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畢業(yè)論文
開題論證報告
專 業(yè) 機械制造及其自動化技術
學生姓名 施 超
班 級 D 機制 141
學 號 1420012046
指導教師 管 文
完成日期 2018年3月9日
課題名稱：曲軸雙面磨床設計
一、課題來源、課題研究的主要內容及國內外現(xiàn)狀綜述
本課題來源于曲軸雙面磨床設計科研實踐，屬于工程設計類題目。
課題研究的主要內容：運用Pro軟件，完成自動化磨床在三維環(huán)境下的刀具磨削工作系統(tǒng)、工件進給系統(tǒng)及夾具系統(tǒng)的結構設計和磨床整體虛擬裝配。
國外研究概況：隨著人類社會由工業(yè)經(jīng)濟時代步入知識經(jīng)濟時代，在以高科技產(chǎn)業(yè)為主要支柱、以智力資源為主要依托的知識經(jīng)濟條件下，制造業(yè)正在發(fā)生革命性的變化，制造技術正在發(fā)生質的飛躍，出現(xiàn)了數(shù)控技術、超高速加工技術、精密和超精密加工以及虛擬制造等先進制造技術。特別是高速加工技術是當今先進實用的制造技術，正成為磨削加工的主流，具有強大的生命力和廣闊的應用前景。當今，高速高效磨削、超高速磨削在歐洲、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快，如：德國的Aachen大學、美國的Connecticut大學等，有的在實驗室完成了Vs為250 m/s、350m/s、400m/s的實驗。據(jù)報道，德國Aachen大學正在進行目標為500m/s的磨削實驗研究。在實用磨削方面，日本已有Vs=200m/s的磨床在工業(yè)中應用。日本用激光在研磨過的人造單晶金剛石上切出大量等高性一致的微小切刃，對硬脆材料進行精密磨削加工，效果很好。超硬材料微粉砂輪超精密磨削主要用于磨削難加 工材料，精度可達0.025μm。
國內研究概況 ：解放前，我國磨床工業(yè)及磨料工業(yè)幾乎是一片空白。上海亞中機器廠(今上海第三機床廠)于1944年制造出我國第一臺外圓磨床。解放后，我國相繼建立了現(xiàn)代化的磨床、磨料磨具制造廠及專業(yè)研究所，造就了一大批從事磨床設計制造、磨料磨具研究、制造的專業(yè)科學技術隊伍。20世紀80年代高品位級的人造金剛石、優(yōu)質立方氮化棚相繼面世。 我國磨床工業(yè)經(jīng)歷了50年代初的測繪、仿制階段， 50年代末期開始自行設計。改革開放推動了磨床工業(yè)的巨大發(fā)展?，F(xiàn)在我國已能設計制造高精度、高效率、機電一體化的磨床，形成品種比較齊全的磨床產(chǎn)品，裝備了國民經(jīng)濟各部門的制造業(yè)，并出口60多個國家和地區(qū)。我國對高速磨削及磨具的研究已有多年的歷史，在70年代末期便進行了80m/s、120m/s的磨削工藝實驗；前幾年，也計劃開展250m/s的磨削研究(但至今尚未見到這方面的報道)，所以說有些高速磨削技術還只是實驗而已，尚未走出實驗室，技術還遠沒有成熟，特別是超高速磨削的研究還開展得很少。在實際應用中，砂輪線速度Vs一般還是45～60 m/s。
二、本課題擬解決的問題
（1） 磨床總體布局中各部件尺寸的確定
（2） 主軸和軸承的設計和選用
（3） 主軸軸向進給量
（4） 工件轉動量
（5） 磨削溫度的測量
（6） 砂輪進給量
（7）軸的磨削軸時的固定及加工誤差
3、 解決方案及預期效果
解決方案：設計一個工作于二維空間上的自動化磨床，同時也具備三維空間進給的手動控制能力，在沒有實現(xiàn)自動化進給的第三維度方向上，可通過手輪調節(jié)工件位置。
預期效果：能夠能顯著提高曲軸產(chǎn)品磨削加工的生產(chǎn)效率，還能大大提高曲軸的磨削加工精度，降低廢品率，從而降低成本、提高生產(chǎn)率，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益；同時，能夠降低工人的勞動強度，提高工人的生產(chǎn)積極性；更有利于提高發(fā)動機、內燃機等以曲軸為關鍵部件的產(chǎn)品性能，從而增強產(chǎn)品的市場競爭力。
四、課題進度安排
2018年1月1日～2018年1月20日．畢業(yè)實習階段。
畢業(yè)實習，查閱資料，市場調查，到多個公司實踐，撰寫實習報告。
2018年1月1日～2018年3月9日．論文開題階段。
論文總體構思方案，填寫開題報告，前期檢查。
2018年3月10日～2018年4月20日．論文初稿階段。
撰寫畢業(yè)論文初稿，中期檢查。
2018年4月21日～2018年5月16日．論文完善工作階段。
充實完善畢業(yè)論文。
2018年5月17日～2018年5月18日．畢業(yè)論文預答辯。
2018年5月19日～2018年5月28日．論文定稿階段。
論文修改、定稿，材料復查。
2018年5月29日～2018年5月30日．論文評閱。
2018年5月31日～2018年6月1日．畢業(yè)答辯。
2018年6月2日～2018年6月15日．材料整理裝袋。
五、指導教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學院意見
簽名
年 月 日
3
目錄
摘要
第1章 緒論
1.1 課題背景和研究意義
1.2 研究現(xiàn)狀和主要內容
第2章 整體設計方案
2.1 概述
2.2 結構方案
2.3 關于砂輪電機放置的說明
2.4 本章小結
第3章 刀具組件、立柱組件結構設計
3.1 概述
3.2 立柱組件結構設計
3.3 帶傳動結構設計
3.4 本章小結
第4章 橫向進給組件結構設計
4.1 概述
4.2 X向進給結構設計
4.3 Y向進給結構設計
4.4 本章小結
第5章 夾具組件結構設計
5.1 概述
5.2 裝夾方案選擇
5.3 V型塊結構設計
