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1、曲軸銑端面專用機床設計 52 摘 要 本文主要是設計一臺曲軸銑端面專用機床，此次設計主要是為了讓學生進一步熟悉機械制造技術和機電一體化系統(tǒng)設計的相關知識，建立正確的設計思想，進一步掌握綜合運用所學知識解決本專業(yè)工程技術問題的方法和手段，能對以前自身所學的本專業(yè)知識有進一步的掌握和提高。本次設計主要是通過查閱相關的工程手冊、圖表等技術資料，選用合理的參數(shù)來設計機床的機械結構和其控制部分。使用CAD軟件進行計算機輔助設計和工程圖的繪制。本文主要從零件分析工藝規(guī)

2、程的制定、機床機械結構的設計和機床控制部分的設計三方面進行闡述。在對零件分析時作了工藝路線的擬定；對于機床的機械結構設計，首先確定了切削用量，從而選擇了適合的動力頭，對動力滑臺和專用夾具進行了設計；并對機床進行PLC接口電路設計及機床總體電氣原理設計。 關鍵詞：曲軸端面，專用機床，設計，PLC控制 Abstract This paper is to design of a crankshaft end milling special machine, the design mainly to make the students become more familiar with the

3、 mechanical manufacturing technology and mechatronics system design knowledge, to establish the correct design idea, and further grasp the comprehensive use of the knowledge of professional engineering and technology to solve this problem ways and means to their own previous studies of this expertis

4、e to further understand and improve. The design is mainly related to the project through access to manuals, diagrams and other technical information, a reasonable choice of parameters to design the machine mechanical structure and its control section. Use CAD software to computer-aided design and en

5、gineering mapping. In this paper, a point of order from the parts of the development process, machine design and mechanical structure design of machine control section described the three aspects. Analysis of parts made in the course of the development process; for the machine tool mechanical struct

6、ure design, first determine the cutting parameters to select the appropriate power head, on the power sliding table and special fixture was designed; and design the PLC interface circuit and the electric circuit theory of the machine center. Keywords: crankshaft end, special machine, design, PLC co

7、ntrol 目錄 1 緒論---------------------------------------------------------------------------------------------------------1 1.1 專用機床特點----------------------------------------------------------------------------------1 1.2 專用機床的工藝分析--------------------------------------------------------------------

8、----1 2 課題綜述-------------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1 完成課題的方案及主要措施--------------------------------------------------------------4 2.2 銑床介紹-----------------------------------------------------------------------------------------5 2.3 銑床

9、布局分類----------------------------------------------------------------------------------5 2.4 雙端面銑床介紹及特點---------------------------------------------------------------------6 3 零件分析及工藝規(guī)程的制定-----------------------------------------------------------------8 3.1零件的分析-----------------------------------

10、----------------------------------------------------8 3.2工藝規(guī)程的制定--------------------------------------------------------------------------------9 4 選擇切削用量---------------------------------------------------------------------------------------12 4.1主要切削用量的確定-----------------------------------------

11、-------------------------------13 4.2 動力頭的選擇---------------------------------------------------------------------------------14 5 導軌的設計-------------------------------------------------------------------------------------------18 5.1導軌設計的主要內容--------------------------------------------------------

12、----------------20 5.2導軌的結構設計-------------------------------------------------------------------------------20 5.3滾動直線導軌副的結構及特點----------------------------------------------------------22 5.4滾動導軌的選擇-------------------------------------------------------------------------------25 5.5校核計算---------

13、--------------------------------------------------------------------------------25 6.滾珠絲杠的設計-----------------------------------------------------------------------------------27 6.1機械傳動部件及其功能要求--------------------------------------------------------------27 6.2滾珠絲杠--------------------------------

14、---------------------------------------------------------27 6.3滾珠絲杠副支承方式的選擇--------------------------------------------------------------29 6.4校核計算-----------------------------------------------------------------------------------------30 7.專用夾具設計--------------------------------------------------

15、-------------------------------------36 7.1夾具定位支承系統(tǒng)---------------------------------------------------------------------------37 7.2夾緊機構-----------------------------------------------------------------------------------------38 7.3銑床夾具設計要點----------------------------------------------------------

16、-----------------41 7.4對刀裝置工作原理---------------------------------------------------------------------------41 8 控制部分設計---------------------------------------------------------------------------------------42 8.1滑臺定位元件的選擇------------------------------------------------------------------------42 8.

17、2 PLC型號的選擇-------------------------------------------------------------------------------43 8.3 PLC程序的編寫-------------------------------------------------------------------------------46 結論與展望-----------------------------------------------------------------------------------------------50 參考文獻----

18、-----------------------------------------------------------------------------------------------51 致謝-----------------------------------------------------------------------------------------------------------52 1 緒論 曲軸在軸類零件分類中屬于異形軸，是發(fā)動機上的一個重要零件，承受由活塞通過連桿傳來的力，并將活塞的往復運動通過曲柄連桿機構變?yōu)樾D運動，將發(fā)動機所做的功傳遞出去。

19、曲軸在工作時所承受的是很大的扭轉力矩以及大小和方向都變化的彎曲力。目前，發(fā)動機的需求量越來越大，相對的發(fā)動機上的重要零件曲軸的需求量也在日益增加。所以我們需要對于曲軸端面銑削的專用機床以提高生產效率以及質量要求。 目前國內機床的加工水平與世界領先國家的差距還較大，幾乎所有高檔機床仍依賴于進口設備。 1.1 專用機床特點 專用機床是專為加工某種零件的一個或幾個固定工序服務的，通常多用于成批，大批，大量生產。 專用機床的特點： （1）加工對象專一，加工工序特定，工藝范圍單一。 （2）自動化程度和生產率較高。 （3）可根據(jù)特定的加工條件和工藝分析，直接確定機床的運動參數(shù)和動力參數(shù)，主傳

