机械毕业设计（论文）-内燃机连杆加工工艺及精镗小头孔夹具设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 内燃机连杆加工工艺及夹具设计内燃机连杆加工工艺及夹具设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 内燃机连杆加工工艺 及夹具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其 内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外， 本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作 品。 班 级： 机械 91 学 号： 0923012 作者姓名： II 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 课题来源于生产实际。 内燃机行业是我国机械工业中跨行业、跨部门最多的一个行业，内燃机是 汽车、工程机械、农业机械、船舶、内燃机车、内燃发电设备、地质石油钻机、 军用、各种通用机械等产品的配套动力，是各种配套产品的“心脏”。因此，内 燃机行业的发展，对我国工业、交通运输、农业、国防建设，以及人民生活都有 十分重大的影响。 工艺是机械产品设计、制造过程中的重要组成部分。工艺设计的好坏直 接影响产品的最终制造质量和整个生产系统的优化状况。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1通过该设计使学生熟悉零件加工工艺设计和夹具设计的一般思路。 2使学生掌握一般零件加工工艺设计和夹具设计的方法和技巧。 3通过设计巩固机械制图、金属材料、机械设计基础、机械制造工艺等课 程的知识。 4完成连杆零件工艺设计、主要部件的参数计算及标准件的选用。 5.机械加工工艺过程卡片及工序卡 1 套 II 6.完成夹具零、部件图 8 张以上。 7.完成夹具总装图 1 张。 8.撰写毕业说明书一份。 计算正确完整，文字简洁通顺，书写整齐清晰。 论文中所引用的公式和数据应注明出处。 论文字数不少于 1.5 万字。 9. 内燃机连杆毛坯图、零件图及技术要求见图纸。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 91 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 连杆是内燃机的主要传动件之一，正文主要论述了连杆的加工工艺及夹具设计。连 杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生 变形，因此在安排工艺过程时需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少连杆加 工余量、切削力及内应力的作用，以及修正加工后的变形，最后就能达到连杆的技术要 求。连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结 合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为大头两侧面及螺栓座面等。 在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度： （1）连杆本身的刚度比较低，在外力（夹紧力、切削力）的作用下容易变形。 （2）连杆是模锻件，孔的加工余量较大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起 内应力重新分布。 通过对内燃机连杆的机械加工工艺及对粗加工大头孔夹具和铣结合面夹具的设计， 主要归纳为以下两个方面： 第一方面：连杆件外形较复杂，而刚性较差。其技术要求很高，所以适当的选择机 械加工中的定位基准,是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。在连杆的实际加工过程 中，选用连杆的大小头端面及小头孔作为主要定位基面，同时选用大头孔两侧面作为一 般定位基准。为保证小头孔尺寸精度和形状精度，可采用自为基准的加工原则；保证大 小头孔的中心距精度要求，可采用互为基准原则加工。 第二方面：关于夹具的设计方法及其步骤。 关键词：关键词：连杆；变形；加工工艺；夹具设计 IV ABSTRACT The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the margin of processing, cutting force and internal stress progressively, revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . In the Connecting rod is one of the main processing surface is large, the small head hole and both ends of the machined surface, is important for the connecting rod body and cover joint surface and the connecting rod bolt hole locating surface, secondary processing surface for bearing locking grooves, oil hole, head and body and a cover on the two sides of the bolt seat surface. Machine of connecting rod are two major factors that affect the