毕业设计-机车柴油机设计.doc

成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 1 目录目录 目录目录 1 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 3 3 1.1相关技术3 1.1.1 机械制造工业的作用和发展方向 .3 1.1.2 机械制造过程及机械制造系统 .4 1.1.3信息时代的机械制造工业.5 1.2 机车柴油机简介 .6 1.2.1 柴油机概述 .6 1.2.2 机车柴油机简介 .7 1.3 连杆简介及连杆加工工艺分析 .9 1.3.1 连杆的作用 .9 1.3.2 连杆机械分析 .9 1.3.3 本设计的主要内容 10 第第 2 2 章章 连杆加工工艺规程连杆加工工艺规程1010 2.1 机械加工工艺规程简介 11 2.1.1 机械加工工艺规程的作用 11 2.1.2 机械加工工艺规程的制定程序 11 2.2 计算产品生产纲领，确定生产类型 12 2.3 审查零件图样工艺性 12 2.4 选择毛坯 12 2.5 工艺过程设计 13 2.5.1 定位基准的选择 13 2.5.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排 14 2.5.3 制定工艺路线 16 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 2 2.6 确定毛坯加工余量及毛坯尺寸19 2.6.1 确定计算连杆机械加工余量的方法 19 2.6.2 设计毛坯图19 2.7 部分重要工序设计20 2.7.1 选择部分重要工序介绍 20 2.7.2 确定部分重要工序工序尺寸 22 2.7.3 确定切削用量及基本时间 23 第第 3 3 章章 夹具设计夹具设计3434 3.1 机床夹具的分类、基本组成及功能 35 3.1 .1 机床夹具的分类 .35 3.1.2 机床夹具的基本组成 35 3.1.3 机床专用夹具的主要功能 35 3.1.4 机床专用夹具设计的基本要求 36 3.2 12V180C 系列柴油机连杆铣剖分面夹具设计 .36 3.2.1 问题的指出 36 3.2.2 夹具设计37 3.3 12V180C 系列柴油机连杆精镗小头孔夹具设计 .38 3.3.1 问题的指出39 3.3.2 夹具设计39 总结总结4040 参考参考文文献献4040 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 3 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 相关技术相关技术 在国名经济的各个领域，各个行业中广泛应用着的大量的机床、机器、仪器 及工具等，这些工艺装备都是由机械制造工业提供的。机械工业的主要任务就 是围绕各种工程材料的加工要求，研究其加工工艺并设计和制造各种工艺装备， 机械制造工业是国民经济各部门的装备部，它不仅为传统产业的改造提供现代 化的设备，同时也是计算机、通信等新兴产业的基础。 1.1.11.1.1 机械制造工业的作用和发展方向机械制造工业的作用和发展方向 机械制造业的兴衰直接影响和制约了工业、农业、交通、航天、信息和国防 各部门的生产技术和整体水平，进而影响着一个国家的综合生产实力。2001 年 中国工程院组织了 25 名院士和 40 多位专家对中国制造业的现状、作用、地位 及发展趋势和对策进行了调查研究，写出了新世纪如何提高和发展我国制造 业的研究报告 ，其中之处：处于工业中心的制造业，特别是装备制造业，是国 民经济持续发展的基础，是工业化、现代化建设的发电机和动力源，是在国际 竞争中取胜的法宝，是技术进步的主要舞台，是提高人均收入的财源、国防安 全的保证，是发展现代文明的物质基础。 当代的机械制造业正沿着三个主要的方向发展： 加工技术向高度信息化、自动化、智能化方向发展，信息技术、智能制造 1 技术、数控技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术以及敏捷制造等先进制 造技术都在改造传统制造业并迅速向前发展。 加工技术向高精度发展，出现超精密工程以及纳米材料及加工、纳米测量 2 等纳米技术。 机械加工的工艺方法进一步完善与开拓，传统的切削与磨削技术仍在不断 3 发展，各种特种加工方法也在不断开拓新的工艺可能性与新的技术，如快速成 形、激光加工、电加工和射流加工等。同时，机械制造中的计算与测量技术、 机械产品的装配技术、工况监测与故障诊断技术、机械设备性能试验技术、机 械产品的可靠性保证与质量控制技术、仿生制造技术、微型制造设备技术、网 络制造技术、人工智能在机械制造中的应用以及考虑到环境保护的绿色制造技 术等均有重大的进展。 1.1.21.1.2 机械制造过程及机械制造系统机械制造过程及机械制造系统 （1）机械产品生产过程与机械制造过程 在现代化的制造工业中，机械产品的生产过程是一个大的系统工程。