20、動系統(tǒng)比通用機床簡單得多。 （4）在選擇切削用量時，刀具壽命往往會成為限制因素，所以必須進行刀具壽命核算。通常應保證換刀間隔時間不低于8h（1個班換一次刀）或至少不低于4h（半個班換一次刀），但此時應作多方案比較和成本計算，按經濟分析結果作出選擇。 （5）在大批大量生產中，專用機床應力求便于自動上下料及納入自動線。 1.2 專用機床的工藝分析 專用機床是專門為加工某種零件的一個或幾個固定工序服務的，因此它的加工對象單一，工藝分析具體，比通用機床簡單，但為了使機床的方案制定得合理先進，必須充分調查研究，總結生產經驗，全面了解加工零件的加工情況和影響加工精度和機床方案制定的各種因素。 （

21、1）專用機床切削用量選擇的注意點： 1）專用機床很多是多刀加工，有的專用機床采用復合刀具，價格貴。為了減少刀具磨損、消耗和換刀時間，必須適當降低切削用量，通常專用機床的切削用量比單刀加工的通用機床要低30%左右。在核算刀具壽命時，一般應保證換刀時間在8h（一個班）以上。 2）多刀同時加工的專用機床（如組合鉆床），它們的合理切削用量各不相同，為使多種刀具都有比較合適的切削用量，同時不致對機床結構要求過分復雜，又能使刀具各自發(fā)揮其效能，可在各種刀具的切削用量中折中處理，如對鉆鉸復合刀具的進給量按鉆頭選擇，切削速度按鉸刀選擇。對于整體復合刀具，由于其強度較低，切削用量應選得小些。 （2）不同工

22、藝方案對專用機床的影響 在工藝分析時必須充分考慮不同工藝方案對機床的影響，認真研究下列問題： 1）加工工序和加工精度的要求：被加工工件在專用機床上完成的工序及加工精度是制定專用機床工藝方案的主要依據(jù)。制定工藝方案時，首先要全面分析工件的加工精度及技術要求，了解現(xiàn)場加工工藝及保證精度和技術要求的措施。例如加工級精度的孔，不僅工步數(shù)要多，而且加工不同的孔徑時應采用不同的加工方法，在同一軸線上幾個同軸度要求高的孔應從一面加工。 2）被加工工件的特點：工件的材料、硬度、剛度、工藝基面等對專用機床都有重要的影響。例如：工件的剛度不足，加工時工序不能太集中，以免同時加工時因工件受力變形、發(fā)熱變形以及

23、振動影響加工精度。必須重視專用機床加工前已完成工序以及毛坯質量的影響，例如當毛坯余量很大，鑄造質量較差時常采用粗加工工序。 3）工件的生產方式：被加工工件的生產批量的大小，對專用機床的工藝方案制定也有影響。大批量生產中，必須從提高生產率和自動化程度、穩(wěn)定地保證加工精度的角度來確定工藝方案。在中小批量的生產中，完成同樣的工藝內容則力求減少機床臺數(shù)，集中加工工序，以提高專用機床的利用率。 專用機床常用于大批或成批生產中，在確定其工藝方案后，確定其切削用量及其他數(shù)據(jù)，應進行單件生產率計算和方案比較，有條件時還應進行成本計算和方案比較以及必要的工藝試驗，以確定經濟的、可靠的和先進的工藝方案

24、、最佳的合理的運動參數(shù)和動力參數(shù)。 （3）專用機床工藝分析的步驟： 1）加工工件加工內容及其相關問題的了解，如工件材料，尺寸，加工精度等，這是工藝分析的第一步。 2）加工工件工藝基準的分析。選擇工藝基準和夾壓部位是制定工藝方案中極其重要的問題，工藝基準選擇正確與否是保證加工精度的重要條件。例如箱體類零件常用的典型定位方法有一面二孔定位和三面定位，沒有良好的定位基面的箱體可以人為地創(chuàng)造其穩(wěn)定的工藝基面。在選擇工藝基準時應當盡量選擇設計基面作為機床加工時的工藝基面，即做到基準統(tǒng)一，這樣能減少累積誤差，有利于保證加工精度。同時所選基準面應能保證工件穩(wěn)定定位，定位的支承面應該大一些，力求采用已加

25、工面作為定位面，在加工精度高時尤為必要。選擇基面時還應保證裝夾工件方便，夾具結構簡單。在選擇工藝基面的同時相應地決定夾壓位置，夾壓位置應保證夾壓后工件定位穩(wěn)定，減少夾壓引起的工件變形而影響加工精度。 3）決定工藝方案。由于工件精度要求和加工部位的特點、工件材料等的不同，因此同一工件表面的加工可以采用不同的工藝方案，即要正確地選擇加工方法。工序間余量和切削用量等。 2 課題綜述 這次設計的曲軸銑端面專用機床是主要用于銑削發(fā)動機曲軸前后兩端面。曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件，在發(fā)動機五大件中最難以保證加工質量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對于曲軸材質以及毛坯加工技術、精度、表

