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毕业设计（论文）任务书 填表时间： （指导教师填表）学生姓名 专业班级 指导教师 课题类型 工程设计题目 汽车连杆夹具设计主要研目标(或研究内容)1、 夹具的总体方案设计2、 专用夹具装配图设计3、 零件图设计 课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）掌握一般工程设计方法，独立完成（1） 分析题目参数和设计技术要求，查阅 15 篇以上的相关文献资料；（2） 图纸量不少于 2.5 张 A0（至少一张中等难度的计算机绘图、1 好图幅量的手工绘图）装配和零件图（3） 每人必须按要求格式撰写 0.50.8 万字的设计说明书（4） 翻译本专业外文文献（0.51 万印刷符号或 3000 汉字进度计划布置任务，收集资料 1.5周设计方案分析、计算、草图设计 4周绘制正式图 3周编写打印说明书 2周 指导老师和评审教师审查 1.5 周主要参考文献机械加工工艺手册；机床夹具图册；机床夹具设计手册；机床制造工艺设计简明手册；机械加工工艺装备手册；机械设计手册；工艺及夹具设计方面的教材等指导教师签字： 教研室主任签字： I汽车连杆夹具设计摘 要连杆是柴油机的主要传动件之一，本设计主要是关于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，变形，加工工艺，夹具设计IIAufomobile comecting rod fixtureABSTRACTThe connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . Keyword: Connecting rod，Deformination ，Processing technology ，Design of clamping deviceIII目录前 言 .1第 1 章 汽车连杆加工工艺分析 .31.1 连杆的结构特点 .31.2 连杆的主要技术要求 .41.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度 .41.2.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度 .51.2.3 大、小头孔中心距 .51.2.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 .51.2.5 大、小头孔两端面的技术要求 .51.2.6 螺栓孔的技术要求 .61.2.7 有关结合面的技术要求 .61.3 连杆的材料和毛坯 .61.4 连杆的机械加工工艺过程 .71.5 连杆的机械加工工艺过程分析 .121.5.1 工艺过程的安排 .121.5.2 定位基准的选择 .121.5.3 确定合理的夹紧方法 .141.5.4 连杆两端面的加工 .151.5.5 连杆大、小头孔的加工 .151.5.6 连杆螺栓孔的加工 .161.5.7 连杆体与连杆盖的铣开工序 .161.5.8 大头侧面的加工 .161.3 工序安排 .171.3.1 定位基准 .171.3.2 夹具使用 .17第 2 章 铣剖分面夹具设计 .182.1 夹具设计 .182.2 问题的指出 .18IV2.3 夹具设计 .182.3.1 定位基准的选择 .182.3.2 夹紧方案 .182.3.3 夹具体设计 .192.3.4 切削力及夹紧力的计算 .192.3.5 定位误差分析 .20第 3 章 扩大头孔夹具 .223.1 夹具要求 .223.2 问题的指出 .223.3 夹具设计 .223.3.1 定位基准的选择 .223.3.2 夹紧方案 .223.3.3 夹具体设计 .233.3.4 切削力及夹紧力的计算 .233.3.5 定位误差分析 .24结 论 .26谢 辞 .28参考文献 .291前言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。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）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。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。两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的2平行度在 100 mm 长度上公差为 0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm 长度上公差为 0.06 mm。夹具一种装夹工件的工艺装备，它的主要功用是实现工件的定位和加紧，使工件加工时相对与机床、刀具有正确位置，以保证工件的加工精度。本课题就是专门提高机匣的加工精度专门为机匣的钻孔车外圆设计的两套夹具，在提高加工精度的同时降低劳动生产强度。夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。随着科学的技术的发展，机械产品不断更新换代，其品真型号越来越多，质量要求越来越高，更新周期越来越短。机床夹具是保证产品质量、提高劳动生产率的重要技术手段，其结构形式必须与其生产类型和市场变化相适应。3第 1 章 汽车连杆加工工艺分析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、4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。1.2 连杆的主要技术要求连杆上需进行机械加工的主要表面为：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。连杆总成的主要技术要求（图 1-1）如下。图 11 连杆总成1.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度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。1.2.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连5杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在 100 mm 长度上公差为 0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm 长度上公差为 0.06 mm。1.2.3 大、小头孔中心距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：1900.05 mm。1.2.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度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（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在 100 mm 长度上公差为 0.08 mm） 。1.2.5 大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，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 。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。61.2.6 螺栓孔的技术要求在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按 IT8 级公差等级和表面粗糙度 Ra 应不大于 6.3m 加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为 0.25 mm。1.2.7 有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为 0.025 mm。1.3 连杆的材料和毛坯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7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。图（1-2）为连杆辊锻示意图毛坯加热后，通过上锻辊模具 2 和下锻辊模具 4 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。1.4 连杆的机械加工工艺过程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表 11 所示：表 1-1 连杆机械加工工艺过程工序工序名称工序内容工艺装备1 铣 铣连杆大、小头两平面,每面留磨量 X52K80.5mm2 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。（下同）M73503 钻 与基面定位，钻、扩、铰小头孔 Z30804 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01.9称（此平面为工艺用基准面）X62W组合机床或专用工装5 扩以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为 60mmZ30806 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2mm7 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 27.5mmX62 组合夹具或专用工装8 磨以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的结合面M73509 铣以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖 mm 8mm 斜槽10.5X62 组合夹具或专用工装910 锪以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面mm,R11mm,保证尺寸3012。Rmm5.X62W11 钻 钻 2 10mm 螺栓孔Z305012 扩先扩 2 12mm 螺栓孔，再扩2 13mm 深 19mm 螺栓孔并倒角Z305013 铰 铰 2 12.2mm 螺栓孔 Z305014 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.m15 镗 粗镗大头孔 T6 816 倒角 大头孔两端倒角 X62W17 磨精磨大小头两端面，保证大端面厚度为 mm170.238 M713018 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mm1.09可调双轴镗19 镗 精镗大头孔至尺寸 T211520 称重 称量不平衡质量 弹簧称21 钳 按规定值去重量22 钻钻连杆体小头油孔6.5mm, 10mmZ302523 压铜套 双面气10动压床24挤压铜套孔压床25 倒角 小头孔两端倒角 Z305026 镗 半精镗、精镗小头铜套孔 T211527 珩磨 珩磨大头孔珩磨机床28 检 检查各部尺寸及精度29 探伤 无损探伤及检验硬度30 入库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。