连杆加工工艺及端面铣夹具设计任务书.doc

设计连杆加工工艺及铣床夹具 1、引言机械工业是国民经济的装备部，它为国民经济各部门，包括国防和科学进步及发展提供先进的工作方式和装备。同时它也是国家工业化程度的表征。改革开放20年以来，我国机械工业得到了迅猛发展，但与发达国家还有明显的差距，还需一又一代的有志青年不断努力，发展创新。本次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！2、设计思路连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。 连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40r或40MnB等调质钢，但现在国外所广泛采用的先进连杆裂解（conrod fracture splitting）的加工技术要求其脆性较大，硬度更高，因此，以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等(以上均为德国din标准)。合金钢虽具有很高强度，担对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期效果。3、连杆零件机械加工工艺规程的编制31计算生产纲领，确定生产类型生产纲领是指企业在计划期间应当生产的产品产量和进度计划。计划期常为1年，又叫年产量。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程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备等。零件生产纲领可按下式算。N=Qn(1+a%)(1+b%)根据规定选用中批量生产。中批量生产具有以下工艺特征：（1） 零件的互换性：大部分具有互换性，装配精度要求高时，灵活应用分组装配法和调整法，同时还保留某些修配法。（2） 毛坯的制造方法和加工余量：部分采用金属模铸造或模锻。毛坯精度和加工余量中等。（3） 机床设备及其布置形式：部分通用机床和高效机床。按工件类别分工段排列设备。（4） 工艺装备：广泛采用夹具，部分靠找正装夹达到精度要求。较多采用专用刀具和量具。（5） 对工人的技术要求：需一定技术水平的工人。（6） 工艺文件：有工艺过程卡，关键零件要工序卡。（7） 成本：中等。32零件的分析321零件的分析（1）加工表面的尺寸精度和形状精度。（2）主要加工表面之间的相互位置精度。（3）加工表面的粗糙度及其它方面的表面质量要求。（4）热处理及其它要求。连杆零件的图样的视图的正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。大小孔的粗糙度要求都较高，需要绞也，大孔端面粗糙度也较高磨削，大孔及其端面还渗碳处理，小孔两端面粗铣即可。本零件大小头孔的加工并不困难。根据零件的技术要求，其大小头孔两中心的平行度要求不是太高，达0.1因此在加工时要设计一夹具来保证两孔的中心平行度要求。322确定连杆毛坯确定毛坯时要考虑以下因素：（1）零件的材料及其力学性能。（2）零件的形状和尺寸。（3）生产类型。（4）具体生产条件。（5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。根据技术要求，零件材料选用20CrMnMo，抽模角为7度。毛坯可采用模锻成型。零件不复杂，模锻时使毛坯和零件的外形接近。两孔不用锻出，加工时采用钻削。通过查加工余量表得两端面加工余量为3mm。3.3工艺规程设计331定位基面的选择定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。基面选择得正确，合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题：（1）以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度，使整个机械加工工艺过程顺利进行？（2）为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面？（3）是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面？精基面的选择：根据基面的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准。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，并用大头孔处指定一侧的外圆面作为另一基面。