26、面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個環(huán)節(jié)質量沒有得到保證。則可能嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。然而，這次所設計的曲軸銑端面專用機床可以提高曲軸端面加工過程的生產效率和精度要求。 2.1 完成課題的方案及主要措施 2.1.1 預計達到的目標 熟悉曲軸銑端面專用機床的工作原理及其組成部分的結構，掌握曲軸銑端面專用機床的整機的設計計算。充分應用和鞏固在大學里學的各類知識如（機械設計﹑液壓傳動﹑材料力學﹑微機控制﹑電子學等），把在學校里學到的知識靈活應用。這次所設計的曲軸銑端面專用機床可以一次性銑削曲軸兩端面，以達到提高生產效率以及質量的要求。本課題給出的

27、零件是蘇南某柴油機廠生產的曲軸零件。其材料為球墨鑄鐵（QT60-2），零件為鑄件。汽車、拖拉機用的發(fā)動機和固定式高速發(fā)動機的曲軸常用整體式模鍛件，而重型和低速發(fā)動機的曲軸常用組合式的模鍛件。整體式曲軸具有強度高、剛性好、結構緊湊等優(yōu)點，但是組合式曲軸毛坯制造和機械加工比整體式的簡單。 2.1.2 技術方案 專用機床是按具體加工對象專門設計，可以按最合理的工藝過程進行加工，也可以同時以幾個方面采用多把刀具對工件進行加工，是提高生產率的有效設備。本課題“曲軸銑端面專用機床設計”是針對曲軸左右兩個端面進行設計的，工藝要求在工序20銑端面中完成銑削端面工作。該工序采用雙面銑的方法同時對兩個端面進行

28、加工。該零件總體輪廓尺寸較小，屬于小型零件加工，零件的定位夾緊元件也不會太大，設計時考慮到諸多因素后，決定選用臥式雙面銑削方案。 2.1.3 要解決的主要問題 （1）在雙面銑削時零件曲軸的定位問題，定位精度首先要達到要求。這就需要用專用夾具。在本課題中要設計一個專用夾具，用于實現(xiàn)曲軸的準確定位、夾緊、刀具的導向以及裝卸工件時的限位作用。曲軸雖然屬于異形軸，但是它的定位與一般軸類零件基本相同，即：圓柱面定位。本道工序是加工曲軸兩個端面。根據(jù)零件的結構特點和加工部位確定其定位方案為：采用兩個V形塊分別在兩主軸頸處定位，限制四個自由度；為防止加工過程中工件的軸向移動，用一個定位銷在扇形面處定位，

29、限制一個自由度；工件沿軸向轉動不影響加工的準確性，此處自由度可不限制。至此，工件的五個自由度全部被限制住了，可保證工件加工的準確性。 （2）在同時銑削兩個端面時對于尺寸精度的控制。這就需要在對于控制系統(tǒng)設計的同時加入反饋裝置（傳感器），可以保證所加工零件的尺寸要求。 2.2 銑床介紹 銑床是一種用途廣泛的機床。它可以加工平面(水平面、垂直面等)、溝槽（鍵槽、燕尾槽、T型槽等）、多齒零件上齒槽（齒輪、棘輪、鏈輪、花鍵軸等）、螺旋形表面（螺紋和螺旋槽）及各種曲面。此外，它還可以用于加工回轉體表面及內孔，以及進行切斷工作等。 由于銑床使用旋轉的多齒刀具加工工件，同時有數(shù)個刀齒參加切削，所以生

30、產效率高，但是，由于銑刀每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的，且每一個的切削厚度又是變化的，這就使切削力相應地發(fā)生變化，容易引起機床振動，因此，銑床在結構上要求有較高的剛度和抗振性。 銑床的類型很多，主要類型有：臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床、龍門銑床、工具銑床和各種專門化銑床等。 2.3 銑床布局分類 影響銑床類機床布局的主要因素： （1）工件的大小、重量和形式 如銑削小型工件一般可采用升降臺式布局；銑削中型工件一般可采用工作臺不升降式布局；銑削大型工件一般可采用龍門式、定梁龍門式、龍門（或橫梁）移動式（地坑式）布局形式。 由于工件大小及3個坐標方向的行程要求不同，工作臺不升降式布局，又分

31、為十字工作臺與立柱（或滑枕）移動式兩種布局形式。 需銑削兩平行面的工件的高度較大時，可采用無頂梁的定（橫）梁雙柱式銑床的布局；需銑削復雜成形表面工件時，可采用各種仿形銑床和數(shù)控銑床的布局形式。 （2）機床的萬能性要求 為擴大機床的銑削范圍和提高機床的萬能性，可將機床設計成懸梁在床身頂部回轉、懸梁前后移動及裝在懸梁上的銑頭作各方向回轉等布局形式，以使一臺銑床同時承擔臥銑與立銑工作，可減少工件的裝卸次數(shù)。 （3）機床的剛度和抗振性要求 銑削是一種斷續(xù)切削，因切削力變動而產生的震動較大，因而機床要有足夠的剛度。一般框架式布局如龍門銑床比懸梁式如單臂式銑床剛度高；工作臺不升降式布局比升降臺式