5.4 夾爪結構設計
5.5 本章小結
第6章 軸零件銑削工序專用夾具設計
6.1 概述
6.2 夾具方案確定
6.3 定位誤差分析
6.4 夾具裝配要求
6.5 夾具使用說明
結論與展望
參考文獻
致謝
附錄
摘要
曲軸是傳動設備，特別是汽車上主要的軸類零件，其質量的好壞直接影響傳動性能的強弱，其加工過程任何一道工序都不可掉以輕心，用于曲軸鍛造毛邊磨削的專業(yè)磨床，是曲軸生產(chǎn)中必不可少的重要設備之一。
本畢設課題，在對現(xiàn)有曲軸磨削設備充分了解的基礎之上，閱讀了大量文獻資料，運用大學四年所學的機械設計、機械加工、機械電子等多專業(yè)知識，從整體上對設備進行宏觀設計，細節(jié)上微觀調整，盡量使設計出來的設備是切實可用的。在設計過程中，充分考慮到機械加工的難度和可信性，充分考慮標準件和外購件的選用，盡量減少自加工的零件，這樣可大大增加設備的靈活性和組裝難度。同時，考慮到操作人員的操作感受，降低操作人員的勞動強度，增加其操作安全性，相信這樣一款設備必定具有一定的實踐意義。
首先，基于現(xiàn)有的曲軸磨床結構，提出了升級版的整體結構設計和自動化實現(xiàn)方式。
其次，基于整體結構設計方案，集合所學知識和文獻資料，將整臺設備分解成若干功能組件，對各個組件進行細節(jié)化實現(xiàn)設計。
最后，在三維軟件SolidWorks 2013里建模，模擬設備的整體組裝效果和檢驗所做設計。
關鍵詞：曲軸 磨床 SolidWorks
Summary
The crankshaft is the transmission equipment, especially the main axle parts in the car. The quality of the crankshaft directly influences the transmission performance. It can't be taken lightly in any process of the machining process. The professional grinding machine for crankshaft forging and flashing is One of the most important equipments in crankshaft production.
This completed project, based on a thorough understanding of the existing crankshaft grinding equipment, read a large amount of literature and materials, and used the multi-disciplinary knowledge of mechanical design, mechanical processing, and mechanical electronics learned by the university for four years. The equipment is designed in a macro-scale and the details are fine-tuned to make the designed equipment as practical and usable as possible. In the design process, full consideration is given to the difficulty and credibility of the machining process. Full consideration will be given to the selection of standard parts and purchased parts to minimize self-manufactured parts. This will greatly increase equipment flexibility and ease of assembly. At the same time, taking into account the operator's operating experience, reduce the labor intensity of the operator, increase its operational safety, I believe that such a device must have a certain practical significance.
First, based on the existing crankshaft grinding machine structure, an upgraded version of the overall structural design and automation is proposed.
Secondly, based on the overall structure design scheme, the collected knowledge and literature materials are collected, the entire equipment is decomposed into several functional components, and the detailed design of each component is implemented.
Finally, modeling in 3D software SolidWorks 2013 simulated the overall assembly effect of the device and verified the design.