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头孔的中心距。这样就使各工序的定位基准统一起来，减少定位误差。再深入研究一下：根据零件图，连杆零件的大小头孔有两端面都不在同一平面上，不能同时加工出来，这对作为定位基准面来说是不利的。因此，在加工时需注意其定位方案的合理性。小头孔外圆作为基面，所以小头孔外圆表面的加工安排得比较早。在小头孔与大头孔作为定位基面的加工工序且钻孔、扩孔、铰孔，这些工序对于加工后的孔与孔的平行度不易保证，有时会影响到到后续工序的加工精度，因此，在加工时应注意，选用合理的定位方案。在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坏表面，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。连杆加工就是如此。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。但是由于毛坯表面不平整，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。332连杆零件表面加工方法的选择 在零件各表面加工方法和方案的选择时应考虑以下因素：工件材料的性质。工件的形状和尺寸。生产类型及考虑生产率和经济性问题。具体的生产条件。充分考虑利用新工艺、新技术的可能性，提高工艺水平。本零件的加工面有：大小头孔两端面，小头孔外圆，大小头孔。大头孔端面：有公差，表面粗糙度为Ra0.8um。需进行粗铣及半精铣，磨削。小头孔端面：无公差，表面粗糙度为Ra12.5um。粗铣即可。55的大头孔：公差等级较低，但表面粗糙度为Ra0.4um,采用钻孔粗镗半精镗精镗磨削加工。38H7的小孔：公差等级7级，表面粗糙度Ra1.6um，采用钻孔粗镗精镗加工即可。零件各表面加工顺序的确定机械加工顺序安排根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特点，先安排大小头孔两端面的加工，接着安排大小头两孔加工，然后磨削大端平面，及大端孔。热处理工序的安排由于毛坯为模锻件，在机械加工之前，首先安排正火处理，以消除锻造应力，改善金属组织，细化晶粒，改善切削性能。在加工完毕后要进行渗碳处理。安排最终检验。观察外表缺陷及目测表面粗糙度。检验主要表面的尺寸精度。检验主要表面的位置精度。333制定工艺路线制定工艺路线主要是确定加工方法和划分加工阶段。选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各个方面工艺因素的影响。一般是根据主要表面的技术条件先确定加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再研确定其他次要表面的加工方法。在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中的大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工序及其他辅助工序。安排加工路线图表：当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较大的差别，先在列出连杆零件中量生产时的工艺路线。工序10：铣连杆零件大小头孔两端面，大端面要进行精铣（留一定余量）。工序20：钻小头端38mm的通孔，再镗至38H7mm深26mm。工序30：钻大头端55mm的通孔，然后镗孔（留一定余量）。工序40：磨削大端平面及孔。334选择加工设备及工艺装备（1）根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，合理确定机床种类及规格。（2）根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。（3）根据工件材料和切削用量和生产率的要求，选择刀具，应注意尽量选择标准刀具。（4）根据批量和加工精度选择量具。由于生产类型为中批生产，故加工设备宜以部分通用机床和高效机床，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。选择机床工序10：是粗铣和半精铣。本零件外轮廓尺寸不大。精度要求不是很高，选用X5025。工序20，30：可以在立式钻床上加工。可选用Z5140立式钻床。工序40：可以在立式磨床上加工，可选用M618。选择夹具本连杆零件除加工大小头两端面需设计专用夹具外，其它各工序使用通用夹具即可。选择刀具铣大小头两端面时，铣刀选A类可转位面铣刀直径为50mm。