32、布局剛度高。 （4）機床的生產率要求 為提高生產率可采用多銑頭或連續(xù)作業(yè)布局形式，如多頭圓工作臺銑床布局形式。 （5）機床的“三化”要求 布局應力求提高機床部件的通用化程度，以便于從基型產品生產出多種變形產品。 2.4 雙端面銑床介紹及特點 雙端面銑床是具有兩動力頭用滾珠絲杠進給調節(jié)，工作臺采用自動進給，可根據(jù)不同的切削用具選擇進給方式，采用動力頭形式，穩(wěn)定性好，剛度高，從而提高切削能力。銑床主軸錐孔均采用標準莫氏，縱向進給采用優(yōu)質的直線滾珠導軌，共有精度高，操作靈活方便，耐磨等優(yōu)點，動力頭采用配對軸承，噪音低，精度高，壽命長，轉速高。 雙端面銑床結構特點： （1）工作臺 工

33、作臺采用優(yōu)質耐磨鑄鐵鑄造而成，精加工后，采用手工鏟刮與導軌面配產而成。工作臺的進給采用變頻器，實現(xiàn)無級變速?；虿捎米兯傧潺X輪變速。 （2）床身 床身分為雙矩形導軌和一矩一V形組合導軌兩種。床身導軌面都經過超音頻淬火處理，深度為，硬度為。耐磨性能好，使用壽命長。 （3）主軸 擁有獨立進給系統(tǒng)，進給速度由變頻器控制，可根據(jù)工件不同材質，調節(jié)銑削速度。 圖2-1 雙端面銑床 本課題所設計的專用機床是曲軸兩端面同時銑削專用機床。 本次畢業(yè)設計的任務是曲軸銑端面專用機床的設計。設計內容包括：動力滑臺設計，工作臺及夾具設計，控制系統(tǒng)設計。 3 零件分析及工藝規(guī)程的制定 3.

34、1零件的分析 3.1.1曲軸的結構特點 軸類零件的功用為支承傳動零件、傳遞扭矩和承受載荷以及保證裝在軸上的工件（刀具）具有一定的回轉精度。 曲軸在軸類零件分類中屬于異形軸，是發(fā)動機上的一個重要零件，承受由活塞通過連桿傳來的力，并將活塞的往復運動通過曲柄連桿機構變?yōu)樾D運動，將發(fā)動機所做的功傳遞出去。曲軸在工作時所承受的是很大的扭轉力矩以及大小和方向都變化的彎曲力。 本次設計給出的零件時蘇南某柴油機廠生產的曲軸零件。其材料為球墨鑄鐵（QT62-2），零件為鑄件。汽車、拖拉機用的發(fā)動機和固定式高速發(fā)動機的曲軸常用整體式模鍛件，而重型和低速發(fā)動機的曲軸常用組合式的模鍛件。整體式曲軸具有強度高

35、、剛性好、結構緊湊等優(yōu)點，但是組合式曲軸毛坯制造和機械加工比整體式的簡單。 S195-05006型曲軸有左、右二個主軸頸和一個連桿軸頸，其外形結構式曲軸類零件中比較簡單的一種。它的工作過程是：在外力作用下使曲軸旋轉，通過連桿軸頸上的連桿將運動傳遞到缸筒內的活塞，從而壓縮缸內的高壓油并將油點燃，燃燒的高壓油將自身的內能轉換為動能推動活塞運動，運動又傳到連桿再通過連桿帶動連桿軸頸，這樣曲軸繼續(xù)旋轉。 3.1.2零件的技術要求 （1）鑄件應該經正火處理，硬度為，顯微組織按部標JB1802，石墨數(shù)不低于5級，球化體大于75%，允許有少于5%的碳化鐵+磷共晶，但磷共晶為。 （2）未注圓角半徑為3

36、mm。 （3）加工面不應該有毛刺、裂縫、結疤、夾渣等缺陷，并應清理清潔。 （4）所有加工表面應光潔，不可有裂縫、壓痕、毛刺、氣孔、凹痕以及非金屬夾雜物，在磨光表面上不該有深痕和黑點。 （5）錐形規(guī)涂色檢查錐面密合面應不少于70%。 （6）清除油道及其他部分的金屬屑、污染物及其他雜物，并清洗吸干。 （7）中心孔必須保持完好。 （8）精加工后，應經磁力探傷并退磁。 （9）允許在R96表面上鉆孔調整不平衡力矩，孔徑15mm，孔邊應不少于10mm，深度不大于30mm，不平衡重心應在曲軸對稱平面內允許偏差。 （10）、三處軸頸淬硬，淬深。軸頸圓角處允許不淬火，但在距離軸頸端面內均勻過渡。

37、 3.2工藝規(guī)程的制定 零件加工的工藝規(guī)程就是一系列不同工序的綜合。由于生產規(guī)模和具體情況的不同，對同一零件的加工工序可能有很多的方案。應當根據(jù)具體條件采用其中最完善和最經濟的一種方案。工藝規(guī)程選擇要考慮的基本因素如下。 （1）生產規(guī)模是決定生產類型的主要因素，即設備、用具、機械化、自動化程度等。 （2）制造零件所用的坯料或型材的形狀、尺寸和精度。 （3）零件材料性質。 （4）零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件圖上所指定的要求。 （5）零件表面粗糙度。 （6）特殊限制條件，如：工廠設備和用具條件。 （7）編制的加工規(guī)程要在生產規(guī)模與生產條件下達到最經濟與安全的效果

