机械毕业设计（论文）-连杆生产线连杆体钻两孔夹具设计（全套图纸）.doc

中国地质大学长城学院2012届毕业设计全套图纸加1538937061.前言由于汽车产业在实体经济中占有的比重已经极其重大，汽车的心脏是发动机，连杆是发动机的重要部件，所以连杆的发展推动了汽车一轮又一轮技术的换代，创造出更多的社会价值与实用价值。连杆加工工艺的发展对发动机能量转换起到直观重要的作用 影响到汽车温室气体的排放量。所以对于连杆的加工，也得到越来越多的重视。然而连杆性能的好坏，一是取决于材料，二是取决于工艺，在现代化高科技的发展形式下，工艺显得越来越重要。90年代末，国家机械行业迅猛发展，一些新零件开始随之出现，但是很多公司基本上没有一个固定的工艺方案，而且工艺的方法五花八门，基本上没有一个固定的好步骤，零件加工符不符合实际使用要求没有太严的限制，对于一些比较简单且要求不是很高的零件，基本上加工时没有作太严的要求。现在，随着一些客户对要求的提高，以及许多零件的性能要求开始标准化，这就要求我们必须面对现实，去做一套完整且符合使用要求的工艺，以提高零件的性能，提高公司在行业的竞争力。然而夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。2.零件的分析2.1计算生产纲领，确定生产类型生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。图1 连杆体此零件为连杆体，由设计任务书要求，此零件要求可知该零件的生产纲领为25万件/年，结合生产实际，由机械设计加工工艺书得知，N=Qn(1+%+%)，带入公式得注：N零件的生产纲领（件/年）Qn产品的年产量（台/年）%备品率 %废品率产品的年产量Qn=1件台；备品率%=5%；废品率%=1%。带入公式得：N=265000一年的工作日为220天，一天一班制，工作时间为7个小时。所以N= =173即每个小时要求生产的零件为173件。所以连杆体的生产类型为成批的大批生产类型。2.2 连杆体的加工工艺分析2.2.1连杆机械加工工序安排连杆体（盖）铣两面连杆体（盖）拉结合面连杆体（盖）钻两孔精镗大小头孔连杆体（盖）铣定位槽2.2.2连杆体加工的主要技术要求1）连杆小头孔的尺寸公差不低于IT7，表面粗糙度Ra值不大于0.80m，圆柱度公差等级不低于7级。小头衬套孔的尺寸公差不低于IT6，表面粗糙度Ra值不大于0.40m，圆柱度的公差等级不低于6级。2）连杆大头孔的尺寸公差与所用轴瓦的种类有关，当直接浇铸巴氏合金时，大头底孔为IT9；当采用厚壁轴瓦时，大头底孔为IT8；当采用薄壁轴瓦时，大头底孔为IT6，表面粗糙度值Ra值不大于0.80m，圆柱度的公差等级不低于6级。3）连杆小头孔及小头衬套轴线对连杆大头轴线的平行度：在大、小头孔轴线所决定的平面的平行方向上，平行度公差值应不大于100:0.03；垂直与上述平面方向上，平行度公差值应不大于100:0.06。连杆大、小孔中心距的极限偏差通常为0.05mm。连杆大头两端面对连杆大头孔轴线的垂直度公差不应低于8级。两端面表面粗糙度Ra值不大于1.25m.4)为了保证发动机运转平稳，对于连杆的重量及装在同一台发动机中的连杆重量差都有要求。有些对运转平稳性要求高的发动机，对连杆小头重量和大头重量分别给以规定。2.2.3连杆的材料和毛坯汽车，拖拉机发动机连杆的材料，一般采用45号钢，或40Cr，35 CrMo，并进行调质处理，以提高其强度及抗冲击能力。钢制连杆一般采用锻造。在单件小批生产时，采用自由锻造或用简单的胎模进行锻造；在大批量生产中，采用模锻，此次课题中采用后者。模锻时，一般非为两个工序进行， 初锻和终锻，通常在切边后进行热校正。中、小型的连杆，其大、小头的端面常进行精压，以提高毛坯精度。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。2.2.4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。这就给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。根据连杆加工工艺要求，连杆一般都会设置工艺凸台，其适用于产量较大时的结构形式，可是加工时的定位基准不变，有利于零件加工。本次设计中连杆体定位如图29 n汽车汽车图2 连杆体定位3.钻床的设计3.1连杆加工工序连杆体（盖）铣两面连杆体（盖）拉结合面连杆体（盖）钻两孔精镗大小头孔连杆体（盖）铣定位槽此次加工前工序锁定尺寸，连杆小头孔孔径经过钻孔、扩孔、粗铰、精铰后所得尺寸为，连杆大头厚度为。