铣床夹具设计毕业论文.doc

重庆工商职业学院机电工程系毕业论文毕业设计设计题目：K19连杆110序的铣床夹具设计项目成员: 卢泽波 罗勇 谭骏骒系 别: 机 电 工 程 系 班 级: 09 机电一体化(数控)班 指导老师: 陈 泉 朱学彬 摘 要连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。关键词: 连杆，变形，加工工艺，夹具设计 目 录前言1毕业设计的目的11 课题简介22 设计内容22.1K19连杆的结构特点分析22.2连杆的作用32.3连杆的主要技术要求33 夹具设计43.1专用夹具设计的基本要求43.2问题的提出53.3零件定位基准面的选择53.4定位基准的选择53.5K19连杆专用夹具设计的方法及步骤54设计夹具路线方案64.1绘制夹具各个零（部）件图6-114.2绘制夹具总图125定位误差分析125.1定位元件尺寸及公差的确定125.2公差的计算136夹具设计及操作简要说明14结论22参考文献23致 谢24 前 言随着生活质量的提高，人们对工业产品质量的要求越来越高，对汽车产品质量，重量，工作稳定性以及可靠性都有极高的要求。连杆是发动机的高精度的关键零件，是汽车的一个重要又典型的零件，它的质量直接影响发动机的质量，从而影响整部汽车的可靠性、稳定性等性能。由于连杆技术要求很高，尤其是可靠性，因此铸造连杆已很少采用，基本以锻造加工方法成形。根据有关资料介绍，全世界仅轿车连杆的年需求量就在2.5亿支左右，其市场需求量是巨大的。汽车工业在国民经济中占有举足轻重的作用，从某种程度上讲是衡量一个国家工业发达程度的标志。连杆的生产效益直接受限于其夹具的设计，因此，夹具的发展是连杆体的基础。机械夹具毕业设计是我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练 。我们在完成毕业设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！ 毕业设计的目的毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性环节，是使学生综合运用所学过的基本理论，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓都具有一定的意义。其主要目的是：1.培养学生综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学的知识。2.培养学生树立正确的设计思想，设计思维，掌握工程设计的一般程序，规范和方法。3.培养学生正确的使用技术知识，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力和技巧。4.培养学生进行调整研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。1 课题简介本零件主要用于连接和传递及动力的场合，它要求的精度较高。其原始资料如下：零（部）件代号：3811995材料型号： 42CrMoA技术要求： 连杆体应经调质处理，硬度为HB277321生产批量： 大批量生产年产5万件左右下面是K19连杆从毛胚到110序的加工工艺卡:K19连杆的加工工艺卡(图一)重庆工商职业学院产品型号K19零(部)件代号3811995产品名称连杆材料硬度HB277-321车间K19连杆线材料型号42CrMoA材料名称45钢工序号工序名称转速(r/min)走刀量(mm/min)设备夹具代号量具名称(mm)000毛胚库无无10清洗清洗机无无20探伤、退磁探伤机、退磁机无无30粗铣有字面大头600600立式铣床KV01-01深度尺(0-200)40粗铣无字面大头600600立式铣床GK-210009-J001游标卡尺(0-200)50粗磨大头两端、退磁7400.32圆台平面磨床无外径千分尺(50-75)60粗铣小头两端面高差375300立式铣床GK-210009-J002深度尺(0-120)外径千分尺(50-75)70精铣小头两端面高差自动自动双柱平面铣K75-160外径千分尺(50-75)高差检具编制卢泽波批准陈泉共2页第 1 页K19连杆的加工工艺卡(图二)重庆工商职业学院产品型号K19零(部)件代号3811995产品名称连杆材料硬度HB277-321车间K19连杆线材料型号42CrMoA材料名称45钢工序号工序名称转速(r/min)走刀量(mm/min)设备夹具代号量具名称80粗、精铣侧面基准自动自动卧式双柱四头铣K75-102深度尺(0-200)外径千分尺(150-175)85粗、精铣小头顶面基准600375卧式铣床K75-103深度尺(0-150)90粗镗大孔机附南京粗镗床机附游标卡尺(0-150)100粗镗小孔110粗铣承压面450750立式铣床GK-210009-J011高度尺(0-500)编制卢泽波批准陈泉共2页第2 页2 设计内容2.1K19连杆的结构特点分析连杆是发动机的重要零部件，它在柴油机中，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轴瓦金属。