铣连杆端面铣夹具设计【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 第 I 页 共 目 录 1 绪论 1 选题的目的和意义 . 1 国外现状 . 1 国内现状 . 1 课题研究的内容 . 2 2 工艺规程与机床夹具 3 工艺过程及其组成 . 3 工艺规程 . 3 工艺规程的概念和作用 . 3 工 艺规程的设计步骤 . 3 机床夹具 . 4 机床夹具的分类 . 4 机床夹具的组成 . 4 机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系 . 5 3 连杆工艺规程设计 连杆的结构特点与材料 . 6 生产纲领 . 6 连杆毛坯 . 7 连杆技术要求 . 8 连杆工艺过程分析 . 8 工序的安排 . 8 定位基准的选择 . 9 加工经济精度和加工方法的选择 . 10 工艺装备的选择 . 11 机床选择 . 11 刀具的选择 . 11 量具的选择 . 11 参考文献 13 致谢 15 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 绪论 选题的目的 和意义 随着汽车工业的发展，现代高性能的发动机对连杆的要求越来越高。连杆作为内燃机传递动力的主要运动件，其材质、毛坯及机械加工精度要求都十分严格 1。连杆是柴油机的主要传动构件之一，其作用是把活塞和曲轴联接起来，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的回转运动，以输出动力 2。连杆的加工精度将直接影响发动机的性能，而工艺的选择又是直接影响加工精度的主要因素。 工艺是生产中最活跃的因素，既是构思和想法，又是实在的方法和手段。工艺设计是生产加工中的核心内容之一。零件在工艺规程制定以后，就要按工艺规程顺序进行加工。加 工中除了要机床、刀具、量具之外，大批量生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的联接装置 ， 使工件相对与机车或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏 也 直接影响工件加工表面的位置精度 3、 4。 近年来，机械工业，发动机零部件及其设计与制造过程的高质量、高效率、低成本、低能耗的要求已成为提高产品竞争力的唯一途径。传统、落后加工技术的生产模式已难以适应市场的变化，加工技术的变革成为必然的发展趋势和发展方向。许多新工艺打破常规，以构思新颖、效益显著为特点应运而生，满足了现代企业的要求 5。 国外现状 目前 连杆毛坯主要有两种类型：整体式和体盖分开，其中整体式因有节材节能以及节省锻造模具等特点被广泛采用。国外连杆的加工工艺，已经越来越多的采用自动线生产。目前，国外很多生产厂家都建立了连续拉削自动线，采用计算机直接控制自动化机床，使连杆加工的自动化进入一个新的发展阶段 6、 7。 自 20世纪 70 年代以后，随着 性成为现代制造业的主要发展之一。国际上对柔性夹具做过多种研究和探索，但目前没有找到在结构上、经济上、实用性上能与传统夹具中已有的一些夹具相匹敌的新型夹具 8。 国内现状 我国除各大汽车厂及内燃机制造厂外，经“八五”技术改造，已经形成几家批购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 量较大的连杆专业生产厂，但仍无法满足日益发展的汽车及内燃机制造业对连杆的批量及精度要求 9。 福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会介绍了连杆批量生产中几种先进工艺 ： 铸造连杆、粉末锻造连杆和锻钢连杆 ， 传统的模锻和模铸连杆正面临着粉末锻造钢连杆和粉末一次烧结钢连杆挑战。就我们国家而言 ， 粉末冶金锻造工业虽然有了一定的发展 ， 但要提供大批量和高质量的粉末冶金锻件还不成熟 10。 湖南农业大学工程技术学院陈志 亮老师在改进连杆工艺方案时对连杆的撑断工艺做了一个分析说明。采用这种工艺之后即使连杆盖、杆结合面精确相接，而且也减少了加工工序数 11。 在机械加工过程中夹具的使用非常广泛，它是降低工人劳动强度、扩大机床的工业范围、保证产品质量、提高生产效率的重要手段 12。夹具最早出现在 18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。随着机床制造业的迅猛发展，在保证产品质量的前提下，柔性装备加工参数已今非昔比，生产节拍愈来愈短。往往关键件生产集中与几台加工中心组成的柔性短生产线上 ，提高了设备利用率 13。 课题研究的内容 本课题在零件工艺设计的基础上，通过分析典型的连杆加工工艺方法与夹具原理，完成连杆的工艺和端面铣夹具设计。论文的具体研究的内容如下： （ 1）针对研究本课题的目的及意义，分析连杆的工艺和夹具的研究现状。 （ 2）通过审查连杆零件的图纸，分析连杆零件的结构工艺性，确定其加工工艺路线，选择满足各工序要求的工艺装备。 （ 3）结合铣连杆端面的工艺特点，设计出合理的端面铣夹具。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 2 工艺规程与机床夹具 工艺过程及其组成 改变生产对象的形状、尺寸、相对位置 和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程（以下简称工艺过程）。 