连杆零件加工工艺和专用钻床夹具的设计论

第 1 章 弓 I 言 . 1 第 2 章连杆零件机械加工工艺规程的编制 . 1 2.1 连杆的结构特点 2.2 计算生产纲领，确定生产类型 . 3 2.3 连杆零件的分析 . 5 2.4 毛坯的选择及毛坯制造方法 . 5 2.5 工艺过程的安排设计 . 8 2.5.1 定位基面的选择 . 8 2.5.2 连杆零件表面加工方法 . 9 2.5.3 制定工艺路线 . 9 2.5.4 选择加工设备及工艺装备 . 10 2.5.5 连杆的检验 2.5 加工工序尺寸及切削用量的计算 . 11 2.6 时间定额的计算 . 15 第 3 章连杆零件的夹具设计 . 17 3.1 专用夹具的概述及组成 3.1 机床夹具设计的基本要求和一般步骤 . 20 3.1.1 对专用夹具的基本要求 . 20 3.1.2 专用夹具设计步骤 . 20 3.2.1 对零件工序的加工要求分析 22 3.2 连杆零件的钻床夹具设计 . 22 322 确定夹具类型 3.3 拟订定位方案和选择定位元件 . 23 3.4 绘制夹具总装图 . 25 第 4 章总 结 . 错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。23 第 1 章引言 工作对于每一位即将毕业的毕业生来说都是非常重要的，它对我们 以后走上工作岗位很有帮助。对于我们机电专业来说，在以后的工作中 经常要做关于夹具的设计工作，在这里，我以连杆零件为例，对它的工 艺过程和夹具进行设计。做毕业设计可以把以前所学的知识加以综合运 用，起到巩固学到的知识的作用，从而提高分析，解决问题的能力。因 此，认真的完成毕业设计是很有必要的。机械制造工艺规程的制定需选 择机械加工余量，机械加工余量的大小，不仅影响机械零件的毛坯尺寸， 而且也影响工艺装备的尺寸，设备的调整，材料的消耗，切削用量的选 择，加工工时的多少。因此，正确的确定机械加工余量，对于节约金属 材料，降低刀具损耗，减少工时，从而降低产品制造成本，保证加工质 量具有十分重要的意义。在这次设计过程中，广泛的收集各种资料及标 准，课程设计中另一个重要的设计为专用夹具的设计。专用夹具的设计 是为了特殊加工工序的技术要求的加工。夹具是机械制造厂使用的一种 工艺装备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。各种金属 切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三 爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。 第二章连杆零件机械加工工艺规程 1.1 连杆的结构特点：连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一， 它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴 的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的 动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头 孔用螺栓和螺母和曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大 头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨 巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来 补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销和活塞连接。小头孔内压入青铜衬 套， 以减少小头孔和活塞销的磨损， 同时便于在磨损后进行修理和更换。 在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用， 连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以 减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字 型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不 能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的 凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连 杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚 度相等（基本尺寸相同）。在连杆小头的顶端设有油孔（或油槽），发动机 工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端 的油孔内，以润滑连杆小头衬套和活塞销之间的摆动运动副。 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；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓 孔和接合面的垂直度 2.1 计算生产纲领，确定生产类型 生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用， 它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和 工艺装备。 零件生产纲领可按下式计算。 