机械制造工艺学课程设计说明书-三孔连杆

机械制造工艺学 课程设计说明书 设计 题目： 三孔连杆 零件机械加工工艺规程设计 学 生： 杨知雨 学 号 ： 机电 工程学院 班 级 ： 机械设计制造及其自动化 2009 指导教师： 付 敏 副教授 东北林业大学 2 目 录 1 零件的分析 3 件结构工艺性分析 3 件的技术要求分析 3 2 毛坯的选择 4 坯种类的选择 3 坯制造方法的选择 5 坯形状及尺寸的确定 5 3 工艺路线的拟定 5 位基准的选择 5 件表面加工 方案 的选择 6 工顺序的安排 6 工阶段的划分 7 械加工顺序的安排 7 处理工序的安排 7 助工序的安排 8 4 工序设计 8 床和工艺装备的选择 8 序设计 9 5 结语 13 参考文献 东北林业大学 3 三孔连杆零件机械加工工艺规程设计 1 零件的分析 件的工艺性分析 图 本次课程设计的题目 零件是典型的连杆类零件，结构简单。毛坯采用 锻造而成。 需要加工的表面有 90的内孔表面，上下两个端面； 35的内孔表面和上下两个端面， 25的内孔表面和两个端面。 所需要加工的这个九个表面都是属于比较常规的加工表面，不会存在很大的技术障碍。 图 1孔连杆零件图 件的技术要求分析 从图上可以看出，连杆的两个连杆孔与耳钩的孔均为 加工精度，孔表面的表面粗糙度要求均为 孔的形 状上还有圆柱度为 圆柱度要求，这三个孔表面均属于配合表面，是图纸中最重要的加工表面 。连杆孔的两个端面，耳钩的两个端面的加工表面粗糙度要求为 且对连杆孔两个端面之间的尺寸以及耳钩两个面之间的尺寸 有 精度要求，一般的的机床均可达到这个加工精度 。 在对孔的位置精度要东北林业大学 4 求上， 90 35个孔的中心距 有 精度要求，且两 孔轴 线有平行度为 钩孔 25 90 的中心距也有 精度要求，要求。同时，该连杆还需热处理，达到布氏硬度 226硬度要求。 零件的毛坯不得有裂纹，夹渣等缺陷。 图纸尺寸完整合理，加工精度要求合理，图纸表达清晰，可以满足加工要求。 表 出 了工件所有的加工表面以及对应的图纸技术要求。 表 件加工表面及技术要求汇总 加工表面 公差等级（ 表面粗糙度（ m） 形状公差 （ m） 位置公差 （ m） 加工方法 定位基准 90内表面 6 柱度 镗 精镗 9090上下端面 12 无 铣 精铣 9035内表面 6 柱度 心线与90心线平行度 粗铰 9035上下端面 12 无 铣 精铣 9025内表面 6 柱度 心线与90 粗铰 9025 上下端面 12 无 铣 精铣 902 毛坯的选择 坯种类的选择 三孔连杆属于连杆支架类零件，受力情况复杂，长期处于重载、交变应力的作用下工作，对杆件的材料组织以及力学性能要求较高，且该工件的形状不复杂，可以考虑采用锻造工艺 来制造 毛坯。 且所给的零件图纸中技术要求中 要求使用锻造，连杆不得有裂纹，夹渣等缺陷；如果采用铸造工艺，可能会存在上述的铸造缺陷；采用棒料板料作为毛坯，在大批量生产中机械加工部分太多，既不经济效率还低。所以综合考虑采用锻造制造毛坯。 坯制造方法的选择 选择好锻造作为毛坯制备工艺后考虑采用模锻还是自由锻造。零件整体结构简单，整体尺寸较小，且结构对称，分型面清晰，加工纲领为大批生产，可以考虑采用模锻来提高生产率，降低锻工工作强度。且采用自由锻不太好控制毛坯的形状且不易控制加工精度。 坯形状及尺寸 的确定 由于毛坯尺寸应该再各工序加工余量确定后，最后附加在工件加工表面，所以在此大东北林业大学 5 概对毛坯的形状做一定说明： 三个内孔以及其六个端面均需要留一定的余量，但是对于小孔以及耳钩孔如果在毛坯中留出孔的位置，将会给锻模的制造以及锻造工艺的 设计造成一定困难，所以根据锻工手册，小孔以及耳钩孔在毛坯中不予留 出。 3 工艺路线的拟定 位基准的选择 粗基准的选择应满足使各加工表面都有均匀的加工余量，而且定位准确可靠。 可以选择 90孔与下端面作为主要定位基准，但是问题在于 90孔是 毛坯面，尺寸不准确，无法与定位销或者定位心轴配合，而且用下端面作为定位基准，定位接触面太少，定位不准确。 如图所示， 也可以考虑用不加工的 B 面作为定位基准，但是用 部位是连杆的最为薄弱部分，在夹紧力的作用下可能会导致变形，影响加工精度。