钻镗38H7mm的小头端孔，选用锥柄麻花钻，粗精镗刀。钻镗55mm的大头端孔：选用锥柄麻花钻，粗精镗刀。磨削大头端面时选用80磨盘。磨大头孔时用30磨盘。选择量具：选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。选择加工孔用量具，可选内径百分尺，选分度值为0.01mm。大端厚度用025mm的外径千分尺，分度值为0.01mm。其它用卡尺即可。335加工工序设计、工序尺寸及切削用量的计算（1）用查表法确定工序余量。（2）当无基准转换时，工序尺寸及其公差的确定首先明确工序的加工精度。（3）当有基准转换时的工序尺寸及其公差应由解算工艺尺寸链获得。（4）确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后尺寸往前推算，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只与工序的加工加工余量有关。有基准转换时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。切削用量的选择单件小批量生产，一般可由操作人员自定，大批中批量生产条件下，工艺规程必须给定切削用量的详细数值，选择原则是确保质量的前提下具有较高的生产率和经济性，具体选用可参考各类工艺人员手册。(1)工序10粗铣及半精铣大小头孔两端面查有关手册平面加工余量表，得半精工加工余量Z为1mm，已知端面总余量Z总为3mm,故粗加工余量Z=(3-1)mm=2mm。半精铣右端面以左端面定位，工序尺寸为：X小精为30mm，X大精为20mm。查教材表316平面加工方法，得粗铣加工公差等级为IT1113，取IT11，其公差T小精=0.13mm，T大精=0.19mm，所以X小精=(300.065)mm，X大精=(200.095)mm。加工端面的工步余量和工序尺寸及公差/mm加工表面工序边余量/mm工序尺寸及公差/mm表面粗糙度/um 粗 半精粗 半精粗 半精 小头孔右端面2 1200.065 200.03763 3.2大头孔右端面2 1300.097 300.02663 3.2小头孔左端面2 1170.065 17-0.563 3.2大头孔左端面2 1270.095 270.02663 3.2校核精铣余量Z精Z小精=X小精min-X小精max=(20-0.13)-(19+0)mm=0.87mmZ大精=X大精min-X大精max=(30-0.19)-29mm=0.81mm故余量足够。查阅有关资料手册，取粗铣的每齿进给量fz=mm/z；半精铣的每转进给量f=0.05mm/z,粗铣走刀1次，ap=2mm ；故相应的切削速度分别为：粗加工 Vc=Dn粗/1000=3.14*50*150/1000m/min=23.55m/min半精加工Vc=Dn 粗/1000=3.14*50*300/1000m/min=47.1m/min(2)工序20：钻、镗38mm的孔38H7的孔钻、扩、铰余量参考有关资料手册Z粗=0.9mm,Z精=0.1mm，由此可推算出Z钻=（38/2-0.9-0.1）=18mm。钻、镗38H7的加工余量加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸深度38H7钻孔18IT11362638H7粗镗0.9（单边）IT10（58um）37。8+0.582638H7精镗01（单边）IT7(16um)38+0.01626工序30：钻、镗大头端55的孔55的孔，扩余量参考有关手册取Z扩=0.9mm。由此可算出Z钻=(55/2-0.9)=26.6mm钻、扩、大头端30H11mm的孔的加工余量表加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸55钻孔26.6-53.255扩孔09（单边）_55+0.13其它工序的切削用量及其余次要工序设计略。336时间定额的算计算工序20的时间定额 机动时间。参考有关资料，得钻孔的计算公式为：Tj=(1+L1+L2)/fn L1=D/2cotkr+(12)L2=14,钻盲孔时L2=0。对钻36mm的孔有： L1=D/2cotkr+(12)=36/2cot(180/2)+1.5mm1.24min参考有关资料，扩孔的计算公式为：Tj=(1+L1+L2)/fnL1=(D-d1)/2cotkr+(12)扩盲孔和铰盲孔时L2=0。对扩孔37.8mm有：L1=（D-d1）/2cotkr+(12)=(37.8-36)/2cot60+1.5mm1.6minL=40mm,取12=0mm。