机械制造技术课程设计-发动机连杆盖工艺规程编制及夹具设计【全套图纸】 .pdf

机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 目 录 机床夹具课程设计任务书 i 序 言 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 一、零件的分析 3 1 、零件的生产类型 3 2 、零件的工艺分析 2 二、工艺规程设计 3 1、 毛坯的选择及毛坯的余量的确定 4 2、基准的选择 4 3、制定工艺路线 5 三、 夹具设计 7 1、机床夹具的功能 7 2、机床夹具的分类 8 3、夹具设计中应当注意的问题 9 4、加工连杆盖结合面夹具的组成 10 5、铣削连杆盖两端面夹具的设计 10 6、螺旋夹紧机构的夹紧力计算 11 结论 13 参考文献 14 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 序言 连杆是曲柄连杆机构的三大部件之一，是发动机重要的零部件，是发动机厂 商主要的生产品。本论文是在了解连杆结构形式、功用、工作条件、受力情况， 及了解零部件的材质、加工和使用特点基础下，确定加工工艺方案，并通过对工 艺规程、机械加工方法的分析和加工工艺方案的改进，从而达到对连杆在发动机 运转工况的了解。并更进一步熟悉和了解连杆构造、原理和发动机厂商对连杆的 加工，为以后的工作打下坚实的基础。同时通过对加工连杆的夹具的设计，了解 机床夹具的功用、组成、分类，机床夹具设计的步骤和方法，夹具装配图的设计 和绘制，以及机床夹具的设计特点。并且熟悉和掌握了 cad 绘图工具的运用。本 文介绍了通过运用绘图工具对磨连杆盖与杆体结合面的夹具进行设计的， 可以反 映夹具设计的特点以及连杆机械加工工艺的特点。 但由于所学知识和实践的时间 以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 一、 零件的分析 1、零件的生产类型 要求可以确定，本工件属于大批量生产。 大批量生产的工艺特征： （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 装配法和调整法。毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，模锻或 其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小。 （2）机床设备及其布置形式：广泛采用商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。 （5）工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。 （6）成本：较低。 （7）生产率：高。 （8）工人劳动条件：较好。 2、零件的工艺性分析 连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它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 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 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。 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。为了保证发动机运转平衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大。 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，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摩擦运 动副。 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 图 1 连杆盖零件图 此视图为连杆合件之一-连杆盖。连杆盖的视图完整，尺寸、公差及技术要 求齐全。此零件形状结构简单，各表面加工并不困难，应该注意： （1）该连杆盖为整体铸造成型，其外形不可在加工。根据 gb/t6414-1999,铸件 尺寸公差代号为 ct 公差等级为 16 级，但由于零件轮廓的尺寸并不大，形状不 是很复杂，大批量生产，从减少加工难度来说，经查机制工艺手册。毛坯应采用 铸造成型。 （2） 连杆大头孔对 a 基准的平行度公差为 0.01mm。 （3） 大头孔两端的台阶面对 b 基准的对称度公差为 0.3mm。 （4） 小头孔中间的沟槽，对基准 b 的对称度为 0.2mm。 （5） 铸件毛坯需要经过人工时效处理。 （6）连杆大小头孔平行度的检验，可采用穿入专用心轴，在平台上用等高的 v 型块支撑连杆大头孔心轴，测量大头孔心轴在最高位置时两端的差值，其差值一 半即为平行度误差。 二、工艺规程设计 1、 毛坯的选择及毛坯的余量的确定 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 （1）毛坯的选择 毛坯选择的基本任务是选定毛坯的制造方法。 毛坯的材料是由零件的结构和 尺寸等因素决定的，零件材料在产品设计时已经确定。毛坯的种类主要决定与零 件材料、结构形状和生产类型等因素。 