毕业设计（论文）-连杆加工工艺及夹具设计（全套图纸）.pdf

毕业设计论文 1 目录目录 一、零件的分析 2 1零件的作用 2 2零件的工艺分析2 二、工艺规程设计 3 1.定位基准的选择 3 2.制定工艺路线 5 三、确定毛坯尺寸，工序尺寸，加工余量 7 1.确定毛坯尺寸 7 2. 确定工序尺寸 7 四、确定切削用量及基本工时 8 五、夹具设计 16 六参考文献 20 毕业设计论文 2 一、零件的分析一、零件的分析 1.零件的的作用 连杆是主要传力部件之一，其小头经活塞销与活塞连接，大头与 曲轴连杆轴颈连接。燃烧室内受压缩的油气混合气体经点火燃烧后 急剧膨胀，以很大的压力压向活塞顶面，连杆则将活塞所受的力传 给曲轴，推动曲轴旋转。 在工作过程中，连杆要承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，还应尽量减少惯性力的 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。 连杆大、 小头两端面对称分布在连杆中截面的两侧。 考虑到装夹、 安放 、搬运、要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。 2.连杆的工艺分析 毕业设计论文 3 连杆上需进行机械加工的主要表面为： 大、 小头孔及其两端面等。 连杆总成的技术要求如下： 1为了使连杆大、小头运动副之间配合良好，大头孔的尺寸公 差的等级取为 IT6，表面粗糙度 Ra 不大于 0.4m ；小头孔的尺寸 公差等级约取为 IT5 （加工后再按 0.0025mm 间隔分组） ， 表面粗糙度 Ra 应不大于 0.5m ；对它们的圆柱度也规定了严格的要求。 2大、小头孔的中心距的尺寸公差等级应该不低于 IT9。大、小 头孔中心线所在的公共平面为连杆平面，一般规定两孔轴线在连杆 轴线平面内的平行度公差等级应不低于 7 级，在垂直于连杆轴线平 面内的平行度公差等级应不低于 8 级。 3连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加 剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧 伤，一般规定其垂直度公差等级应不低于 9 级。 4连杆大、小头两端面间距离的基本尺寸相同，但其技术要求 是不同的。大头两端面间的尺寸公差等级为 IT9 ，表面粗糙度 Ra 不大于 0.8m ；小头两端面间的尺寸公差等级为 IT12 ，表面粗糙 度 Ra 不大于 6.3m 。 5为了保证运转平稳，对连杆小头质量差和大头质量差分别给 以较严格的规定。 二、工艺规程的设计二、工艺规程的设计 毕业设计论文 4 1.基面的选择 1. 1 粗基准的选择： (1)为保证重要表面的加工余量，应选该表面为粗基准。 (2)为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的表面为 粗基准。 (3)为保证不加工表面和加工表面的尺寸和位置要求，应选不加 工表面为粗基准。 (4)选作粗基准的加工表面应尽可能平整，没有毛边浇口或其它 缺陷。 (5)粗基准在同一方向上只允许使用一次。 1. 2 精基准的选择： (1)基准重合原则； (2)基准统一原则； (3)自为基准原则； (4)互为基准原则； (5)可靠方便原则。 1. 3 连杆基准的选择 连杆件外形较复杂而刚性较差，技术要求又高，恰当的选择机械 加工中的定位基准是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。 在连杆的实际加工过程中，一般都对连杆进行完全定位，即按六 点定位原理来限制连杆的六个自由度。多数情况下，选用大、小头 端面作为主要的定位基准，使零件的支承面积大、定位稳定、装夹 方便。 同时选用小头孔和大头孔连杆体的外侧面作为一般定位基准， 从而限制了连杆的六个自由度。 毕业设计论文 5 选用连杆端面和小头孔作为定位基准，不仅便于在加工过程中实 现基准统一，更重要的是使连杆的重要技术要求（如大、小头孔之 间的中心距要求，大、小头孔中心线在两个相互垂直的方向上的平 行度要求，端面与大头孔中心线的垂直度要求，两端面之间的距离 要求等）在加工过程中实现基准重合，以减小定位误差。 因此连杆体外侧面为粗基准，连杆两端面为精基准。 2.工艺路线的制定 制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位 置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定的为大 量生产的前提下可考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工 序集中来提高生产效率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使 生产成本尽量下降。 