38、。 3.2.1曲軸材料（S195-05006）及毛坯 S195-05006型曲軸材料為球墨鑄鐵（QT60-2）。該材料強度高、耐磨，并有一定的韌性，用于制作部分機床的主軸，空壓機、冷凍機的曲軸、缸體，小水輪發(fā)電機主軸，中小型柴油機、汽油機曲軸，部分輕型柴油機、汽油機的凸輪軸、汽缸套，農業(yè)機械小負荷齒輪等。 毛坯種類的確定是與零件的結構形狀、尺寸大小、材料的力學性能和零件的生產類型直接相關的，另外還和毛坯車間的具體生產條件相關。 鑄件：包括鑄鋼、鑄鐵、有色金屬及合金的鑄件等。鑄件毛坯的形狀可以相當復雜，尺寸可以相當大，且吸振性能好，但鑄件的力學性能差。 在大批量生產中，常采用精度和生產

39、率高的毛坯制造方法，如金屬型鑄造，可以使毛坯的形狀接近于零件的形狀，因此可以減小切削加工用量，從而提高材料的利用率，降低了機械加工成本。本零件選用的造型方法為砂型機器造型。 3.2.2生產類型及工藝特征 零件的生產綱領： （3-1） 式中：——零件的生產綱領，件/年； ——產品的年產量，臺/年； ——每臺產品中包含該零件的數(shù)量； ——該零件備件的百分率，%； ——該零件廢品的百分率，%。 劃分生產類型時，既要根據(jù)生產綱領，同時還要考慮零件的體積、質量等因素。值得一提的是生產類型將直接影響

40、工藝過程的內容和生產的組織形式，并在一定程度上對產品的結構設計也起著重要的作用。 由于本零件是大批量生產，零件的生產綱領N為15000件/年，他的主要工藝特征是廣泛采用專用機床、專用夾具及專用刀具、量具，機床按工藝路線排列組織流水生產。為減輕工人的勞動強度，留有進一步提高生產率的可能，該曲軸在工藝設計上采用了組合機床流水線加工的方式。 3.2.3定位基準的選擇 工件在機床上用夾具進行夾緊工件時，用來決定工件相對于刀具的位置的工件上的這些表面成為定位基準。定位基準分為粗基準和精基準。 曲軸和一般軸類零件的主要區(qū)別是：一般軸件的全部軸頸都位于同一軸線上，而曲軸的主軸頸雖然也位于同一軸線上，

41、但是其連桿軸頸不與主軸頸同軸，而是離開一定距離而彼此平衡。 為保證各軸頸的同軸度要求，在基準選擇時采用基準統(tǒng)一的原則，即粗、精加工各主軸頸時都采用頂尖孔作為定位基準。對于連桿軸頸的加工，為保證連桿軸頸軸線與主軸頸的軸線之間的平行，在基準選擇時應采用定位基準和裝配基準重合的原則，即粗、精加工連桿軸頸時都采用兩個主軸頸作為定位基準。若有兩個或兩個以上連桿軸頸，還要多選一個基準作為加工連桿軸頸的角度定位面，通常是在曲柄上銑出兩個小平面作為輔助基準。根據(jù)本曲軸的特點，連桿軸頸只有一個，因此不存在與主軸頸的角度問題。在加工連桿軸頸時選擇主軸頸定位，加工主軸頸時則選擇頂尖孔定位。 3.2.4工藝路線的

42、擬定 擬定工藝路線的出發(fā)點是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術要求能得到保證。工藝路線的擬定一般需要做兩個方面的工作：一是根據(jù)生產綱領確定加工工序和工藝內容，根據(jù)工序的集中和分散程度劃分工藝；二是選擇工藝基準，即主要選擇定位基準和檢驗基準。在生產綱領已確定為批量生產的條件下，可以考慮采用萬能機床、專用機床和專用夾具，并盡量采用工序集中的原則，減少安裝的次數(shù)來提高生產率。除此之外，還應盡量考慮經濟精度以便使生產成本盡量下降，根據(jù)以上原則，擬定的工藝路線如下。 10 鑄造 15 正火 20 銑端面 25 打中心孔 30 粗車扇形面外圓及側面 40 粗車長軸端外

43、圓及側面 45 粗車錐面1：10 50 粗車短軸端外圓及側面 60 精車長軸端外圓及側面 70 精車短軸端外圓及側面 80 銑扇形側面 90 銑連桿軸頸 100 鉆孔，擴孔，攻螺紋 110 鉆斜油孔 115 鉆連桿軸頸斜孔 120 檢驗 125 淬火 130 修整中心孔 140 粗磨主軸頸 150 銑鍵槽 160 磨錐面1：10 165 粗磨連桿軸頸 170 精磨主軸頸 175 精磨連桿軸頸 180 車退刀槽 190 車螺紋M42 200 拋光主軸頸及連桿軸頸 210 檢驗，探傷，退磁，清理油孔 4 選擇切削用量 1.銑削用量、進給

44、運動參數(shù) 1）背吃刀量 在通過切削刃基點并垂直于工作平面的方向上測量的吃刀量。立銑和端銑時，為切削層深度；圓柱銑削時，為被加工表面的寬度。 2）側吃刀量 在平行于工作平面并垂直于切削刃基點的進給運動方向上測量的吃刀量。立銑和端銑時，為被加工表面的寬度；圓柱銑削時，為切削層深度。 3）每齒進給量 指銑刀每轉過一齒相對工件在進給運動方向上的位移量，單位為。 4）每轉進給量 指銑刀每轉一轉相對工件在進給運動方向上的位移量，單位為。 5）進給速度 指銑刀切削刃基點相對于工件的進給運動的瞬時速度，單位為。 6）銑刀齒數(shù) 7）銑刀直徑 單位為。 8）銑刀轉速 單位為。 2.