Keywords: Crankshaft Grinding SolidWorks
第1章 緒論
1.1 課題背景和研究意義
1.1.1 課題背景
曲軸是好多行業(yè)應用非常廣泛的零件，其作用是將直線運動和轉動做相互轉換。例如發(fā)動機、沖壓機、剪板機等行業(yè)機械，均使用到曲軸零件。曲軸的特點就是結構復雜，工作條件惡劣，受力情況多變，因此，對曲軸零件提出了更高的加工精度和力學性能要求。
近年來，隨著制造業(yè)的再度發(fā)展，相關科學技術的進步，各行各業(yè)對制造業(yè)提出了更高的要求。其中磨削技術就是高精度制造中必不可少的關鍵工序。磨削技術的高低，直接影響產(chǎn)品最終的質量。
現(xiàn)今，磨削加工技術向著高速度、高精度、高效率方向發(fā)展，自動化程度也是衡量標準之一。但是，采用傳統(tǒng)磨削技術的磨床仍然占據(jù)著很大一部分加工份額。所以，對傳統(tǒng)磨床的結構設計仍然具有現(xiàn)實意義。在整個機械加工領域，磨削加工占據(jù)著加工足量的30%~40%，相應的磨削設備種類繁多，結構各異，滿足了不同行業(yè)、不同零件的加工要求。
1.1.2 課題意義
近年來，汽車工業(yè)在制造業(yè)整體下滑的形勢下逆勢增長。伴隨著人們生活水平的提高，汽車的需求量在逐年穩(wěn)步增長，而曲軸是汽車發(fā)動機上的關鍵零件，這就導致了對曲軸的大量需求。同時，對曲軸零件的加工精度、表面質量、力學性能等方面都提出了更高要求。
目前，還沒有一臺專用的磨床用來加工曲軸，現(xiàn)在所使用的設備仍然是非常簡易的人工設備，這套設備結構簡陋，安全措施幾乎缺失，操作難度很大，生產(chǎn)效率極低。所以，設計生產(chǎn)一臺專用的曲軸毛邊磨削去除自動化設備顯得勢在必行。
針對上述現(xiàn)狀，本課題提出了設計一種專門用于曲軸的磨削機床，要求設備具有三個直線自由度，在工作平面上實現(xiàn)全自動控制，在第三個自由度上實現(xiàn)手動控制，從而達到曲軸磨削的加工要求。
該設備設計的提出，不僅可以填補本行業(yè)的空白，同時，可以大大提高曲軸鍛造后的飛邊去除工序的加工效率，提高產(chǎn)品質量，降低生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟利益。同時，在設計之初，就高度重視操作人員的安全問題，從設計的角度就給與操作工人更多的保護，本磨床只有在裝夾和卸載工件時需要人工操作，當設備啟動后，全程無需人工參與，可全自動的按照編好的程序自動進行加工，大大減少了操作人員的勞動強度，提高了安全性。綜上，本課題的研究對行業(yè)發(fā)展有著非常重要的意義。
1.2研究現(xiàn)狀和研究內容
1.2.1研究現(xiàn)狀
我國的磨穿工業(yè)是從解放后才開始的。解放前，我國的現(xiàn)代制造業(yè)幾乎是一片空白。解放后，我國從仿制外國的磨削設備開始，在磨削設備的設計研究方面投入了大量的人力物力。大大推動了磨削加工技術的發(fā)展，現(xiàn)如今，我國已經(jīng)可以設計生產(chǎn)高質量、高精度、自動化控制的高端磨床，不僅可以滿足國內的需求，還出口多個國家和地區(qū)。
總之，隨著制造業(yè)和相關科技水平的進步，磨削加工技術有了長足的進步和提高，各種高精度、高效率和高自動化的磨床可以滿足各行各業(yè)的要求。
1.2.2 本課題主要內容
本文基于SolidWorks 2013 三維建模軟件，完成了本專用磨床的三維建模，主要包括下列幾個方面：
1. 通過對曲軸結構的分析，結合現(xiàn)有設備的結構，提出了全新的設備整體結構。為了達到設計目的，將設備劃分為幾個功能模塊進行具體結構設計，主要包括：立柱組件、刀具組件、進給組件、夾具組件。
2. 刀具組件的結構設計
3. 進給組件的結構設計
4. 夾具組件的結構設計
5. 對零件銑削工序的夾具設計
第2章 整體設計方案
2.1概述
曲軸是各類型發(fā)動機上最重要、承受載荷最大、受力最為復雜的零件之一，其材料一般為中碳鋼或者中碳合金鋼，主要加工方式為鍛造后機加工。為了滿足實際工作需要，還需要進行熱處理來提高軸頸處的表面硬度和力學性能。工作時，它通過連桿和活塞進行配合，將燃料燃燒所驅動的直線運動轉換為自身的回轉運動，從何帶動其他設備進行工作。曲軸工作在高轉速、高力矩、復雜載荷的情況下，因此，要求其具有足夠的力學性能、耐磨性、和良好的加工精度。
