连杆零件的机械加工工艺规程.docx

机车车辆制造与修理工艺学课程设计说明书设计题目 设计连杆零件的机械加工工艺规程及工艺装备 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导老师： 2011年12月29日摘要连杆是活塞式发动机和压缩机的重要零件之一，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，它是柴油机关键传动件之一。连杆要承受内燃机的爆发力、压缩力和连杆往复运动的惯性力、拉伸力。因此对连杆的强度、刚度有很高的要求。又连杆与曲轴和活塞销连接，并且它们之间存在相对转动，因此对连杆大小头孔的加工要求是很高的。本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。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，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。关键词: 连杆 加工工艺 夹具设计内容：1. 课程设计任务书 1份2. 工艺卡片 1套3. 机械加工工艺过程卡片 1份4. 机械加工工序卡片 1份5. 零件图 1份6. 夹具装配图 1份7. 课程设计说明书 1份目录一、 任务书二、 零件工艺性分析2.1 零件技术条件分析2.2 毛坯选择以及加工2.3 机械加工工艺路线确定2.4 连杆的机械加工工艺过程分析2.4.1 工艺过程的安排2.4.2 定位基准的选择2.4.3 确定合理的夹紧方法2.5 连杆基本加工工序2.5.1 连杆两端面的加工2.5.2 连杆大、小头孔的加工2.5.3 连杆螺栓孔的加工2.5.4 连杆体与连杆盖的铣开工序2.5.5 大头侧面的加工2.6 工序尺寸以及公差的的计算2.6.1 切削用量的选择原则a) 粗加工时切削用量的选择原则b) 精加工时切削用量的选择原则2.6.2 确定各工序的加工余量2.6.3 确定工序尺寸及其公差三、 XX号工序加工说明书3.1 工序尺寸精度分析3.2 确定加工余量3.3 夹具、定位如CAD图一 任务书机械制造业是国民经济的基础产业,是国民经济发展的支柱产业，机械制造行业的发展影响着国民经济的发展。要想国力有所提升，国民经济不断发展变强。传统的机械制造行业已经渐渐不能适应当代社会的发展，同时也为了适应多生产模式（大、中、小批量生产）对夹具快速设计的需求，因此先进的装备便随着产生。机床专用夹具，数控机床不断的广泛使用。传统的机床专用夹具设计是一种基于经验的夹具设计方法，需要经验丰富的夹具设计人员来完成，设计周期长，劳动量大，修改不便，效率低。为了提高生产效率，因此应用CAD技术、UG、Pro/E、SoldiEdge等软件提供专用的夹具设计模块，应用这些软件在生产中准确绘制、装配和管理的参数化机床专用夹具设计软件，以提高夹具的设计效率和规范性，实现夹具设计经验重用，满足快速响应市场需求的目标，该项研究有利于企业获得良好的经济效益和社会效益。另外工艺流程也在深深的影响着机械制造业快速发展。因此在今天的生产过程中不仅仅要有一个很好的工艺流程，还要有高效、准确的夹具以及先进的加工设备。在实习过程中看到柴油机车的关键零部件的大批量生产过程。连杆的作用是使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，它是柴油机关键传动件之一。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。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。连杆的主要技术要求：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部位的切削用量计算和加工工艺分析。二 零件工艺性分析2.1 零件技术条件分析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为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。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：2100.05 mm。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：规定其垂直度公差等级应不低于IT9。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。2.2 毛坯选择以及加工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应用，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。目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆辊锻工艺。毛坯加热后，通过上下锻辊模具的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。连杆的锻造工艺过程中，将棒料在炉中加热至11401200C0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边。锻好后的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正。连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查，方能进入机械加工生产线。2.3 机械加工工艺路线确定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，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。连杆机械加工工艺过程如下：工序工序名称工序内容工艺装备1铸造-获得毛坯2磨修磨曲外形立式双头回转铣床3热处理调质4铣铣连杆大、小头两平面，铣连杆大小头孔定位台，每面留磨量0.5mm卧式铣床5粗磨以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面M73506钻与基面定位，钻、扩、铰小头孔Z30807铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸mm两侧面，保证对称，此平面为工艺用基准面X62W组合机床或专用工装8磨精磨大小头断面立式双头回转铣床9粗镗小头孔钻扩小头孔，孔口倒角摇臂钻床10扩拉小头孔L6120型拉床11精镗小头孔以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为43mmZ308012铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身及上盖分别打标记。