连杆体钻两孔工序为：钻底孔深27钻定位孔深5粗绞定位孔精绞定位孔攻丝M121.25-4H3.2初算加工时间3.2.1时间定额的确定根据机械制造工艺设计手册表2.438(41)选取数据钻头直径D =10.5 mm 切削速度V = 0.99 ms切削深度ap = 25 mm 进给量f = 0.12 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 945 r/min根据表3.130 按机床选取n = 1000 r/min则实际钻削速度V = Dn/（100060） = 1.04 m/s 钻削工时为：按表2.57L = 25 mm L1 = 1.5 mm L2 = 2.5mm基本时间tj = L/fn = (25+1.5+2.5)/(0.121000) = 0.24 min按表2.541 辅助时间ta = 0.45min按表2.542 其他时间tq = 0.2 min总机动时间TjTj=（0.24+0.45+0.2）=0.89 min3.3工件的夹紧3.3.1夹紧力方向及切削力的确定1、在选择夹紧力的作用点及方向时，需考虑下面几点：1)夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位。2）夹紧变形要小。3）保证加工中工件振动小。夹紧方式可有如图3所示方法图3重力，切削力，夹紧力重力的关系综上所述,故采用图2的夹紧方式，即图3中（d）所示。2、切削力大小计算查切削用量简明手册5有查手册中表2.34有=1102=0.867=0.772=-0.124=0.85所以可知=1402N在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数其中： 基本安全系数 1.5： 加工安全系数 1.1： 刀具钝化系数 1.1： 断续切削系数 1.1所以=14021.51.11.11.1=2799 N而其次是双钻头同时打孔，故 =2=5598 N3.4夹紧机构的选择3.4.1夹紧方案根据本次夹具设计的具体要求，制定以下夹紧方案：1、斜楔夹紧机构，即直接利用有斜面的楔块。2、螺旋夹紧机构，其结构简单，特别是具有增力大、自锁性能好两大特点，很适用于手动夹紧。3、偏心夹紧机构，利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件，结构简单，制造方便，夹紧迅速，操作方便，但自所能力较差，用于要求夹紧力不大的情况。4、定心夹紧机构，利用杠杆原理作用得加紧机构。综合本次设计中各种情况，选定使用定心夹紧机构。3.4.2夹具的动力装置为满足此次设计中的年生产纲领，而选用气动夹紧。3.5气缸的确定= 初选气泵压强为0.3M帕压力为30kg/平方厘米=294N/平方厘米， 则气缸面积=5598N/294N=19.04,此时汽缸直半径为2.46cm，故选取标准气缸尺寸直径50mm。3.6底座的确定3.6.1底座材料的确定底座是夹具中所有零件的基座，是支承和固定零件、钻套、气缸等部件，保证零件的正确相对位置，并承受在夹具上所受力的重要零件。考虑本次设计需要，根据机械制图6设定底座材料为HT150。3.6.2底座设计方案选择 根据本次设计相关情况，可将底座与工件的位置情况分为两种，一种为工件平放于底座上，推动装置气缸安放在底座下方，另一种为工件垂直于底座，安放于底座肋板上，推动装置气缸安放于肋板另一侧。综合工件夹紧定位、空间大小、以及经济性等几方面，决定选择后种方案。工件在底座上定位与加紧如图4图4底座与工件夹紧情况3.7定位销的选择根据六点定位法，需用连杆体小头孔定位，定位元件选择定位销，经查机床夹具设计手册选用规格为D=39 H=38的A型定位销，如图5图53.8钻模板的选择3.8.1钻模的选择钻模根据其结构特点可分为固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模等。固定式钻模在加工中相对与工件的位置保持不变，相较于其它钻模精度高，在本次设计中，由于加工数量与时间问题，选用固定式钻模。3.8.2钻套的选择钻套可分为4种类型：固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套。可换钻套以间隙配合安装在衬套中，而衬套则压入钻模板中，为防止钻套在衬套中转动，加一固定螺钉。可换钻套磨损后可以更换，故多用于大批量生产。根据本次年生产纲领为25万件，而在加工时，每加工1万件左右，钻套就会有所磨损，故选用可换钻套，保证加工质量与加工效率。3.8.3尺寸的确定本次加工属于加工连接孔的最初工序，需用10.5的钻头。钻套高度H（见图6）直接影响钻套的导向性能，同时影响刀具与钻套之间的摩擦情况，通常取H=(12.5)d=10.526.25，取H=16mm。钻套与工件之间一般应留有排屑间隙，此间隙不宜过大，以免影响导向作用，一般可取h=(0.31.2)d=3.1512.6，所以h取9mm。图6钻套高度与容屑间隙根据机床夹具设计手册选用规格为10.5F718k616的可换钻套。以规格为A1816大小的衬套定位。根据机械制图选用规格为M10的螺钉固定可换钻套。3.9定位块的选择为了保证工件可以准确定位，故在底座上安放定位块，考虑到加工零件数量较多，定位块可能磨损较快，故采用有足够韧性和较高硬度，并能承受震动的的碳素工具钢作为定位块的材料，型号T8。4.夹具设计基本要求及简要说明本课题的工艺设计中，为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具，经过与指导老师协商，决定设计在钻床上使用的加工连杆零件上两个螺栓孔的加工夹具。本工序使用机床为 Z5125立钻；刀具为通用标准刀具。考虑本课题中所设计的连杆零件的结构特点及加工要求，本工序所加工两孔（12孔和7螺纹底孔），位于一条直线上，孔径不大，工件质量较小，轮廓尺寸也不是很大，所需要的钻床夹具应考虑设计为移动式钻模。