N=Qn ( 1+a%)( 1+b%) 式中 a-备品率 b- 废品率 n- 每件产品中该种零件的数量 Q- 产品的计划期内产量 N- 零件的计划期内产量 根据教材中生产纲领和生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确 定其生产类型。 图 2-1，为某产品上的一个连杆零件。该产品年产量为 6000 台。设 其备品率为 30%，机械加工废品率为 0.2%，每台产品中该零件的数量为 1 件，现制定该连杆零件的机械加工工艺规程。 图 2-1 连杆零件工件 N=Qn ( 1+a%) ( 1+b%) =6000 x1x ( 1+30%) ( 1+0.2% ) =7815.6 件 / 年 连杆零件的年产量为 715.6 件，现已知该产品属于轻型机械，根据 生产类型和生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大量生 大量生产的工艺特征： 零件的互换性：是指制成同一规格的零件部件，不需进行任何挑选、 调整或修配，就能装到机器上取，并符合规定的设计性能要求。具有广 泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法 1. 毛坯的制造方法和加工余量：广泛采用金属模机器造型，铸或其 他有效方法。所要求的毛坯精度高，则零件的加工余量小。 2. 机床设备及其布置形式：广泛采用有效专用机床及自动机床，按 流水线和自动排列设备。 3. 工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验 装置，靠调整法达到精度要求。 4. 对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技 术水平要求较低。 2.2 零件的分析 （1） 加工表面的尺寸精度和形状精度。 （2） 主要加工表面之间的相互位置精度。 （3） 加工表面的粗糙度及其他方面的表面质量要求。 （4） 热处理及其他要求。 连杆零件的图样的视图正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。 但基准孔14H8mm 要求 Ra1.6 卩 m 比较高，需要绞孔。本零件的两大小头 孔的加工并不困难。根据零件的技术要求，其大小头孔的两中心的平行 度要求比较高，达0.08mm，因此在加工时应设计一夹具来保证两孔中 心的平行度要求。另外就是该零件的油槽加工，分析该小孔是做油孔之 用，位置精度不需要太高，只要钻至沟槽之内，即能使油路畅通就行。 再就是铣小头孔上十字形通槽，需要设计一夹具来加工。 2.3 选择毛坯及毛坯制造方法 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。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损 耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和使用，使粉末冶金件的 密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有 发展前途的制造方法。 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一体。 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 (1) 根据零件用途确定毛坯类型。 (2) 根据批量(生产纲领)确定毛坯制造方法。 (3) 根据手册查定表面加工余量及余量公差。 根据技术要求，零件材料为 ZG310 570，即铸造碳钢。如表 2-1。 按 GB/T5613 1995 规定，铸钢牌号用“铸”和“钢”两字汉语拼音首位 字母“ ZG”后加工两组数字表示。 毛坯的制造方法： 根据毛坯的材料，生产类型，生产纲领及零件的复杂程度，毛坯可 采用铸成型。 零件并不复杂，因此毛坯可以和零件的形状尽量接近。两孔可不必 锻出，直接加工。 通过查加工余量表，得两端面的总加工余量为 3mm 毛坯尺寸可以通 过加工余量确定。 ZG310 570 表示6 s 310MPa, 6 B 570MPa 的铸钢。铸 造碳 钢的碳 质量分数一般为 0.15% 0.6%，其铸造性能比铸造铁差，但力学性能比铸 造铁好。主要用于制造形状复杂，力学性能要求高，而在工艺又很锻压 等方法成形的比较重要的机械零件，例如机车车辆的车销和联轴器等。 铸造碳钢的牌号，化学成分，力学性能见表 2-1 。 表 2-1 铸造碳钢热处理及机械性能 主要化学成分 W% 主要特性 用途举例 C Si Mn P S 不大于 0.40 0.50 0.90 0.04 0.04 有较好强度、塑 性、焊接、性能尚好。 轨刚机架 模具、箱体、缸 体连杆、曲轴 等。 正火或退火温度C 回火温度C 870 890 620 680 (T bN/mm 2 (T sN/mm 2 S s% % a kJ/cm 2 570 310 15 21 30 选择毛坯铸的主要依据：铸可锻造形状复杂的毛坯，尺寸精度较高， 尺寸偏差0.1mm0.2mm，表面粗糙度 Ra 为 12.5 卩 m,毛坯的钎维组织好， 强度高，生产率较高，但需要专用锻模及锻锤设备。 大批量生产，适于锻造碳素钢，合金钢 锻件加工表面直线度，平面度公差。 铸件长度为 160mm,热处理为调质时，直线度和平面度公差的普通级 为 1.1mm，精密度为 0.7mm。 