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 2009-4 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 1.1零件结构工艺性分析 3 1.2 零件的技术要求分析 3 2 毛坯的选择 4 2.1 毛坯种类的选择 3 2.2毛坯制造方法的选择 5 2.3毛坯形状及尺寸的确定 5 3 工艺路线的拟定 5 3.1定位基准的选择 5 3.2零件表面加工 方案 的选择 6 3.3加工顺序的安排 6 3.3.1加工阶段的划分 7 3.3.2机械加工顺序的安排 7 3.3.3热处理工序的安排 7 3.3.4辅助工序的安排 8 4 工序设计 8 4.1 机床和工艺装备的选择 8 4.2工序设计 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 1.1零件的工艺性分析 图 1.1为本次课程设计的题目 -三孔连杆的零件图，该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 90H6孔的内孔表面，上下两个端面； 35H6孔的内孔表面和上下两个端面， 25H6 孔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 1-1 三孔连杆零件图 1.2零件的技术要求分析 从图上可以看出，连杆的两个连杆孔与耳钩的孔均为 IT6级加工精度，孔表面的表面粗糙度要求均为 Ra1.6，对孔的形 状上还有圆柱度为 0.0085 的圆柱度要求，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 Ra6.3， 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 IT10-IT11的精度要求，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， 90H6与 35H6 两个孔的中心距 有 IT8 级精度要求，且两 孔轴 线有平行度为 0.01的要求。耳钩孔 25H6 与 90H6孔 的中心距也有 IT8级精度要求，两孔轴线有平行度为0.01的要求。同时，该连杆还需热处理，达到布氏硬度 226-271HBS的硬度要求。 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 1.1列出 了工件所有的加工表面以及对应的图纸技术要求。 表 1.1 零件加工表面及技术要求汇总 加工表面 公差等级（ IT） 表面粗糙度 （ m） 形状公差 （ m） 位置公差 （ m） 加工方法 定位基准 90H6 孔内表面 6 1.6 圆柱度 0.0085 无 镗 -半精镗 -精镗 90H6孔中心线 90H6 孔上下端面 12 6.3 无 无 铣 -半精铣 -精铣 90H6孔下上端面 35H6 孔内表面 6 1.6 圆柱度 0.0085 中心线与90H6孔 中心线平行度 0.02 钻 -扩 -粗铰 -精铰 90H6孔中心线 35H6 孔上下端面 12 6.3 无 无 铣 -半精铣 -精铣 90H6孔下上端面 25H6 孔内表面 6 1.6 圆柱度 0.0085 中心线与90H6孔中心线平行度 0.02 钻 -扩 -粗铰 -精铰 90H6孔中心线 25H6 孔 上下端面 12 6.3 无 无 铣 -半精铣 -精铣 90H6孔下上端面 2 毛坯的选择 2.1毛坯种类的选择 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。 2.2毛坯制造方法的选择 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。 2.3毛坯形状及尺寸 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 3.1定位基准的选择 3.1.1 粗基准的选择 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 90H6内孔与下端面作为主要定位基准，但是问题在于 90H6内孔是 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 B面作为定位基准，该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 90H6孔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 35H6孔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 V型块定位，共同限制了 x y z 三个方向的自由度，从此达到了工件的完全定位。 图 3-1 粗基准定位 3.1.2 精基准的选择 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 35H6孔的设计基准是 90H6孔的中心线，且耳钩孔 25H6 的设计基准也是 90H6 孔的中心线 ，所以精基准的主要定位基准面是已经精铰完的 35H6 孔、 25H6耳钩孔与铣完的 90H6孔下端面。一面两孔定位， 90H6孔下端面主要定位基面限制了工件三个自由度， 35H6孔用一定位销限制两个自由度，最后在 25H6耳钩孔处用一削边销或者菱形销限制最后一个自由度，从此工件达到完全定位。 东北林业大学 6 图 3-2 精基准定位 3.2零件表面加工方案的选择 3.2.1 90H6、 35H6 孔、 25H6耳钩孔 上下端面六个平面的加工方案 ： 在用 90H6孔下端面作主要定位基准、 35H6孔 下 端面作辅助支撑，用两块窄 V型块安放在大小孔外沿处将毛坯完全定位，压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 90H6孔上端面、 35H6 孔上端面、 25H6耳钩孔上端面三个面。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。 