machining precision: (1) Connecting rod itself stiffness is relatively low, in the external forces (cutting force, clamping force ) under the action of easy deformation. (2) Connecting rod is die forgings, hole machining allowance, cutting will produce bigger residual stress, and stress redistribution caused by. The automobile connecting rod machining process and the rough machining and milling combined with big hole clamp surface fixture design, mainly divided into the following two aspects: The first aspect: connecting rod parts with complicated shape, while the poor rigidity. And the very high technical requirements, so the appropriate selection of mechanical processing in the locating datum, can ensure the connecting rod is one of the important problems of technical requirements. The connecting rod in the practical production process, selection of connecting rod to the size of the head end and the small head hole as the main positioning datum, and choice of big hole two side as a general locating datum. In order to ensure the size precision and shape precision of the small head hole, can be used for reference from the processing principle; ensure that the size of the first hole center distance accuracy requirements, can be used for reference each other the principle of processing. Second: mainly on the fixture design method and steps. Key words: Connecting rod;Deformation;Process;Fixture design V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目 录 V 1 绪论.1 1.1 本课题的研究内容和意义.1 1.2 国内外的发展概况.1 1.3 本课题应达到的要求.3 2 连杆的分析.4 2.1 连杆的作用.4 2.2 连杆的机械分析.4 2.3 连杆的结构特点.4 2.4 连杆的主要技术要求5 2.4.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度.5 2.4.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度.5 2.4.3 大、小头孔中心距.5 2.4.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度.5 2.4.5 大、小头孔两端面的技术要求.5 2.4.6 有关结合面的技术要求.5 2.5 连杆的材料和毛坯分析.5 3 连杆的加工工艺规程的制定.7 3.1 加工工艺的基本概念.7 3.2 选择定位基准.7 3.3 确定加工余量.8 3.4 拟订机械加工工艺路线.8 3.5 连杆工艺计算.10 3.5.1 粗铣两平面.10 3.5.2 粗磨两平面.11 3.5.3 钻小头小孔.13 3.5.4 粗镗小头孔.14 3.5.5 车大头外圆.15 3.5.6 粗镗大头孔.17 3.5.7 粗铣螺栓孔端平面.17 3.5.8 精铣螺栓孔端平面.17 3.5.9 铣开连杆大头.18 3.5.10 精铣体盖分开面.18 3.5.11 钻扩铰螺栓孔.18 3.5.12 精磨体盖分开面.20 VI 3.5.13 精磨两端平面.21 3.5.14 精镗小头孔.21 3.5.15 粗镗大头孔.22 3.5.16 精镗大头孔.22 3.5.17 精镗小头孔.22 4 夹具设计.23 4.1 机床夹具的分类.22 4.2 工件的加工工艺分析.23 4.3 确定定位方案.23 4.4 夹具的机构设计.24 4.5 夹具的使用.26 5 结论与展望.28 6 致谢.29 7.参考文献30 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 1 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 本课题研究的内容是：K2500 内燃机车发动机 NDS5 主连杆工艺规程设计和系列夹具 设计，其中包括了工艺流程的设计、工序的编写、系列夹具的设计，并有相关计算和说 明书。 