机械制造技术课程设计-发动机连杆机械加工及铣大端面夹具设计.doc

辽宁工程技术大学课程设计131.连杆零件的工艺性分析及生产类型确定1.1连杆的功用及结构特点全套图纸加扣3012250582 连杆是汽车发动机主要的传动构件之一，把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出功率。连杆大头孔套在曲轴的连杆轴颈上，与曲轴相连，内装有轴瓦。为了便于安装，大头设计成两半，然后用连杆螺栓连接。连杆小头与活塞销相连，小头压入耐磨的钢衬套，孔内没有油槽，小孔部有油孔，以便使曲轴转动时飞溅的润滑油能流到活塞销的表面上，起润滑作用。1.2汽车连杆的技术要求按表形式将该连杆的全部技术要求列表中连杆技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等级表面粗糙度Ra/m形位公差/mm连杆大端上端面 IT70.8 连杆大端下端面 IT70.8连杆小端上端面 IT106.3连杆小端下端面 IT106.3连杆小端孔IT80.5平行度为0.04mm/100mm垂直度为0.06mm/100mm连杆大端孔IT80.5圆柱度公差为0.006mm（1）大头两端面的尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra不大于0.8m需精铣。（2）小头两端面的尺寸公差等级为IT10，表面粗糙度Ra不大于6.3m，也须精铣。（3）小头孔：公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于0.5m。（4）大头孔65.5:公差等级为IT5，表面粗糙度Ra为0.5m。1.3审查工艺性分析零件图可知,两孔的端面均为平面,可以防止加工过程中钻头钻偏,以保证孔的加工精度.加工精度要求较高主要工作表面也可以在正常的生产条件下,采用较经济的方法保质保量的加工出来.由此可知,该零件的工艺性较好。1.4确定连杆的生产类型取Q=100000件/年，m=1件/台，备用率和废品率分别取3%和0.5%带入公式N=QmX(1+a%)X(1+b%) =100000X(1+3%)X(1+0.5%)=103520件/年，查表1-4可知连杆的生产零件为大批量生产。2.工艺规程设计2.1连杆的材料CA6120发动机连杆采用55钢，经调制处理后，硬度为HB226-271。采用整体模锻的加工方式。具有劳动生产率高，锻件质量好，材料利用率高，成本低等优点。2.2确定机械加工余量根据锻件质量、F1、形状复杂系数S3查表2-13及2-14得，厚度方向单边余量为：1.5-2.0mm；水平方向单边余量为：1.5-2.0mm；即锻件各端面的单边余量为：1.5-2.0mm；锻件两孔的单面余量为2.0mm。2.3确定毛坯尺寸毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量值即可。3.拟定连杆的工艺路线3.1定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，先确定精基准，再确定粗基准。3.1.1粗基准的选择粗基准的选择：按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。现以零件的端面为主要的定位粗基准。3.1.2精基准的选择精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，选择以圆柱体的28小孔和端面为精基准。3.2零件表面加工方法的选择根据连杆零件图上各个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件表面的加工方法，如下表所示。连杆各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m加工方案备注连杆大端上下端面IT70.8粗铣半精铣精铣表1-8连杆小端上下断面IT106.3粗铣半精铣表1-8连杆小端28孔IT80.5扩铰表1-7连杆大端65.5孔IT80.5扩铰表1-73.3制定工艺路线连杆工艺路线及设备、工艺的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1粗铣连杆大端上下面立式铣X51高速钢套是立铣刀游标卡尺2粗铣连杆小端上下面立式铣X51高速钢套式立铣刀游标卡尺3半精铣连杆大端上下面立式铣X51高速钢套式立铣刀游标卡尺4半精铣连杆小端上下面立式铣X51高速钢套式立铣刀游标卡尺5精铣连杆大端上下面立式铣X51高速钢套式立铣刀游标卡尺6扩、铰连杆小端28孔四面组合钻床扩孔钻和铰刀卡尺、塞规7扩、铰连杆大端65.5孔四面组合钻床扩孔钻和铰刀卡尺、塞规8钻连杆大端螺栓孔四面组合钻床麻花钻内径千分尺、游标卡尺9铣切连杆盖、体切断铣床切断刀游标卡尺10精磨连杆接合面平面磨床砂轮游标卡尺11钻小端孔旁通孔四面组合钻床麻花钻游标卡尺12去毛刺钳工台平锉13中检塞规、百分表、卡尺等14热处理淬火机等15清洗清洗机16终检塞规、百分表、卡尺等4切削用量、时间定额的计算4.1切削用量的计算这里只计算需要进行工艺分析的那道工序，工序4精铣连杆大端上下面，该工序分两个工步，工步1精铣连杆大端上面，工步2精铣连杆大端下面。