曲軸經(jīng)過鍛造工序后，在模具兩端的結合處會產(chǎn)生較大的鍛造毛邊，這些毛邊對后續(xù)的機加工工序會產(chǎn)生很大的影響，所以在機加工之前，需要通過磨床磨削掉這些毛邊，本課題的主要內容就是設計這樣一種可以加工毛邊的專用磨床。
如前文論述，現(xiàn)在的加工方法極其原始，沒有自動化操控，加工效率低下，工作環(huán)境極其惡劣，安全性沒有保障。因此，設計一種自動化程度高、加工方式簡便、生產(chǎn)效率高、安全性能好的自動化專用磨床就顯得尤為重要。
2.2 結構方案
基于前文的分析和實際的生產(chǎn)需要，初步設想出下圖的結構方案，簡圖如下：
從上圖可以清晰的看到，本設計方案將分為四個功能模塊進行設計，各個功能模塊完成相關的功能操作，配合運動。
刀具組件：
主要作用是電動機在皮帶的傳動下，將回轉運動傳遞給裝有砂輪的軸，從而帶動砂輪告訴旋轉，對工件進行磨削加工。
立柱組件：
立柱組件為刀具組件的Z方向移動提供導向和支撐，同時，立柱上端裝有減速電機，電機上裝有制動器，可以在斷電或者需要時提供力矩保持作用，防止設備下落。刀具組件在絲杠的作用下可以上下移動，完成對曲軸不同位置的加工需要。
進給組件：
進給組件主要完成對工件在水平面的位置控制，其中，X方向的進給由減速電機帶動絲杠完成，Y方向的進給由手輪帶動滑動絲杠完成。這是因為，加工同一種型號的曲軸時，X方向的位置是需要在加工全程隨時變動的，采用減速電機自動驅動可以提高加工效率，而Y方向為曲軸的中間平面，無需經(jīng)常調整，所以采用手動調節(jié)就可以滿足微調的需求。在XY兩個方向的運動導向由直線導軌完成，直線導軌現(xiàn)在由多個廠家提高標準產(chǎn)品，導向精度高，潤滑方便，成本低廉，使用時直接根據(jù)結構尺寸和實際工作需要選用即可，大大減少了加工成本，提高了產(chǎn)品互換性和可維修性。
夾具組件：
夾具的作用是為工件提供定位，并使其保持正確位置不發(fā)生松動。以便加工出尺寸正確，質量好的產(chǎn)品。本設計中，由于加工的是軸類零件，連段的軸頸處是同心的，根據(jù)機械設計行業(yè)的通用標準，所以采用的定位方式為V型塊定位，V型塊設計成可以調節(jié)高度的結構，方便對各種尺寸的曲軸進行加工，增加了設備的通用性。本設備進行的磨削工序中，對加工精度要求極低，加工時產(chǎn)生的力相對來說也是極其的小，所以夾爪設計成具有自鎖功能的簡易機械手，就可以滿足工件的夾緊需求。
2.3 關于砂輪驅動電機位置的說明
在砂輪驅動方式選擇上，本設計采用了電機帶傳動，由于傳動帶長度一定，所以必須保證電機和砂輪軸線距離一定，電機必須和砂輪一起運動，所以將電動機和砂輪都放置在同一塊安裝板上，在絲杠的帶動下一起運動，絲杠承受軸向力的能力極其的高，根本無需擔心。
2.4本章小結
本章在總結現(xiàn)有設備和考慮實際需求的情況下，初步制定出曲軸雙面磨床的設計方案，將設備整體劃分為四個具有獨立功能的組件模塊，對各個模塊的功能都進行了相關闡述，對實際功能的完成需求都進行了相關分析，為以后的設計工作指明了方向，各組件的具體設計將在下文中進行詳盡分析。
第三章 刀具組件、立柱組件結構設計
3.1 概述
由于刀具組件安裝在立柱組件上，兩者配合完成砂輪的自轉和上下升降運動，現(xiàn)一同論述其結構。刀具組件主要零部件包括電機、小帶輪、傳送帶、大帶輪、傳動軸、軸承、軸承座、砂輪等組成，所有這些零部件安裝在安裝板。安裝板通過焊接完成，刀具組件整體可以在絲杠的帶動下在立柱組件上完成垂直方向上的運動。
立柱組件主要包括立柱、減速電機、軸承、滾動絲杠、軸承座等零部件，由于設備整體組裝好后，整個刀具組件的重量都會加在絲杠上，絲杠會將力向下穿遞到下端的軸承上，所以，絲杠兩端的軸承采用不同類型的軸承，上端采用最為常用的深溝球軸承，下端為了緩解來自刀具組件的軸向力，采用了角接觸推理滾子軸承。
兩者工作原理是:
打開砂輪運轉開關，電動機通過皮帶傳動帶動砂輪高速旋轉，然后可以操作減速電機，帶動絲杠轉動，絲杠的轉動轉換為絲杠螺母的直線運動，這時，連接在絲杠螺母上的刀具組件就可以在立柱的導向下，上下調整到正確工作位置，對工件進行磨削加工。
3.2 立柱組件主要零件設計
3.2.1減速電機選型
眾所周知，轉動需求一般由電動機提供，電動機一般都有較高的定的轉速，相對較小的額定轉矩，在驅動較低轉速的零部件時，直連電機失不合理的，中間需要添加減速齒輪機構。目前，機械行業(yè)有眾多提供減速箱的企業(yè)，同時，廠家還配套安裝驅動電機，省去了很多沒必要的工作。根本無需自行設計減速齒輪機構，這樣不僅浪費設計時間，往往設計出來的結構難以滿足實際生產(chǎn)需要，在安全性、維護性、通用性方面都存在嚴重不足，所以，本設計通過博能品牌樣本提供的選型步驟，完成對減速電機的選型。
已知條件：
1、被驅動設備所需扭矩計算
絲杠半徑為40mm，負載力為100kg，
扭矩T=100X10X0.04=40N*m
2、所需轉速計算
1/0.01≈100r/min
3、電機暫定4級，轉速n=1450r/min
4、負荷性質：一般沖擊載荷，工作時間8小時/天，連續(xù)運轉。
5、安裝輸出形式：平鍵空心軸，法蘭盤安裝
選型步驟：
1、基于工況查表可知被驅動設備系數(shù)f=1.5
2、確定速比i=1450/100=14.5，取公稱減速比15.5
3、計算減速機額定扭矩和額定功率
T>=40*1.5=60N*m
P>=60*1.5*1450/(9550*15.5*0.94)=0.93kW
4、確定電機功率
P>=60*1450/(9550*15.5*0.94)=0.62kW
根據(jù)以上計算，再按照減速電機的樣本，就可以選擇出符合要求的減速齒輪箱和相應功率配套的電動機，這樣，這兩個部件在出廠時就是安裝好的，車間安裝時只需要將減速箱安裝到絲杠軸端就可以了，同時，還可以對齒輪箱的安裝方式及輸出方式進行個性化定制，安裝方式包括法蘭式、底座式等，輸出方式包括平鍵空心軸、花鍵空心軸等。
3.2.2 軸承的選用
滾動軸承是機械設備中，尤其是回轉運動結構中必須的零件之一，和滑動軸承相比，其優(yōu)點是摩擦小的優(yōu)點。軸承尺寸已經(jīng)國標化，在設計結構時，只要根據(jù)具體尺寸要求，選用正確的型號使用，然后驗算其壽命即可。
選擇軸承類型時的主要依據(jù)是軸承所受載荷的大小、方向和性質。
在本設計中，在絲杠上端靠近減速電機端采用最為常用的深溝球軸承，在遠端，由于要承受刀具組件所有的重力軸向載荷，選用了推力軸承。
3.3 V帶的設計
1. 計算功率
查表可得工況系數(shù)Ka=1.4，P=KaP=1.4*2.2=3.08kw；
2. 選擇V帶型號
根據(jù)功率和帶輪轉速，查表確定帶型為B型；
3. 確定帶輪基準直徑
選取小帶輪基準直徑d1=200mm，傳動比i為1.5，計算大帶輪基準直徑d2=200*1.5=300mm，選擇基準直徑d2=315mm。
3.4 本章小結
本章完成了對刀具組件和立柱組件的結構設計。
刀具組件主要零部件包括電機、小帶輪、傳送帶、大帶輪、傳動軸、軸承、軸承座、砂輪等組成，所有這些零部件安裝在安裝板。安裝板通過焊接完成，刀具組件整體可以在絲杠的帶動下在立柱組件上完成垂直方向上的運動。
立柱組件主要包括立柱、減速電機、軸承、滾動絲杠、軸承座等零部件，由于設備整體組裝好后，整個刀具組件的重量都會加在絲杠上，絲杠會將力向下穿遞到下端的軸承上，所以，絲杠兩端的軸承采用不同類型的軸承，上端采用最為常用的深溝球軸承，下端為了緩解來自刀具組件的軸向力，采用了角接觸推理滾子軸承。
在設計砂輪直徑的時候，考慮到實際工作中砂輪需要深入到工件內部進行磨削，所以砂輪的直徑特意進行加大，必須大于大帶輪的直徑。
在完成相關設計之后，采用SolidWorks 2013軟件進行三維建模，Solidworks軟件功能強大，擁有各種功能組件。 Solidworks的三大特點為功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新。
第四章 橫向進給組件結構設計
4.1 概述
