连杆零件加工工艺及专用钻床夹具的设计论

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）1目录第1章引言·························1第2章连杆零件机械加工工艺规程的编制············22.1连杆的结构特点2.2计算生产纲领，确定生产类型···············32.3连杆零件的分析·····················52.4毛坯的选择及毛坯制造方法················52.5工艺过程的安排设计···················82.5.1定位基面的选择···················82.5.2连杆零件表面加工方法···············92.5.3制定工艺路线···················92.5.4选择加工设备及工艺装备·············102.5.5连杆的检验2.5加工工序尺寸及切削用量的计算·············112.6时间定额的计算····················15第3章连杆零件的夹具设计··················173.1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··········203.1.1对专用夹具的基本要求··············203.1.2专用夹具设计步骤················203.2连杆零件的钻床夹具设计················223.2.1对零件工序的加工要求分析············22平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）23.2.2确定夹具类型··················233.3拟订定位方案和选择定位元件··············233.4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。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）1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。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）2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与曲轴装在一起。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。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，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与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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）3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）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度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与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。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）4图2-1连杆零件工件N=Qn（1+a%）（1+b%）=6000x1x（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，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大量生产。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。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）51.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Φ14H8mm要求Ra1.6μm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Φ0.08mm，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，平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）6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(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，因此毛坯可以与零件的形状尽量接近。两孔可不必锻出，直接加工。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）7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бs≥310MPa，бB≥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CSiMnPS不大于0.400.500.900.040.04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[℃]回火温度[℃]870—890620—680σb[N/mm²]σs[N/mm²]δs[%]φ[%]аk[J/cm²]570310152130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0.1mm~0.2mm，表面粗糙度Ra为12.5μm，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。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）8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——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、合理与否，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