该过 程根据内容的不同可分为三个阶段：第一阶段是产品的决策阶段;第二阶段是产 品的设计和研究阶段；第三阶段是产品的制造阶段。 原材料的运输和保管、生产设备、毛坯准备、机械加工、装配与调试、质 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 4 量检验、成品包装等不同的工作构成了一个原材料转变为产品的过程，这也是 通常所说的产品制造阶段。这一过程又可细分为三个部分：运输、保管、准备、 包装、检验等，成为辅助过程;毛坯制造、机械加工、热处理、装配等直接改变 毛坯或者零件的形状尺寸、材料性能的过程，为生产工艺过程或者工艺过程； 生产工艺过程中的机械加工、装配调试等，成为机械制造（工艺）过程。 （2）机械加工工艺系与机械制造工艺 机械加工工作是产品机械制造过程中的主要内容。机械加工主要是指通过 金属切削方法改变毛坯的形状、尺寸的过程。随着加工技术的发展，加工材料 的方法有很多，比如电火花加工、激光加工、电解加工以及快速成型法等新的 特种加工方法，但由于成本以及条件的限制，目前主要应用的仍然是用金属切 削刀具来进行切削的方法。与机械制造技术、计算机技术、信息技术的发展相 适应，以及为了能更有效的对机械制造过程进行控制，大幅度的提高加工质量 和加工效率，人们在机械加工工艺系统的基础上又提出了机械制造系统的概念。 综上所述，无论是传统的机械加工工艺系统，还是先进的机械制造系统， 其基本组成都是机床和刀具，并由作为加工、装配过程信息管理基础的机械制 造工艺联系而成，可见，切削原理及刀具。金属切削机床及机械制造工艺学等 基本理论及相关知识形成了机床制造技术的基础 1.1.31.1.3 信息时代的机械制造工业信息时代的机械制造工业 在信息时代，随着社会的进步、技术的发展以及全球市场竞争的加剧，人类对制造的要 求不断更新和提高，制造过程和活动变得愈加复杂，制造所用时间的减少和交货时间的提 前，制造所需成本的降低和质量的提高，制造产品的多样化和个性化，制造商和用户之间 的信息交流都是现代制造业要面对和迅速解决的问题。制造所用设备、材料、信息、人员 理念以及制造过程的组织和管理，不但自身要求适应这一变化，而且相互之间形成相互密 切关联的整体。这就要求既要在硬件上形成先进的辅助的现代制造系统，也要通过信息交 流形成制造系统的理论和技术。 首先，通过电子计算机技术、自动化技术、信息技术以及仿真加工技术、纳米加工技术、 特种加工技术，并借助 CAD/技术、柔性制造技术生产大量高度自动化、高度柔性化、高效 率、高精密度的各种数控机床、加工中心、柔性制造系统、自动装配线、工业机器人等先 进的以信息技术驱动的制造工作母机。 其次，提升和突出信息在制造系统中的作用和地位。制造系统的三要素：物质、能量和 信息，其中的物质部分即加工设备、被加工材料。物质和能量两者在传统制造系统中曾占 据主导地位，受到重视、研究、开发和利用，随着社会生产的发展，信息这一要素正在迅 速上升成为制造系统中的主导因素。能量驱动型和信息驱动型是传统制造和现代制造的显 著区别特征。现代产品使用价值，产品的信息量则影响了其交换价值。 现代农业、工业、服务业和国防等一切部门所需要的各种高技术含量装备的设计、制造 和批量生产都要靠先进的现代制造业。而实现工、农、服务业的机械化、自动化、信息化 和智能化也是现代制造也面临的光荣而艰巨的任务。 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 5 1 12 2 机车柴油机简介机车柴油机简介 1.2.11.2.1 柴油机概述柴油机概述 (1).柴油机是一种动力机械，它以柴油为燃料，将柴油燃烧而产生的热能 转化为机械能。柴油机广泛应用在工农业、交通运输、国防及人民日常生活中。 柴油机的型式很多，一般可按下述几种方式分类： 按工作方式二冲程，四冲程； 按汽缸数单缸，多缸； 按汽缸直径95、105、135(mm)等。 柴油的特点是自燃温度低，所以柴油发动机无需要火花塞之类的点火装 置，它采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃测试， 这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。从性能上说， 国内传统柴油机一直给人以体积笨重、振动噪声大以及排放污染严重的印象， 因此国产轿车基本都采用汽油发动机，然而近年来，国外知名车商开始将一 些最新的柴油机技术引入到中国，大大改善了国人对柴油机的偏见，譬如一 汽大众刚刚推出宝来 TDI 柴油发动机，其环保性、动力性以及平顺性都不逊 于汽油机，同时又具有柴油机特有的巨大扭力和超低油耗，市场前景十分看 好。 2）.柴油机结构及工作原理 (1)结构：柴油机由燃烧室组件、动力传递组件、机体和主轴承、配气机构、 燃油系统和调速器、润滑系统、冷却系统、起动系统构成。 (2)工作原理：柴油机工作时，一般分为吸气、压缩、爆发、排气等步骤。 