3.2.2 90H6 内孔表面 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 90H6内孔，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 90H6孔的相 对位置精度。 热处理完成后的工件，可以先精铰 35H6 孔以及 25H6耳钩孔，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 90H6 孔，这样通过夹具以及机床主轴的高回转精度就可以保证 90H6 孔与 35H6孔以及 25H6 耳钩孔的相对位置精度，以及自身的尺寸要求。 3.2.3 35H6 孔、 25H6 耳钩孔 的加工方案 在粗镗完 90H6孔的工序中，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 -扩 35H6 孔以及 25H6耳钩孔。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。 3.3加工顺序的安排 3.3.1 加工阶段的划分 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。 3.3.2 机械加工顺序的安排 工序 1：锻造 工序 2：正火热处理 工序 3： 铣 90H6孔上端面，铣 35H6孔上端面，铣 25H6耳钩孔上端面 ； 粗镗 90H6内孔表面 工序 4：铣 90H6孔下端面，铣 35H6孔下端面 ，铣 25H6耳钩孔下端面 ； 钻、扩 35H6孔； 钻、扩 35H6 耳钩孔 工序 5：调质热处理到 226-271HBS 工序 6： 粗铰 -精铰 35H6 孔到图样尺寸； 精铰 -精铰 25H6耳钩孔到图样尺寸 工序 7：以精铰完的两个孔为基准 半精镗 -精镗 90H6孔至图样尺寸； 倒角 0.5 45 工序 8：去毛刺 工序 9： 工件探伤与 检验入库 3.3.3 热处理工序的安排 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 261-270HBS，采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。 3.3.4 辅助工序的安排 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 4.1机床和工艺装备的选择 4.1.1 机床的选择 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 -数控加工中心，在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 VMC741数控加工中心作为粗加工阶段的使用机床。 主轴伺服电机 7.5KW，定位精度 0.075mm，重复定位精度 0.005mm。工序 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 HC-500 立式加工中心 。主轴电机功率11KW，定位精度 0.012mm，重复定位精度 0.006mm。 工序 6 与工序 7 均采用该机床进行加工。 4.1.2 夹具的选择 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。 4.1.2 刀具的选择 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 4-1 工艺装备的选择 工序 夹具 刀具 机床 3 TRHL-T3 专用夹具 YT15 硬质合金面铣刀 88.7 浮动镗刀 VMC741 4 TRHL-T4 专用夹具 YT15 硬质合金面铣刀 34 麻花钻 34.6 扩孔钻 24 麻花钻 24.75 扩孔钻 VMC741 6 TRHL-T6 专用夹具 35 硬质合金机用铰刀 25 硬质合金机用铰刀 HC-500 7 TRHL-T7 专用夹具 89.7 可转位双刃镗刀 90 可转位双刃镗刀 6 15 90倒角刀 HC-500 4.2工序设计 4.2.1 加工余量的确定以及各工 序尺寸的确定 （ 1） 90H6内孔表面 该表面的工艺过程为 粗镗 -半精镗 -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 2.7mm，半精镗 1mm，精镗 0.3mm,按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 4-2详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 4-2 90H6孔内孔表面 各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (mm) 经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精镗 0.3 H6( 0.0220) 90 90 0.0220 半精镗 1 H8( 0.0540) 90-0.3=89.7 89.7 0.0540 粗镗 2.7 H11( 0.220) 89.7-1=88.7 88.7 0.220 锻造 4.3 2 88.7-2.7=86 862 （ 2） 35H6内孔表面 该 表面的加工工艺为钻 -扩 -粗 铰 -精铰，锻造毛坯的时候，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 0.6mm，粗铰加工余量为0.35mm，精铰加工余量为 0.05mm,但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 34.95 的孔，铰刀的外径尺寸系列没有 34.95这个值，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 4-3详细列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4-3 