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。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。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。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(或油槽)，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摆动运动副。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。2.2连杆的作用K19连杆的作用是用来连接和传递运动和动力的，且精度要求较高，在110序粗铣承压面时，尺寸精度要求是承压面到小头顶面基准的距离为4280.13mm，所以设计的K19连杆专用夹具要达到该尺寸要求。2.3连杆的主要技术要求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，连杆体与连杆盖的结合面及连杆承压面等。连杆总成的主要技术要求（图二）如下。图二 K19连杆总成图3 夹具设计在加工K19连杆110序粗铣承压面的过程中，为了提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计一套专用夹具来满足生产需要。3.1专用夹具的设计的基本要求1)应有足够的强度和刚度，以保证加工过程中在夹紧力、切削力等外力作用下用，不致产生不允许的变形和振动；2)力求结构简单，装卸工件方便；3)要有良好的结构工艺性和使用性；4)尺寸要稳定；5)排除切屑要方便；6)在机床上安装要稳定、可靠、安全； 7）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；8）能装夹一组具有相似性特征的工件；9）能适用于精密加工的高精度机床夹具；10）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；11）采用以气液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；12）提高机床夹具的标准化程度。3.2问题的提出本夹具主要用于加工K19连杆110序粗铣承压面，加工时保证承压面到小头顶面基准的尺寸为4280.13mm，对该夹具有一定的技术要求，但在加工本工序时，两孔没有加工，而且这个承压面还要进行精铣，因此，在本工序加工时，主要应该考虑如何提高生产率，降低劳动强度。3.3零件的定位基准面的选择基准面的选择是夹具设计中重要的工作之一，基准面选择的正确与否，可以使加工质量得到保证，使生产效率得到提高，否则不但加工过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批量报废，使生产无法正常进行。3.4定位基准的选择1)尽量使工件的定位基准与加工基准重合，避免产生基准不符误差。2)尽量用精基准作为定位基准。3)应使工件安装安稳，使在加工过程中因切削力或夹紧力而引起的变形小。4)遵守基准统一原则，减少装工件的时间，提高生产效率。5)应使工件定位方便，加紧可靠，便于操作，夹具结构简单。K19连杆在加工110序时，它的侧面基准和小头顶面基准已经加工，所以加工110序时，选择K19连杆的侧面基准和顶面基准来定位，以保证加工精度。3.5K19连杆专用夹具各个零（部）件的材料选择在选择设计夹具的材料时，应考虑材料的价格、是否耐磨和硬度等条件。K19连杆110序铣床夹具的材料选择如下：夹具零(部)键的名称材料备注夹具底板HT200材料表面镀膜夹具大头定位块T8A材料热处理HRC58夹具小头定位块T8A材料热处理HRC58夹具定位销T10材料淬火52-62HRC，这样耐磨夹具螺栓45钢标准件3.6 K19连杆专用夹具设计的方法及步骤1)定位方案的设计：根据工件的六点定位原则，K19连杆加工时是有字面向上，所以我们选择左侧面基准和小头顶面基准来定位，大头端面和小头端面为定位基面。2)导向及对刀装置的设计：由于本夹具主要是铣承压面，所以要以承压面来对刀，从而确定对刀的位置尺寸及公差。3)夹紧装置的设计：针对连杆的加工特点及加工的批量，对连杆的加紧装置应满足装卸工件方便、迅速的特点，在生产的过程中，由于条件的限制，所以我们采用手动加紧装置。