曲轴铣端面打中心孔组合机床及专用夹具设计论文

1、机床夹具设计课程设计（论文）1 绪论1.1 特点1.1.1组合机床的特点在现在高度发展的社会里企业生产效率的提高成为其生存之本，大批量的生产需要更高级的机械化设备来做保证，组合机床就是在这样的背景下发展起来的。组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点1：a）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零部件总量的70%-80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。b）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，使用和维修方便。c）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。

2、d）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具来保证刀具和工件相对位置，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不是很高。因此组合机床设备技术的提高对生产的发展社会的提高起到了举足轻重的作用。1.1.2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看起来好像很接近，但其结构和设计要求却有很显著的，甚至是根本的区别。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2。以下是组合机床专用夹具的主要特点。a）一般的机床夹具是作为机床的辅助结构设计的，而组合机床夹具是机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要内容之一。b）组合机床夹具和机床其他部件有着紧密的联系

3、，如回转或移动工作台、回转鼓轮、主轴箱、刀具和辅具、钻模版和托架以及支撑部件等。正确地解决它们之间的关系是保证组合机床工作可靠和使用性能良好的重要条件之一，而且夹具的结构也要按这些部件的具体要求了来确定。c）由于组合机床常常是多刀、多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力和振动，因此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变形3。d）组合机床夹具是保证加工精度的关键部件，其设计、制造和调整都必须具有严格的要求，使其能持久地保持精度。此外，不要把组合机床夹具和一般的夹具混淆起来。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

4、的定位加紧装置。用完后可用这些元件重新组装成新的夹紧装置。而组合机床则是一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。单工位夹具是指共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。1.1.3曲轴的结构特点轴类零件的功用为支撑传动零件、传动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

5、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。曲轴有整体式和组合式两种。汽车、拖拉机用的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式模锻件，而重型和低速发动机的曲轴常用组合式的模锻件。整体式曲轴具有强度高、刚性好、结构紧凑等优点，但是组合式曲轴毛坯制造和机械加工比整体式的简单5。1.2 发展趋势1.2.1 组合机床的发展趋势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（PLC）、数字控制（NC）等，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

6、合机床。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6。1.2.2 专用夹具的发展趋势现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面：（1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很

7、多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m。   （3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自

8、动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率7。2 工艺规程的制定零件加工的工艺规程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。工艺规程选择主要考虑了以下基本因素：a）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。由于曲轴大批量生产所以本次设计选用组合机床。b）制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度，本次设计选用铸件。c）零件材料性质。d）零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所制定的要求。e）零件表面粗糙度。f）编制的加工规程要在生产

9、规模与生产条件下达到最经济与安全的效果8。2.1 曲轴材料及毛坯曲轴材料为铸铁该材料强度高、耐磨，并有一定的韧性，用于制作部分机床的主轴，空压机、冷冻机的曲轴、缸体，小水轮发电机主轴，中小型柴油机、汽油机曲轴，部分轻型柴油机、汽油机的凸轮轴、气缸套，农业机械小负荷齿轮等。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，另外还和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。铸件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10。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛皮制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的

10、形状接近于零的形状，因此可以减小切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械的加工成本。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11：N=Qn（1+a）（1+b）式中 N零件的生产纲领，件/年； Q产品的年产量，台/年； n 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。由于本零件是大批量生产，零件的生产纲领N为15000件/年，它的主要工艺

11、特征是广泛采用专用机床、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夹紧加工时，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是：一般轴件的全部轴颈都位于同一轴线上，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统一的原则12。在粗、精加工各主轴颈时都采用顶尖孔作为定位基准。对

12、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。在加工连杆轴颈是选择主轴颈定位，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、尺寸精度以及位置精度要求能得到保证。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

13、分散程度化分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准13。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，并尽量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，机械加工过程卡可见附录2。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 粗车长轴端外圆及侧面45 粗车锥面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-G螺纹110 钻斜油孔6