机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀。毛坯一次通过这些工序就成为成品。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。安装是指将工件在机床上或夹具中定位、加紧的过程。为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分 所占据的每一个位置，称为工位。在加工表面（或装配时的连接表面）和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。走刀是指刀具以加工进给速度相对于工件所完成的一次进给运动的工步部分 14。 工艺规程 工艺规程的概念和作用 规定产品或零件部件制造过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等工艺文件称为机械加工规程。它是在具体生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法。 工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺试验后制定的，反应了加工中的客观规律。因此，工艺规程是指导工人操作和用于生产、工艺管理的主要技术文件，典型的工艺规程能缩短工厂的生产准备时间。 工艺规程的设计步骤 （ 1）阅读装配图和零件图 了解连杆的用途、性能和工作条件，熟悉连杆在内燃机中的地位和作用。 （ 2）工艺审查 审查图纸上的尺寸，视图和技术要求是否完整，正确，统一；找出主要技术要购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 求和分析关键的技术问题；审查零件的结构工艺性。 （ 3）熟悉或确定毛坯 （ 4）拟定机械加工工艺路线 其主要内容有：选择定位基准，确定加工方法，安排加工顺序以及安排热处理 ，检验和其他工序等。 （ 5）确定满足各工序要求的工艺设备。 （ 6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。 （ 7）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸呢和公差。 （ 8）确定切削用量。 （ 9）确定时间定额。 （ 10）填写工艺文件。 机床夹具 机床夹具是零件在机床上加工时用以装夹工件（和引导刀具）的一种工艺装备。其作用是正确确定工件与刀具之间的相对位置、并将工件牢固的加紧。使用夹具可以有效地保证加工质量，提高劳动效率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度。因此，夹具在机械制造中占有重要地位 15。 机床夹具的分类 机床夹具的种类和形式很多，可以按照不同的方法进行分类。若根据夹具 使用特点来划分，则有通用夹具、组合夹具、专用夹具、成组夹具等。若按使用夹具的机床来划分，则分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具、组合机床夹具等。若按夹具加紧动力源的不同来划分，则有手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具等 16、 17。 机床夹具的组成 通常，夹具的组成部分如下： （ 1）定位装置 定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，常用的定 位元件有支承钉、定位销、 定位作用，保证在加工时工件相对于夹具的位置，可用六点定位原理来分析其限制的自由度。 （ 2）加紧装置 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 将工件加紧，以保证在加工时保持所限制的自由度。 （ 3）导向元件和对刀装置 导向和对刀装置的作用是确定刀具相对于夹具的位置，或引导刀具进行加工，常用的对刀、导向刀具有刀块钻套。 （ 4）连接元件 连接元件可把各种元件连接连在一起并固定在机床上，如铣床夹具的定位键。 （ 5）夹具体 各元件都装在夹具体上，并保证各元件之间的相对位置，且精度要求较高。 （ 6）其他元件及装置 如动力装置 的操作系统等。 机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系 图 2件、刀具之间的关系 夹具体 加紧元件 定位元件 连接元件 其他元件 导向元件 工件 机床 刀具 辅助工具 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 3 连杆工艺规程设计 连杆的结构特点与材料 连杆是汽车发动机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压力传递给曲轴，又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由小头、杆身和大头构成 18。连杆小头的形状取决于活塞销的尺寸及其与连杆小头的连接方式，小头孔内压入青铜套，以 减少小头孔与活塞销的磨损。连杆杆身断面为工字型，刚度大、质量轻、适于模锻。连杆杆身一般都采用从大头刀小头逐步变小的工字型截面形状，为保证发动机运转均衡。连杆大头用连杆螺栓和螺母与曲柄轴颈装配在一起，孔内装有薄壁轴瓦。钢质瓦背内表面浇有一层耐磨合金；大头接合面多为平切口，为便于从气缸中装卸。