使用中，使连杆零件工件在机床上的位置固定不动。因此需要限制6个方向的自由度。因此可确定连杆零件的夹具设计为移动式钻模。4.1 夹具设计的基本要求夹具设计的基本原则是要保证产品的质量，工作效率，人身及设备的安全，以及整个社会的经济效果。夹具的专用性和复杂程度要与工件的生产批量相适应。在大批量生产中，一般针对工件的每道工序的具体要求设计专用夹具，并尽量采用高效定位，夹紧机构。夹具应满足设计图纸及加工工序对加工精度的要求。夹具对工艺过程中的该道工序，应保证工序的精度要求。在满足加工精度，效率等要求的前提下，应力求夹具结构简单，以提高夹具制造工艺性。但对底座等大型铸件，则采用形状复杂的带加强筋的壳体结构，以便在保证夹具零件的刚度和强度前提下，减轻重量，节约材料。夹具结构应注意防尘，防屑和排屑，要有必要的润滑系统，以保证机构的使用寿命，还要考虑维修的方便性。尽量降低夹具的制造成本，在不降低性能的前提下，可用廉价的代用材料。尽量采用标准元件，使夹具元件规格化，典型化，并使整个夹具组合化，以缩短夹具的制造周期，降低成本。夹具的操作要方便，安全。4.2夹具操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应注意提高该产品的生产率，为此，应该先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因此这是提高产品生产率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择该夹紧方式。本工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大汽缸直径，而这样使整个夹具庞大。因此，应首先改进降低切削力；目前采取措施有三：一 是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二 是选择一种比较理想的斜锲机构，尽量增加该机构的扩展力；三 是在可能的情况下，适当提高压缩完全的工件压力，以增加汽缸推力，结果本夹具总的感觉还比较紧凑。 定位方案的设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计中的最关键一步。定位方案的好坏，将直接影响加工精度和加工效率。定位方案一经确定，夹具的其他组成部分也大体随之而定，因此，对于定位方案必须慎重考虑，以满足设计的要求。由于定位元件的精度对加工精度影响很大，所以在设计定位元件时，其材料的选择和技术条件应有较高的要求；定位元件与工件定位基准面或配合的表面，一般不低于IT8，常选IT7甚至IT6制造；定位元件工作表面的粗糙度值一般不大于Ra1.6um，常选Ra0.8 um和Ra0.4um；采用调整法和修配法提高装配精度，以保证夹具安装面的平行度或垂直度要求。定位方案的设计，不仅要求符合六点定位要求，而且应有足够的定位精度；不仅要求定位元件的结构简单，定位可靠，而且应容易加工和装配。此外，还应对其热处理性能，经济性等多方面进行分析，论证，才能确定最佳方案。本夹具是由定位块，定位销和可调支钉来实现连杆体加工时的定位的。在机床工作时，双钻头通过钻模板对工件进行加工，在钻模板上，钻套和衬套，衬套和钻模板都有一定的配合公差要求。5.总结时光飞逝，为期两个多月的毕业设计已经接近尾声。回首这两个多月的设计过程，感慨万千。使我从中学到了以前在课内根本就学不到的东西。受益匪浅！在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。在毕业设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。在毕业设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次毕业设计真正将以前所学的联系到实际应用中来了。在这次毕业设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。在这次毕业设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。在这次毕业设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。收获：（1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了以前所学的知识。（2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。（3）学会了，分析问题，解决问题的能力。不足之处：（1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。（2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需在以后的实践中积累经验，进一步改进。综上所述：这次的毕业设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。参考文献 1 顾崇衍 机械制造工艺学 陕西：科技技术出版社，1981