X62W组合机床或专用工装锯片铣刀厚2mm13铣以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体和盖结合面，保直径方向测量深度为40mmX62组合夹具或专用工装14磨以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的结合面M735015铣以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖mm8mm斜槽X62组合夹具或专用工装16钻钻210mm螺栓孔Z305017扩先扩210mm螺栓孔，再扩213mm深19mm螺栓孔并倒角Z305018铰铰212.2mm螺栓孔Z305019钳用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其扭力矩为100120N.m20镗粗镗大头孔T6 821倒角大头孔两端倒角X62W22磨精磨大小头两端面，保证大端面厚度为mmM713023镗以基面、一侧面定位，半精镗大头孔，精镗小头孔至图纸尺寸，中心距为mm可调双轴镗24镗精镗大头孔至尺寸T211525称重称量不平衡质量弹簧称26钳按规定值去重量27钻钻连杆体小头油孔6.5mm,10mmZ302528压铜套双面气动压床29挤压铜套孔压床30倒角小头孔两端倒角Z305031镗半精镗、精镗小头铜套孔T211532珩磨珩磨大头孔珩磨机床33检检查各部尺寸及精度34探伤无损探伤及检验硬度35入库2.4 连杆的机械加工工艺过程分析2.4.1 工艺过程的安排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（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下：a 两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨b 小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗c 大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。2.4.2 定位基准的选择在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑）。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销”。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。2.4.3 确定合理的夹紧方法既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。2.5 基本加工工序2.5.1 连杆两端面的加工采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方法的生产率较高。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。2.5.2 连杆大、小头孔的加工连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、扩、铰三道工序。钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。小头孔在钻、扩、铰后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为0.4m，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。2.5.3 连杆螺栓孔的加工连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。从而达到所需要的技术要求。粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。精铣时，为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直，使用两工位夹具。连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转1800 ，铣另一个螺栓孔的两端面。这样，螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。2.5.4 连杆体与连杆盖的铣开工序剖分面（亦称结合面）的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证。为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差0.03mm ，并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度，除夹具本身要保证精度外，锯片的安装精度的影响也很大。如果锯片的端面圆跳动不超过0.02 mm,则铣开的剖分面能达到图纸的要求，否则可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。因此，在剖分面铣开以后再经过磨削加工。2.5.5 大头侧面的加工以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。2.6 工序尺寸以及公差的确定2.6.4 切削用量的选择原则a) 粗加工时切削用量的选择原则正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：Zw V*f*ap*1000式中：Zw单位时间内的金属切除量（mm3/s），V切削速度（m/s）f 进给量（mm/r）， ap切削深度（mm）提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度ap，其次选择一个较大的进给量度f，最后确定一个合适的切削速度V。选用较大的ap和f以后，刀具耐用度t 显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大ap可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。粗加工时切削用量的选择原则有几个要点：1）切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。2）进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。b) 精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。