2.4 工艺规程设计 连杆的加工顺序大致如下：粗铣精磨上下断面钻、扩、铰小头孔 粗精铣工艺凸台及结合面两件连杆半圆孔和拼镗大头孔磨 结合面钻铰定位孔配钻、攻螺栓孔合件联结磨削合见 两端面 半精镗大头孔 精镗大小头孔 钻小油孔、倒角 研 磨大头孔压装小头孔衬套铣小头孔端面精镗小头孔衬套一 拆分合件并配对编号铣轴瓦定位槽对号装配清洗检 验 连杆小头孔压入衬套后常以金刚镗孔作为最后加工。大头孔常以研磨 或冷挤压作为底孔的最后加工。 整个过程体现出“先粗后精”、“先面后孔”、“先基准而后其他面”、 “先主要后次要面”的工艺顺序。 2.4.1 定位基面的选择 定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先 要做的重要工作。基面选择得正确、合理和否，将直接影响工件的加工 质量和生产率。 在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题： （1） 以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工 精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行。 （2） 为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面。 （3） 是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外 的精基面。 精基面的选择：根据精基面的选择原则：（1.基准重合原则 2.基准统 一原则 3.自为基准原则 4.互为基准原则 5.保证工件定位准确，夹紧安全 可靠，操作方便、省力的原则）选择精基面时，首先应考虑基准重合的 问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准。 242 连杆零件表面加工方法的选择 零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精 度和表面粗糙度的要求，还须考虑生产率和经济性方面的要求，在选择 时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合 零件的特点和技术要求，慎重决定。 本零件的加工面有：大小头孔两端面，小头孔外圆，大小头孔，十 字形槽，大小孔端槽及螺纹孔。 零件各表面加工顺序的确定 机械加工顺序安排 根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特 点，先安排大小头孔两端面的加工，接着安排钻大小头两孔，再就是 铣十字型通槽，再钻大头端6mm 8mm 的孔，攻 M8 的螺纹，铣大头 端槽，最后钻大头端5mm 的油孔。 热处理工序的安排 由于毛坯为铸件，在机械加工之前，首先安排正火处理，以消除 锻造应力，改善金属组织，细化晶粒，改善切削性能。 辅助工序的安排。 检验工序：在热处理工序后安排中间检验工序，最后安排终结检 验。 243 制定工艺路线 制定工艺路线主要是确定加工方法和划分加工阶段。 (1) 选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工 面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各个方面工艺因素 的影响。一般是根据主要表面的技术条件先确定终加工方法，接着再确 定一系列准备工序的加工方法，然后再确定其他次要表面的加工方法。 (2) 在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工 艺路线中的大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工 序及其他辅助工序。 (3) 排加工路线图表。 当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较大的差别，先在列出连 杆零件大量生产时的工艺路线。 244 选择加工设备及工艺装备 (1) 根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，合理确定机床种类 及规格。 (2) 根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。 (3) 根据工件材料和切削用量以及生产率的要求， 选择刀具， 应注意 尽量选择标准刀具。 (4) 根据批量及加工精度选择量具。 由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辐以少 量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均 由人工完成。 连杆的检验： 连杆加工工序多，中间又插入热处理工序，因而需经多次中间检 验，最终检查项目和其他零件一样，包括尺寸精度、形状精度和位置精 度。以及表面粗糙度检验，只不过连杆某些要求较高而已。 由于装配的要求，大小头孔要按尺寸分组，连杆的位置精度要 在检具上进行。如：大小头孔轴心线在两个互相垂直方向上的平行度。 在大小头孔中穿入心轴。大头的心轴放在等高的垫铁上， 使大头心轴和 平板平行。 将连杆至于直立位置时， 在小头心轴上距离为 100mm处测量 高度的读书差，既为大小头孔在连杆轴心线方向的平行度误差值：工件 置于水平位置是，同样方法测得出来的读书差，即为大小头孔在垂直连 杆轴心线方向的平行度误差值，连杆还要进行探伤检查其内在质量。 2.5 加工工序设计、工序尺寸及切削用量的计算 （1） 用查表法确定工序余量。 （2） 当无基准转换时，工序尺寸及其公差的确定应首先明确工序的 加工精度。 （3） 当有基准转换时的工序尺寸及其公差应由解算工艺尺寸链获 得。 （4） 确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算， 最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表 面多次加工的工序尺寸只和工序（或工步）的加工余量有关。有基准转 换时，工序尺寸使用工艺尺寸链解算。 单件小批生产时，一般可由操作工人自定，大批生产条件下，工艺 规程必须给定切削用量的详细数值，选择的原则是确保质量的前提下具 有较高的生产率和经济性，具有选用可参考各类工艺人员手册。 工序 10 粗铣及半精铣大小头孔两端面 查有关手册平面加工余量表，得半精加工余量 Z 为 1 mm，已知端面 总余量 Z 总为 3 mm ,故粗加工余量 Z 粗=(3-1 ) mm=2 mm。 如表 2-2 所示，半精铣右端面以左端面定位，工序尺寸为： 表 2-2 钻、扩、大头端30H11 mm 的孔的加工余量表 加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸 30H11 钻孔 14.1 28.2 30H11 扩孔 0.9 (单边) H11 30+0.13 参考Z25140机床技术参数表， 取 钻 孔 3 0 H 1 1 m m 的 进 给 量 取f = 0 . 4 m m / r 。 参考有关资料，得钻孔28.2 mm的切削速度 Vc=0.445m/s=126.7m/mi n 。 由此可算出转速为： n=1000v/ n d=1000*26.7/3.14*28.2 r /min=301.5 r /min 按机床实际转速取 n=300 r /min ，则实际切削速度为： Vc= n d n/1000=3.14*28.2*300/1000=26.56 m/min 查有关资料得： Ff=9.81*42.7dof0.8KF ( N) M=9.81*0.021 dof0.8KM ( N- M) 所以30 的 Ff 和 M 如下： Ff=9.81*42.7*28.2*0.40.8*1 N=5675.4 N M=9.81*0.021*28.2 2*0.40.8*1 N - M=78.71N - M 扩 30H11 mm 的孔，参考机床实际进 给量取 f=0.4 mm/ r 。 参考有关资料 扩孔切削速度为钻孔时的 1/2 1/3，故取扩孔时=1/2*26.56 m/min =13.28m/mi n 。 由此可算出转速为： n=1000v/ n d=1000*13.28/3.14*30 r /min=140.98 r /min 按机床实际转速取 n=400 r /min 。 确定铣槽时的工序尺寸。粗铣就可达到零件图样的要求，则该工 序尺寸：槽宽 4mm、8mm 深 12mm=其工序余量既等于总余量 12 mm。 钻大头端12 mm 深 20 的孔及攻 M8 的螺纹：本工序用钻孔就可以 达到零件的图样要求。 本工序的切削用量及其余次要工序设计略 X 小精=61-0.5mm, X 大精=23mm 则粗铣右端面工序尺寸 X 小精为 62mm,X 大精为 24mm= 查教材表 3 16 平面加工方法，得粗铣加工公差等级为 IT1113，取 IT11，其公差 T 小精=0.13mm , T 大精=0.19mm，所以 X 小精=(62 0.065 ) mm, X 大精=(24 0.095 ) mm 如表 2-3。 Z 小精=X 小精 min -X 小精 max= ( 62-0.13 ) - (61+0)mm=0.87mm Z 大精=X 大精 min -X 大精 max= ( 24-0.19 ) - 23mm=0.81mm 故余量足够。 查阅有关资料手册， 取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z; 半精铣的每转 进给量f=0.05mm/z, 粗铣走刀 1 次，ap =2mm;半精 铣走刀 1 次，即=1mm。 取粗铣的主轴转速为 150r/min ，取半精铣的主轴转速为 300r/min ， 又前面已选定铣刀直径 D 为50 mm，故相应的切削速度分别为： 粗加工 Vc= n Dn 粗/1000=3.14*50*150/1000m/min=23.55m/min 图 2-3 半精铣右端面以左端面定位 半精工 Vc= n Dn 粗/1000=3.14*50*300/1000 m/min=47.1 m/min 表 2-3 加工端面的工步余量和工序尺寸及公差 加工表 面 工序边余量 /mm 工序尺寸及公差 /mm 表面粗糙度/um 小头孔右端 面 2 1 62 0.065 61 0.037 6.3 3.2 大头孔右端 面 2 1 24 0.095 23 0.026 6.3 3.2 小头孔左端 面 2 1 59 0.065 58-0.5 6.3 3.2 大头孔左端 面 2 1 21 0.095 20 0.026 6.3 3.2 工序 20 :钻、扩、铰10 的孔到14H8 14H8 的孔钻、扩、铰余量参考有关资料手册 Z 扩=0.9mm , Z 铰=0.1 mm 由此可 推算出 Z 钻=(14/2-0.9-0.1 ) =6 mm。 参考 Z25140 机床技术参数表，取钻孔14H8 的进给量 f=0.3 mm/ r , 参考有关资料得钻孔12 的 v=0.435m/s=26.1m/min 。由此算出转速为： n=1000v/ n d=1000*26.1/3.14*12 r /min=692.68 r / min 按机床实际转速取 n=630 r /min ,则实际切削速度为： Vc= n d n/1000=3.14*12*630/1000 m/min= 23.74m/min 扩孔13.8 mm 参考有关资料，并参考机床实际进给量，取 f=0.3 mm/ r , 参考有关资料，扩孔切削速度为钻孔是的 1/2-1/3 ,故取扩孔时由此算出转速为： n=1OOOv/ n d=1000*11.87/3.14*13.8 r /min=273.93 r /min 按机床实际转速取 n=300 r /min 。 