工艺路线方案 工序一：铣两尾端； 工序二：打顶针孔； 工序三：车工艺销子； 工序四：铣小端销子扁； 工序五：车外形； 工序六：车光滑过渡外形； 工序七：铣平面； 工序八：磨平面； 毕业设计论文 6 工序九：钻铰小孔； 工序十：钻大孔； 工序十一：镗大孔； 工序十二：拉制内槽； 工序十三：车内球面； 工序十四：镀铜； 工序十五：渗碳； 工序十六：除铜； 工序十七：钳工校正小孔； 工序十八：热处理； 工序十九：研磨顶针孔； 工序二十：磨外圆； 工序二十一：磨大端平面； 工序二十二：磨小端平面； 工序二十三：磨小孔； 工序二十四：磨 40 内孔； 工序二十五：粗磨内球面； 工序二十六：时效处理； 工序二十七：精磨内球面； 工序二十八：切除二尾 毕业设计论文 7 工序二十九：铣大端外圆； 工序三十：研磨小孔； 工序三十一：去毛刺； 工序三十二：清洗； 工序三十三：终检； 工序三十四：校正。 三、确定毛坯尺寸，工序尺寸，加工余量三、确定毛坯尺寸，工序尺寸，加工余量 连杆材料为 12Cr2Ni4A， 毛坯采用模锻法制造， 根据上述原始资料及 加工工艺，分别确定各表面的加工余量、工序尺寸如下： 连杆两端面的加工余量 两端面只进行磨削加工，单边余量 0.8mm， 大头孔加工余量 该孔安排工艺为扩粗镗半精镗精镗， IT6， 表面粗糙度 Ra0.4。 总余量 2mm，扩孔余量 1.5mm，粗镗余量 0.3mm，半精镗、精镗余量 0.13 mm，珩磨余量 0.07mm。 大小头凸块及两侧面加工余量 大小头凸块上端余量 2mm，加工工艺安排为拉削 小头孔加工余量 毕业设计论文 8 小头孔加工工艺安排为钻粗铰半精磨精磨， 公差等级 IT7， 表 面粗糙度 Ra0.6。总余量 2mm，钻削余量 1.5mm，粗镗余量 0.3mm， 半精镗余量 0.1mm，精镗余量为 0.1mm。 螺母座面单边加工余量 0.8mm， 垂直度要求1000.25 ， 加工工艺 安排为粗锪 精铣 四、确定切削用量及基本工时四、确定切削用量及基本工时 通过对零件图纸的分析，获得其中的技术要求，由技术要求来 选择各工序加工所需要的刀具，量具，夹具等设备并通过刀具的参 数来确定各工序的切削速度，加工余量等切削参数，由此再计算工 时。 确定切削用量的方法有计算法、查表法、估计法。对于单件小批生 产，常常不规定切削用量，而由工人在加工时根据具体情况合理选 择。大批量生产中，对各工序的切削用量一般应进行准确计算，并 填入工艺卡片。工时包括机加工工时，还包括工件的装卸、机床换 刀等辅助时间，通过工时的计算，可以验证所安排的工序是否符合 生产纲领与现有设备的要求。 1.工序七：铣两端面 毕业设计论文 9 （1）切削用量 本工序为粗铣，两端面。选用机床：61W 万能升 降台铣床。用硬质合金端铣刀，取铣刀直径 d=60mm，粗齿，z=4 齿。 选择主偏角主 Kr=60，副偏角 Kr=2 （2）确定粗铣阶段背吃刀量 p a 由于单边加工余量为 3mm，小于 5mm ，所以背吃刀量 p a=3mm （3） 确定粗铣阶段进给量 f 根据 切削用量简明手册 表 3.3 可知， z f =0.060.12mm/z, 取 z f=0.1 mm/齿。 （4)粗铣阶段切削速度的确定 查切削用量简明手册表 3.29,取 v=38m/min 则： s n =1000v/d=96（r/min） 根据说明书，取主轴实际转速 w n=100r/min,则实际切削速度 v=d w n/1000=39.27（r/min） 当 w n=100r/min 时，刀具每分钟进给量 m f应为 m f= z fZ w n=0.120100=200(mm/min) 查机床说明书，取实际进给速度 m f=205mm/min,则实际进给量 z f= m f/Z w n=0.1025(mm/Z) 切削工时：查工艺手册表 6.2-1，切入长度 L1=1.7mm,超出 长度 L2=3 mm。于是行程长度为 L0L1L2，则机动工时为 Tm= （L0L1L2）/ m f=（321.73） /205=0.18(min) （5）确定半精铣阶段背吃刀量 p a ，由于单边加工余量为 1mm ， 所以背吃刀量 p a=1mm 毕业设计论文 10 （6）确定半精铣阶段进给量 f 根据切削用量简明手册表 3.3 可知， z f =0.060.12mm/z, 取 z f=0.08 mm/齿。 （7）半精铣阶段切削速度的确定 查切削用量简明手册表 3.29，取 v=45m/min,则 s n=1000v/d=114.6(r/min) 根据说明书，取主轴转速 w n=125r/min,则实际切削速度 v=d w n/1000=49(m/min) 当 w n=125r/min 时,工作合每分钟进给量 m f为 m f= f w nz=1=0.0820125=200(mm/min) 查机床使用说明书,取刀具实际进给速度为 m f=205 mm/min,则 实际进给量为 f= m f/z w n=205/(20125)=0.082(mm/z) 切削工时:由粗铣加工可知,刀具行程为 L0L1L2，则机动工 时 m t= （ L0 L1 L2 ） / m f= （ 32+1.7+3 ） /205=0.18(min) （8）确定精铣阶段背吃刀量 p a，由于加工余量为 0.5mm，只需一 次精铣，所以 p a=0.5 （9)确定精铣阶段进给量 f 根据切削用量简明手册表 3.3 可知， z f =0.060.12mm/z, 取 z f=0.06 mm/齿。 （10） 精铣阶段切削速度的确定 查 切削用量简明手册 表 3.29， 取切削速度 v=54m/min,则 毕业设计论文 11 s n=1000v/d=137(r/min) 按说明书，取主轴转速 w n=125r/min,则实际切削速度 v=d w n/1000=49(m/min) 当 w n=125r/min 时，刀具每分钟进给量 m f为 m f=fz w n=0.0620125=150(mm/min) 查说明书，取实际进给速度为 m f=166 mm/min,则进给量为 f= m f/ z w n=166/(20125)=0.066(mm/z) 切削工时：由工步 1 可知，刀具行程为 L0L1L2，则机动工 时 m t= （L0L1L2）/ m f=0.22(min) 2.工序九：钻铰小孔 钻、铰16 孔。选用 Z525 立式钻床。 （1）钻的切削用量 钻 d=14.8mm 两孔，选用高速钢麻花 钻,d=14.8mm （2）确定切削背吃刀量 单边切削深度 a p=d/2=7.8/2=3.9mm。 （3）切削速度的确定 （4）查表，f=0.220.26mm/r,取 f=0.22mm/r. 查表，取 v=0.2m/s=12m/min,则 n s =1000v/d=100012/( 14.8)=258.2(r/min) 取 n w=545r/min,所以实际切削速度为： v=d n w /1000=14.8 毕业设计论文 12 545/1000=25.33(m/min) 切削工时： 查 工艺手册 得 L1=3.4mm,L2=1.0mm,则钻14.8mm 孔的机动工时为： T m= (L+L1+L2)/f nw= (11+3.4+1.0)/(0.22 545)=0.27(min) （4)铰的切削用量 粗铰15.3mm 的两孔，选用高速钢铰 刀,d=15.3mm （5)确定切削背吃刀量 单边切削深度 a p=z/2=0.16/2=0.08mm 切 削速度的确定 （6）切削速度的确定 查切削用量简明手册 ，取 f=0.81mm/r. 查切削用量简明手册 ，取 v=0.22m/s=13.2m/min,则 n s =1000v/d=100013.2/( 15.3)=527.85(r/min) 取 n w=545r/min,所以实际切削速度为： v=d n w /1000=15.3 545/1000=13.63(m/min) 切削工时：查工艺手册得 L1=1.08mm,L2=11mm,则粗铰 15.3H7mm 孔的机动工时为： T m= (L+L1+L2)/f nw=2(11+1.08+11)/(0.81 545)=0.105(min) 3.工序十：钻大孔 毕业设计论文 13 钻、铰40 孔。选用 Z525 立式钻床。 （5）钻的切削用量 钻 d=38mm 两孔， 选用高速钢麻花钻,d=38mm （6）确定切削背吃刀量 单边切削深度 a p=d/2=7.8/2=3.9mm。 （7）切削速度的确定 （8）查表，f=0.220.26mm/r,取 f=0.22mm/r. 查表，取 v=0.2m/s=12m/min,则 n s =1000v/d=100012/( 38)=258.2(r/min) 取 n w=545r/min,所以实际切削速度为： v=d n w/1000=38545/1000=25.33(m/min) 切削工时：查工艺手册得 L1=3.4mm,L2=1.0mm,则钻38mm8 孔的机动工时为： T m=8(L+L1+L2)/f nw =8(11+3.4+1.0)/(0.22 545)=0.27(min) 3.工序十一：镗大孔 刀具： 精镗刀，r k =60由 机械加工工艺手册 查得进给量 f =0.08 0.15mm/r，取 0.15mm/r。