提高精加工速率的关键：1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求2.6.5 确定工序的加工余量用查表法确定机械加工余量：（根据机械加工工艺手册第一卷 表3.225 表3.226 表3.227）（1）、平面加工的工序余量（mm）单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4612.5粗铣1.5IT12()41.5()12.5精铣0.6IT10()40.9()3.2粗磨0.3IT8()40.3()1.6精磨0.1IT7()40()0.8则连杆两端面总的加工余量为：A总= =（A粗铣+A精铣+A粗磨+A精磨）2=（1.5+0.6+0.3+0.1）2=mm（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=40+=mm2.6.6 确定工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229 表234）1） 大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为75 mm）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度珩磨0.0875.0750.4精镗0.474.974.90.8半精镗173.673.61.6二次粗镗271.571.56.3一次粗镗268.568.512.5扩孔564642） 小头孔各工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229表230）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗0.21.6铰0.26.4扩912.5钻钻至12.52.7 夹具设计2.7.1 定位基准的选择由零件可知，在铣剖分面之前，连杆的两个端面、小头孔及大头孔的两侧都已加工，且表面粗糙要求较高。为了使定位误差为零，按基准重合原则选29.49H8小头孔与连杆的端面为基准。连杆上盖以基面（无标记面）、凸台面及侧面定位，连杆体以基面和小头孔及侧面定位，均属于完全定位。2.7.2 夹紧方案1) 定位基准的选择由零件图可知，在粗加工大头孔之前，连杆的两个端面，小头孔及大头孔的两侧面都已加工，且表面粗糙度要求较高。为了使定位误差为零，按基准重合原则选43.0h7定位销与基面为定位基准，定位销限制2个自由度，基面限制工件3个自由度，大头孔的外侧面限制工件1个自由度，属完全定位。由于生产批量大，为了提高加工效率，缩短辅助时间，准备采用手动式滑柱钻模，采用了常用的圆锥自锁装置，装卸工件方便、迅速。2) 夹紧方案由于所加工的零件比较小，夹具的夹紧力与加工零件时的轴向力方向相同，为了装卸工件方便，采用手动式滑柱钻模。加工的大头孔为通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但实际上以工件的端面定位时，必须限制该方向上的自由度。故应按完全定位设计夹具。滑柱式是一种带有升降钻模板的通用可调夹具，它由钻模板、三根滑柱、夹具体和传动、锁紧机构所组成。使用时，转动手柄，经过齿轮齿条的传动和左右滑柱的导向，便能顺利的带动钻模板升降，将工件夹紧或松开。钻模板在夹紧工件或升降至一定高度后，必须自锁。自锁机构的种类很多，但用得最广泛的是圆锥锁紧机构。3） 夹紧力的分析和计算由于零件较小，所以采用开口垫圈的螺旋夹紧机构，装卸工件方便、迅速。夹具体的作用是将定位、夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时，能承受一部分切削力。夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。切削力及夹紧力的计算，由组合机床（表7-24）得：P=1902.538N夹紧力的计算：由机床夹具设计手册（表1-2-25）得：用扳手的六角螺母的夹紧力：M=10mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=80N，夹紧力：W0=6580N由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。定位误差的计算: 由加工工序知，加工面为连杆的剖分面。剖分面对连接螺栓孔中心线有垂直度要求（垂直度允差0.08）；对连杆体小头孔有中心距2100.05要求；对剖分面有0.0125的平面度要求。所以本工序的工序基准：连杆上盖为螺母座面，连杆体为小头孔中心线，其设计计算如下：（1） 确定定位销中心与大头孔中心的距离及其公差。此公差取工件相应尺寸的平均值，公差取相应公差的三分之一（通常取1/51/3）。故此尺寸为210.40.010。（2） 确定定位销尺寸及公差本夹具的主要定位元件为一固定销，结构简单，但不便于更换。该定位销的基本尺寸取工件孔下限尺寸43。公差与本零件在工作时与其相配孔的尺寸与公差相同，即为43。（3） 小头孔的确定考虑到配合间隙对加工要求中心距2100.1影响很大，应选较紧的配合。另外小头孔的定位面较短，定位销有锥度导向，不致造成装工件困难。故确定小头定位孔的孔径为43027.00+。（4） 定位误差分析 对于连杆体剖分面中心距2100.1的要求，以43027.00+的中心线为定位基准，虽属“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位间存在间隙，造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：Dw=D+d+min=0.027+0.012+0=0.039 mmDw剖分面的定位误差D工件孔的直径公差d定位销的直径公差min孔和销的最小保证间隙此项中心距加工允差为0.2mm,因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。2.7.3 夹具设计1) 定位基准的选择由零件图可知，在粗加工大头孔之前，连杆的两个端面，小头孔及大头孔的两侧面都已加工，且表面粗糙度要求较高。为了使定位误差为零，按基准重合原则选43.0h7定位销与基面为定位基准，定位销限制2个自由度，基面限制工件3个自由度，大头孔的外侧面限制工件1个自由度，属完全定位。由于生产批量大，为了提高加工效率，缩短辅助时间，准备采用手动式滑柱钻模，采用了常用的圆锥自锁装置，装卸工件方便、迅速。2) 夹紧方案由于所加工的零件比较小，夹具的夹紧力与加工零件时的轴向力方向相同，为了装卸工件方便，采用手动式滑柱钻模。加工的大头孔为通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但实际上以工件的端面定位时，必须限制该方向上的自由度。故应按完全定位设计夹具。滑柱式是一种带有升降钻模板的通用可调夹具，它由钻模板、三根滑柱、夹具体和传动、锁紧机构所组成。使用时，转动手柄，经过齿轮齿条的传动和左右滑柱的导向，便能顺利的带动钻模板升降，将工件夹紧或松开。钻模板在夹紧工件或升降至一定高度后，必须自锁。自锁机构的种类很多，但用得最广泛的是圆锥锁紧机构。5) 定位误差分析 定位元件尺寸及公差的确定：本夹具的主要定位元件为一固定定位销，结构简单，但不便于更换。该定位销尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相配孔的尺寸公差相同，即为 43.0h7. 对于连杆体剖分面中心距2100.05的要求，以43027.00+的中心线为定位基准，虽属“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位间存在间隙，造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：Dw=D+d+min=0.027+0.012+0=0.039 mmDw剖分面的定位误差D工件孔的直径公差d定位销的直径公差min孔和销的最小保证间隙此项中心距加工允差为0.2mm,因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。 