機床的進給系統(tǒng)是其重要的組成部分，是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，它是一個很典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件幾個部分組成。
本設計中，采用減速電機連接滾動絲杠，帶動安裝板橫向運動，主要零部件包括減速電機、絲杠、軸承、直線導軌、基座等，結構上相對簡單。下面對具體結構進行計算設計。
4.2 X向進給結構設計
4.2.1 導軌的選用
導軌的主要作用是對運動組件進行導向，同時提供支撐作用，現(xiàn)如今，生產(chǎn)標準導軌的廠家很多，直線導軌又稱線軌、滑軌、線性導軌、線性滑軌，用于直線往復運動場合，且可以承擔一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。
本設計中選用THK品牌的直線導軌，型號為SNR45R，長度可以根據(jù)需求隨意定制，安裝方便。
4.2.2 絲杠的選用
本設計中，進給組件的運動是直線運動，減速電機為回轉運動，載荷不大，遂采用傳動精度高的滾珠絲杠將回轉運動轉換為直線運動，根據(jù)負載性質和大小，確定絲杠型號為SBN4012-5。
4.3 Y向進給結構的設計
Y向進給結構由于只需要進行微調，且不需要實時變動，所以采用手動調節(jié)滾輪設計，傳動絲杠采用帶有自鎖功能的梯形滑動絲杠，這部分結構設計比較簡單，再次不再贅述。
4.4 本章小結
本章對工件的進給組件進行了具體的細節(jié)結構設計，重點在于對直線導軌的選用，絲杠的選用，確定了最佳的設計方案。
下面對整個進給組件進行三維建模，從三維模擬上切實模擬裝配效果。
第5章 夾具組件的結構設計
5.1 概述
夾具是機械設備中最為常用的組件之一，主要作用是用來固定工件，使之處于正確的加工位置。夾具從廣義上說包括多種，例如焊接夾具、檢測檢具、機床夾具等，本設計中的屬于機床夾具，為了使工件達到規(guī)定的圖紙尺寸、形位公差和粗糙度要求，要求夾具具有良好的穩(wěn)定性，完成定位和夾緊的任務。
機床夾具的要求如下：
1. 需要保證工件的各方面的技術要求，例如定位形式，夾緊方式等。
2. 要求具有較高的效率和較低的加工成本。
3. 在設計之初，就應該盡量選用標準件，提高夾具可維修性、互換性，降低制造成本。
4. 夾具應該操作方便，具有較高的安全性。
5. 夾具應該具有良好的工藝性，造型盡量美觀大方。
5.2 裝夾方案選擇
夾具需對曲軸提供定位和夾緊，基于現(xiàn)有的夾具結構，在分析曲軸結構特點的基礎上，可知本道工序的加工精度不是很高，對定位精度也沒有特殊要求，同時，磨削時所產(chǎn)生的軸向力也不大，對夾緊力要求也很低。
下面對夾具具體結構方案進行選擇：
1. 確定定位方案
曲軸在加工時，需要夾具提供兩個方向上的定位，軸向定位和周向定位，軸向定位采用兩端的V型塊實現(xiàn)，周向定位由于要求不嚴，遂采用操作人員目測的方式進行。
2. 確定對刀方式
本設計中通過V型塊邊緣進行砂輪的對刀。
3. 確定夾緊方式
本設計中采用兩組具有自鎖功能的夾爪進行夾緊，在重力和彈簧的作用下，兩個夾爪夾緊工件，設計中，嚴格計算了結構的尺寸，可以產(chǎn)生自鎖效果，無論多大的磨削力，都會使夾爪提供的夾緊力越來越大，保持工件在夾具上不產(chǎn)生松動。
4. 確定分度形式
曲軸毛邊磨削工序加工精度要求很低，本設計中沒有特殊設計分度結構，操作過程中通過人工目測的方式來進行雙面磨削。
5. 確定總體結構
本設計中，采用兩組具有自鎖功能的機械手結構來實現(xiàn)對工件的夾緊，兩端采用位置可調的V型塊來實現(xiàn)工件的定位，采用一個手柄來實現(xiàn)工件的卸載。
5.3 V型塊的設計
V型塊是軸類零件的標準定位零件，具有行業(yè)標準，在設計時，參考行業(yè)標準JB/T 8047-2007中所提出的尺寸，進行了如下設計：
在進行V型塊設計時，考慮到了加工曲軸尺寸的不同，對V型塊進行了改進化設計，就是兩端加工有導向用的導柱孔，中間加工有螺紋，這樣就可以通過調節(jié)螺栓的調節(jié)，在高度方向上對V型塊的位置進行調節(jié)，使夾具組件具有更高的適應性，可以加工多種型號的曲軸。
由于要加工不同型號的曲軸，所以V型塊的截面尺寸均采用了適應范圍更大的參考尺寸。