开始时，活塞从上止点下行到下止点，将新鲜空气吸入气缸，然后从下止点 上行到上止点，将吸入的气体压缩，使其压力及温度升高。当接近上止点时， 气体温度已超过柴油燃点，此时由喷油嘴将柴油喷入迅速燃烧，高温高压燃 气推动活塞下行做功。之后，活塞再次从下止点上行，将废气排出气缸，完 成一个循环。活塞往复不停地工作，带动连杆使曲轴转动，就从曲轴上把动 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 6 能传输出来。 1.2.21.2.2 机车柴油机简介机车柴油机简介 1）机车柴油机概述 机车柴油机（locomotive diesel engine）是指用于内燃机车、内燃车 组或内燃动车的柴油机。机车柴油机具有高功率强化柴油机的典型特征,一般 为四冲程 V 型机,以 12 缸、16 缸最为普遍,也有直列式 6、8、10 缸的。柴油 机的宽度和高度受铁路机车车辆限界标准的限制，机车的允许轴重对柴油机 重量也有一定的限制。现代机车柴油机不断提高增压度（见内燃机增压）， 同时加大气缸排量。大功率柴油机的单机功率已达 5000 千瓦，平均有效压力 为 1.32.0 兆帕，燃料消耗率为 200225 克/（千瓦时）。柴油机的附件,如 冷却水散热器、风扇和空气滤清器等均布置在机车厢内，机油滤清器、机油 换热器一般也布置在机车厢内。柴油机几乎都采用电起动方式,只有个别的采 用空气起动。调速系统大多采用液压全速调速器,并装有超速停机、油压保护 和超温卸载等自动安全保护装置。 2）对机车柴油机的性能要求 机车在铁路上运行时线路状况不时变化，又需要按计划时间运行，因而 要求机车柴油机的转速和功率在相当宽的范围内变化。从运行工况的时间比 例来看，部分负荷约占 50，空转占 40左右，而标定工况的使用时间很少。 铁路分布地区广泛，列车运行时的自然环境条件也在改变，这就要求柴油机 具有广泛的适应能力。 对机车柴油机的性能要求是:不仅在标定工况下,而且更重要的是在部分 负荷和空转时燃油和机油的消耗量小，经济性应与机车牵引特性相适应；有 一个经济性最好的最低空载稳定转速；性能指标随环境条件的变化小；噪声 低，排气烟尘和有害成分少；冷机或热机均能连续可靠起动，一般在+5气 温时，起动时间不超过 10 秒。 2）机车柴油机在中国的发展历程 柴油机发明后,屡经研究试图将柴油机用于铁路牵引。1913 年，瑞典最先 制造了以 55 千瓦(75 马力)柴油机为动力的第一台电力传动内燃动车。但在 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 7 1950 年以前，铁路车辆的牵引动力主要仍是蒸汽机车。50 年代，内燃机车因 有较好的能源利用率,可以改善列车牵引经济性,而获得了广泛的应用,并逐步 取代了蒸汽机车。到 80 年代初,世界上内燃机车已占机车总数的 2/3。 中国于 1958 年自行制造内燃机车, 长辛店机车车辆厂制成了国产第一台内燃机 车-建设型直流电力传动调车内燃机车。机车装有 2 台 B2-300 型柴油机，总 装车功率为 2300 马力，最高速度 80km/h。该机车基本上是按从匈牙利进口 的 ND1 型内燃机车仿造试制的。 1969 年、1970 年和 1977 年，四方厂、戚墅堰厂和资阳内燃机车厂（以 下简称资阳厂）先后制造了 6 台 4500 马力等级的东方红 4 型货运液力传动内 燃机车。机车装用 2 台 16V200ZL 型柴油机，最高速度 100km/h。 1970 年,四方厂开始生产援助坦-赞铁路和越南等国的装用 12V180ZJ 型 柴油机的 1000 马力的 DFH1、3、4、5、型和 2000 马力的 DFH2 型液力传动内 燃机车，总数达 163 台。这是最早走出国门的国产内燃机车。本文所研究就 是 12V180ZJ 型柴油机气缸盖的加工工艺过程。 1999 年 8 月，戚墅堰厂和浦镇车辆厂合作，制成了 M+9T 双+M 编组的新 曙光号电力传动双层内燃车组。媒介动力车（机车）装用 1 台 12V280ZJ 型柴 油机，车组总功率为 23750 马力，席位 1140 个，最高速度 180km/h，试验 时达到 190.4km/h。其他工厂的内燃动车，也正在试制、开发当中。 内燃动车组的发展，不仅提高了铁路在国内运输市场的竞争能力，还提 高了在国际市场上的竞争能力，也为 21 世纪初叶我国铁路客运提供了新的运 输工具。 3）机车柴油机发展方向 机车柴油机发展重点是在机车车辆限界和机车轴重允许的条件下不断提 高功率，一个重要的趋势是采用低压缩比与二级增压相配合的方法提高功率； 提高可靠性和耐久性以延长柴油机寿命;提高经济性,特别是改善部分负荷、 过渡工况和空转时的经济性；应用电子技术实现运行工况优化和故障自动监 控；降低噪声和减少排气中的有害成分，防止污染；改善机车用柴油机增压 器的跟随性等。 内燃机车可靠性与可维修性设计也是国外大功率内燃机车的一个发展方向。