参考有关资料，取铰孔的切削速度为 Vc=0.3 m/s=18 m/min 由此算出转速为： n=1000v/ n d=1000*18/3.14*14 r /min =409.46 r /min 按机床实际转速取为 n=400 r /min 。则实际切削速度为 Vc= n d n/1000=3.14*14*400/1000 m/min=17.58 m/min 工序 30 :钻、扩大头端30H11 mm 的孔。 30H11 mm 的孔，扩余量参考有关手册取 Z 扩=0.9 mm 。 由此可算出 Z 钻=(30/2-0.9 ) =14.1 mm。 2.6 时间定额计算 1. 计算工序 20 的时间定额 (1) 机动时间。 参考有关资料，得钻孔的计算公式为： Tj= ( 1+11+12 ) /fn L 仁 D/2cotkr+ ( 12 ) L2=14 ,钻盲孔时 12=0。 对钻12 mm 的孔有： =1/2*23.74 m/mi n=11.87 m/min o L 仁 D/2cotkr+ ( 12 ) =12/2cot ( 118 /2 ) +1.5 mm L=40mm,取 l2=0 mm5.1mm 参考有关资料，得扩孔的计算公式为： Tj= ( 1+11+12 ) /fn L1= ( D-d1 ) /2cotkr+ ( 12) 扩盲孔和铰盲控时 12=0。 对扩孔13.8 mm 有： L1= ( D-d1 ) /2cotkr+ ( 12) = ( 13.8-12 ) /2cot60 2 mm L=40mm,取 12=0 mm 。 将以上数据及前面已选定的 f 及 n 代入公式得： Tj= ( 40+2+0 ) /0.3*300 min 0.47min 对铰孔14 mm 有： L1= ( D-d1 ) /2cotkr+ ( 12) = ( 14-13.8 ) /2cot45 1.6 mm 将以上数据及前面已选定的 f 及 n 代入公式得： Tj= (40+1.6+0 ) /0.3*400 min 0.35min (2) 总机动时间 Tj (既基本时间 tb )为： Tb= ( 0.24+0.47+0.35 ) =1.06 min 。 2. 计算工序 30 的时间定额 (1)机动时间。 参考有关资料得钻孔的计算公式为： Tj= ( 1+11+12 ) /fn L 仁 D/2cotkr+ ( 12 ) +1.5 mm +1.5 mm L2=14 ,钻盲孔时 12=0 。 对钻28.2 mm 的孔有： L 仁 D/2cotkr+ ( 12 ) =28.2/2cot ( 118 /2 ) +1.5 mm 9.96mm L=21.5mm ,取 12=3 mm。 将以上数据及前面已选定的 f 及 n 代入公式得： Tj= ( 21.5+9.96+3 )/0.4*300 min 0.29min 参考有关资料，得扩孔的计算公式为： Tj= ( 1+11+12 ) /fn L1= ( D-d1 ) /2cotkr+ ( 12) 扩盲孔时 12=0。 对扩孔30 mm 有： L1= ( D-d1 ) /2cotkr+ ( 12) = ( 30-28.2 ) /2cot60 +1.5 mm 2 mm L=21.5mm ,取 12=3 mm 。 将以上数据及前面已选定的 f 及 n 代入公式得： Tj= ( 21.5+2+3 ) /0.4*140 min 0.47min (2)总机动时间 Tj (既基本时间 tb )为：Tb= ( 0.29+0.47 ) =0.76 min。 第 3 章连杆零件的夹具设计 夹具的认识 夹具是机械制造厂使用的一种工艺装配，分为机床夹具、焊接夹具、 装配夹具及检验夹具等。 各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具， 一、 机床夹具在机械加工中的作用 对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及 机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。 为此，在进行加工前，首先要将工件装夹好。 工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘 上，另一种是工件装夹在夹具上。 采用第一种方法夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划 出加工表面的尺寸和位置，装夹是用划线针或百分表找正后再夹紧。这 种方法无需专用装备，但效率低，一般用于小批生产。批量较大时，大 都用夹具装夹工件。 用夹具装夹工件有下列优点： （1）能稳定地保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于 刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响， 时一批工件的加工趋于一致。 （2） 能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要 划线赵正，可显著减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具 中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生 产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧 机构，进一步提高生产率。 （3） 能扩大机床的使用范围 （4） 能降低成本在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、 使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了 生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成 本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件 批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。 二、 机床夹具的分类 机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。 常用的分类方法有以下几种 按夹具的使用特点分类 （1 ）通用夹具 已经标准化的，可加工一定范围内不同工件的夹具， 称为通用夹具，如三爪卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁 力工作台等。这些夹具已作为机床附件的专门工厂制造供应，只 需选购即可。 （2）专用夹具 专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专 用夹具。专用夹具一般在批量生产中使用。 （3 ）可调夹具 夹具的某些原件可调整或可更换，以适应多种工件加 工的夹具，称为可调夹具。它还分为通用可调夹具和成组夹具两 类。 （4） 组合夹具 采用标准的组合夹具元件、部件，专为某一工件的某 道工序组装的夹具， 称为组合夹具。 （5） 拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装夹具而成的夹具，称 为拼装夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效 能好、结构紧凑。它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。 此类夹具更设和在数控机床上使用。 2 按使用机床分类 夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹 具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行 夹具以及其它机床夹具等。 3 按夹紧的动力源分类 夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液 增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。 三机床夹具的组成 机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面 几个部分。 1 定位装置 定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。 2 夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹劳，保证工件在加工 过程中受到外力作用是不离开已经占据的正确位置。 3 对刀或导向装置 对刀或导向装置用于相对于定位元件的正确 位置。 4 连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。 5 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件。 6 其它装置或元件它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元 件。如需加工按一定规律分布的多个表面是，常设置分度装置； 为能方便、准确的定位，常设置预定为装置；对于大型夹具，常 设置吊装元件等。 3.1 机床夹具设计的基本要求和一般步骤 3.1.1 对专用夹具的基本要求 1保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求， 并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 2. 提高生产效率 应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短 辅助时间，提高生产 效率。 3. 工艺性好 专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。 专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证是， 夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的 垫片等。 4. 使用性好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可 设置排屑结构。 5. 经济性好 除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉。还应根 据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经 济效益。 3.1.2 专用夹具设计步骤 1. 