连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运 动。连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖为连杆 小头、杆身和连杆大头。连杆小头用来安装活塞销，以链接活塞。连杆大头与曲轴的连 杆轴颈相连。一般做成分开式，与杆身切开的一半称为连杆盖，二者靠连杆螺栓链接为 一题。连杆轴瓦安装在连杆大头孔座中，与曲轴上的连杆轴颈装和在一起，是发动机中 最重要的配合副之一。常用的减磨合金主要有白合金、铜铅合金和铝基合金。 不难看出，连杆对于内燃机来说是不可或缺并且起到关键性作用的零件。所以本课 题的研究对于生产出优秀耐用的连杆起到至关重要的作用。同时对内燃机的安全性也起 到关键作用。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 从 80 年代以来粉末冶金注射成型(PIM)成功的得到应用,大多数连杆制造使用中碳钢 和低合金钢。国内传统工艺连杆毛坯材料一般采用 42CrMo,35CrMo,40MnVB,45CrMnB,40Cr,40CrMnBS40C 等调质钢和 S43CVS1(进口), 11 35MnV,40MnS 等非调质钢。康明斯生产线采用调质钢毛坯 40MnBH(GB5216-85),1995 年全 面转用非调质钢材料毛坯 38MnV。在加工工艺方面:国内外连杆生产方式大致有:锻造,铸 造,粉末冶金等,进入 90 年代后,90%以上的连杆制造都采用了模锻工艺。 中国汽车产业在“十五”期间发生了天翻地覆的变化，汽车产量 5 年翻了一番多， 汽车市场由卖方市场转为买方市场，一举由 2001 年的世界第七大汽车生产国跃升为世界 第三大汽车生产国和消费国。 随着汽车产业的快速发展，对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而 连杆强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此国内外各大汽车公司对 发动机连杆用材料及制造技术的研究都非常重视。 十五期间，国内企业普遍采取裂解连杆体和连杆盖分界面技术，可以大幅度地减少 机械加工工序，由此开发了高强度低韧性的高碳非调质钢和粉末冶金锻件，以满足工艺 的需要。中国在调质钢应用方面与国外差距不大，但在锻造技术方面与国外比还有一些 差距。 表 1-1 中国发动机连杆材料及热处理硬度 无锡太湖学院学士学位论文 2 42CrMo 调质 28-2HRCHBS 国外连杆毛坯的加热大多采用电加热或感应加热，加热时间短，加热温度控制稳定， 采用辊锻制坯，液压模锻成形，锻件尺寸精度高，避免了锻件表面的脱碳。国内多数连 杆生产厂采用的是空气锤制坯，蒸汽锤成形，连杆锻件普遍存在的问题是尺寸精度差、 锻件表面状态不好、锻件表面脱碳严重等问题。 “十一五”期间，国内很多企业与外国合资采用裂解连杆大头接合面（裂解法）的 生产技术。设计出强度均在 900MPa 以上的发动机连杆，代表企业有一汽与德国合资生产 的捷达轿车发动机连杆、上海与德国合资生产的桑塔纳轿车发动机连杆、一汽技术引进 的道依兹柴油机连杆和开发的 CA6DL 系列柴油机连杆。 裂解法工艺要求连杆锻件在裂解的过程不能有过大的塑性变形，因此对连杆材料的 要求是，在保证其强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使其断口呈脆性 断裂状态。材料多是从德国进口的 C70S6 系列高碳非调质钢。 国内发动机连杆制造企业在锻造加热和锻后控制方面近年已经取得长足的进步，具 备了应用非调质钢生产连杆的条件。 国内烧结锻造技术还很落后，专用的粉末冶金压机及烧结炉的应用还不普遍。金属 粉末的品种少，质量差且不稳定。另外，烧结保护气体还需进一步地研究改进，这些都 影响着国内超高密度粉末冶金零件的发展。 “十一五”期间，国内大多数连杆生产厂家仍沿用传统的连杆加工工艺,其加工精度 及加工后装配质量难以控制,生产效率低,制造成本高,是阻碍中国高速、高精度、高性能 发动机制造的“技术瓶颈”之一。一汽大众公司耗资亿元以上引进了德国 EX-CELL-O Machine Tools 公司生产的一条连杆裂解自动化生产线,现正用于捷达轿车门多点电控燃 油喷射发动机连杆的批量生产；上海大众公司引进德国 Alfing 公司生产的连杆裂解自动 化生产线,用于帕萨特轿车发动机连杆的生产；上海通用公司也引进了连杆裂解自动化生 产线,用于粉末锻造连杆的生产。目前国内还有许多家连杆生产企业都在积极准备采用连 杆裂解技术对原有的传统连杆生产线进行技术改造。 表 1-2 国外部分厂家发动机连杆剖析结果 生产厂家钢号相当国内牌号处理工艺硬度 S53C55 正火 229HBS S55C55 调质 29-30HRC 日本丰田 S58C60 锻造控冷 235HBS 波罗乃兹 45 调质 207HBS 太脱拉 45 调质 229-252HBS 斯柯达 40Mn 调质 263-269HBS 福特 300 SAE114140Mn2 调质 223HBS 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 1 3 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 3 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 满足零件设计的加工精度； 零件机械加工的工艺过程卡片，各工序的工序卡片； 主要机械加工工序的夹具总装配图及主要零件图； 设计说明书（不少于一万字） ； 必须有相关的计算和说明； 专业外语文献翻译（不少于一万字符） 。