经 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 8 验表明，大功率交流传动内燃机车无故障运行能力要比传统的直流传动内燃机 车大左右。可靠性提高除通过结构方面的改进外，一个显著的特点是叫 可靠性技术的应用。提高内燃机车可靠性问题不只是通过对薄弱零件改进来解 决，而且要将可靠性技术贯穿于内燃机车设计、试验、制造、使用维修和管理 等各个环节中，形成一个系统工程。在设计中除采用概率统计方法，把影响应 力和强度的各因素视为随机变量运用可靠性理论保证所设计的零部件具有规定 的可靠度外，还要进行可靠性规划与设计，主要包括“建立可靠性模型” ；将系 统可靠性指标分配给各级组成部分，进行“可靠性分配” ；根据设计方案进行 “可靠性预测” ；按照设计方案进行“故障模式、影响及危害 性分析（） ”及“故障树分析（） ”等，找出影响可靠性、 安全性的关键部件及薄弱环节。国产第代内燃机车，应具有可靠性、维修 性及模块化设计。 1.31.3 连杆简介及连杆加工工艺分析连杆简介及连杆加工工艺分析 1.3.11.3.1 连杆的作用连杆的作用 图 1-1 活塞连杆组 连杆是将活塞的往复运动转变成曲轴旋转运动的中间构件。 1.3.21.3.2 连杆机械分析连杆机械分析 连杆是内燃机的重要运动部件之一，它连接活塞与曲轴，把作用于活塞顶面 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 9 的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动变成曲轴的回转运动，以输 出功率。工作时连杆承受大小、方向为周期性变化的动载荷。在做工冲程，燃 气压力在连杆轴线上的分力为压缩应力；在进气冲程上止点，活塞组和连杆本 身的惯性力在横断面内造成拉伸应力；摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力。 综上所述，可以概括为： 汽缸内的燃气压力（连杆受压缩） 活塞连杆组的往复运动惯性力（连杆受拉伸） 连杆高速摆动时产生的横向惯性力。 连杆所售的交变力值在很宽的范围内急剧变化，弯曲应力引起弯曲变形，常 见疲劳破坏如下: 连杆小头与杆身圆弧过度处产生裂纹。 大头杆身与螺栓平面直角处产生应力集中。 连杆螺栓断裂。 因此，要求连杆的重量轻且有足够的强度、足够的疲劳强度和冲击韧性。 连杆由连杆体和连杆盖两部分组成。杆身为工字型断面，大头孔用连杆 螺栓和螺母与曲柄颈装配在一起，孔内装有薄壁轴瓦。钢制瓦背内表面 浇有一层耐磨合金，大头结合面为平切口，由凸肩定位。小头孔内压入 青铜衬套，小头、大头与杆身采用较大圆弧过度。 1.3.31.3.3 本设计的主要内容本设计的主要内容 本设计中，主要完成的内容包括两大块：工艺路线的制定、计算和夹具的设计。而围绕这 两大块又有若干工作需要完成，如画图、翻译、填写卡片，还包括撰写设计说明书等。 上述工作大概可以分为四个方面： 查阅相关资料，分析工作的运动条件，零件加工的要求，如尺寸精度、行位精度、 热处理等，确定零件的材料。 制定工艺路线，查相关手册，对要求加工的部位进行工艺计算，确定机床型号， 并对机床功率进行验算。 夹具设计，确定夹具的组成形式、具体结构，画夹具装配图、夹具零件图、工件 装配图、工件图、工件毛坯图，写夹具说明书。 填写工艺过程表、工序表，撰写设计说明书。 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 10 第第 2 2 章章 连杆加工工艺规程连杆加工工艺规程 2.12.1 机械加工工艺规程简介机械加工工艺规程简介 2.1.12.1.1 机械加工工艺规程的作用机械加工工艺规程的作用 1）机械加工工艺规程是组织车间生产的主要技术文件。机械加工工艺规 程是车间中一切从事生产的人员都要严格、认真贯彻执行的工艺技术文件， 按照它组织生产，就能做到个工序科学的衔接，实现优质、高产和低消耗。 2）机械加工工艺规程是生产准备和计划调度的主要依据。有了机械加工 工艺规程，在产品投入生产之前就可以根据它进行一系列的准备工作，如原 材料和毛坯的供应，机床的调整，专用工艺装备（如专用夹具、刀具和量具） 的设计制造，生产作业计划的编排，劳动力的组织，以及生产成本的核算等。 有了机械加工工艺规程，就可以制所生产产品的进度计划和相应的调度计划， 使生产均衡、顺利的进行。 3）机械加工工艺规程是新建或扩建工厂、车间的基本技术文件。在新建 或扩建工厂、车间时，只有根据机械加工工艺规程和生产纲领，才能准确确 定生产所需机床的种类和数量，工厂和车间的面积，机床的平面布置，生产 工人的工种、等级、数量，以及个辅助部门的安排等。 2.1.22.1.2 机械加工工艺规程的制定程序机械加工工艺规程的制定程序 制定机械加工工艺规程的原始资料主要是产品图样、生产纲领、生产类 型、现场加工设备及生产条件等。设计机械加工工艺规程的程序一般为： 1）分析加工零件的工艺性。