明确设计任务和收集设计资料 夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的 零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内 容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要 求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。 2. 拟订夹具结构方案和绘制夹具草图 O确定工件的定位方案，设计定位装置。 (2 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。 O确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。 2确定夹具和机床的连接方式，设计连接兀件及安装基面。 2确定和设计其它装置及元件的结构形式。如分度装置、预定位装 置及吊装元件等。 2确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。 1. 进行必要的分析计算 工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的 夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经 济效益较高的方案。 2. 审查方案和改进设计 夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然 后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。 3. 绘制夹具装配总图 夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用 1 : 1。 主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、个种 装置的结构及其相互关系表达清楚。 3.2 连杆零件的钻床夹具设计 如图 3-1 所示为连杆类零件 图 3-1 连杆工件图 3.2.1 零件本工序的加工要求分析 钻12 孔和钻7 螺纹底孔； 钻12 孔，其深为 20 ;再用7 钻通，攻为 M8; 钻出的12 孔和7 螺纹底孔的总长度为 40mm= 本工序前已加工的表面如下： 0同时铣大小一端面（两工件一起加工）； 2同时铣大小一端面（两工件一起加工）； 0钻，铰30H11 孔并倒角; O钻，铰14H8 孔并倒角 本工序使用机床为 Z5125 立钻；刀具为通用标准刀具。 322 确定夹具类型 本工序所加工两孔（12 孔和7 螺纹底孔），位于一条直线上，孔 径不大，工件质量较小，轮廓尺寸也不是很大，因此采用移动式钻模。 3.3 拟订定位方案和选择定位元件 定位方案 根据工件结构特点，其定位方案如下。 以30H11 的大头端孔及14H8 的小头端孔作为定位基准。再选 30H11 的大头端孔左端面为定位基准，限制工件的 6 个自由度，如图所 示： 如图所示：用小头端孔作定位基准，用心轴定位限制 x、y、x、y。 用大头端孔作定位基准，用螺纹心轴定位，限制 z。 用大头端左端面作为定位基准，限制了 z。 O以大头端30H11 的孔及小头端14H8 的孔作为定位基准，再选 大小头端左端面作为定位基准。也限制了工件的 6 个自由度。如图 3-2 所示： 如图所示： 以大头孔作为定位基准限制了 z 转动； 以小头孔作为定位基准限制了 x 的移动和 y 的移动及 x 的转动和 y 的转动。 以大、小头孔作为定位基准限制了 z 移动。 方案此定位方案有效制了工件的 6 个自由度，且定位合理。 方案此定位方案有效制了工件的 6 个自由度， 但定位元件比较浪 费， 且有过定位现象。 因此，从以上的分析比较，采用方案比较经济合理，且又能保证 要求。 选择定位元件 根据定位方式，选用带台阶的心轴安装在工件部分为小头端，14H8 的孔选用螺纹心轴安装在工件部分为大头端30H11 的孔。选择可调支承 定位误差计算 加工12 孔时30H11 孔的最大间隙的定位误差的计算。 I ! 图 3-2 两种定位方案 由于零件是一面两销定位，由于孔和心轴存在最大配合间隙，因此 在 钻12 孔时会产生直线位移误差。 计算如下： 经表查得：30H11 孔的上下偏差分别为+0.13 , 0 ; 29.96h6 轴的上下偏差分别为 0 , -0.013 。 D= B+ Y =S d1 + D1 +X 1 mi n =X 1 ma x =30.13-29.947 =0.183 mm v 1/3 S K 加工7 的螺纹底孔和加工12 孔在一条直线上，因此7 的螺纹底 孔的定位误差的计算和12 孔定位误差的计算相同。 由于加工要求不高，其他精度可以不必计算。 3.4 绘制夹具总装图 (1 )对12 孔，钻套采用可换钻套。当工件为单一钻孔工步，大批量生 产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套和衬套(GB/T6623-91 ) 之间采用 F7/K6 或 F7/m6 配合，衬套和钻摸板之间采用 H7/n6 配合。当 钻摸磨损后，可卸下螺钉(GB/T2268-91 )，更换新的钻套。螺钉能防止 钻套加工时转动及退刀时脱落。 钻孔时钻套内径12 JO.0?4 mm 外径18瑞12 mm 衬套内径18莖0：6mm 外径2 6 ：025mm 钻套端面至加工面的距离取 12 伽。 麻花钻选用11.8 _ 0.027伽。 (2)对7 的螺纹底孔。钻套采用可换钻套。 麻花钻选用6.8 _ 0.027伽。 各引导元件至定位元件间的位置尺寸分别为(15 0.03 )伽和(18 0.05 )伽，各钻套轴线对基面达到直线允差为 0.02 伽