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1、第2章 范 例2.1 曲轴铣端面打中心孔组合机床及专用夹具设计2.1.1 概述 2.1.2 零件分析及设计任务书1. 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。本次设计给出的零件是苏南某柴油机厂生产的曲轴零件，如图21所示。其材料为球墨铸铁(QT602)，毛坯为铸坯。汽车、拖拉机用的发动机和固定式高速
2、发动机的曲轴常用整体式模锻件或铸件，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。 S19505006型曲轴有左、右二个主轴颈和一个连杆轴颈，其外形结构是曲轴类零件中比较简单的一种。它的工作过程是：在外力作用下使曲轴旋转，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并将油点燃，燃烧的高压油将自身的内能转换为动能推动活塞运动，运动又传到连杆再通过连杆带动连杆轴颈，这样曲轴继续旋转，并输出转矩。 2.零件的技术要求 (1) 铸件应该经正火处理，硬度为240290HB，显微组织按部标JB
3、1802，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05。 (2) 未注圆角半径为3mm。 (3) 加工面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理干净。 (4) 所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在磨光表面上不该有深痕和黑点。 (5) 锥形规涂色检查锥面密合面应不少于70。 (6) 清除油道及其他部分的金属屑、污染物及其他杂物，并清洗吸干。 (7) 中心孔必须保持完好。 (8) 精加工后，应经磁力探伤，并退磁。 (9) 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
4、重心应在曲轴对称平面内允许偏差1。 (10) 70、65三处轴颈淬硬4048HRC，淬深1545mm。轴颈圆角处允许不淬火，但在距离轴颈端面10mm内均匀过渡。 3. 设计要求 该零件加工精度要求高，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。 出于现代化大生产的考虑，我们设计了生产流水线加工，多数采用了组合机床及专用夹具，以实现自动化生产，节约成本，提高生产率，减小工人劳动强度。主要的工作内容如下。 (1)编制曲轴加工工艺过程卡。 (2)编制曲轴加工工序卡。 (3)绘制被加工零件毛坯图。 (4)绘制被加工零件的加
5、工工序图。 (5)绘制被加工零件的加工示意图。 (6)绘制组合机床联系尺寸图。 (7)绘制铣端面打中心孔专用夹具装配图。 (8)绘制夹具装配图及主要零件图。 (9)编写设计说明书。2.1.3 工艺规程的制订 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。工艺规程的制订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
6、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。 1. 材料及毛坯 S19505006曲轴材料为球墨铸铁(QT60一2)。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、汽缸套，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
7、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，但铸件的力学性能较差。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，并采用机器造型，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减小切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。本零件选用的造型方法为砂型机器造型。 2. 生产类型及工艺特征 零件的生产纲领：NQn(1+a)(1+b) (2-1)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。
8、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。 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位置的工件表面上的点、线、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：一般轴的全部轴颈都位于同一轴线上，而曲轴的主轴颈虽然
9、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行，。 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，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。 4.
10、 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。 10 铸造 15 正火 20 铣两端面（保证总长），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
11、 粗车锥面l：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l9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 轴颈部高频淬火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5. 毛坯机械加工余量及工序尺寸确定 （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，
12、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21、表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 130 70 R96 65 3O 3.0 3.0 3.0 双侧 双侧 单侧 双侧 50 25 G12” 3.0 3.0 2.5 双侧 双侧 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305(两外端而)281(70左侧面)203.5(70右侧面) 5.0 5O 5.0 单侧 单侧 单侧40(厚度为29的扇形面内侧)192(厚度为29的扇形面外侧)
13、 4.5 4.5 单侧 单侧图2-2曲轴毛坯图（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23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v（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V62.8 mmin，S齿03mm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（mm）160200HB200241HB300400HBV(m/min)S转（mm/r）V(m/min)S
14、转（mm/r）V(m/min)S转（mm/r）225016240.40.810l80.250.45l20.20.3初选v=628 mmin，S转=0.2 mmr。查中心钻刀具尺寸得：切深为l5.5 mm。2.1.4 铣端面打中心孔组合机床的总体设计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的。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
15、-05006曲轴左右两个端面加工工序进行设计的，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，设计时考虑到诸多因素后，决定选用卧式双面铣削和钻削组合机床。2. 铣端面打中心孔组合机床配置型式的选择(1)通用部件 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、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
16、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。 (2)组合机床配置型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、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。单工位组合机床通
17、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：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
18、道工序需要先铣再钻，所以本次设计的组合机床配置时可将工件安装在滑台上，铣削头安装在固定的底座上，钻削头安装在滑台上，这样可以顺利的完成铣端面打中心孔的工序内容。3. 零件加工工序图 (1) 零件加工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。它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，它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用和调整机床，检查
19、精度等级的重要技术文件。(2) 零件加工工序图的内容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、加压部位及加压方向，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。 (3) 绘制工序图注意事项1)
20、 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，绘制时要采用合适的比例，选择足够数量的视图及剖视图,突出加工部位(用粗实线)，并把零件轮廓及与机床、夹具有关的部位用细实线表示清楚，凡与本道工序要保证的尺寸、角度等有关的部位均用粗实线表示清楚。如图23所示。 图2-3 曲轴铣端面打中心孔工序简图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
21、零件加工对机床提出的某些特殊要求。4. 零件加工示意图(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、刀具及试切的依据。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，决定加工过程的工作循环。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