14、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1：10165 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，清理去油孔以下是参观的南京依维柯发动机曲轴的工艺方案： 1）关键部位加工工艺简述主轴颈：车磨抛光。连杆轴颈：外铣磨抛光。止推面：精车。油孔：枪钻人工去毛刺高压清洗。前、后端：车磨。清洗：清洗2次，钻油孔后清洗1次，最终清洗1次。最后对曲轴进行综合检测。借鉴以上方案对本次设计工艺流程做如下方案设计：铣两端面、钻中心孔车后端、2号5

15、号主轴颈车前端、1号主轴颈及1号5号主轴颈沉割槽外铣1号4号连杆轴颈及沉割槽钻油孔清洗主轴颈、连杆轴颈外圆淬火磁粉探伤滚压主轴颈、连杆轴颈圆角前后端孔系加工精车止推面磨主轴颈、连杆轴颈磨法兰外圆及端面磨前端外圆及端面动平衡去重抛光主轴颈、连杆轴颈及油封外圆磁粉探伤清洗曲轴综合检测9。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量较大，故毛坯选用铸件，造型方法为沙型机器造型。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、表2.2，曲轴毛坯图见图2.1。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/

16、mm附 注303.0双侧503.0双侧703.0双侧303.0双侧R963.0单侧G3.0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305(两外端面)5.0单侧281（70左侧面）5.0单侧203.5（70右侧面）5.0单侧40（厚度为29的扇形面内侧）4.5单侧192（厚度为29的扇形面外侧）4.5单侧图2.1 曲轴毛坯图2.5.2 主要切削用量的确定查机械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/mm每齿走刀量S/(mm/齿)铸铁粗铣2550800.20.4精铣0.5

17、1801300.050.2 按设计手册规定初选=62.8m/min，S=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的切削用量，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/mm160200HB200141HB300400HB/m·minS/mm·r/m·minS/mm·r/m·minS/mm·r225016240.40.810180.250.45120.20.3按设计手册规定初选=62.8m/min，S转=0.2mm/r，查中心钻刀具尺寸得：切深为15.5mm。3 铣端面打中心孔组合机

18、床的总体设计3.1 组合机床结构方案的确定组合机床都是按系列化、标准化设计的通用部件和按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刀具多工件进行加工，它是实行工序集中的最佳途径，是提高生产率的有效准备。本题“铣端面打中心孔组合机床设计”是针对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，该工序的机械加工工艺卡可见附录2。该零件总体轮廓尺寸较小，属于小型零件加工，零件的定位加紧原件也不会太大，设计时考虑到诸多因

19、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型式的选择3.2.1 组合机床配置型式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，所以共件安装在滑台上；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14。在配置铣削头固定的卧室的组合机床时，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

20、置铣削头移动的组合机床时，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。本设计采用的铣削头饰安装在滑台上的，可随滑台一起移动，但是铣削头调整倒适当位置后便不再移动，所以采用电动机安装铣削头上方的配置型式。3.3 被加工零件工序图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天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来代替，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

21、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。3.3.2 零件工序图的内容a）在图上标出被加工零件的形状、轮廓尺寸及机床设计有关的部位的结构形状及尺寸，在需要设置中间导向套时，要表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的形状及尺寸。b）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撑（包括辅助定位支撑）、限位、夹紧、导向系统的设计。c）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。d）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。图3.1 曲轴铣端面打

22、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坏。加工示意图包括以下内容。a）反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。b）根据加工部位的特点及加工要求，决定刀具类型、

23、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时决定镗杆的直径和长度，钻、扩加工时决定钻、扩杆的直径和长度等。c）决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。d）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。e）标明主轴及接杆、夹具与工件之间的联系尺寸、配合及精度。f）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。决定机床动力部件的工作行程及工作循坏。3.4.2 加工示意图的编制a）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。b）工序余量 查机械设计手