所以综合考虑下，用 90下端面作为主要定位基准，限制了 x y z 三个方向的自由度， 为提高系统的刚性， 在 35的下端面增加辅助支撑 ；同时，在连杆的 C、 D 两个面用两个窄 同限制了 x y z 三个方向的自由度，从此达到了工件的完全定位。 图 3基准定位 精基准选择应满足基准统一与基准重合原则，由零件图我们可以得出 35的设计基准是 90的中心线，且耳钩孔 25设计基准也是 90的中心线 ，所以精基准的主要定位基准面是已经精铰完的 35、 25钩孔与铣完的 90下端面。一面两孔定位， 90下端面主要定位基面限制了工件三个自由度， 35用一定位销限制两个自由度，最后在 25此工件达到完全定位。 东北林业大学 6 图 3基准定位 件表面加工方案的选择 90 35 25下端面六个平面的加工方案 ： 在用 90下端面作主要定位基准、 35 下 端面作辅助支撑，用两块窄 紧连杆中间连接部分，并加以辅助支撑提高刚度，减少夹紧变形，铣 90上端面、 35上端面、 25钩孔上端面三个面。另外与之相对的三个下表面的加工可以放在下一道工序中，用第一道工序加工好的平面作为定位基准来加工到图纸尺寸要求。 90孔表面 的加工方案 在铣前三个平面的工序中，不改变工件的的定位与夹紧，让自动换刀机构换刀，粗镗 90孔，整个加工过程在数控加工中心上一次性完成，不改变工件的定位与夹紧，可以保证三个端面以及 90的相 对位置精度。 热处理完成后的工件，可以先精铰 35以及 25钩孔，然后用精铰完的这两个孔作为定位基准来半精镗以及精镗 90，这样通过夹具以及机床主轴的高回转精度就可以保证 90与 35以及 25钩孔的相对位置精度，以及自身的尺寸要求。 35、 25加工方案 在粗镗完 90的工序中，不改变工件的定位与夹紧，让加工中心的换刀装置多次换刀，分别钻 35以及 25钩孔。热处理以后，在头一道工序中粗铰与精铰这两个孔。精铰 铰刀的精度应高于粗铰铰刀的精度，按照误差复映原理，钻完以及扩完的内孔会存在一定的圆柱度误差以及尺寸公差，因此安排两次铰削来消除前一道工序所留下来的误差，最后达到图纸要求。 工顺序的安排 东北林业大学 7 考虑到是大批量生产，为提高生产效率，在同一台机床上只进行一次定位装夹完成本道工序的所有加工过程，减少人工辅助调整时间。 将工件的加工阶段划分为典型的三个加工阶段 -： 粗加工阶段：去除零件表面大量材料，加工出基准面，将工件尺寸加工到一定精度，为接下来的半精加工以及精加工阶段做准备。 半精 加工阶段：根据误差复映规律，对于本次加工来说，虽没有采取多次加工，但 通过一次走刀的半精加工，也可以减少粗加工以及热处理留下的形状位置误差，为精加工表面做好准备。在现代数控加工技术的飞跃性提高的今天，加工中心的使用，大大提高了加工效率以及精度。 精加工阶段：在精加工阶段，机械加工的最终任务就是要保证零件图上的主要表面达到图样规定要求。在本加工阶段通过选择精度更高的数控加工中心，以及精度更高的刀具来满足加工要求，同时对夹具的定位要求也相应提高。 工序 1：锻造 工序 2：正火热处理 工序 3： 铣 90上端面，铣 35上端面，铣 25钩孔上端面 ； 粗镗 90工序 4：铣 90下端面，铣 35下端面 ，铣 25钩孔下端面 ； 钻、扩 35钻、扩 35钩孔 工序 5：调质热处理到 226序 6： 粗铰 35到图样尺寸； 精铰 25钩孔到图样尺寸 工序 7：以精铰完的两个孔为基准 半精镗 90至图样尺寸； 倒角 45 工序 8：去毛刺 工序 9： 工件探伤与 检验入库 锻造毛坯 可能会存在残余应力以及硬点，在粗加工进行前应进行正火热处理，改善切削性能。零件图上要求热处理至 261用调质处理可达到该硬度要求，考虑到调质处理后可能会导致工件变形，表面质量降低，三个内孔的尺寸以及表面质量达不到图纸上的技术要求，所以把调质处理安排在半精加工之后，精加工之前，在半精加工去除了零件上大量材料，然后进行热处理，最终通过精加工尺寸到图纸的要求。 图纸技术要求中要求连杆不得有裂纹，夹渣等缺陷，因此除了正常的形状位置尺寸检测以外。还应增加 X 射线或者超声 波探伤等无损伤工件内部质量检测。最后去除毛刺，入库。 4 工序设计 床和工艺装备的选择 床的选择 东北林业大学 8 在前面的加工路线安排中已经提到，本产品的机械加工属于大批量生产，应选择加工效率高，定位精度高的自动化设备 一台机床上可以自动完成多次加工，减少工件装夹的次数就能提高工件在定位上所引起的误差，提高产品质量。 