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 连杆连杆的分析的分析 2.1 连杆连杆的作用的作用 连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后的气体作用在活塞顶上的膨胀压力 转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力，即是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动, 并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴。所以，连杆除上下运动外，还左右摆动作复 杂的平面运动。连杆工作时,主要承受气体压力和往复惯性力所产生的文变载荷,要求它 应有足够的疲劳强度和结构刚度。 概括为： 将气体的压力变为曲轴的转矩； 将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。 2.2 连杆连杆的机械分析的机械分析 连杆是内燃机的重要运动部件之一，它连接活塞与曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀 气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回旋运动，从而输出功率。在工 作时，连杆承受大小、方向为周期性变化的动载荷。在做功冲程，燃气压力在连杆轴线 上的分力为压缩应力；在进气冲程上止点，活塞组合连杆本身的惯性力在横断界面内造 成拉伸应力；摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力。 连杆主要受力方式可以概括为： 气缸内的燃气压力； 活塞连杆组的往复运动惯性力； 连杆告诉摆动时的所产生的横向惯性力。 所以连杆的常见疲劳破坏有： 连杆小头与杆身圆弧过渡处产生裂纹； 大头杆身与螺栓平面直角处产生应力集中； 连杆螺栓断裂。 因此，要求连杆的重量轻且有足够的强度、足够的疲劳强度和冲击韧性。 2.3 连杆的结构特点连杆的结构特点 连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体和连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲 轴装配在一起。为了减少惯性力的影响，在保证连杆有足够的强度和刚度的前提下，要 尽可能的减轻其重量，所以连杆采用了从大头到小头逐步变小的“工”字型截面形状。 连杆的形状复杂而不规则，而孔本身及孔与平面之间的位置精度要求较高：杆身断 面不大，刚度较差，易变形。 连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动， 以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接 影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有 5 个： （1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度； （2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度； （3）连杆大、小头孔平行度； 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 5 （4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度； （5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。 2.4 连杆的主要技术要求连杆的主要技术要求 连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的 结合面及连杆螺栓定位孔等。 2.4.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度大、小头孔的尺寸精度、形状精度 为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和 便于传热。大头孔公差等级为 IT6，表面粗糙度 Ra 应不大于 0.4m；大头孔的圆柱度公 差一般在 0.0040.008mm 之间。小头孔公差等级为 IT8，表面粗糙度 Ra 应不大于 3.2m。 2.4.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度 两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁 磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的 平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响 较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在 100 mm 长度上公差 为 0.020.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在 100 mm 长度上公差为 0.04 0.06 mm。 2.4.3 大、小头孔中心距大、小头孔中心距 大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较 高的要求：198.860.1 mm。 2.4.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起 烧伤；所以对它也提出了一定的要求。 