45、銑削力的分析與計算 銑削加工時，每個銑刀齒所受切削力的大小和方向都在不斷變化，為了便于分析，可假定各刀齒上的總切削力作用在某一個刀齒上，并根據(jù)需要，將力分解為三個互相垂直的分力： 1）主切削力 總切削力在銑刀主運動方向上的分力，即沿銑刀外圓切線方向上的分力，是主要消耗功率的力。 2）垂直切削力 在工作平面內，總切削力在垂直于主運動方向上的分力，即沿銑刀半徑方向的力，它使刀桿產生彎曲。 3）背向力 總切削力在垂直于工作平面上的分力，即沿銑刀軸線方向的力。 在設計機床與夾具時，為了方便測量，通常將作用在工件上的總切削力（與大小相等，方向相反），沿機床工作臺的運動方向分解為三個力：

46、 1）進給力 總切削力在縱向進給方向上的分力。 2）橫向進給力 總切削力在橫向進給方向上的分力。 3）垂直進給力 總切削力在垂直進給方向上的分力。 銑削時，各進給力和切削力具有一定的比例關系，如表4-1所示，如果求出了，便可計算出、和三個分力。 銑刀總切削力的大小為： （4-1） 表4-1 各銑削力之間比值 銑削條件 比值 對稱銑削 不對稱銑削 逆銑 順銑 端銑削 0.3-0.4 0.6-0.9 0.15-0.30 0.85-0.95 0.45-0.70 0.9-1.00 0.50-0.5

47、5 0.50-0.55 0.5-0.55 3.銑削功率的分析與計算 銑削過程中消耗的功率主要按圓周切削力和銑削速度進行計算： （4-2） 進給運動也消耗一些功率，一般情況下，，所以總的銑削功率，由此可估算銑床主電動機的功率： （4-3） 式中，——銑床傳動效率，一般取。 4.1主要切削用量的確定 （1）主軸轉速計算 查《現(xiàn)代實用機床設計手冊》得硬質合金端銑刀的銑削用量，如表4-2所示。 表4-2 硬質合

48、金端銑刀的銑削用量 加工材料 工序 背吃刀量 銑削速度 每齒進給量 鑄鐵 粗銑 精銑 注：銑削切削用量的選擇與要求的加工表面粗糙度及效率有關，當要求較小的銑削表面粗糙度時，則銑削速度應高一些，每齒進給量應小一些。 初選： 銑削深度： 銑削速度： 每齒進給量：齒 計算主軸轉速： 本式中，——主軸轉速，單位為； ——切削速度，單位為； ——工件（或刀具）直徑，單位為。 根據(jù)實際標準，主軸轉速選取為，故實際切削速度為： 所以，銑削速度：。 （2）切削力的計算 （4-4） 式中

49、，——主切削力，單位為。 4.2 動力頭的選擇 TX系列動力頭簡介： TX銑削動力頭與相應規(guī)格的HJ系列滑臺配套，或與XG系列銑削工作臺配套，可組成各種形式組合銑床，用以完成對鑄鐵、鋼及有色金屬件的平面銑削、溝槽銑和平面銑等工序。 TX系列銑削頭可選配四種傳動裝置。配以齒形帶傳動裝置，適用于高速銑削，主要用于有色金屬的粗精加工及鋼和鑄鐵件的精加工；配以頂置式交換齒輪變速的傳動裝置，主要用于對鑄鐵和鋼件中低速粗、精銑削，較適用于大批大量生產臥式組合機床；配以尾置式交換齒輪變速的傳動裝置和配以手柄變速傳動裝置（屬于中低速傳動），加工性能均與配置的銑削頭相同，僅宜于配置立式機床，宜配置為中小

50、批多品種加工的組合機床。 TX系列銑削頭結構： TX系列銑削頭按精度分為普通級、精密級和高精度級三種，其結構完全相同。僅主要零件和軸承的精度不同。根據(jù)主軸滑套移動方式不同，又分兩種方式：Ⅰ型只能手動移動和夾緊滑套，用于對刀調整；Ⅱ型能液壓自動移動和夾緊滑套，用于精銑自動讓刀或凹入面加工進退刀。 圖4-1所示為TX系列滑套式銑削頭結構。銑削頭由主軸及軸承、滑套移動機構、滑套夾緊機構和液壓讓刀機構四部分組成。主軸通過兩個雙列向心短圓柱滾子軸承支承在滑套3內。在前支承還裝有接觸角的雙向推力球軸承，用于承受左右兩個方向的軸向力。這種主軸結構不僅剛性好、軸承間隙容易調整、易于保持精度，而且因推力軸

51、承較接近主軸前端面，后軸承可軸向游動，故當主軸以推力軸承為支點向前和向后熱伸長時，對銑削精度影響小。 圖4-1 TX系列銑削頭結構 1-法蘭盤 2-液壓缸 3-滑套 4-擋鐵 5-螺桿 6-擋鐵 7-螺母 8-螺母套 9-圓螺母 10-楔塊 11-夾緊液壓缸 12-楔塊 13-夾緊螺桿 14-滑套 傳動裝置的用途及配置形式 NG系列傳動裝置是通用主軸部件必不可少的配套部件，它是使刀具作旋轉運動的驅動裝置。NG系列傳動裝置是根據(jù)“跨系列通用”原則設計的“跨系列傳動裝置”，即每一種傳動裝置均可與同規(guī)格的五個系列的六種主軸部件（是指銑削頭、鏜削頭與鏜孔車