24、册得：端面加工余量为4 mm 5mm，选择4.5mm；孔加工余量为1.5 mm 2.0mm，选择1.5mm。c）切削用量 本工序的切削用量在前面已经叙述过，可见表2.3和2.4。d）动力头工作循坏及行程确定 动力头工作循坏一般包括快进、工作进给、快退等动作。铣端面和打中心孔的工作循坏为：快进工作进给快退。1）工作进给长度确定 铣：L=5mm，钻：L=15.5mm。2）快进长度确定 铣：L=20mm，钻：L=20mm。3）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=25；钻：20+15.5=35.5mm。铣端面打中心孔加工示意图如图3-2所示。其中，铣端面时，S=0.3

25、mm/z，n=250mm/r；中心孔时，S=0.2mm/z，n=125mm/r。图3.2 铣端面打中心孔加工示意图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指导图纸。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预期的性能要求，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，以及确定专用部件的结构原理而绘制的。3.5.1 机床装料高度的确

26、定确定机床装料高度需要考虑车间运送共件的滚道高度、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 mm 1300mm，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夹紧工作的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。在加工示意图中对共件和镗模间的距离，以及导套的尺寸，都有了规定。所以确

27、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150 mm 200mm；当镗模架较高（如鼓轮机床的镗模架），为了保证有足够的刚度和稳定性，其厚度可取250 mm 300mm。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10 mm 20mm。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。本夹具的侧底座和中间底座的尺寸可见表3.1。3.5.3 机床通用部

28、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15。根据设计要求，本组合机床25通用部件选取见表3.1。表3.1 通用部件尺寸通用部件名称名义尺寸/mm标记动力箱250GB 3668.983滑台250790250250 GB 3668.483侧底座250900450630 GB 3668.683中间底座2501250500560 GB 3668.683a) 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，

29、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。在确定中间底座高度尺寸时，应考虑切削的贮存及排除、电器接线盒的安排以及冷却液的贮存，其容量不小于3min5min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10min15min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。b) 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180m

30、m。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。B=b+2b H=h+h+h式中 b最边缘主轴中心至主轴箱外壁的距离； b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孔距离； h最低主轴中心至主轴箱底平民的距离，即最低主轴高度； h最上边主轴中心至主轴箱外壁的距离。为了保证主轴箱有足够的空间安排传动齿轮，推荐h= b70mm100mm。主轴箱的最低主轴高度h不能孤立

31、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85mm120mm，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+5h+h最低主轴高度动力头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标明运动部件的终点和原位状态，以及运动过程中的情况。如对于动力头必须标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

32、特别注意动力头退回原位时，刀具、托架等必须处于家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标明工件、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得不合理，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。机床所谓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。各部件应严格按统一比例绘制。至此，组合机床的各部件尺寸已确定，组合机床设计

33、总图见图3-4。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 专用夹具设计夹具是组合机床的重要组成部件，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。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好像很接近，但其结构和设计要求却又很显著的，甚至是根本的区别。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。a）一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是机床的主要组成部

34、分，其设计工作是整个组合机床设计的重要内容之一。b）组合机床夹具设计和机床其他部件有着密切的联系，如回转或移动工作台、回转鼓轮、主轴箱、刀具和辅具、钻模板和托架以及支撑部件等。正确地 解决它们之间的关系是保证组合机床工作可靠和使用性能良好的重要条件之一，而且夹具的结构也要按照这些部件的具体要求来确定。c）由于组合机床常常是多刀、多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力和振动，因此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和位移。同时，也不应使工件产生不容许的变形。d）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

35、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16。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。为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在机床上占有不同的位置，每一个位置所完成的那部分工序，称为一个工位。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。本文采用移动工作台又因做铣断面打中心孔两个工序所以在本次设计中所用的是多工位夹具17。4.1 夹具定位支撑系统定位支撑系统主要由定位系统、辅助支撑和一些限位元件组成。定位支撑是指在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件。辅助支撑是仅用作增加被加工零件在加工过程