5.4 夾爪結構設計
夾爪是對工件進行夾緊的零部件，與工件直接接觸，所以要求就是具有合適的夾緊力，不宜過大或太小，夾緊力過大有可能對工件產(chǎn)生不可恢復性的破壞，這與夾具的功能相違背；夾緊力太小則會對工件的定位穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，以致在加工過程中，工件產(chǎn)生松動，加工尺寸出現(xiàn)較大誤差，甚至會使工件從夾具上脫落，產(chǎn)生安全事故。
在對曲軸形狀和尺寸進行系統(tǒng)的分析之后，決定采用兩組具有自鎖功能的夾爪對其進行夾緊，當工件定位完成后，通過操作手柄，夾爪在重力和彈簧彈力的作用下，從兩側對曲軸進行夾緊。該結構具有自鎖功能，所以無論產(chǎn)生多大的磨削力，也不會發(fā)生松動。下圖是夾具的兩種工作狀態(tài)：
5.5 本章小結
本章中對夾具組件進行了系統(tǒng)化設計，通過設計計算，設計出了滿足曲軸定位和夾緊需求的夾具，這套夾具操作簡單，外型美觀，主要包括V型塊、導柱、夾爪、軸、安裝板、彈簧等零部件組成。
工作過程如下：
裝載工件，加工扳手向上抬起，具有偏心的凸輪將機械手打開，此時裝入工件，定位完成后，將扳手扳下，此時夾爪在重力和彈簧彈力的作用下向中間運動，直到夾緊工件，由于具有自鎖功能，可以保證工件不發(fā)生松動。
第六章 軸零件銑削工序專用夾具設計
6.1 零件分析
此零件為焊接軸類零件，需要銑削加工一個長度36mm、寬度8mm、深度4mm的鍵槽。
對于鍵槽來講，其在寬度尺寸方面有公差要求，同時由于需要配合安裝普通平鍵，所以在表面粗糙度方面同樣也有一定的要求，采用粗銑-精銑的方式就能夠滿足本零件精度方面的要求，同時刀具和夾具設計也應該合理的選用和設計。?
鍵槽的寬度8mm，寬度面尺寸相對于中心軸線有對稱度公差要求； 鍵槽的深度4mm，尺寸無高公差要求。
6.2 夾具方案確定
根據(jù)鍵槽寬度尺寸相對于中心軸線具有對稱度要求，必須限制零件X方向的轉動自由度、Y方向的轉動自由度和Z方向的轉動自由度；同時考慮到鍵槽寬度和深度尺寸方面的要求，必須限制零件X方向自由度和Z方向自由度。為了提高加工時零件定位的穩(wěn)定性，可以限制全部六個自由度來達到更高的尺寸加工精度。
零件相對于中心軸線對稱，要實現(xiàn)鍵槽兩個寬度平面相對于中心軸線對稱度的要求，根據(jù)零件特點及工作部位選擇兩個軸承安裝面作為定位基準，限制4個自由度，為了使工件無法左右移動，用錐形頂尖限制其一個自由度，采用不完全定位的方式就可以達到目的。
如下圖所示：
1 、基準面選取
選取直徑φ30軸承安裝面以及其軸肩端面作為定位基準。
2 、定位方式及元件選擇
用具有V姓面的支撐塊和錐形頂緊塊完成徑向定位。
3 、壓緊方式及元件選擇
采用螺紋副壓緊的方式，通過壓塊與螺桿螺母相連的方式限制徑向移動，如圖3.2所示
計算切削力
校核定位銷：
根據(jù)公式：，選用直徑M8的螺紋副就可以達到防松要求。
夾緊力：基于零件的設計結構尺寸，加工鍵槽時刀具切削力為水平方向，夾具夾緊力是螺紋擰緊提供的垂直方向上，這兩個力是相互垂直的。螺紋副提供的壓緊力可以保證零件在加工過程中不會產(chǎn)生松動，所以不用再進行校核。
4裝配方案
本工序加工鍵槽，首先要保證的是寬度8mm，第二個是需要考慮的是8mm寬度兩端面關于中心軸線的對稱度要求，最后是槽的深度要求。
5夾具結構圖
夾具結構如下圖所示
6.3 定位誤差分析計算
零件在夾具中裝夾會產(chǎn)生誤差，這個誤差需要加以控制，否則會影響最后零件的加工精度，裝夾誤差的值應該控制在零件尺寸或位置公差的1/3--1/5，因而應該對本工序加工尺寸進行相關的驗算。
對鍵槽兩端面對中心軸線對稱度進行分析：
鍵槽的長度方向上位置公差沒有特殊要求，可以使刀具基準和定位基準重合，所以△A=0
△ A= d=0-(-0.013)=0.013 ，△Y=0.7x0.013=0.01。
D=0+△Y=0.01＜0.02 ，故滿足定位誤差。
6.4 夾具裝配要求
本套夾具底面設有凹形沉頭孔，并且底扳形狀公差給與一定的平面度保證。安裝時，將整套夾具平放在銑削機床的工作臺上，通過T形螺釘和工作臺的T型槽擰緊連接，這時夾具整體相對于工作臺和銑削刀頭都保證了垂直度和位置度精度。同時，由于T型槽寬度留有余量，安裝導向鍵時使其靠近T型槽的同一方向，這樣可以減小安裝時的偏斜角。