2.4.5 大、小头孔两端面的技术要求大、小头孔两端面的技术要求 连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端 面的尺寸公差等级为 IT9，表面粗糙度 Ra 不大于 0.8m, 小头两端面的尺寸公差等级为 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 6.3m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端 面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端 面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工 带来许多方便。 2.4.6 有关结合面的技术要求有关结合面的技术要求 在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影 响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到 连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的 磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为 0.025 mm。 2.5 连杆连杆的材的材料和毛坯料和毛坯分析分析 连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一 般采用高强度碳钢和合金钢；如 45 钢、55 钢、40Cr、40CrMnB 等。选择 45 钢。 11 无锡太湖学院学士学位论文 6 连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性） 及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采 用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连 杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和 盖锻成体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后 粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻 造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有 材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要 形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 7 3 连杆的加工工艺规程的制定连杆的加工工艺规程的制定 加工工艺工艺过程就是改变生产对象的形状、尺寸、互相位置和性质，使其成为产 品、半成品的过程，在生产过程中占重要位置。工艺过程主要分为毛坯制造工艺过程、 机械加工工艺过程和机械装配工艺过程，后两个过程被称为机械制造（工艺）过程。 3.1 加工工艺的基本概念加工工艺的基本概念 机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的力学性质，使 之成为合格的零件的全过程，是直接生产的过程。按照规定的工艺过程组织生产，对 7 保证产品的质量、产量以及生产成本有着重要的作用。 3.2 选择定位基准选择定位基准 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工 质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有胜者， 1 还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。因此，工件在加工过程中的定位、测量 等问题需要被重点考虑。 （1）粗基准的选择 在选用粗基准时要考虑如何保证各个加工面有足够的余量，如何保证各个表面间的相互 位置精度和自身的尺寸精度。因此，选择粗基准时，赢遵循以下几个原则： 对于不需要全部加工表面的零件，应使用始终不加工的表面作粗基准，以保证不加工 表面与加工表面之间的相互位置要求。 选择毛坯余量最小的表面做粗基准。 选择零件上重要基准面作粗基准。 选择零件上加工面积大，形状复杂的表面作粗基准，以使定位准确、加紧可靠，夹具 结构简单、操作方便。 粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位 误差。 （2）精基准的选择 精基准的选择应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，同时还应使加工过程 操作方便，夹具结构简单。选择时应遵循以下原则： 基准重合 尽量选择被加工表面的设计基准或工序基准作为定位基准，避免基准不重 合而产生的定位误差。 一次安装的原则 一次安装又称为基准统一原则。基准统一或一次安装和有关工序所 使用的夹具结构大体上统一，降低了工装设计和制造成本。同时多数表面采用同一基准 进行加工，避免因基准转换而带来的误差。 互为基准原则 当某些表面相互位置精度要求较高时，这些表面又可以互为基准反复 加工，以不断提高定位基准的精度，保证这些表面之间的位置精度。 自为基准原则 对于精度要求很高的表面，如果加工时要求其余量很小而均匀时，可 以以加工表面本身作为定位基准，以保证加工质量和提高生产效率。 根据以上的原则，结合连杆的具体结构，确定基准如下：为了保证小头孔的壁厚均匀， 在钻小头孔时，选小头孔不加工的外圆作为粗基准。在毛坯制造时往往在杆身的一侧做 无锡太湖学院学士学位论文 8 出定位标记，以大、小头端面定位时就能区别两个端面。粗加工大、小头两端面时，先 选取没有标记的一侧的端面，然后以这个加工过的端面为精基准加工没有标记的一侧的 端面，以后的大部分工序都以这个精加工端面作为精基准。这样可以保证两端面的平行 度，并使作为精基准的端面有良好的表面质量。 