22、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必要说明。 绘制多工位机床的加工示意图时，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、加工条件及加工过程。 2)根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、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。 3)决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。 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
23、寸。 5)标明主轴及接杆、夹具与工件之间的联系尺寸、配合及精度。 6)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。 7)决定机床动力部件的工作行程及工作循环。 (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45mm； 孔加工余量为l52Omm，选择15mm。 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
24、循环一般包括快进、工作进给、快退等动作。铣端面打中心孔时，装工件的滑台工作循环为：原位快进工进（铣削）快进止档铁（停，打中心孔）快退原位。钻削头滑台的工作循环为：快进工进止档铁（停）快退。工作进给长度确定：铣端面：L工件直径（52mm）铣刀直径（120mm）；钻中心孔：L155mm。快进、快退的长度确定：视工件的形状，夹具的结构不同而不同。只要方便工件的装卸，行程尽量缩短，以利于提高生产效率。铣端面打中心孔加工示意图如图24所示。其中，铣端面时，S03mmz，n250mmr；打中心孔时，S02mmz，n125mmr。 图24 铣端面打中心孔加工示意图5. 组合机床联系尺寸图的绘制 机床联系尺寸
25、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，以及确定的专用部件的结构原理而绘制的。 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
26、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12001300mm，本组合机床的装料高度设计为1000mm。 2夹具外形轮廓尺寸的确定 夹具是用于定位和夹紧工件的，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l50200mm；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
27、250300mm。 在掌握了工件宽度、工件和镗模架问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。 对于非框形夹具，在绘制联系尺寸图时，应事先绘制夹具结构草图，确定夹具的主要技术特性、基本结构原则及其外形控制尺寸。 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：二个铣削动力头、三个滑台、二个侧底座、二个垫铁、一个中间底座和四台电动机。根据设
28、计要求，本组合机床通用部件选取见表25。(1) 动力部件的选择 (1)中间底座尺寸的确定 在加工示意图中，已确定了中间底座上装的是1HY32型液压滑台，宽度B320mm，长度L1300mm，高度H280mm，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1500mm。 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l015min冷却泵的流量。当
29、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) 中间底座尺寸的确定中间底座的高度是由装料高度和所选动力头及滑台的型号规格有关。根据所选的动力头及滑台的型号规格，本例确定为630mm。(3) 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，需要特别注意动
30、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图
31、25。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。2.1.5 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。它是用于实现对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。 1组合机床专用夹具的特点 组合机床专用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，而组合机床
32、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。 (2)组合机床夹具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来确定。 (3)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
33、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；保证切屑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
34、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。 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)拟订夹具结构方案和进行必要的计算 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。为此，首先绘制工件的外形，并有必要的投影，其主要投影和工件在机床上的加工位置一致。
35、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)组合机床夹具的总图和零件图设计 在已确定的夹具结构方案基础上，设计生产用的夹具总图和零件图。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。按照组合机床夹具的主要功能，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。2.1.5.1 夹具定位支承系统定位支承系统主要由定位支承、辅助支承和一些限位元件组成。定位支承是指在加工过程中维持被加工零件有一定
36、位置的元件。辅助支承是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零件的加工精度。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，力求使其组成较大的定位支承平面。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
37、位的切屑,使切屑不堵塞和粘附在定位支承系统上，否则对定位的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。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；用一个定位销在扇形面处完成轴向定位，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部被限制住了，可保证工件加工的准确性。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
38、，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： j+wg (2-3)式中j与机床夹具有关的加工误差； w与工序中除夹具外其他因素有关的误差； g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:DW(A)=0，DW(B)=D/2, DW(c)=D/2式中 DW(A)中心孔加工的定位基准不重合误差；Dw(B)，DW(c)
39、 左右两主轴颈定位基准80的基准位移误差；D 80的尺寸公差，所以要控制该处的毛坯的制造误差。 jDW(A) DW(B) DW(c) 0+D /2D /2D因为该工序是机加工艺过程的第一道工序，只要铸件的精度满足要求即可。2.1.5.2 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。 (
40、2)中间递力机构 中间递力机构是将力源作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。(3)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承。 （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。 夹紧装置设计的要点如下： （1）夹紧元件选择 常用夹紧：。 组合机床夹具常用夹紧元件有：螺母、螺钉、螺栓、压块、压板等。压板分为平压板、
41、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，所以本次设计的夹具夹紧元件为旋转式压板。 （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力源。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，本夹具选用液压夹紧。 液压夹紧是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
42、，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 确定夹紧力时应注意的几个问题： 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，尤其在多轴粗镗孔时。 2)由于工件材料硬
43、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。4)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2 6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。Wo*lWk*(L-l)/0 Wo Wk*(L-l)/l/0 (24)式中 Wk实际所需要的夹紧力N； 0夹紧机构效率，可取为085o95；Wk实际所需要的夹紧力的确定：切削刀具：硬质合金端面铣刀，100mm，Z=20，则（25）式中，（在加工面上测量的近似值）， 所以 当用两把刀铣削时， 水平分力： 垂直分力： 在计算切削力时，必须考虑安全系数式中 基本安全系数， 加工性质系数，； 刀具钝化系数，； 断续切削系数，。 于是 选用液压缸夹紧，为克服水平切削力，实际夹紧力N应为 4.2所以 式中，和为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，。 液压缸选用90mm。当工作压力P=2Mpa时，4.3于是，液压缸产生推力为 因有两套夹紧机构，故液压缸产生的实际夹紧力为此时F已大于所需的10172N的夹紧力，故本夹具可安全工作。选用液压夹紧