毛坯选择的合理性对零件工艺过程的经济性有着很大影响。材料消耗、工序 数量、加工工时等都在很大程度上取决于所选的毛坯。同时，毛坯的质量对加工 时工件的定位、夹紧、加工质量也有很大影响。要提高毛坯质量往往使毛坯制造 较困难，需采用较复杂的工艺和昂贵的设备，增加了毛坯的成本。同时应充分注 意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，使零件生产成本降低、质量提高。 因为零件形状并不复杂，虽为大批量生产，但为减小加工时的切削用量和提高生 产效率，节约毛坯材料，毛坯形状可以与零件形状接近，毛坯选择铸造毛坯。 图 2 毛坯图 （2）毛坯的余量确定 表 1 毛坯余量 加工表面 基本尺寸 mm 毛坯尺寸 mm 单边总加工余量 mm 两端面 67 71 2 大头孔两端面 20 24 2 工艺凸台与结合面 21 25 2 大头孔直径 42 40 2 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 2、基准的选择 基准的概念：在构成零件形状的点、线、面中，总有这样的一些点、线、面 是用以确定其他点、线、面相对位置或方向的，这样的一些点、线、面称作基准。 1.粗基准的选择 粗基准的选择有两个出发点：一是保证各加工表面有足够的余量；二是保证 不加工表面的尺寸和位置符合图样要求这时，一般应考虑下列原则： （1）尽可能选用精度要求高的主要表面作粗基准。这样可保证以后加工该表 面时有足够且均匀的余量。如，连杆体与连杆盖的结合面。 （2）用非加工表面作粗基准。这样可使非加工表面与加工表面间的位置误差 最小。 （3）作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，不能有飞边、浇口、 冒口或其他的缺陷，以使工件定位可靠、夹紧方便。如，连杆的上端面。 （4）粗基准一般只在第一工序中使用一次，以尽量避免重复使用。因为毛坯 面粗糙且精度低，重复使用将产生较大的误差。 2、精基准的选择 选择精基准时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确、牢 固、方便。其选择的原则有： （1）基准重合原则：应尽可能选用设计基准或工序基准作为定位基准，这样 可避免基准不重合而产生的基准不重合误差。如果加工的是最终工序，所选择的 定位基准应与设计基准重合；若是中间工序，应尽可能采用工序基准作为定位基 准。 （2）互为基准原则：对于两个有位置公差要求的表面，可以认为彼此互为设 计基准。当加工位置公差要求很小的表面时，常采用此方法进行反复加工。 （3）基准统一原则：应尽可能采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表 面，这就是基准统一的原则。 （4）应保证工件的装夹稳定可靠，使夹具结构简单、操作方便。 3、连杆机械加工的定位基准 连杆的工艺特点是： 外形较复杂， 不易定位； 大、 小头是由细长的杆身连接， 刚度差，容易变形；尺寸公差、形状和位置公差要求很严，表面粗糙度小。这给 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 连杆机械加工带来了许多困难。定位基准的正确选择对保证加工精度是很重要 的。如为保证大头孔与端面垂直，加工大、小头孔时，应以一端面为定位基准。 为区分作为定位基准的端面， 通常在非定位一端的杆身和连杆盖上各锻造出一凸 点（小凸台） ，以作标记。为保证两孔位置公差要求，加工一孔时，常以另一孔 作为定位基准，即互为定位基准。连杆加工中，大多数工序是以大、小头端面， 大头孔或小头孔，以及零件图中规定的工艺凸台为精基准的。 根据连杆加工工艺要求，可设置工艺凸台，大、小头侧面和小头顶面有工艺 凸台的连杆，图示是用端面和工艺凸台为定位基准加工大头孔或小头孔，也可以 同时加工大、小头孔。这是适用于产量较大时的结构形式，可使加工时的定位基 准不变，不仅用于加工时的定位，也便于在自动化生产中作为输送基面。为大头 侧面有工艺凸台的连杆，图示是用端面、小头孔和大头工艺凸台为基准加工接合 面的。大、头侧面都有工艺凸台的连杆，图示是用端面和工艺凸台为定位基准加 工大头孔或小头孔，也可以同时加工大、小头孔。 3、制定工艺路线 （1）工序目录 工序号 工序内容 设备 10 粗磨两端面 卧轴圆台平面磨床 20 去磁 60 铣盖工艺凸台 立式铣床 70 粗精磨盖结合面 卧轴圆台平面磨床 160 铣连杆盖轴瓦定位槽 卧式铣 （2）加工的切削用量和工时定额的计算 a.两端面的粗磨加工 选用 m7350 磨床 根据机械制造工艺设计手册 表 2.4170 选取数据 砂轮直径 d =30 mm 磨削速度 v = 0.33 mm/s 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 切削深度 ap = 0.5 mm fr0 = 0.033 mm/r z = 8 则主轴转速 n = 1000v/d = 210.2 r/min 根据表 3.148 按机床选取 n = 200r/min 则实际磨削速度 v = dn/（100060） = 0.33 mm/s 磨削工时为：按表 2.511 基本时间 tj = zbk/nfr0z = (0.31)/(1000.0338) = 0.01 min 按表 3.140 辅助时间 ta = 0.21 min b.