6.5 夾具使用說明
下圖為夾具整體的裝配效果和滾輪在上面的裝夾效果三維圖：
裝夾步驟如下：
將兩個帶有端頭的螺桿旋到最上端，這樣就有足夠大的空間將滾輪從側面裝入正確位置，無需拆卸任何零件，將滾輪放好后，旋緊螺桿，再通過防松螺母擰緊防止加工過程中松動。完成銑削鍵槽工序后，采用同樣的方式就可以將滾輪方便的拆卸下來。
這套夾具結構簡單，操作方便，通用性強，稍加改裝就可以加工結構類似的零件。
結論與展望
雖然每學期都安排了課程設計或者實習，但是沒有一次像這樣的課程設計能與此次相比，設計限定了時長，而且是一人一個課題要求更為嚴格，任務更加繁多、細致、要求更加嚴格、設計要求的獨立性更加高。要我們充分利用在校期間所學的課程的專業(yè)知識理解、掌握和實際運用的靈活度。在對設計的態(tài)度上的態(tài)度上是認真的積極的。
通過近一學期畢業(yè)設計的學習，給我最深的感受就是我的設計思維得到了很大的鍛煉與提高。作為一名設計人員要設計出有創(chuàng)意而功能齊全的產(chǎn)品，就必須做一個生活的有心人。多留心觀察思考我們身邊的每一個機械產(chǎn)品，只有這樣感性認識豐富了，才能使我們的設計思路具有創(chuàng)造性。
在畢業(yè)設計期間，通過查閱相關資料深入了解了很多模具設計方面的知識，認識到一些結構的巧妙運用往往會使模具結構更趨合理，動作更可靠。在設計過程中我更加深了對相關知識的理解，比如模具設計、加工、制造、安裝等方面的知識。通過手工繪圖與計算機制圖鞏固了機械制圖，互換性等諸多方面的知識，提高了二維制圖、三維造型的能力，以及對相關軟件UG、CAD等運用的熟練程度。
最后，非常感謝學校給了我們一次鍛煉自己的機會，為我們提供良好的學習環(huán)境和學習資源。我們才會順利的完成自己的畢業(yè)設計。
致謝
畢業(yè)設計是對我們知識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進行科學研究基本功的訓練，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學術論文和工作打下良好的基礎。
本次設計能夠順利完成，首先我要感謝我的母校，是她為我們提供了學習知識的土壤，使我們在這里茁壯成長；其次我要感謝機械工程學院的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設計中給與我大力支持和幫助的老師，每有問題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到畢業(yè)設計中去；還要感謝我的同學們，他們熱心的幫助，使我感到了來自兄弟姐妹的情誼；最后還要感謝相關資料的編著者和給予我們支持的社會各界人士，感謝您們?yōu)槲覀兲峁┮粋€良好的環(huán)境，使本次設計圓滿完成。
經(jīng)過了兩個多月的努力，我最后完成了論文的寫作。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，從一無所知，我開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己十分稚嫩作品一步步完善起來，每一次改善都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。
我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處。但是這次做論文的經(jīng)歷使我終身受益。我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的潛力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。期望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。
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