考虑到划分了加工阶段，粗加工阶段和精加工，半精加工阶段应该在不同的机床上进行，后者机床应选择定位精度高，稳定性好，且转速能满足要求的加工中心， 而前者在粗加工阶段，应从工 件上切除大部分金属，应选择加工效率高 的加工中心。 根据工件毛坯大概尺寸 355 169 60，选择 控加工中心作为粗加工阶段的使用机床。 主轴伺服电机 位精度 复定位精度 序 3与工序 4均采用该机床进行粗加工。 在精加工阶段要对三个孔精铰或者精镗，对主轴的回转精度以及机床的稳定性均有一定要求，所以精加工阶段选择定位精度更高的 式加工中心 。主轴电机功率11位精度 复定位精度 工序 6 与工序 7 均采用该机床进行加工。 具的选择 在大批量生产中，为提高生产效率，减少每道工序的辅助工时，可以采用专用夹具来装夹定位工件。且专用夹具针对性强，针对每道工序以及相应的机床设计的夹具定位准确，工件夹紧变形小。因此在本次加工中，四道机械加工工序均采用 4组不同的专业夹具。 具的选择 同样是为提高生产效率，减少辅助工时，应大量采用不重磨的可转位硬质合金刀片的刀具，并且在选择刀具时考虑到刀柄锥度与机床主轴锥度相匹配。 下表给出各个工序工艺装备的配置： 表 4艺装备的选择 工序 夹具 刀具 机床 3 用夹具 质合金面铣刀 动镗刀 用夹具 质合金面铣刀 34麻花钻 孔钻 24麻花钻 孔钻 用夹具 35硬质合金机用铰刀 25硬质合金机用铰刀 用夹具 转位双刃镗刀 90可转位双刃镗刀 6 15 90倒角刀 序设计 工余量的确定以及各工 序尺寸的确定 （ 1） 90孔表面 该表面的工艺过程为 粗镗 精镗，查阅金属切削手册，结合机床的参数，粗镗选择加工余量 精镗 1镗 照所查表的余量逐一推算出个工序尺寸， 根据 经济精度选出每道工序的公差值，并按照入体原则标注， 表 4细列出了各工东北林业大学 9 序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4 90内孔表面 各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精镗 6( 90 90 精镗 1 镗 11( 造 2 6 862 （ 2） 35孔表面 该 表面的加工工艺为钻 粗 铰 造毛坯的时候，该内孔是没有预留空间的，所以应先钻出， 在查阅金属切削手册选择扩孔以及粗铰精铰孔加工余量时应考虑到留给钻的工序尺寸应该满足钻头的尺寸系列，也就是说所选择的钻头应该能够加工到所设计的工序尺寸。综上综合考虑，查阅金属切削手册， 选择扩孔加工余量 铰加工余量为 如果把精铰的加工余量附加到粗铰的工序尺寸上会导致要求粗铰出一个 孔，铰刀的外径尺寸系列没有 个值，所以应该把精铰的加工余量用公差的形式表现在粗铰铰刀上 。按照所 查表的余量逐一推算出个工序尺寸，跟据经济精度选出每道工序的公差值，并按照入体原则标注， 表 4细列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4 35孔表面各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精铰 6( ) 35 35 粗铰 基本尺寸不变 I=5 扩孔 10( ) 钻孔 35 ) 4 34 （ 3） 25孔表面 该表面工序过程和 35孔表面工艺过程类似，表 4细 列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4 25内孔表面各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精铰 6( ) 25 25 粗铰 基本尺寸不变 I=5 扩孔 10( ) 东北林业大学 10 钻孔 25 ) 4 24 （ 4） 90上下端 面 图纸上对这两个表面仅有表面粗糙读 及 精度的尺寸要求，而且没有形状位置公差的要求，所以对于该表面只需粗铣到图纸要求即可 。 加工孔上 端面时是以下端面为定位基准来加工的，其工艺基准也是下端面；上端面也是如此。