主要包括审查零件结构的工艺性及了解零件 的各项技术要求，分析产品的装配图和零件的工作图，熟悉该产品的用途、 性能及工作条件，明确被加工零件在产品中的位置和作用等。 2）熟悉和确定毛坯 3）拟定加工工艺路线 4）工序设计 5)编制工艺文件 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 11 2.22.2 计算产品生产纲领，确定生产类型计算产品生产纲领，确定生产类型 180C 柴油机的连杆。该产品年产量为 150 台，设其备品率为 10%，机械加工 废品率为 1%，现制定该活塞的机械加工工艺规程。 N=Qn(1+%+%) =150(1+10%+1%) =166 件/年 连杆的年产量为 166 件，现已知该产品属于轻型机械，根据机械加工工艺手 册表 5.2-1 生产类型的划分，166150500，可确定其生产类型为中批生产。 2.32.3 审查零件图样工艺性审查零件图样工艺性 连杆零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。 2.42.4 选择毛坯选择毛坯 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。 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 12 2.52.5 工艺过程设计工艺过程设计 2.5.12.5.1 定位基准的选择定位基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可 以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问 题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。因此，工 件在加工过程中的定位、测量等问题需要被重点考虑。 （1）粗基准的选择 在选用粗基准时要考虑如何保证各个加工面有足够的余量，如何保证各个 表面间的相互位置精度。因此选择粗基准时，应遵循以下几个原则： 对于不需要全部加工表面的零件，应使用始终不加工的表面作为粗基准， 1 以保证不加工表面与加工表面之间的相互位置要求。 选择毛坯余量最小的表面作为粗基准 2 选择零件上重要基准面作为粗基准 3 选择零件上加工面积大，形状复杂的表面作为粗基准，以使定位准确、 4 加紧可靠，夹具结构简单、操作方便。 粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生 5 不必要的定位误差。 （2）精基准的选择 精基准的选择应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，同时还 应使加工过程操作方便，夹具结构简单。选择时应遵循以下原则： 基准重合 尽量选择被加工表面的设计基准或工序基准作为定位基准， 1 避免基准不重合而产生的定位误差。 一次安装的原则 一次安装又称为基准统一原则。基准统一或者一次安 2 装和有关工序所使用的夹具结构大体上统一，降低了工序设计和制造成本。同 时多数表面采用同一基准进行加工，避免因基准转换带来的误差。 互为基准原则 当某些表面相互位置精度要求较高时，这些表面又可以 3 互为基准反复加工，不断提高定位基准的精度，保证这些表面之间的位置精度。 自为基准原则 对于精度要求很高的表面，如果加工时要求其余量很小 4 而均匀时，可以以加工表面本身作为定位基准，以保证加工质量和提高生产效 率。 根据以上原则，结合连杆的具体的结构，确定基准如下：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， 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 13 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。 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。 2.4.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排 连杆的主要加工部位是大小头端面，大小头孔。次要加工部位是各种螺纹孔及 倒角。除机械加工外，还有调质处理、划螺纹孔线、探伤等。另外在机械加工 过程后还安排了钳工倒角去毛刺、并对连杆进行喷丸处理，为连杆的组装做好 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 14 准备。 2.5.22.5.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排加工阶段的划分与工序顺序的安排 （一）加工阶段的划分 连杆机械加工工艺过程 连杆的机械加工工艺过程大致可以分为：加工基准面粗钻铣大小头平 面及大小头孔调质处理半精钻铣大小头平面及大小头孔分离连杆 和连杆盖精铣基准面并进行磨削钻、铰、锪各种孔精钻铣大小头 平面及小头孔和大头轴瓦研磨重要孔的支撑面钳工倒角、去毛刺 探伤后钳工清洗组装。 