36、中稳定性的一种活动式支撑元件。由于定位支撑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撑元件的麻烦，设计时必须注意以下问题。a）合理布置定位支撑元件，力求使其组成较大的定位支撑平面。最好使夹紧力的位置对准定位支撑元件。当受工件结构限制不能实现时，也应使定位支撑元件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撑平面内。b）提高刚性，减少定位支撑系统的变形。c）提高定位支撑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。d）可靠地排除定位支撑部位的切屑。使切屑不堵塞和粘附在定位支撑系统上，对定位的准确性和工作

37、可靠性有很大的影响。因此设计时应尽可能不使切屑落到定位支撑系统上。4.1.1 工件定位方案曲轴虽然属于异形轴，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，此自由度可不限制。至此，工件的五个自由度全部被限制住了，可保证工件加工的准确性。曲轴铣端面打中心孔工序图在坐标系中见图4.1。在坐标系中，限制了、和、四个方向的自由度，在方向上用定位销定位，限制了

38、方向上的自由度，工件沿轴转动的方向上的自由度可不限制。图4.1 坐标系中曲轴铣端面打中心孔工序简图4.1.2 定位误差分析机械加工过程中，产生误差的因素很多。在这些因素中，有一项因素与机床夹具有关。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：+式中 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，应尽量减少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

39、的定位误差计算如下。=0，=，=式中 中心孔的定位误差，mm； ，左右两主轴颈定位基准80的基准位置误差，mm；=+=+=0.02mm+=+=0.02+0.01=0.03<0.05mm由此可见定位误差满足零件的精度要求18。4.2 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，将工件可靠地夹紧。夹紧装置有以下与各部分组成。a）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。b）中间

40、递力结构 中加递力结构是将力源和夹紧作用力传递给加紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。c）夹紧元件与夹紧机构 夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作，对夹紧装置的基本要求如下。 1）在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支撑。 2）夹紧力的大小要适当、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。 3）夹紧装置应操作安全、方便、省力19。4.2.1 夹紧元件的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

41、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，所以本次设计的夹具夹紧元件为旋转式压板20。4.2.2 夹紧动力部件的确定动力部件作为夹紧机构的力源，可分为手动夹紧和自动夹紧，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率，本次夹具选用液压夹紧。液压夹紧利用压力油作为夹紧动力，通过中间传动机构，使夹具的加紧元件执行夹紧动作。在组合机床上，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

42、现自动化；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，由于油液于油不可压缩性，因此液压夹紧能够维持的刚性比气动夹紧的刚性高。由于液压传动易于实现复杂的自动工作循坏，并且可以采用同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，先选择后法兰夹紧液压缸。4.2.3 夹紧力计算确定夹紧力时应注意的几个问题。a）组合机床通常都是多面多加工序同时加工，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。b）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

43、响，往往使实际的切削力大大增加。c）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。d）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。图4.1 压板受力图W=W··M= W· r·tan+ r·tan(+) M= W· r·tan+ r·tan(+) ·&

44、#183;得：=950；=57.5mm，L=113W=3726.14N式中 W单个螺旋夹紧时产生的夹紧力，N； W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； M动力矩，n·mm； r螺杆与工作间的当量摩擦半径，mm； 螺杆与工作间的摩擦角； 螺旋副当量摩擦角； r螺纹中径之半，mm； 螺纹升角。选用液压螺旋夹紧机构，液压缸为后法兰式2号单作用液压缸，当压缩液压缸压油时P=0.5MPa，液压缸力为N=3900N，此时N大于所需的夹紧力3726.14N，本夹具可安全工作。4.3 铣床夹具设计要点a）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

45、度之外，还应注意使工件的加工表面尽可能靠近工作台面，以降低夹具重心。因此夹具的高度与宽度比应限制在11.25的范围内。b）对定位装置的设计和布置，应尽量使主要支撑面大一些；要尽量选取加工过的平面为定位基准；定位元件要用支撑板，且布置尽可能远些，必要的时候可采用辅助支撑，以免加工时发生振动。c）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。d）为了减少装卸工件需用的辅助时间，改善工人的劳动条件，在于夹具的复杂程度、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、气动液压夹紧装置和机械化传动装置等。4.3.1 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22，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时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得一端，以免在加