小头、大头与杆身采用较大圆弧过渡，逐渐变化，以获得足够的强度和刚度，其形状复杂而不规则，对孔本身及孔与平面之间的位置精度一般要求较高；杆身断面不大，刚度较差，易变形，尺寸精度和位置精度以及粗糙度要求都很高。连杆螺栓承受交变 载荷，在加工方面要精细加工过度圆角，消除应力集中，以提高抗疲劳强度 19。 连杆体和连杆盖由优质合金钢或中碳钢如 45、 4042 40模锻或辊锻而成。连杆螺栓通常用优质合金钢 455般经喷丸处理以提高连杆组零件的强度。本课题研究的连杆体、连杆盖的材料都为 45杆螺栓采用 40钢中珠光体含量多，其强度和硬度较高，淬火后的硬度可显著增加。它不仅强度、硬度较高，其兼有较好的塑性和韧性，即它的综合性能优良 20。 生产纲领 生产纲领的大小对生产组织 和和零件加工工艺过程起着重要作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选的工艺方法和工艺装备。零件的生产纲领可按下式计算： %)1% ) (1( N 生产纲领 Q 生产台数 n 零件数量 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 %a 备品率 %b 废品率 根据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。如图连杆产品年生产量为 2000件 ，设其备品率为为 5%，机械加工废品率为 2%，每台产品中连杆零件的数量为 1件，先由公式计算如下： %)1% ) (1( 1(12000 %)21%)(5 =2142 件 /年 则连杆零件的年生产纲领为 2142件 /年，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型和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。大量生产类型的特征如下： (1)零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配和调整法。 (2)毛坯的制造方法和加工余量：广泛采用金属模机器造型，模锻或其其他有效方法 ,精度高，加工余量小。 (3)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。 (4)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。 (5)对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求较高，对操作工的技术水平要求较低。 连杆毛坯 根据连杆的 材料，生产类型，生产纲领及零件的复杂程度，毛坯可采用模锻成型。连杆零件并不复杂，因此毛坯可以与零件的形状尽量接近。连杆毛坯的锻造工艺方案主要有两种：一是将连杆和连杆盖分开锻造；其二是将体和盖整体锻造。整体锻造或分开锻造的能力取决与锻造设备的能力，整体锻造需要有较大的锻造设备。从锻造后的材料组织来看：分开锻造的连杆盖纤维是连续的图 3此具有较高的强度；而整体锻造的连杆经过铣切之后连杆盖的金属纤维是断裂的图 3买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 因而削弱了强度。但整体锻造可以提高材料的利用率，加工时装夹也比较方便。故一般只要不受连杆盖形 状和锻造设备的限制，均尽可能采用连杆的整体锻造。所以有以上理论基础，本设计过程采用整体模锻的毛坯连杆 15。 图 3纤维连续 图 3纤维断裂 连杆技术要求 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，连杆两端面等。本课题研究的连杆的技术参数如下表 3 表 3材料 45身断面 工字型端面 切口形式 平切口 大小头孔中心距 大头孔 孔径 28 加工精度 6表面粗糙度 m小头孔 孔径 10 加工精度 5表面粗糙度 m两端面 两端面距离 连杆工艺过程分析 工序的安排 （ 1）机械加工工序的安排 1 先基面后其它：选作精加工基准的表面应安排在工艺过程的一开始，以便为购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 后续工序的加工提供精加工基准； 2 先粗后精：整个零件的加工工序，应是粗加工工序在前，相继为半精加工、精加工及光整加工工序； 3 先主后次：先加工零 件主要工作面及装配基准面，然后加工次要表面。由于次要表面的加工工作量比较小，而且与主要表面有位置精度要求，因此要放在主要表面的主要加工结束之后，最后进行精加工。但是也要视具体情况而定，当次要表面的加工劳动强度较大时，为了减少由于加工主要表面产生废品造成工时损失，主要表面的精加工工序也可安排在次要表面加工之前进行； 4 先面后孔：由于连杆的端平面的尺寸较大，用它定位比较稳定，因此选此平面作为精加工基准，先加工端平面，然后以端平面定位加工孔，有利于保证孔的加工精度。 （ 2）辅助工序 的安排 辅助工序种类很多，包括工件的检验、去毛刺及清洗工序等，其中检验工序对保证产品质量有极其重要的作用。 （ 3）连杆主要工序的安排 在连杆的加工中主要有两个因素影响加工精度：一是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。二是连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力的重新分布。