连杆的大小头平面及大小头孔的技术要求都很严格，所以对于这些端面安 排了：粗铣半精铣精铣。对于 180C 柴油机连杆进行粗加工时，以大小 头两端面作为精基准，所以先粗加工大小头端面，然后再加工其他各主要表面。 各种孔的加工集中在连杆与连杆盖连接处，所以将各种孔加工完之后再精铣大 小头端面，以保证重要加工表面不被破坏或划伤。 连杆盖机械加工工艺过程 连杆盖的机械加工工艺过程大致可以分为：半精铣对接面划孔线 车孔精铣对接面钻铰各孔磨螺钉面修正圆角钳工组装 划瓦槽铣瓦槽钳工组装。 对于连杆盖进行粗加工时，以连杆盖一侧的一端面作为粗基准，然后以对 接端面作为精基准，加工其他的重要表面。 （二）工序安排 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 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 15 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：扩孔、粗镗、半精镗、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。 2.5.32.5.3 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线即工序设计，其主要内容包括机床与工艺装备的选择、加工 余量的确定、工序尺寸的确定、切削用量的确定、时间定额的确定等。在此先 确定工艺路线，再在后面详细论述机床与工艺装备的选择、加工余量的确定、 工序尺寸的确定、切削用量的确定、时间定额的确定等内容。 制定柴油机连杆加工工艺路线的出发点，应当是使其能够合理保证气缸盖 的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求。在小批量生产的生产纲领下， 可以考虑广泛采用技术水平较高的数控机床及加工中心，并尽量使工序集中来 提高生产率，除此之外，还应当综合考虑零件特点和技术要求、工艺设备与装 备的具体使用条件及经济因素等，可初步确定其加工工艺路线为： 制定 180C 柴油机连杆工艺路线的出发点，应当使连杆的几何形状、尺寸精 度及位置精度等技术要求得到合理保证，在中批生产的生产条件下，可以考虑 采用通用夹具和部分专用夹具等，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外， 还应当考虑经济因素，以降低生产成本。 因此，经过综合考虑，最终确定 180C 柴油机连杆加工工艺过程如下表 2- 1；连杆盖的加工工艺过程如下表 2-2： 表 2-1 180C 柴油机连杆加工工艺过程 序号工序名称定位基准 1 铣大小头两端面（先标记朝上）基面、小头孔侧面、大头孔凸块 2 扩连杆小头孔（标记朝上）基面、小头孔侧面、侧面 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 16 3 小头孔两端倒角基面、小头孔侧面、侧面 4 粗镗及半精镗小头孔基面、大头孔、侧面 5 拉大头孔去重凸块及两侧面基面、小头孔、大头孔 6 切开连杆体和盖大头孔端面、侧面、小头孔 7 扩大头孔（标记朝下）基面、小头孔、大头孔侧面 8 拉小头孔去重凸块基面、小头孔、大头孔侧面 9 拉两侧面、半圆面和结合面基面、小头孔、大头孔 10 粗惚连杆体两螺栓座面基面、小头孔、大头孔侧面 11 铣轴瓦锁扣槽（标记朝里）基面、小头孔、大头孔侧面 12 钻大头阶梯油孔基面、小头孔、大头孔侧面 13 精铣螺栓座面基面、小头孔、大头孔侧面 14 粗铣结合面基面、小头孔、大头孔侧面 15 拉两侧面、半圆面和结合面连杆盖的平面和侧面和凸块断面 16 粗铣螺母座面连杆盖平面、大头孔、侧面 17 铣轴瓦锁口槽连杆盖平面、结合面、侧面 18 精铣结合面小头孔、基面、侧面 19 精铣连杆盖上螺母座面基面、小头孔、大头孔侧面 20 从连杆盖方向钻、扩、铰螺纹孔 （成对装卸） 基面、小头孔、大头孔侧面 21 从连杆体方向扩螺栓孔，孔口倒 角 基面、小头孔、大头孔侧面 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 17 22 装配连杆体和盖（标记同向） 23 扩大头孔基面、小头孔、侧面 24 大头孔两端倒角基面、小头孔、大头孔侧面 25 半精磨大小头两端面(先标记朝 上) 基面、小头孔侧面、凸块 26 精磨大小头两端面（先标记朝上） 基面、小头孔侧面、凸块 27 粗镗大头孔基面、小头孔、大头孔侧面 28 半精镗大头孔及精镗小头孔基面、小头孔、大头孔侧面 29 称大小头重量 30 铣大小头多余重量基面、小头孔、大头孔 31 钻小头油孔基面、小头孔、大头孔侧面 