11图 1-2 连杆辊锻示意图图(1-3)、图(1-4)给出了连杆的锻造工艺过程，将棒料在炉中加热至11401200C 0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图(1-3)，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见图(1-4)。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。1.5 连杆的机械加工工艺过程分析1.5.1 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12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：（1）两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨（2）小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗（3）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。1.5.2 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。具体的办法是，如图（15）所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不13图 1-5 连杆的定位方向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14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。1.5.3 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。1.5.4 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15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。1.5.5 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。1.5.6 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16端面的垂直度就由夹具保证。1.5.7 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。1.5.8 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） 。1.3 工序安排连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素：（1）连杆的刚度比较低，在外力作用下容易变形；（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力。因此在连杆加工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。1.3.1 定位基准精基准：以杆身对称面定位，便于保证对称度的要求，而且采用双面铣，可使部分切削力抵消。统一精基准：以大小头端面，小头孔、大头孔一侧面定位。因为端面的面积17大，定位稳定可靠；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。1.3.2 夹具使用应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制 7 个自由度（其是长圆柱销限制 4 个，长菱形销限制 2 个）。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。18第 2 章 铣剖分面夹具设计2.1 夹具设计由连杆工作图可知，工件材料为 45 钢，年产量 20 万件。根据设计任务的要求，需设计一套铣剖分面夹具，刀具为硬质合金端铣刀。2.2 问题的指出本夹具主要作来铣剖分面，剖分面与小头孔轴心线有尺寸精度要求，剖分面与螺栓孔有垂直度要求和剖分面的平面度要求。由于本工序是粗加工，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。2.3 夹具设计2.3.1 定位基准的选择由零件图可知，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。2.3.2 夹紧方案由于零件小，所以采用开口垫圈的螺旋夹紧机构，装卸工件方便、迅速。2.3.3 夹具体设计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。19夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。2.3.4 切削力及夹紧力的计算切削力的计算：，由组合机床 （表 7-24）得：P= 24.05a= 2.=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=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夹紧力： W0=5380N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 1900.1要求；对剖分面有 0.025 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190.30.010。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 29.49。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 29.49012.。3）小头孔的确定考虑到配合间隙对加工要求中心距 1900.1 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 29.4903.。202.3.5 定位误差分析 对于连杆体剖分面中心距 1900.1 的要求，以 29.4903.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=0.033+0.012+0=0.045 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。 连杆上盖剖分面的尺寸要求，螺母座面（工艺基准）为加工面的工序基准，同时亦为第一定位基准，对加工剖分面来说，它与工序基准的距离052.7及相应的平行度误差只取决于基准在夹具中位置。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。基准位置误差为零。所以对加工剖分面来说，定位误差为零。即当基准重合时，造成加工表面定位误差的原因是定位基准的基准位置误差。21第 3 章 扩大头孔夹具3.1 夹具要求由连杆工作图可知，连杆材料为 45 钢，年产量 20 万件。根据指导老师的要求，需设计一套扩大头孔夹具。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。3.2 问题的指出本夹具主要用来扩 65.5 的大头孔，大头孔的轴心线相对于小头孔轴心线有一定的尺寸精度要求。由于本工序是粗加工，在加工本道工序时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。3.3 夹具设计3.3.1 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 29.29h7 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。3.3.2 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，22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。3.3.3 夹具体设计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。3.3.4 切削力及夹紧力的计算由于本工序主要是粗加工大头孔，所以只对夹具的定位稳定性进行计算，及夹紧力和钻削力的计算。扩孔时的切削力计算：根据（机械加工工艺手册 李洪 主编 ）表 2.4-69扩孔时的切削力为： FkfdF7.02.618.92.13.N.m.54夹紧力的计算：根据（机床夹具设计手册 第三版 王光斗 王春福 主编）表 1-3-11234/20pdQ/361.=90526 N在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数 4321K式中： 基本安全系数；取 1.51K加工性质系数；取 1.12刀具钝化系数；取 1.13断续切削系数；取 1.14则 KF136.594.1.5N0937钻削力 小于夹紧力 ，所以该夹紧装置可靠。F0Q3.3.5 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 29.49h7. 对于连杆体剖分面中心距 1900.1 的要求，以 29.4903.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=0.033+0.012+0=0.045 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24min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。25结论通过对汽车连杆的机械加工工艺及对粗加工大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,主要归纳为以下两个方面：第一方面：连杆件外形较复杂，而刚性较差。且其技术要求很高，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
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