在整个加工过程中，各工序尽量保持基准一致，选用连杆断没有标记的一侧的端面、经 过钻削的小头孔及连杆大端经过加工的侧面作为辅助定位基准。大、小头孔精加工时， 大、小头孔互为基准。 3.3 确定加工余量确定加工余量 在确定工序尺寸时，首先要确定加工余量。正确确定加工余量对于工厂具有重要的意义 。若毛坯的余量过大，浪费材料势必增加生产的成本；反之若余量过小，使毛坯制造 4 困难，同样增加成本，余量太小也不能保证零件的加工精度。所以余量过小、过大对机 械加工都会带来不利的影响。 经查表，设计使用的加工余量列表于表 3-1. 表 3-1 加工余量明细 工序 号 工序内容 加工 余量 工序 号 工序内容 加工 余量 2 粗铣两平面到43.5 312 精铣体、盖分开面 1 3 粗磨两平面到42.5 单面 0.5 14 钻扩铰两螺栓孔到 11 5.5 4 钻小头孔到 34 1715 精磨体、盖分开面 0.5 5 粗镗小头孔到 36.5 1.2516 精磨两平面到42 单面 0.25 6 粗车大头外圆到 109 317 精镗小头孔到 37 0.5 7 粗镗大头到 66 318 粗镗大头孔 69 1.5 8 粗铣螺栓孔端平面到64 319 精镗大头孔到 70 0.5 10 精铣螺栓孔端平面到62 121 精镗小头孔到 34 0.5 11 对准中心线的位置，铣开 连杆大头 3 3.4 机械加工工艺路线的拟订机械加工工艺路线的拟订 加工顺序就是指工序的排列次序，加工顺序对保证加工质量、降低生产成本有着重 要的作用。一般考虑以下几个原则。 先基准后其他 零件的前几道工序应安排加工精基准，然后用精基准来加工其他 表面。 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 9 先粗加工后精加工 整个零件的加工工序应是粗加工在前，然后半精加工、精加 工以及以及光整加工。这样可以避免由于工件受力变形而影响加工质量，也避免了精加 工表面受到损伤等。 先加工平面，后加工内孔 先加工主要平面，后加工次要表面，即作为精基准的 表面应首先加工。然后对精度要求高的主要表面进行粗加工、半精加工，并穿插一些次 要表面的加工，然后进行各表面的精加工。要求高的主要表面的精加工安排在最后进行， 这样避免已加工表面在运输过程中的碰伤。 根据以上的原则，以及在一些相关资料中查找的数据，制定工艺路线，如表 3-2 所示： 表 3-2 连杆加工的工艺路线 工序号工序内容 0 按照毛柸尺寸进行模锻 1 退火处理，消除毛坯的内应力，改善切削加工性和消除组织的不均匀 性 2 粗铣两平面到43.5 3 粗磨两平面到42.5 4 钻小头孔到 34 5 粗镗小头孔到 36.5 6 粗车大头外圆到 109 7 粗镗大头到 66 8 粗铣螺栓孔端平面到64 9 调质处理，改善材料的力学性能 10 精铣螺栓孔端平面到62 11 对准中心线的位置，铣开连杆大头 12 精铣体、盖分开面 13 中间检验 14 钻扩铰两螺栓孔到 11 15 精磨体、盖分开面 16 精磨两平面到42 17 精镗小头孔到 37 18 粗镗大头孔 69 19 精镗大头孔到 70 20 小头压入衬套 21 精镗小头孔到 34 22 清洗 23 最终检验 在工艺路线中，具体的定位和夹紧的方式体现在工序卡中。 无锡太湖学院学士学位论文 10 3.5 连杆工艺计算连杆工艺计算 加工工艺路线制定完成之后，为了能达到加工工艺路线中的要求，有必要对每个加 工工序进行切削用量的计算，选择合适的机床，并在此基础上编制工艺过程卡、工序卡， 使整个加工过程有章可循，最大限度地节省费用，降低公式，提高生产效率。 下面是本设计过程中的相关工艺参数计算过程。 3.5.1 粗铣两平面粗铣两平面 （1）工序加工计算 查金属机械加工工艺人员手册表 10-39，选 40mm 的立铣刀，材料为高速钢，齿 8 数取 6，取=3mm,查金属机械加工工艺人员手册表 14-69，取=0.1mm/z，查金 p a z f 属机械加工工艺人员手册表 14-67，有 8 1 . 01 . 02 . 03 . 032 . 0 45 . 0 zafat dc ezp v v 式中 系数，=53； v c v c d 铣刀直径，mm； t 刀具耐用度，min； 切削深度，mm； p a 每齿进给量，mm/z； z f 铣刀宽度，mm； e a z铣刀齿数。 由金属机械加工工艺人员手册表 14-80，=，得：t =90min，=40mm, v z d 6 40 e a =41.47m/min 则 min)/(330 1000 rn d u （2）机床选择 查金属机械加工工艺人员手册表 8-55，选择铣床 X5030AS，主轴 8 级转速，转速范 围 401800 r/min, P=3kM. 据切削用量简明手册 ，有 11 min max z n n Z N R 式中 z 级数； 最高转速，r/min； max n 最低转速，r/min。 min n 则：=1.72。查切削用量简明手册表 2-2，选 n=315r/min,则实际转速为 4 min)/(55.39 1000 mu dn 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 11 验证功率：查金属机械加工工艺人员手册表 14-67 知， znafadcP ezpp 71 . 0 83 . 0 14 . 0 5 10 式中 系数，=3.37； p c p c d 铣刀直径，mm； 切削深度，mm； p a 每齿进给量，mm； n f 铣削宽度，mm； e a z 铣刀齿数； n 主轴转速，r/min。 计算得 P=2.08kW , 机床选择满足要求。 （3）机动时间和辅助时间的计算 查金属机械加工工艺人员手册知机动时间为 0 T iT znf lll z 21 0 式中 加工长度，mm；l 刀具的切入长度，mm； 1 l 刀具的超出长度，mm； 2 l 每齿进给量，mm/r； z f 铣刀齿数；z 走刀次数。