主轴转速 n=800mm/r，加工工时计算公式 nf l tm= nf llll 321 + = l镗床加工长度 1 l 与刀具偏角有关的长度补偿 ()32 1 + = r p tgk a l 毕业设计论文 14 ()3260 75 . 0 + = o tg ()3243 . 0 += 取 3mm 2 l 切入长度 3 l 切出长度 所以，大头孔 15 . 0 800 54338 + = m t =0.42min 4.工序十二：拉制内槽 机床:L6110 卧式拉床 拉削进给量 0.05mm/z，拉削速度v=211m/min 由机械加工工艺手册查得切削时间 zvf klz t z b m 1000 = b z 单边加工余量，这里为 1.5mm; l工件表面拉削部分长度，l=38mm =1.171.25 考虑校准部分长度系数，无校准部分时取 1，取 1 k=1.141.5 考虑机床返回行程系数,取 1.3 z f 每齿进给量 z拉刀齿数，z=6 v取 6m/min，故 605 . 0 61000 3 . 11385 . 1 = m t min41. 0= 5.工序二十一：磨大端平面 机床：卧轴矩台平面磨床 M7150 刀具：氮硅硼，80500 计算切削用量： 单边余量0.1mm， 由 机械加工工艺手册 查得主轴转速n=1450r/min， 进给速度 v=0.1330.25m/s 所以 v ll tm 1000 1 + = 毕业设计论文 15 2 . 01000 20226 + = =1.23min 1 l切出长度，取 20mm 6.工序二十九：铣大端外圆 刀具：直齿三面刃铣刀 GB111785 轴瓦锁口槽宽 5mm，由机械加工工艺手册查得每齿进给量 = z f 0.0040.008mm/z，取 0.006mm/z，进给速度 =v 145170m/min， 取 150m/min,铣削深度 p a =3mm。 由刀具手册选取齿数 14，直径 d=50 mm。 所以主轴转速 d v n 1000 = 50 1501000 = =954.9r/min 由机床手册取n=950r/min 实际切削速度 1000 dn v = 1000 95050 = min/2 .149 m= 当n=950r/min 时，工作台每分钟进给量 nffm= 006. 014950= =79.8mm/min 切削工时：由机械制造工艺设计简明手册表 6.27 查得 mc m f ll t 1 + = l切削加工长度，l=8mm 1 l 道具切入长度， 1 l =3mm 毕业设计论文 16 mc f 工作台的垂直进给量，查得 mc f =20mm/min 所以， 20 38+ = m t =0.55min 五五.夹夹 具具 设设 计计 在机械加工中，工件应准确地放在机床合适的位置上，使工件 相对于刀具及机床占有正确的加工位置。保证其被加工表面达到工 序所规定的各种技术要求，就要对工件在机床上进行定位。工件定 位后，还需对工件压紧夹牢，使其在加工过程中不发生位置变化， 这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程称为安装。 （常用的安装 机构为夹具） 常用的定位方法有直接找正定位法，划线中定位法，夹具定位 法。前两种定位法，精度较低，一般只用于单件小批生产。夹具定 位精度高且稳定，装卸方便省时，广泛应用于大批大量生产中。 夹具除定位加紧的功能外，还具有调整刀具的位置，保证加工 尺寸精度。为刀具导向等作用。 夹具的分类方法很多，按应用范围分：通用（可调整）夹具， 毕业设计论文 17 专用夹具，组合夹具，成组夹具，拼拆式夹具等；按动力源分：可 分为气液增压夹具，电动夹具，磁力夹具，真空夹具，离心力夹具 等；按机床种类分:：车床夹具，铣床，钻床夹具，磨床夹具等。 本设计使用铣床进行大批大量生产，因此采用液压夹紧的的专 用铣床夹具。 夹具的种类众多，一般共有的组成部分有：定位元件（定位销， V 型架等） ，夹紧装置，与机床连接件，对刀导向件，夹具体。现以 铣连杆体单一侧面的专用夹具为例来说明加工本零件专用夹具的设 计过程。 经过与指导教师的协商，决定设计车40mm 的大孔和铣大端外 圆专用夹具。 车床夹具现有关说明如下。 （1）定位方案 工件以16mm 孔、 大端销子和大端一个端面 为定位基准，采用平面与定位销组合的定位方案，在大端销子上用 挡块定位、 16mm 孔上用菱形销定位。 其中圆挡块限制 2 个自由度， 菱形销限制 1 个自由度，一个面限制了 3 个自由度，这样就共限制 了 6 个自由度 （2）夹紧机构 根据生产率要求， 运用手动加紧可以满足。 采用螺纹销加紧机构， 通过拧紧螺母 M12 使工件与