性分析 夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案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、夹压、刀具的导向以及装卸工件时的限位等作用。 本次毕业设计是设计曲轴所用的 夹具。曲轴材料为 硬度为本工序加工内容为： 滚切两连杆轴颈 62，两端圆角 证轴向尺寸 位方案的论证 工件的定位主要可以分为： 1. 工件以两主轴颈定位。常用 2. 工件以圆柱孔定位。所采用的定位元件有圆柱销和各种心轴。这种定位的基本的特点是：定位孔与定位元件之间处于配合状态，并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合。孔定位还经常与平面定位联合使用。 3. 工件以圆锥孔定位。工件以 圆锥孔作为定位基准面时，相应的定位元件为圆锥心轴，顶尖等。 4. 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的不同，相应的定位元件有 V 形架、圆孔、半圆孔、圆锥盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 孔、定心夹紧装置。 由于我设计的机床是加工曲轴的，所以我选择了工件以曲轴轴颈定位。 差分析 由于一批零部件在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一样，加工后，各工体的加工尺寸必然大小不一，形成误差。 用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件精度的因素很多，与夹具有关的因素如图 3 图 1 误差分析图 用夹具夹装工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：定位误差 D、对刀误差 T、夹具在机床上的安装误差 E，在机械 加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差 G。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差 。 a)定位误差 影响定位块位置度的因素有：定位块的表面粗糙度，定位块的相对位置误差和安装误差。定位块在安装的时候进行了试切削，配磨，保证定位块等高，并且本夹具采用基准重合原则设计的，故可忽略定位块的相对位置，即 D=0。 b) 对刀误差 因刀具相对于刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差。对于本夹具的对刀误差是由导套和各主轴之间的间隙引起，根据实际情况取 T= c)夹具在机床上的安装误差 A 夹具在机床上安装时，其定位元件对机床装卡面的相互位置误差将导致工件定位基准发生移动，从 而使工序尺寸发生变化，这种误差称为夹具的安装误差。 产生夹具的安装误差的因素有： a)夹具定位元件对夹具体安装基面的相互位置误差 ;b)夹具安装基面本身的制造误差及其与机床装卡面间的间隙所产生的连接误差。 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和夹具设计 18 根据本机床夹具安装形式， 处平行度误差为 A= d)夹具误差 因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。取 E= e)加工方法误差 G 因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工 件公差的31。计算时可设 G=3k，工件位置公差k取 有 : G= 6 f)保证加工精度 工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率加法，因此，保证工件加工精度条件是 2 2 2 2 22 2 2 20 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 70 . 0 8 1D T A E G （ 3 即工件总加工误差 应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。 为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量此将上式改为： k k （ 3 当0时夹具能满足加工要求，根据上述计算得： cJ=k = 故夹具完全可以满足加工要求。 向装置 导向装置的作用在于保证刀具对于工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚性。固定式导套有三个元件组成：压套螺钉，可盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 换导套和中间套。导套的主要参数包括：导套的直径和公差配合，导套的长度，导套至工件端面的距离。导套的配合间隙对于 孔的位置精度有很大的影响，为了提高位置精度，应适当提高导套的制造精度和选用较紧的配合。在设计时应注意相应位置的部位选用导套，使中间套的长度与其孔位之比 L/D 3，以便使该孔可靠的插入检验棒，作为机床总装时检查主轴与导套间的不同轴度时使用。 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床 要求位置精度相对较高，而且应使导套尽量接近加工表面，力求选用较高的精度和较紧的配合，一般采用长导套。在夹具上安装导向装置，装配技术要求包括：导向孔中心至工件定位基面的距离允差，各导向装置相应的导向孔的不同轴度允差，各导向装置上相应的导向孔的中心连 线对工件定位基面的不平行度允差以及各导向孔中心连线对夹具定位的位置精度。 柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床 的刀具导向装置设计在模板上，由于是大批生产，所以采用可换式导套 。 紧方案的确定 紧装置的确定 1)本设计中夹紧装置采用液压夹紧装置，由力源装置、中间传力机构、夹紧元件三部分组成。其组成部分的相互关系，如图 3 图 2 夹紧装置的组成 2)改变工件定位后占据的正确位置。 要保 证工件在整个加工过程中位置稳