所以不用考虑基准不重合问题 ， 表 4细列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4 90上下端面 各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗铣 1 0 50 铣 2 0+3=53 53 造 6 2 53+3=56 56 2 （ 5） 35上下端 面 该表面工序过程和 390上下端面工艺过程类似，表 4出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4 35上下端面各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗铣 1 5 35 铣 2 5+造 5 2 0 40 2 （ 6） 25钩孔上下端 面 该表面工序过程和 390上下端面工艺过程类似，表 4 表 4 25钩孔上下端面各工序余量及工序 尺寸的确定 工序余量 (经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗铣 1 2 0 20 铣 2 2 0+2=22 22 造 4 2 22+2=24 24 2 在所有的工序余量的计算完成后，我们可以给出毛坯的外形尺寸图 图 4件毛坯图 额 按照本次课程设计要求，切削用量以及工时定额部分只给出工序 2中铣小孔上端面的东北林业大学 11 计算过程 。 加工材料： 45钢锻造后正火处理 加工要求：铣小孔下上端面至 35 面 粗糙度 大孔上端面至 50 面粗糙度 耳钩孔上端面至 20 面粗糙度 床：数控加工中心 具：硬质合金面铣刀，刀片材料 状尺寸根据 5342=120小孔上端面至 35 一道工序加工完后的尺寸为 坯方向的加工余量为 最大加工余量需一次加工即可，取背吃刀量刀长度2 2 2 200( ) 5 0 ( 1 2 0 1 2 0 5 0 ) 6 1l d d a m m 。 本次加工所用机床主轴功率 片材料为 查阅机械加工工艺手册 )，选择每齿进给量为 );表 刀寿命 T=180据铣削速度计算公式： 0 a z（ m/ 其中72 .2 .4 m=d=120 z=10 修正系数查表可得.0 代入数据最后得 v=m/ 机床主轴转速01 0 0 0 1 0 0 0 3 2 2 . 3 6 8 5 5 / m i 1 4 1 2 0 工时定额12 5 0 5 . 4 6 5 . 4 6 0 . 0 5 8 4 m i n 3 . 50 . 1 2 1 0 8 5 5l 切削力计算 0F F y uF p f a a 中 N） 查阅手册可得750 1 ) 0d=120mm n=855 / .0 北林业大学 12 将数据代入公式可得轴扭矩0 331 5 8 . 9 1 2 0 9 . 5 3 4 0 2 1 0 m 切削功率441 5 8 . 9 3 2 2 . 3 6 0 . 8 56 1 0 6 1 0 W 东北林业大学 13 5 结语 课程设 计是对机械学生的综合 能力的 考验。 课程设计是一个自我学习的过程，在课程设计中很多需要用到的知识其实是我们课本上从未涉及到的，这就需要自己查阅相关的书籍资料或者在网上搜集相关信息，在以后的学习工作中，自我学习能力也是非常关键的的能力。我们本身实践机会太少，与真实的生产加工接触太少，缺乏对工艺的基本理解，只是字课堂上，在书本上学习了点皮毛，在如此短暂的一个星期内想要把这样复杂涉及多方面知识的课程设计做好是很难的，因此我们抓不住每一个细节去完善 ，但我们也尽量去完善能做到的一切细节。在面对一大堆毫不熟悉的概念时，我们 往往会表现出沮丧与失去信心，但这正是锻炼耐心的一个好机会。机械加工涉及到方方面面，无论哪一个生产环节出了问题，就会对产品的生产制造造成难以弥补的损失，因此对于一个合格的工程师与工艺师，最需要的就是对各种矛盾的解决能力，有耐心去解决在工艺设计中所面临的各种麻烦。在设计阶段我们考虑得越周到，在生产过程中我们所付出的代价就越少。 所以我觉得在如今大学本科扩招泛滥的时代，教学资源严重不足，学生没有足够的实践机会（没有够量的实践时间是培养不出一名合格工程师的），我们就应该多在这种硬件要求不高的课程设计上多花点心思，培 养自我的综合能力，为以后的工作学习打下坚实基础！ 东北林业大学 14 参考文献 1 杨叔子 M机 械工业出版社 ,2002. 2 王先奎 钻削、扩削、铰削加工 M机械工业出版社 ,2008. 3 王先奎 铣削、锯削加工 M机械工业出版社 ,2008. 4 常同立 .,机械制造工艺学 M清华大学出版社 ,2010. 5 王先奎 削加工 M械工业出版社 ,2008.