i 其中 =267.3mm，查金属机械加工工艺人员手册表 15-l 6， =10.5mm,=2.0mm，i=3,则=4.44min。 1 l 2 l 0 T 根据参考文献机械制造工艺学 ，辅助时间按的 18%计算，则。 f T 0 Tmin80 . 0 f T （4）小结 综上所述，机床为立式铣床 X5030，主轴转速315r/min，切削速度 u=39.56m/min,进给量 f=0.1mm/z，切削深度=3mm，机动时间=4.43min，辅助时间 p a 0 T 。min80 . 0 f T 3.5.2 粗磨两平面粗磨两平面 （1）工序加工计算及机床选择 查金属机械加工工艺人员手册表 10-26，磨料选棕刚玉，查金属机械加工工艺人员 手册表 8-35，选卧式矩台平面磨床 MG7120. 无锡太湖学院学士学位论文 12 其主要参数为：可磨削最大工件尺寸（宽长高）为 200mm630mm320mm，砂轮 尺寸（外径宽内径）为 250mm25mm75mm，砂轮轴转速 1500r/min，3000r/min(转速为两级） ，总功率 5.6kM。 查金属机械加工工艺人员手册表 14-130，因为磨轮宽度32mm，选工作台单行程 m b 的横进给量=20mm/行程，选主轴转速为 3000r/min，工件长度估算为 300mm,工件的运 B f 动速度取为 12m/min。则在但行程的磨削时间为 v )(5 . 160 12 300 st 在单行程内砂轮所转过的次数 ）（rn7530005 . 1 在每转的横进给量为 )/(27 . 0 75 20 rmmf 则工作台单行程磨削深度进给量=0.033mm/行程，取=0.5mm,据公式求得实际砂 t f p a 轮实际线速度为 )/(24.39 1000 smv dn 验证功率：查金属机械加工工艺人员手册知， 321 7 . 0 )(77 . 1 kkkfvfP tbw 式中 工件的运动速度，m/min；v 工作台单行程的横进给量，mm/行程； b f 工作台单行程磨削深度进给量，mm/行程； t f 、公式的修整系数。 1 k 2 k 3 k 查金属机械加工工艺人员手册表 14-130，磨轮直径320mm，淬火钢，则 m d =0.82. 1 k 查金属机械加工工艺人员手册表 14-130， blc k F 式中 工件磨削表面实际的总面积，； F 2 mm 磨削表面的宽度，mm；b 工件在工作台上所占的长度，mm。l 估算 F=22200，得 2 mm ，则=0.868 . 0 300109 22200 c k 2 k 查金属机械加工工艺人员手册表 14-131，=0.8，因此 3 k )(6 . 5)(94 . 3 )(77 . 1 321 7 . 0 kWkWkkkfvfP tbw 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 13 机床选择满足要求。 （2）机动时间和辅助时间的计算 查金属机械加工工艺人员手册 ，单行程进给的机动时间为 zfvf Lbhk tb T 10000 式中 L 磨削计算长度，mm； 工件磨削面长度,mm； 1 l 磨削的计算宽度，mm；b 加工余量，mm；h 平面磨削系数，mm；k 工件的运动速度，mm；v 工作台单行程的哼进给量，mm； b f 工作台单行程磨削深度进给量，mm/行程； t f 同时加工的工件数量。z 其中=，查金属机械加工工艺人员Lmml32020 1 mmb109mmah p 5 . 0 手册表 15-31，则。7 . 1k1zmin75 . 3 0 T 根据参考文献，辅助时间按的 18%计算，则。 f T 0 Tmin67 . 0 f T （3）小结 综上所述，机床为卧式矩台平面磨床 MG7120，主轴转速为 3000r/min，工件的运动 速度，砂轮线速度为 39.23m/s，横向进给量 f=0.27mm/r，单行程磨削深度进m/min12 v 给量/行程，切削深度=0.5mm，机动时间，辅助时间mmft033. 0 p amin74 . 3 0 T 。min67 . 0 f T 3.5.3 钻小头小孔钻小头小孔 （1）工序加工计算 查金属机械加工工艺人员手册表 10-22，选 38 的椎柄短麻花钻，刀具材料为高速 钢。查金属机械加工工艺人员手册表 14-34，因为是锻件，选=0.7840.98G， b a P 组，得。rmmf/3 . 0 查参考文献机械制造工艺学表 2-12，。min70t 根据金属机械加工工艺人员手册表 14-29，切削速度为 5 . 02 . 0 4 . 0 1 . 11 ft d v 式中 d孔径，mm; t刀具耐用度，min； f进给量，mm/r。 无锡太湖学院学士学位论文 14 得，则据公式，求得min/91.36mv d v n 1000 （r/min） 309 1000 d v n （2）机床选择 查金属机械加工工艺人员手册表 8-26，选立式钻床 Z5140A，主轴 9 级转速，转 速范围 31.51400r/min，主轴功率 P=3kW，最大转矩 M=400Nm，最大轴向力 。NN16000 1 标准公比 6 . 1R 11 min max z n n z n 查切削用量简明手册表 2-2，选 n=315r/min，则求得实际转速 min)/(60.37 1000 mv dn 验证功率：查金属机械加工工艺人员手册表 14-30 NNdfN160009804600 7 . 0 )(400N83.166)(166810 304 8 . 02 mNmmmN fdM ）（ )(317 . 0 36 . 1 7018760 kMkMP MN ）（ 机床选择满足要求 （3）机动时间和辅助时间的计算 查金属机械加工工艺人员手册 ，钻孔的机动时间为 fn lll T 321 0 式中 加工长度（深度） ，mm；l 刀具的切入长度，mm； 1 l 刀具的超出长度，mm； 2 l 刀具或零件的进给量，mm/r；f 刀具或零件的转速，r/min。