大头孔两侧面对中心距的要求：扩大头孔时，限制Z轴的转动是一挡板（工序基准），同时亦为第一定位基准，对加工大头孔来说，它与工序基准的距离49及相应的平行度误差只取决于工序基准在夹具中的位置。因为工序基准同时为定位基准，即基准重合，没有基准不重合误差。即基准位置误差为零，定位误差为零。4.2.4 定位误差分析（1） 定位误差（dw）的计算：jb ： 定位基准重合 jb0db： db1/2（Ddmin）1/2（0.0270.0090）0.018dw： jb和db相关 dw0.018 dw1/3 T 满足要求。孔的内壁和下底面的垂直度要求三 24号工序精镗大小孔加工说明书3.1 工序尺寸精度分析 精镗小孔43027.00+ 和精镗大孔小孔75018.00+，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为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。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：2100.05 mm。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：规定其垂直度公差等级应不低于IT9。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。3.2 确定加工余量（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229 表234）大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为75 mm）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度珩磨0.0875.0750.4精镗0.474.974.90.8半精镗173.673.61.6小头孔各工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229表230）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗0.21.6半精镗0.26.43.3 夹具、定位如CAD图 夹具零件俯视图夹具零件侧视图四 总结通过对柴油机连杆的机械加工工艺及对精加工大小头孔夹具和铣结合面夹具的设计，使我学到了许多有关机械加工的知识,让我了解连杆件外形结构特性。然而其技术要求很高，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。对于加工主要表面，按照“先基准后一般”的加工原则。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螺栓孔定位面，次要的加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及连杆体和盖上的螺栓座面等。连杆机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的。连杆加工路线按连杆的分合可以分为三个阶段：第一个阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二个阶段为连杆体和盖的切开加工；第三个阶段为连杆体和盖合装后的加工。在这次课程设计的过程中我学到关于夹具的设计方法及其步骤。一.定位方案的设计：主要确定工件的定位基准及定位基面；工件的六点定位原则；定位元件的选用等。二.导向及对刀装置的设计：由于本设计主要设计的是扩大头孔夹具和铣结合面夹具，所以主要考虑的是选用钻套的类型及排屑问题，以及对刀块的类型，从而确定钻套和对刀块的位置尺寸及公差。三夹紧装置的设计：针对连杆的加工特点及加工的批量，对连杆的夹紧装置应满足装卸工件方便、迅速的特点，所以一般都采用自动夹紧装置。四.夹具体设计：连杆的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时能承受一部分切削力。所以夹具体的材料一般采用铸铁。五.定位精度和定位误差的计算：对用于粗加工的夹具，都应该进行定位误差和稳定性的计算，以及设计的夹具能否满足零件加工的各项尺寸要求。六绘制夹具装备图及夹具零件图。机械产品品种繁多，结构及加工工艺复杂，所需要的机床专用工艺装备结构也相应复杂。要提高工装夹具设计的智能化水平不是一件简单的事情。同时受本人学术水平所限，加上时间仓促，本文在研究过程中，还存在一些问题需要进一步改进和完善，主要工作有：建立机床专用夹具库是一项庞大而复杂的工作，所以需要不断的完善夹具零、部件库。进一步开展自动装配技术的研究，使机床专用夹具设计系统更加完善、易用，智能化。随着网络的普及和应用，通过网络使设计人员合作，共同设计己成为现实。因而为了适应这一新的发展，本系统还应加入网络功能，通过Internet和用户共享图形和硬件资源。开发基于网络的机床专用夹具设计可缩短开发周期，提高质量，降低成本。通过这次课程设计，使我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，尤其在利用手册等方面，对今后毕业出去工作都有很大的帮助。参考文献1. 王季琨,沈中伟,刘锡珍， 典型零件机械加工生产实例， 机械工业出版社 2004.8 2. 哈尔滨工业大学,上海工业大学， 机械制造工艺学 天津大学出版社 2004.13. 李 洪， 机床夹具设计 上海科学技术出版社 1991.34. 贵州工学院机械制造工艺教研室编， 机械加工工艺手册 北京出版社 1996.1 5. 龚定安,蔡建国， 机床夹具结构图册 贵州人民出版社 1983.6陕西科学技术出版社 1981.7孟少农 主编6. 金属机械加工工艺人员手册修订组， 机械加工工艺手册 机械工业出版社 1991.9 7. 孙丽嫒， 金属机械加工工艺人员手册 上海科学技术出版社1979.17. 杨叔子， 机械制造工艺及专用夹具 冶金工业出版社 2003.98. 王绍俊， 机械加工工艺师手册 机械工业出版社 2004.99. 刘文剑，曹天河，赵维缓， 机械制造工艺设计手册 哈尔滨工业大学 1981.510. 上海市金属切削技术协会， 夹具工程师手册 黑龙江科学技术出版社 1987.1211. 邱仲潘， 金属切削手册 上海科学技术出版社 1991.10 12.典型零件制造工艺机械工业出版社 1989.113.朱耀祥. 柔性夹具与计算机辅助夹具设计技术J. 制造技术与机床，2000 (8): 1215.14.朱耀祥等. 计算机辅助组合夹具设计系统的研究J. 机械工程学报，199415.徐雷. 基于集成的计算机辅助夹具设计支持技术研究D. 四川大学，2006.16.廖文和. 基于型号工程知识驱动的夹具系统D. 南京航空航天大学，2004.17.陈蔚芳等. 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