35H6内孔表面各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (mm) 经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精铰 0.05 H6( 0.0160 ) 35 35 0.0160 粗铰 0.35 IT8(0.039) 基本尺寸不变 ES=0-0.05=-0.050 EI=-0.05-0.039=-0.089 35 0.0500.089 扩孔 0.6 H10( 0.10 ) 35-0.05-0.35=34.6 34.6 0.10 钻孔 35 H12( 0.250 ) 34.6-0.6=34 34 0.250 （ 3） 25H6内孔表面 该表面工序过程和 35H6 内孔表面工艺过程类似，表 4-4 详细 列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4-4 25H6孔内孔表面各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (mm) 经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精铰 0.04 H6( 0.0130 ) 25 25 0.0130 粗铰 0.26 IT8(0.033) 基本尺寸不变 ES=-0-0.04=-0.040 EI=-0.033-0.04=-0.074 25 0.0400.073 扩孔 0.7 H10( 0.0840 ) 25-0.04-0.26=24.7 24.7 0.0840 东北林业大学 10 钻孔 25 H12( 0.210 ) 24.7-0.7=24 24 0.210 （ 4） 90H6孔上下端 面 图纸上对这两个表面仅有表面粗糙读 Ra6.3mm 以及 IT12级精度的尺寸要求，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 4-5详细列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4-5 90H6孔上下端面 各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (mm) 经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗铣 1 3.0 IT12 50 50 0.2 粗铣 2 3.0 IT12 50+3=53 53 0.2 锻造 6 2 53+3=56 56 2 （ 5） 35H6孔上下端 面 该表面工序过程和 390H6孔上下端面工艺过程类似，表 4-6详细 列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4-6 35H6孔上下端面各工序余量及工序尺寸的确定 工序余量 (mm) 经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗铣 1 2.5 IT12 35 35 0.2 粗铣 2 2.5 IT12 35+2.5=37.5 37.5 0.2 锻造 5 2 37.5+2.5=40 40 2 （ 6） 25H6耳钩孔上下端 面 该表面工序过程和 390H6孔上下端面工艺过程类似，表 4-7详细列出了各工序工序余量及工序尺寸的计算。 表 4-7 25H6耳钩孔上下端面各工序余量及工序 尺寸的确定 工序余量 (mm) 经济精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗铣 1 2 IT12 20 20 0.2 粗铣 2 2 IT12 20+2=22 22 0.2 锻造 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 4.1： 图 4-1 零件毛坯图 4.2.2 确定切削用量以及基本工时 定额 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 0.2，表面 粗糙度 Ra6.3 铣大孔上端面至 50 0.2，表面粗糙度 Ra6.3 铣耳钩孔上端面至 20 0.2，表面粗糙度 Ra6.3 机床：数控加工中心 VMC741 刀具：硬质合金面铣刀，刀片材料 YT15，形状尺寸根据 GB/T5342-1985 D=120mm 铣小孔上端面至 35 0.2mm 上一道工序加工完后的尺寸为 37.5 0.2，毛坯方向的加工余量为 2.5 0.2mm，取最大加工余量maxZ=2.7mm，只需一次加工即可，取背吃刀量pa=2.7mm，走刀长度2 2 2 200( ) 5 0 ( 1 2 0 1 2 0 5 0 ) 6 1wwl l d d a m m 。 本次加工所用机床主轴功率 7.5KW，刀片材料为 YT15, 查阅机械加工工艺手册表2.1-73，每齿进给量fa0.090.18(mm/齿 )，选择每齿进给量为fa=0.12(mm/齿 )；表 2.1-76 铣刀寿命 T=180min，根据铣削速度计算公式： 0 vvvqv vypmfCdvkT a z（ m/min） 其中vC=172 vq=0.2 vy=0.4 vp=0 m=0.2 0d=120 z=10 修正系数查表可得Tvk=0.87 Mvk=1.0 mMPk=1.0 Svk=1.0 代入数据最后得 v=322.36（ m/min） 机床主轴转速01 0 0 0 1 0 0 0 3 2 2 . 3 6 8 5 5 / m i n3 . 1 4 1 2 0vnrd 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 5wjl l ltsv 切削力计算 0F F FCFFx y uF p f wCFqwC a a aFkdn 式中 CF-圆周切削力（ N） 查阅手册可得FC=7750 1Fx 0.75 0.2Fw 1.3Fq pa=2.7mm fa=0.12(mm/齿 ) 0d=120mm n=855 / minr Tvk=0.87 Mvk=1.0 mMPk=1.0 Svk=1.0 东北林业大