52、端面頭、鉆削頭、攻螺紋頭和可調鉆孔與攻螺紋頭等六種）配套使用。TX系列銑削頭分別配置四種傳動裝置如圖4-2所示，由此可見，NG系列主傳動裝置具有通用化程度高、選配靈活、便于生產管理等優(yōu)點。 圖4-2 1TX系列銑削頭分別配置四種傳動裝置 a) 齒形皮帶 b) 頂置式 c) 尾置式 d) 手柄變速 4.2.1 校驗機床功率 本次設計選用的動力頭為TX25型銑削頭，其技術性能主要有：電機額定功率：3kw。 主運動消耗的切削功率為： 式中：——切削功率，； ——切削力，N； ——切削速度，。 進給運動也消耗一些功率，一般情況

53、下，，所以總的銑削功率，由此可估算銑床主電動機的功率： 由于電機實際功率小于電機額定功率（），所以該切削用量的選擇符合實際生產要求。 5 導軌的設計 1.導軌的概述 導軌是兩個相對運動部件接合面組成的滑動副，一般由機床的支承部件（床身、立柱、橫梁）和執(zhí)行部件（主軸箱、溜板箱、刀架）匹配而成。在支承部件上的導軌稱支承導軌或固定導軌，簡稱下導軌；在執(zhí)行部件上的導軌稱為運動導軌，簡稱上導軌。 導軌是機床的重要部件之一，它在很大程度上決定機床的剛度、精度與精度的保持性。 2.導軌的功用和分類 導軌的功用：對支承部件起承載作用；對執(zhí)行部件起引導作用，見表5-1。 表5-1導軌的

54、功用 功能 簡要說明 支承作用 車床導軌的本體變形，其彎曲變形占床身變形的25%以上；導軌面的接觸變形，對于臥式鏜床，主軸箱體與立柱導軌面的接觸變形，將占鏜床各大件總變形的。所以，通過減小導軌本體的剛性變形，是提高導軌工作精度的一個重要方面。因此要把導軌與機床整體設計聯(lián)系起來。 導軌的接觸剛度設計，主要通過控制導軌面的壓強和卸荷裝置來解決的。 導向作用 從運動學原則出發(fā)，導向作用要導軌副設置5個自由度的約束，只允許上導軌有一個確定的自由度，即直線度或圓度。從機床整體功能出發(fā)，導軌的導向精度，包括導軌幾何精度、接觸精度及精度保持性；運動和定位的準確性、平穩(wěn)性、靈活性等要

55、求。 導軌副按下列性質可以分為： 表5-2導軌副的分類 運動軌跡 直線運動導軌和圓周運動導軌。 摩擦性質 滑動導軌和滾動導軌。 工作性質 主運動導軌、進給運動導軌、移置導軌和卸荷導軌。 3.導軌應滿足的基本要求 （1）導向精度：主要指導軌運動軌跡的精確度。影響導向精度的主要因素有：導軌的幾何精度和接觸精度、導軌的結構形式、導軌及其支承件的剛度和熱變形，靜（動）壓導軌副之間的油膜厚度及其剛度等； （2）精度保持性：主要由導軌的耐磨性決定，耐磨性與導軌材料、導軌副的摩擦性質、導軌上的壓強及其分布規(guī)律等因素有關； （3）剛度：包括導軌自身剛度和接觸剛度。主要取

56、決于導軌的形狀、尺寸和支承件的連接方式及受力狀況等因素； （4）低速運動平穩(wěn)性：動導軌作低速運動或微量位移時易產生摩擦自激振動，即爬行現(xiàn)象。爬行會降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度的值。 4.導軌的主要失效形式 （1）磨損：可分為磨粒磨損和膠合磨損； （2）疲勞和壓潰：表面疲勞是因為表層受接觸應力而產生彈性變形，脫離接觸時則彈性恢復，這種過程達到一定循環(huán)次數(shù)后，表層形成龜裂而產生剝落片。壓潰是由于接觸應力過大而使表層產生塑性變形而形成坑。 5.導軌的材料及特點 隨著高效自動化、數(shù)控機床、高精度精密機床和重型機床的發(fā)展，促使機床導軌材料的構成比發(fā)生了顯著的變化。總體趨勢可概括為

57、：與采用鑄鐵合金化強化導軌相比，采用表面熱處理強化的導軌有增多的趨勢，其中鑲鋼導軌的增加尤為明顯；與滑動導軌相比，滾動導軌所占比例增加，與金屬導軌相比，塑料導軌的增加特別明顯。 （1）鑄鐵-鑄鐵： 動導軌常用灰鑄鐵。支承導軌采用孕育鑄鐵，高磷鑄鐵和合金鑄鐵，其耐磨性比普通鑄鐵高2-4倍； （2）鑄鐵-淬硬鑄鐵： 動導軌常用普通灰鑄鐵，并經亂配加工。支承導軌常用HT200鑄鐵并進行表面淬火提高共硬度及耐磨性； （3）鑄鐵-淬硬鋼板： 動導軌常用鑄鐵。支承導軌為淬硬鋼導軌，分段鑲裝在鑄鐵床身上，所用材料是碳素鋼（T108A，T8A等）合金鋼（40Cr，等）； （4）塑料-鑄鐵： 在