（1）背吃刀量的选择取ap =1mm;（2）进给量的选择由表5-8，按表面粗糙度Ra2.5微米的条件选取，该工步的每转进给量f=0.4mm/r。（3）铣削速度的计算由表5-9，按镶齿铣刀。d/Z=80/10、fz=f/Z=0.05mm/z的条件选取，铣削速度v取为48.4m/min，参照公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得铣刀转速n=1000*48.4/(3.14*80)=92.58r/mm,参照表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=210r/mm。再将此转速代入公式（5-1）可求得该工序的实际铣削速度v=52.78m/min。4.2时间定额的计算（1）工序4精铣连杆大端上下面 根据表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削，主偏角90度）的基本时间计算公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/(fn),可求出该工序的基本时间。这里已知l=72*2mm;l2=1mm;代入5-43的公式得l1=24mm;f=0.4mm/rfmz=fz*Z*n=0.4*10*210=840mm。将上述结果代入公式，则工序的基本时间tj=(144+1+24)/840=0.2mim=12s。所以两工步时间都为6s。（2）辅助时间的计算Tf=0.15*12=1.8s。所以两工步时间都为0.9s。5.专用夹具的设计5.1铣连杆两端面的夹具设计连杆端面是整个连杆加工过程的主要定位基准，应首先加工出来。由零件图可知，连杆大小端面厚度的基本尺寸是相同的。但其精度要求不同。若在铣大小头端面时，也按不同的要求加工，会增加夹具制造与机床调整的复杂性。故在加工中使大小头端面处在同一平面上，简化了后续工序的夹具结构，减少了机床的调整工作。5.2铣床夹具定位方案的确定根据六点定位定位原理，对本道工序的加工定位采用完全定位。其中，选用连杆的大小头端面作为主要定位基准，是零件的支撑面积大，定位稳定，装夹方便。同时也符合精基准选择时应注意的基准重合原则。这个面定位消除了3个自由度，再次，选用连杆大小孔上下顶面作为第二定位基准，压紧定位不仅便于在加工过程中实现基准统一，而且装夹方便，端面与大小头孔中心线的垂直度要求也能很好的保证，两端面的距离要求在加工中实现基准重合，从而减少加工误差。另外，采用互为基准反复加工的方法，对连杆的两端面进行加工。在定位元件的选择上，为满足六个自由度完全定位要求，分别对三个定位元件进行设计：首先第一定位面，考虑夹具加工性及夹具在使用过程中出现的磨损，故采用支承板进行定位，支承板用螺钉安装在夹具底板上，然后在加工支承板面，保证与机床的平行度要求。支承板不但可以很容易地保证支承面对夹具底板面的平行度，而且这样磨损后还可以替换降低夹具的制造费用。其次在第二定位面，为消除两个自由度，故采用固定V形块和活动V形块进行定位。为消除最后一个自由度。5.3铣床夹具夹紧机构的确定夹紧机构是夹具的重要组成部分。因此在夹具设计过程中，必须保证定位是获得的正确位置，并使夹紧可靠，适当，操作方便安全。而且结构力求简单，紧凑，并尽可能多的采用标准件。根据夹紧力的作用方向应有利于工件准确定位的原则，在铣削侧面时，为保证端面与大头孔中心线垂直度要求，故将夹紧力作用方向定在与定位销中心线垂直的方向上。这个方向与工件刚度最大的方向相一致，使工件减少变形。5.4铣床夹具对刀装置的确定对刀装置用以确定夹具相对于刀具的位置。铣床夹具的对刀装置主要由对刀块和塞尺组成，本道工序是铣平面，故采用用于加工平面的高度对刀块。5.5铣床夹具结构的分析根据工件，定位元件，夹紧装置和对刀块在总体上的装置来确定夹具体的外形尺寸。夹具体上安装有平面定位元件（两个支承板，每个支承板分为三段以便。），固定V形块、活动V形块和圆形平面对刀块，三者结合共同作为该夹具的定位元件，对于支承板和对刀块都有较高的尺寸和和位置精度要求。其中，支承板与工件接触的平面与夹具体底座平行。所有支承板与夹具体都采用普通螺栓钉进行联接，一旦支承板受磨损，可拆换。至于活动V形块，因在加工过程中他必须要沿着工件长大方向左右移动。为了保证夹紧后良好的对中性，故在夹具体上沿着V形块的两侧安装了两块移动导向板。导向板与工件接触的内表面与夹具横向轴线应保持较高的平行度。导向版的定位采用圆柱销。夹紧结构也较为方便，采用气缸推动夹紧机构，当工件被放在夹具体的支承板平面上后，通过气动装置，推动压板，压板再推动V形块，沿着导向面夹紧工件。