连杆盖工艺凸台的铣削加工 根据机械制造工艺设计手册表 2.477(88)选取数据 铣刀直径 d = 20 mm 切削速度 v = 0.64 mm/s 铣刀齿数 z = 3 切削深度 ap = 4 mm af = 0.20 mm/r 则主轴转速 n = 1000v/pd = 611 r/min 根据表 3.174 按机床选取 n=750 r/min 则实际切削速度 v = pdn/（100060） = 0.78 m/s 铣削工时为：按表 2.510 l=40 mm l1=)( ee ada-+1.5=8.5 mm l2=2.5 mm 基本时间 tj = l/fmz = (40+8.5+2.5)/(7500.103)=0.23 min 按表 2.546 辅助时间 ta = 0.40.45 = 0.18 min c.精磨连杆体结合面 选用磨床 m7130 根据机械制造工艺设计手册表 2.4170 选取数据 砂轮直径 d = 40 mm 切削速度 v = 0.330 m/s 切削深度 frs = 0.25 mm 进给量 fr = 0.015 mm/双行程 fa=20mm 工作台速度选择=10/min 则主轴转速 n = 1000v/d = 157 r/min 根据表 3.148 按机床选取 n = 200 r/min 则实际切削速度 v = dn/（100060） = 0.40 m/s 磨削工时为： 按表 2.511 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 基本时间 tj= 2 zfvf klbz ra b 1000 2 =2221038.20.11/（1000100.015204） =0.267 min ( b z =0.1 k=1 z=4) d.铣轴瓦锁口槽 选用铣床 x62w 根据机械制造工艺设计手册表 2.490 选取数据 铣刀直径 d = 63 mm 切削速度 v = 0.31 m/s 铣刀齿数 z = 24 切削深度 ap = 5 mm 切削宽度 ae = 0.5 mm az = 0.05 mm/z 则主轴转速 n = 1000v/d = 94 r/min 根据表 3.174 按机床选取 n=100 r/min 则实际切削速度 v = dn/（100060） = 0.33 m/s 铣削工时为： 按表 2.510 l = 5 mm l1= 7.6 mm l2 = 2 mm 基本时间 tj=l/fmz=(5+7.6+2)/(100240.05)=0.12 min 三、 夹具设计 1、 机床夹具的功能 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。然而，由于 各类机床加工方式的不同，有些机床夹具还具有一些特殊的功能。 1.机床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是装夹工件，使工件在夹具中定位和夹紧。 （1）定位：确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基 准面与夹具定位元件的定位面接触或配合实现的。 正确的定位可以保证工件加工 面的尺寸和位置精度要求。 （2）夹紧：工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操 作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、 脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 2.机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （1）对刀：调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如机床夹具中的对 刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。 （2）导向：如钻床夹具中的钻模板和钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引 导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗 模）也具有导向功能。 2、 机床夹具的分类 1.按夹具的通用特性分类 这是一种基本的分类方法， 主要反映夹具在不同生产类型中的通用特性故也 是选择夹具的主要依据。目前，我国常用的分类有通用夹具、专用夹具、可调夹 具、组合夹具和自动化生产用夹具等五大类。 （1）通用夹具：通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹 具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、 电磁吸盘等。其特点是适应性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸 范围内的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短 生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不 高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。 （2）专用夹具：专用夹具是针对某一工件某一工序的加工要求而专门设计和 制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的 生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计 制造周期较长，随着现代多品种，中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经 济性等方面已产生许多问题。 （3）可调夹具：可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一 类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位 元件和夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的 通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能 加工相似的工件，故在多品种，中、小批生产中使用有较好的经济效果。 （4）组合夹具：组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件有较高的精 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 度和耐磨性，可组装成各种夹具；夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于 使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹 具数量等优点，因此组合夹具在单件，中、小批多种生产和数控加工中，是一种 较经济的夹具。组合夹具也已商品化。 （5）自动化生产用夹具：自动化生产用夹具主要分自动线夹具和数控机床用 夹具两大类。自动线夹具有两种：一种是固定式夹具；另一种是随行夹具。数控 机床夹具还包括加工中心用夹具和柔性制造系统用夹具。随着制造的现代化，在 企业中数控机床夹具的比例正在增加，以满足数控机床的加工要求。数控机床夹 具的典型结构是拼装夹具。它是利用标准的模块组装成的夹具。 2.按夹具使用的机床分类 这是专用夹具设计所用的分类方法。如车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床、 齿轮加工机床、拉床等夹具。设计专用夹具时，机床的类别、组别、型别和主要 参数均已确定。它们不同点是机床的切削成形运动不同，故夹具与机床的连接方 式不同。它们的加工精度要求也各不相同。 3、 夹具设计中应当注意的问题 机床夹具设计与其它装备设计比较，有较大的差别，为了有利于保证夹具的 设计、制造质量，夹具设计中应当注意的以下问题： （1）要有较短的设计和制造周期。一般没有条件对夹具进行原理性试验和复 杂的计算工作。 （2）保证工件的加工精度要求，即在机械加工工艺系统中，夹具要满足以下 三项要求：工件在夹具中的正确定位；夹具在机床上的正确位置；刀具的正确位 置。夹具的精度一般比工件的精度高 23 倍。 （3）夹具和操作工人的关系特别密切，要求夹具与生产条件和操作习惯密切 结合。保证工人的操作方便、安全。 （4）夹具在一般情况下是单件制造的，没有重复制造的机会。通常要求夹具 在投产时一次成功。 （5）夹具的社会协作制造条件较差，特别是商品化的元件较少。设计者要熟 悉夹具的制造方法，以满足设计的工艺性要求。 （6）达到加工的生产率要求。 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 （7）满足夹具一定的使用寿命和经济性要求。 4、加工连杆盖结合面夹具的组成 对连杆盖结合面的加工，由于要求精度较高，主要为磨削工序。 结合面加工主要是在磨床夹具上进行的。要求非常高的尺寸精度和位置精 度，考虑到要提高劳动生产率。 夹具的设计主要有定位块、压板、支撑定位块、压紧手柄组件等等。 5、粗精磨结合面夹具的设计 1.定位基准的选择 由工序目录可知， 在磨结合面之前， 连杆盖的螺纹孔凸台两个端面都已加工， 且表面粗糙要求较高。为了使定位误差为零，应选连杆盖大头孔端面为基准。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.加紧方案 由于零件小，所以采用螺旋夹紧机构，装卸工件方便、迅速。 3.夹具体的设计 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，如图 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 图 4 夹具体零件图 4.夹具装配图 图 5 夹具装配图 机械制造技术基础课程设计 黑龙江东方学院 6、螺旋夹紧机构的夹紧力计算 1、螺旋夹紧的受力分析 当工件处于夹紧状态时，根据力矩的平衡原理，三个力矩满足下式 12 mmm=+ (4.1) 式中m 作用于螺杆的原始力矩，单位为n mm； 1 m 螺母给螺杆的反力矩，单位为n mm； 2 m 工件给螺杆的反力矩，单位为n mm。 螺杆可视为楔块，可得下例式子 () 111 22112 tan tan xzz mpl mrrr q mfrrq a j j = =+ = (4.2) 式中 1x r 螺母对螺杆的反作用力 1 r 的水平分力（n） ，而 1 r 为螺母对螺 杆的摩擦力 1 f 和正压力r 的合力； 2 f 工件给螺杆摩擦阻力，单位为n； z r 螺旋中径的一