58、動導軌上粘貼聚四氟乙烯塑料軟帶。它與鑄鐵導軌組成摩擦副時，摩擦系數(shù)僅為0.02-0.03，是鑄鐵-鑄鐵副的左右； （5）有色金屬-鑄鐵： 在動導軌基體上鑲裝有色金屬板，主要有，等。 當運動件沿著承導件作直線運動時，承導件上的導軌起支承和導向的作用，即支承運動件和保證運動件在外力（載荷及運動件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進行直線運動。對導軌的要求如下： （1）一定的導向精度。導向精度是指運動件沿導軌移動的直線性，以及它與有關基面間的互相位置的準確性。 （2）運動輕便平穩(wěn)。工作時，應輕便省力，速度均勻，低速時無爬行現(xiàn)象。 （3）良好的耐磨性。導軌的耐磨性是指導軌長期使用后，能

59、保持一定的使用精度。導軌在使用過程中要磨損，應使磨損量小，且磨損后能自動補償或便于調整。 （4）足夠的剛度。運動件所受的外力，是由導軌面承受的，故導軌應有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導軌面寬度，以降低導軌面比壓。 （5）溫度變化影響小。應保證導軌在工作溫度變化的條件下，能正常工作。 （6）結構工藝性好。在保證導軌其它要求的前提下，應使導軌結構簡單，便于加工、測量、裝配和調整，降低成本。 不同設備的導軌，必須做具體分析，對其提出相應的設計要求。必須指出，上述六點要求是互相影響的。 5.1導軌設計的主要內容 （1）設計導軌應包括下列幾個方面內容： 1）根據(jù)工作條件，選擇適合的導軌類

60、型。 2）選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度。 3）選擇適當?shù)膶к壗Y構及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運動輕便和平穩(wěn)。 4）選擇導軌的補償及調整裝置，經長期使用后，通過調整能保持需要的導向精度。 5）選擇合理的潤滑方法和防護裝置，使導軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 6）制定保證導軌所必須的技術條件，如選擇適當?shù)牟牧希约盁崽幚?、精加工和測量方法等。 5.2導軌的結構設計 （1）滑動導軌 表5-3 滑動導軌的種類 滑動導軌的種類 特點 三角形導軌 該導軌磨損后能自動補償，故導向精度高。它的截面角度由載荷大小及導向精度要求而

61、定，一般為。為增加承載面積，減小比壓，在導軌高度不變的條件小，采用較大的頂角（）；為提高導向性，采用較小的頂角（）。如果導軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導軌面。 續(xù)表5-3 滑動導軌的種類 特點 矩形導軌 優(yōu)點是結構簡單，制造、檢驗和修理方便；導軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應用廣泛。但它的導向精度沒有三角形導軌高；導軌間隙需用壓板或鑲條調整，且磨損后需要重新調整。 燕尾形導軌 燕尾形導軌的調整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調節(jié)各面的間隙，且高度小，結構緊湊；但制造檢驗不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運動速度不高

62、，受力不大，高度尺寸受限制的場合。 圓形導軌 制造方便，外圓采用磨削，內孔研磨可達精密配合，但磨損后不能調整間隙。為防止轉動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。 這四類導軌又分別為凸形導軌和凹形導軌。凸形有利于排屑，不易保存潤滑油，只宜用于低速運動，凹形容易保存潤滑油，需要注意導軌的防護。 （2）滾動導軌 在相配的兩導軌面之間防止?jié)L動體或滾動支承，使導軌面間的摩擦性質成為滾動摩擦，這種導軌就叫做滾動導軌。 滾動直線導軌副的最大特點是摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)很接近，與滑動導軌副相比具有表5-4所列的特點。 表5-4 滾動導軌副的特點

63、序號 特 點 應 用 1 運動靈敏度高，滾動導軌的摩擦因數(shù)小，只有，驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的。 坐標鏜床、數(shù)控機床和外圓低速精密磨床砂輪架導軌，能精密位移。 大型外圓磨床工作臺滾動導軌是為防止高速移動時因動壓效應使工作臺浮起，以提高加工精度。 立式車床工作臺采用滾動導軌，為了提高速度。 工具磨床工作臺用滾動導軌，則為手搖輕便靈活。 一般普通機械用于精密直線傳動。 2 動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有利于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度。 3 適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提

64、高約10倍。 4 能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 5 成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。 6 由專業(yè)廠生產，可以外購選用，簡化了機械結構的設計和制造。 7 缺點：抗震性差、結構復雜、制造成本高。 5.3滾動直線導軌副的結構及特點 經多年研究開發(fā)，我國目前現(xiàn)已形成GGB、GGC、GGE、GGF、GGY、GZV等系列，由于它具有諸多特殊的優(yōu)點，已被數(shù)控機床及許多機電一體化專業(yè)生產單位和自動化生產線制造單位所應用和關注。 滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、

65、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內部。 優(yōu)點： （1）滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當?shù)匿撉颍够瑝K與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得： 1）動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有利于提高數(shù)控的響應速度和靈敏度。 2）驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的。 3）與

66、V形十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 4）適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約10倍。 5）能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。 （2）能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 （3）成對使用導軌副時，具有“均化誤差效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本和難度。 （4）導軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 （5）導軌采用表面硬化處理，使導軌具有良好的可校性，心部保持良好的機械性能。 （6）簡化了機械結構的設計和制造。 國外滾動直線導軌副的結構類型較多，根據(jù)需要，國內已開發(fā)生產出多種結構類型的滾動直線導軌副，主要類型及其特點： 表5-5 滾動導軌類型及特點 型號 名稱 特性 應用 GGB AA AAL 四方向等載荷滾動直線導軌副 1.一體型 2.上下左右四方額定載荷相等，用途較廣 3.額定載荷大剛度高適于重載 1.機械加工中心 2.NC車床CNC車床 3.重型切削