而连杆的加工属于大批量生产加工，因此工艺路线多为工序分散，大部分工序用高生产率的组合机床和专用机床。主要加工分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，这样，粗加工产生的变形在在半精加工 中得到修正，半精加工产生的变形在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求。 定位基准的选择 在加工时用于定位的基准，称为定位基准。定位基准是或得零件尺寸的直接基准，占有很重要的地位。定位基准还可进一步的分为：粗基准、精基准，另外还有附加基准。 （ 1）粗基准的选择原则： 1 选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的毛面做粗基准； 2 选重要表面为粗基准； 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 3 选不加工表面为基准。 （ 2）精基准的选择原则 ： 1 基准重合原则； 2 基准单一原则； 3 互为基准原则； 4 自为基准原则。 （ 3）连杆基准的选择： 1 粗基准的选择 ： 为了保证小头孔的壁厚均匀，在钻削小头孔时，选小头孔不加工的外圆面作为粗基准。在毛坯制造时往往在杆身的一侧做出定位标记 (凸起球面 )，以大、小头端面定位时就能区别两个端面。粗加工大、小头两端面时，先选取没有凸起标记一侧的端面为粗基准来加工另 一端面，然后以加工过的端面为精基准加工没有凸起标记一侧的端面，在以后的大部分工序都以此端面作为精基准。这样可以保证两端面的厚度和两端面的平行度，并使作为精基准的端面有较好的表面质量。 2 精基准的选择：在整个加工过程中，各工序尽量保持基准统一，选用连杆端平面 (没有凸起标记一侧的端面 )、经过钻削的小头孔及连杆大端经过加工的侧面作为辅助定位基准。 加工经济精度和加工方法的选择 所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。由连杆技术要求知连杆大小 头孔的加工经济精度和表面粗糙度从而可以确定大小头孔的加工方法。对于连杆两端面的的技术要求和表面粗糙度也可以确定连杆两端面的加工方法。 （ 1） 连杆两端面的加工 ： 连杆两端面精度等级 面粗糙度 序安排：铣两端面粗磨两端面精磨两端面。将精磨放在精加工小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的几个精度。精磨在平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产效率低一些，但精度较高。 （ 2） 连杆大、小头孔的加工 ： 连杆大小头孔的加工是连杆加工过程中关键的工序，尤其是大头孔的加工是连购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 杆各部位加工中要求最 高的部位，直接影响连杆成品的质量。 零件的工艺过程如下（具体参考各工序卡）（另附页）： （ 1） 模锻成形，（ 28 锻成 22）其余实心； （ 2） 退火，消除残余内应力； （ 3） 数控铣，铣左边两平面，再钻铰 28，用平虎钳定位和装夹； （ 4） 数控铣，铣右边两平面， 用平虎钳定位和装夹； （ 5） 钻孔，用专用钻夹具加工 10 11 孔； （ 6） 数控铣，铣 36 准； （ 7） 数控铣，割开 ； 去毛刺 工艺装备的选择 机床选择 （ 1）机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应； （ 2）机床的精度与工序要求的精度相适应； （ 3）机床的生产率与工件的生产类型相适应； （ 4）还应与现有设备条件相适应（设备类型，规格及精度状况，设备负荷状况及设备分布排列情况等）。 刀具的选择 刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法，加工表面的尺寸，工件材料，所要求的精度及表面粗糙度，生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用复合刀具。 在大批量生产中，常常可以通过工序集中来提高机床的生产效率。由于复合刀具往往可以替代好多把常规刀具，并且往往是在工件的一次装夹下和刀具的一次工作行程中完成多道工序的加工，因此可以减少 换刀次数，消除工件或刀具的重复定位误差，从而可显著减少辅助时间、提高加工精度和减少测量过程 22。 量具的选择 在实际生产中大批量的产品若采取用 计量 量具（如 游标卡尺 ， 千分表 等有刻度的量具）逐个测量很费事。我们知道 合格 的产品是有一个度量 范围 的。在这个范购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 围内的都合格，所以人们便采取通规和止规来测量， 以及其他各种量规和一些高生产率的专用检具。本零件属大量生产，一般均采用量具，选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量具的测量方法选择极限误差选择。 （ 1）选择孔用量具，可选用内径百分尺，选分度值为 （ 2）选择加工槽所用量具，选用分度值为 量范围为（ 0 150 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 参考文献 1王仲，刘长吉 J1997， 1:1316 2陈志亮 J1997， 4:22 3冯日德 油机连杆、机体加工