n 其中 =42.5mm，查金属机械加工工艺人员手册表 15-l 6，则。mmlmml0 . 3, 8 . 11 21 min61 . 0 0 T 辅助时间按的 18%计算，则=0.11min。 f T 0 T f T （4）小结 综上所述，机床为立式钻床 Z5130A，主轴转速为 315r/min，切削速度 ,进给量切削深度，机动时间，辅助min/79.35mv rmmf/3 . 0mmap19min61 . 0 0 T 时间。min11. 0 f T 3.5.4 粗镗小头孔粗镗小头孔 （1）工序加工计算 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 15 查金属机械加工工艺人员手册表 14-51，选，刀杆伸出长度为mmap25 . 1 200mm,得。rmmf/2 . 0 查金属机械加工工艺人员手册表 14-4，选择刀具的材料为 YT15. 查金属机械加工工艺人员手册表 10-16，选择镗通孔类镗刀。刀具参数为： =45，B=12mm，H=12mm，L=150mm, =60mm，d=12mm。查金属机械加工 r k l 工艺人员手册表 14-51，加工材料为 45 钢，加工条件为加工切削液，取，min/10mv 孔径 d=38mm。 求得 min)/(84 1000 rn d v （2）机床选择 查金属机械加工工艺人员手册表 8-28，选择镗床 T68，主轴 18 级转速，转速范 围 201000r/min，主轴功率 P=5.5kW。 26 . 1 R 11 min max z n n z n 查切削用量简明手册表 2-2，选 n=80r/min，求得实际转速 min)/(55 . 9 1000 mv dn （3）机动时间和辅助时间的计算 查金属机械加工工艺人员手册 ，镗孔的机动时间为 iT fn llll 321 0 式中 刀具行程长度，mm；l 加工长度，mm； 1 l 刀具的切入长度，mm； 2 l 刀具的超出长度，mm: 3 l 刀具或零件的进给量，mm/r；f 刀具或零件的转速，r/min；n 进给次数。i 其中查金属机械加工工艺人员手册表 15-1， =3mm,；查mml 5 . 42 1 lmml2 2 金属机械加工工艺人员手册表 15-4，测量工具选内卡钳，进给次数，mml5 3 1i 则。min28 . 3 0 T 辅助时间按的 18%计算，则。 f T 0 Tmin59 . 0 f T （4）小结 综上所述，机床为 T68，主轴转速为 80r/min，切削速度 =9.55m/min，进给量v ，切削深度，机动时间，辅助时间。rmmf/2 . 0mmap25. 1min28. 3 0 Tmin59 . 0 f T 3.5.5 车大头外圆车大头外圆 （1）工序加工计算及机床选择 无锡太湖学院学士学位论文 16 ，选用直头焊接式外圆车刀，试选用普通车床 C620-1。mmap3 查机械制造工艺学表 1-1，由于 C620-1 车床的中心高为 200mm，刀杆尺寸 ，刀片厚度 4.5mm。mmmmB2516H 根据机械制造工艺学表 1-2，粗车带外皮的锻件毛坯，选择 YY15 硬质合金。 查机械制造工艺学表 1-3，选择带卷屑槽倒棱的前刀面， 45 r k 10 r k ，卷屑槽尺寸为 6 0 a12 0 0 0 s mmr0 . 1 10- 01 mmbr4 . 0 1 ，。其中，为主偏角；为副偏角；为后角；mmrbn5mmwbn5mmcbn7 . 0 r k r k 0 a 为前角；为刃倾角；为刀尖圆弧半径；为倒棱前角；为倒棱宽度；为卷屑 0 s t r 01 1r b bn r 槽圆弧半径；为卷屑槽槽宽；为卷屑槽槽深。 bn w bn c 查机械制造工艺学表 1-4，在刀杆尺寸为，=3mm,以及工件直径mmmm 2516 p a 大于 100mm 时，取。mmf9 . 06 . 0 进给量还要满足车床进给机构强度的要求，故需要进行校验，根据 C620-1 车床的说 明书，其进给机构允许的进给力为。NF3530 max 查机械制造工艺学表 1-21，当钢强度，MPa b 810680mmap4 . 3 ，时，则进给力。rmmf/8 . 1 45 r kmin/65mreN1820 f F 根据车削进给力的计算公式 krFfsFfroFfff kkkFF 式中，加工钢时，刀具几何参数改变时切削力的修正系数。 roFf k sFf k krFf k 查机械制造工艺学表 1-2，切削力的修正系数 f F =1.0，=1.0，=1.11，则实际进给力为。 roFf k sFf k krFf kNFf2020 由于切削时的进给力小于车床进给机构的允许的进给力，选。rmmf/7 . 0 查参考资料机械制造工艺学表 1-9，车刀后刀面最大的磨损量取为 1mm，车刀寿 命 T=60min。 查参考资料机械制造工艺学表 1-10，当用 YY15 硬质合金刀加工 的钢料，当，切削速度。MPa b 90710mmap3rmmf/75 . 0 min/97m t 根据车削切削速度的计算公式 svtpctFctvtc kkkk 式中，车削过程使用条件改变时的修正参数。 tv k tFc k tpc k sv k 查机械制造工艺学表 1-28，=1.0，=1.0，=1.0，=0.8，则 tv k tFc k tpc k sv k min)/(5 .778 . 00 . 10 . 10 . 197m c 根据公式求得 d n 1000 min)/(230 1000 rn d c 据 C620-1 车床说明书，选，据公式，实际的min/230rn min)/(56.39 1000 m dn 内燃机连杆加工工艺及夹具设计 17 切削速度为 min)/(87.80 1000 m dn c 校验功率：查参考文献机械制造工艺学表 1-24，当，MPa b 970580 ，时，。mmap4 . 3rmmf/75 . 0 min/86mkWPc9 . 4 根据 C620-1 车床说明书，当时，车床主轴