在工件加工过程结束后，气压降低，压板再弹簧的拉力下后退，然后可以取下工件，再装夹下个零件。因为该铣床夹具受较大的切削力，因此要有足够的稳定性，为此通过两个定位键于铣床工作台的T形槽相配合来确定夹具在机床上的方位。定位键与夹具体的配合采用H7|h6，另外在该夹具体的两头没有耳座，可通过螺栓将夹具牢固的紧固在机床的工作台上。V形块是两个定位平面具有一定夹角的一种定位元件。V形块工作面间夹角常取60、90和120度，此时采用应用最多是90度角。V形块结构尺寸主要根据工件定位基准直径来确定，并应确定定位高度T。因为V形块加工完毕后须将心轴放在V形块上，安装尺寸T综合检验V形块的加工精度。当=60度时，T=H+D-0.867N;当=90度时，T=H+0.707D-0.5N;当=120度时，T=H-0.578D-0.289N;式中：HV形块高度；D工件定位基准直径；NV形块定位部分宽度。该尺寸可供划线和粗加工时使用。5.6定位误差分析使用夹具加工工件时，加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位的因素密切相关。为了保证工件的加工精度，必须使工序中各项加工误差的总和小于或者等于该工序规定的公差值，式中1-与机床夹具有关的加工误差；w-与工序中夹具以外其他因素有关的误差-工序误差夹具有关的加工误差1一般包括工件夹具中的定位误差b;工件在加紧时产生的误差;夹具相对于机床成形运动的位置误差;夹具想对于刀具的位置误差;以及夹具产生磨损造成的加工误差等。为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例，由上式可见，应当尽量减小与夹具有关的误差。其中除了在夹具的制造，安装，调整，使用中产生的误差外。在夹具设计时的的正确计算和减小工件在夹具中的定位误差，是必须解决的重要问题之一。定位误差是工件在夹具中定位时，工序基准（一批零件的）位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的变动所引起的，因此在夹具设计时，应当尽可能选折工序基准为定位基准并选折精度较高的表面作为定位基准。一般应使定位误差控制在有关尺寸内或者位置公差的1/31/5。连杆的定位误差分为水平方向的和垂直方向的。连杆垂直方向，连杆的工序基准为零件的端面，定位基准为零件的中心线。所以两基准不重合，存在基准不重合误差。b=0.025mm，j=0。以水平方向的d=b+j=0.025=0.025mm1/3*0.053mm。连杆水平方向也存在基准不重合，d=b+j=1.51/3*0.1mm。所以满足要求，方案合格。6.方案综合评价与结论在设计夹具时，应注意提高劳动生产率。为此，首先着眼于机动夹紧，而非手动夹紧，因为这是提高劳动生产率的重要途径，本道工序选用了动夹紧方式。本工序切削力较大，为了夹紧元件，势必增大气压缸缸直径，而这样将使整个夹具庞大，因此，有三个措施：一是提高制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择比较理想的扩力机构；三是在可能情况下，适当提高压力，以增大推力。由于本夹具是由固定V形块、活动V形块和圆形平面对刀块，三者结合共同作为该夹具的定位元件，对于支承板和对刀块都有较高的尺寸和和位置精度要求。其中，支承板与工件接触的平面与夹具体底座平行。所有支承板与夹具体都采用普通螺栓钉进行联接，一旦支承板受磨损，可拆换。因为该铣床夹具受较大的切削力，因此要有足够的稳定性，为此通过两个定位建于铣床工作台的T形槽相配合来确定夹具在机床上的方位。定位键与夹具体的配合采用H7/h6，另外在该夹具体的两头没有耳座，可通过螺栓将夹具牢固的紧固在机床的工作台上。致谢本次毕业设计虽然仅仅经历了短暂的三个星期，但是它浓缩了机械制造技术基础和大部分专业课的全过程，体现了我们对所学知识的掌握和领悟程度。由于我们是第一次进行整体性地设计，不可避免地碰到了许多困难，有时甚至会感到无法下手。无论碰到什么样的困难，我都没有退缩，凭借着一股求知的热情，再加上指导老师的帮助，然后再回到书本攻克一个又一个的难题，最终圆满地完成了本次设计。通过本次毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，对机械制造技术基础和大部分专业课所学到的东西进行了归纳总结，找到了各种学科之间的交叉点，同时构成了一个知识网络，形成了一个整体的知识体系，进一步完善了自己的知识结构。对所学习知识点进行查漏补缺，并了解学习了新的知识，开阔了视野，拓宽了自己的知识面。养成了勤学好问的习惯，同时具有了一定的创新思维。利用理论知识解决实际问题的能力得到了提高，为以后正确解决工作和学习中的问题打下了坚实的基础。学会了充分地利用网络资源查阅相关资料，以及借助前人的研究成果寻求解决问题的思维方法，对新信息和新知识及时