32 铰小头孔内油孔毛刺基面、小头孔、大头孔侧面 33 小头孔两端倒角 34 小头两端压铜衬套 35 挤压小头孔基面、小头孔 36 铜衬套两端倒角 37 精镗大头孔和小头衬套孔基面、小头孔、大头孔侧面 38 按需要程度去全部毛刺 39 终检（尺寸分组） 40 校正 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 18 2 26 6 确定毛坯加工余量及毛坯尺寸确定毛坯加工余量及毛坯尺寸 2.6.12.6.1 确定计算连杆机械加工余量的方法确定计算连杆机械加工余量的方法 钢质锻模件的机械加工余量按 JB3835-85 确定，根据估算的锻件质量、加 工精度及锻件形状复杂系数，由机械制造工艺简明手册表 2.2-25 可查得除 孔以外各内外表面的加工余量。孔的加工余量由机械制造工艺简明手册表 2.2-24 查得。表中余量值为单面余量。 （1）锻件质量 根据零件成品质量估算锻件质量为 13.52kg （2）加工精度 零件表面均为精加工和磨削加工精度 2 F （3）机械加工余量 用查表法确定机械加工余量： （根据机械加工工艺手册第一卷 表 3.225 表 3.226 表 4.1- 17） 1）平面加工的工序余量（mm） 表 2-2 小头孔平面加工的工序余量（mm） 单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度 毛坯 7412.5 粗铣 1 IT12() 30. 0 42. 0 72() 320 . 0 0 12.5 精铣 0.6 IT10() 19 . 0 264. 0 70.8() 100 . 0 0 3.2 粗磨 0.3 IT8() 016. 0 046. 0 70.2() 050 . 0 0 1.6 精磨 0.1 IT7() 017 . 0 232. 0 70() 170 . 0 232 . 0 0.8 2.6.22.6.2 设计毛坯图设计毛坯图 （一）确定毛坯尺寸公差 连杆的锻件质量 13.52kg，形状复杂系数 S2，42CrMoA 中合金元素含量大于 3.0%，按机械制造工艺设计简明手册表 2.2-11，锻件的材质系数为 M2，采 取平直分模线，锻件为精密精度等级，则毛坯的公差可从机械加工工艺手册 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 19 表 3.1-43，3.1-56 和 3.1-57 查得。 连杆毛坯的尺寸公差如表 2-3。毛坯的同轴度误差允许值为 1.0mm，残留飞 边为 1.0mm。 毛坯图如下图 2-1 表 2-3 连杆（锻件）尺寸公差（mm） 零件尺寸单面加工余量锻件尺寸偏差 773 71) 0 7.1 ( 1372.6 131.8) 1.1 1.2 ( 63 2 67) 8.0 7.1 ( 702 74) 8.0 7.1 ( 179.52.5 184.5) 2.1 4.2 ( 图 2-1 连杆毛坯图 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 20 2.72.7 部分重要工序设计部分重要工序设计 2.7.12.7.1 选择部分重要工序介绍选择部分重要工序介绍 （一）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。 （二）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。 小头孔在扩、粗镗、半精镗之后，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。 （三）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。 （四）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 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 21 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。 （五）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） 。 2.7.22.7.2 确定部分重要工序工序尺寸确定部分重要工序工序尺寸 确定工序尺寸的一般方法是由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的 工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序 尺寸与工序（或工步）的加工余量有关，当基准不重合时，工序尺寸应用工序 尺寸链解算。 