4)夹具体设计：连杆的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及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。所以该K19连杆110序专用夹具的材料是采用的铸铁。5)定位精度和定位误差的计算：对用于粗加工的夹具，都应该进行定位误差和稳定性的计算，以及设计的夹具能否满足零件加工的各项尺寸要求。4设计夹具路线方案4.1绘制夹具各个零（部）件图：1)夹具底板实体图2)绘制夹具底板夹具底板上包含了大小头孔和固定定位块的螺纹孔，底板是整个夹具的基座，是夹具缺一不可的一部分。3)夹具大头定位板实体图4) 绘制大头定位板5)夹具小头定位板实体图6)绘制小头定位板7)定位块的实体图（夹具需要5个定位块）8)绘制定位块9)定位销的实体图（3个）10)绘制定位销4.2绘制夹具总体图：1)绘制夹具的实体图2)绘制夹具总图上面是K19连杆110序粗铣承压面的夹具设计全部过程，对夹具的设计的过程有了详细的了解，此夹具在加工过程中能提高效率，保证加工质量，降低劳动强度，大大提高了公司的经济效益。5定位误差分析5.1 定位元件尺寸及公差的确定夹具的主要定位元件为连杆下的一定位销，该定位后的尺寸与公差规定为本零件在工作时应该有的公差。5.2公差的计算1.已知：从刀具到定位基准A的距离经过测量为428.12mm，该普通卧式铣床在y轴的机械系统误差为0.03mm，AC为加工工序尺寸是4280.13mm。求dw。解：分析见图：其中A为定位基准。由于工序基准也是A位置，所以jb=0。T=（+0.13）-（-0.13）=0.26 。 db=428.12-0.06-428=0.06 。 dw=jb+db=0.0613 T。满足要求。（其中db是基准不重合误差，dj是基准位移误差，dw是定位误差。）2.已知连杆宽度一边为860.03mm，倒角r为80.25mm，刀柄半径R为40mm，刀具从一边移到另一半位移是82.5mm，普通卧式铣床在x轴的机械系统误差为0.15mm，加工工序尺寸为L35.50.25mm，r=80.25mm，B处凸台高为1mm，两个定位基准B、C的距离是42mm。求dw。解：分析见图：A、B、C为定位基准。而工序定位基准也是A、B、C三个面，所以jb=0。T=（+0.25）-（-0.25）=0.5 。 （860.03）-（80.25）-1.2-82.5/2-0.3=35.250.28LL=35.50.03 db=2L=0.06 dw=jb+db=0.061/3T 。满足要求。（其中db是基准不重合误差，dj是基准位移误差，dw是定位误差。）经过计算以及实践操作论证得出：该工装夹具适合K19连杆110序粗铣承压面，能在加工时达到尺寸精度。6夹具设计及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，该夹具主要是提高生产效率，降低劳动强度，增加生产量。在生产过程中采取的措施有三种：一 、提高毛坯的制造精度，控制切削方式，以降低切削力； 二 、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 、在可能的情况下，把该夹具装置改成气动装置，这样更方便，更快捷。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9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。本夹具是由定位栓，定位栓和压板来实现连杆体加工时的定位的。在安装工件时先拧松螺母，使T型压板松动，然后将工件装上，拧紧即可。在机床工作时，铣削时都有一定的配合公差要求。我觉得在本次夹具设计中，有以下两点创新的地方：（1）该专用夹具在加工过程中方便、快捷和可靠，提高生产效率，降低劳动强度，节约生产成本。（2）准确计算出公差，算出的公差在技术要求范围内，能达到尺寸精度要求。结论这次毕业设计让我更加熟悉了从理论到实践的跨越。从当初的查阅资料，到现在的设计完成，这中间有很多值得回味的地方。本设计在陈泉老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体构思和内容，无不凝聚着老师的心血和汗水，还感谢高金公司给我们提供的夹具等东西，让我们在写的过程中能得心应手，在做毕业设计的过程中起到了很大的帮助，在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。这次做设计的经历也会使我终身受益，我感受到做设计是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫设计了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业设计工作顺利完成。在这里，对于帮助我完成这次毕业设计的同学和指导老师（陈