确定各主要面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面根据有关资料已经 查出本零件各圆柱面的总加工余量（毛坯余量） ，应将总加工余量分为各工序加 工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济 加工精度确定。 1） 、大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为131 mm） 工序名称 工序基 本余量 工序经济 精度 工序尺寸表面粗糙度 扩孔 4H12135.8 12.5 一次粗镗 0.5 )(11 30 . 0 0 H 136.3 12.5 二次粗镗 0.5 )(10 26 . 0 0 H 136.8 6.3 半精镗 0.1 )(9 14 . 0 0 H 136.9 1.6 精镗 0.1 )(8 063. 0 0 H 137 1.6 2） 、小头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的小头孔为71mm） 工序 名称 工序基本余 量 工序经济 精度 工序 尺寸 最小极限尺寸 表面 粗糙度 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 22 一次粗镗 4 33 . 0 0 13H 75 75) 0 33. 0 ( 12.5 二次粗镗 1.6 )(10 084 . 0 0 H 76.6 76.6) 0 084 . 0 ( 12.5 半精镗 0.2 )(9 052. 0 0 H 76.8 76.8 ) 0 052.0 ( 6.3 精镗 0.1 )(8 033. 0 0 H 77 77 ) 0 033 . 0 ( 1.6 2.7.32.7.3 确定切削用量及基本时间确定切削用量及基本时间 （1 1）铣连杆大小头平面）铣连杆大小头平面 选用 X53K 机床，P=10KW 根据机械加工工艺手册表 10-39，选取40 mm 的 立铣刀 ，材料为高速钢， 铣刀齿数 Z = 6 切削深度 ap = 3 mm 查机械加工工艺手册表 14-69，取=0.1mm/z,查机械加工工艺手册表 z f 14-67，有 V=41.49m/min 1 . 0 1 . 02 . 03 . 0 33 . 0 45 . 0 zafat dc ezp v 则主轴转速 n = 1000v/D = 330 r/min 根据表 3.131 按机床选取 n = 315 r/min 则实际切削速度 V = Dn/1000 =39.56m/min 验证功率：查金属机械加工工艺人员手册表 14-67 知 P=znafadC ezpp 72 . 0 86. 0 14 . 0 5 10 式中-系数，=3.36； p C p C d= 铣刀直径，mm; -切削深度，mm; p a -每齿进给量，mm; z f -铣削宽度，mm; e a z-铣刀齿数； 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 23 n-主轴转速，r/min. 计算得 P=2.09kw，机床选择满足要求 （2 2）粗磨大小头平面）粗磨大小头平面 查金属机械加工工艺人员手册表 2.4-14，磨料选棕刚玉，查表 2-8， 选卧式矩台平面磨床 MG7120。 其主要参数为：可磨削最大工件尺寸（长宽高）为 200mm630mm320mm,砂轮尺寸（外径宽内径）为 250mm25mm75mm，砂轮轴转速 1500r/min,3000r/mm（转速为两级） ，总 功率为 5.6kw。 根据机械制造工艺设计手册表 2.417 选取数据 切削深度 ap = 0.5mm 单行程磨削深度进给量= 0.033 mm/行程 t f 则主轴转速 n = 1000v/D = 158.8 r/min 根据表 3.148 按机床选取 n = 100 r/min 则实际磨削速度 V = Dn/1000 = 12 m/s 验算功率：查金属机械加工工艺人员手册知， 321 7 . 0 )(77 . 1 Pkkkfvf tbw 查表 14-130 得到=0.82，=0.8 1 k8 . 0 2 k 3 k 因此=3.96（KW）5.6(KW) 321 7 . 0 )(77 . 1 Pkkkfvf tbw 机床选择满足要求 （3 3）铣大头两侧面）铣大头两侧面 选用铣床 X6142，P=11KW 根据金属机械加工工艺人员手册表 10-39 选直径 D = 50 mm 的立铣刀， 材料为高速钢，铣刀齿数 Z =6，根据金属机械加工工艺人员手册表 14-67，有 V=38.4 m/min 1 . 0 1 . 02 . 03 . 0 33 . 0 45 . 0 zafat dc ezp v 切削深度 ap = 4 mm = 0.10 mm/z z f 则主轴转速 n = 1000v/D =244.74r/min 成都电子机械高等专科学校毕业设计说明书 24 根据表 3.174 按机床选取 n=250r/min 则实际切削速度 V = Dn/1000 = 39.25 m/m