将以上数据及前面已选定的f及n代入公式得：Tj=(40+2+0)/0.3*300min3.5min对铰孔38mm有：L1=(D-d1)/2cotkr+(12)=(38-37.8)/2cot45+1.51.35min将以上数据及前面已选定的f及b代入公式得：Tj=(40+1.6+0)/0.3*400min0.35min 机动时间Tj（既基本时间tb）为：Tb=(1.24+1.6+1.35)=4.19min。其余时间定额计算略。337连杆加工工艺过程工序号工序内容定位基准1模锻2调质3磁性探伤4粗、精铣两平面大头孔壁，小头外廓端面5钻、镗小头端孔大、小头端面，小头外廓工艺凸台6钻、镗大头端孔大、小头端面，大头外廓工艺凸台7磨削大头端面及孔大头孔壁，小头外廓端面8渗碳9清洗10打印件号11检验4、连杆零件铣床夹具设计1、对加工件进行工艺分析：加工过的大小孔径分别为11mm和24mm，两孔中心距为 420.02 mm,厚度为26mm。 在加工槽时，槽的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高，由铣削直接加工就可以达到要求，其中槽的宽度由刀具的工件已尺寸保证，槽的深度尺寸和位置精度由设计的夹具来保证。槽的位置包括如下两方面要求： 1.1、加工槽的宽度为11mm，且两个侧面相对于中心面A对称度为0.1mm； 1.2、加工槽的深度为320.2mm。2、定位方案设计： 根据加工槽两侧面相对于中心面对称要求，需要限制工件X方向转动自由度、Y方向转动自由度和Z方向转动自由度；根据加工槽宽度和深度要求，需要限制工件X方向移动自由度和Z方向移动自由度。但考虑到加工时工件定位的稳定性，可以将六个不定度全部限制。 工件相对中心面对称，要实现加工槽两侧面相对中心面对称的要求，且根据基准重合的原则应选A面作为定位基准，但A面实际不存在，故可选工件的两侧面M或N的任一面作为定位基准，限制三个不定自由度，此为第一定位基准。2.1、计算定位误差：现选取工件上两孔与两定位销的配合均为H7/g6，则圆柱销的直径尺寸为11mm,菱形销的圆弧部分直径尺寸为24mm，b=5mm,B=d-3=24mm。圆柱销与菱形销之间的中心距为420.02 mm。工件在夹具中定位产生的定位误差，其值应控制在工件相对尺寸或位置公差的，为此需对每一项工序加工要求逐一进行分析。2.1.1、对加工槽深尺寸A进行分析 加工槽的深度尺寸的工序基准为工件小孔外圆面的上母线，定位基准为圆柱销中心线，则定位（A）=位置+不重 =0.035+0.04=0.075mm 因定位（A）值小于工序尺寸公差值（0.6mm）的，故能满足工序加工要求。2.1.2、对加工槽两侧面对中心面A对称度进行分析 加工槽的位置精度对称度的工序基准是中心面A，而定位基准为第一基准平面，这里忽略基准的位移误差，则 定位（对称度）=位置+不重=0+0.03=0.03mm 因定位（对称度）值小于工序位置精度要求的公差值（0.1mm）的，故能满足工序加工要求。3、导引方案设计：对此方案，我们采用每加工一批工件，只安装调整一次夹具，通过试切数个工件来对刀的，此种方案对导引方案的要求很高，如右图所示：我们要保证的第一个精度是槽的宽度11mm关于工件厚度方向上的对称中心的对称性如，第二个精度为槽的深度即尺寸A。所以对导引元件初步设计方案为一个方形的块如右图所示，用于安装在夹具体上。正确的安装方法见夹具装配图。4、夹紧方案设计：对此工件的铣削加工，我们所采用的是一面和两个定位销的原理，而且我们拟定采用的是手动夹紧，为了节约成本，我们采用一个压块，一个螺母对其压紧，夹紧方案的初步确定如右图所示（局部图）：根据工件上大孔的尺寸、菱形销、螺杆的尺寸大小，我们选用m10的压紧螺母，对压块的尺寸我们拟定为厚度5mm，直径为35mm。具体见附录中的零件图。计算切削力 刀具：高速钢直齿三面刃铣刀。 D=80mm. Z=18 =2448N校核定位销： 根据公式：可知直径为10mm的螺杆和m10的螺母能满足夹紧力的要求。夹紧力：由于工作状态原因，切削力与夹紧力在空间上是相互垂直的。螺母提供的夹紧力足以夹紧，故无须验算。5、其它装置设计：铣床夹具依靠夹具体底面和定向键侧面与机床工作台上平面及T型槽相连接，以保证定位元件对工作台和导轨具有正确的相对位置。为了减小安装时的偏斜角的误差，安装定向键时应当使它们靠向T型槽的同一侧。对定向键的直角部分都倒2*45的倒角，在夹具体与定向键的连接部分中的直角开出凹槽，如图中的小凹槽。定向键与夹具体采用螺钉连接，至于定向键的大小要根据铣床工作台是具体情况而定，在此我们就不对定向键的尺寸大小进行说明。6、夹具体设计：在夹具体设计方面，我们采用了一个直角块，来进行大体上的定位，而且要设置导引装置的安装位置，对各个面的要求见零件图，（右图为夹具体的立体图）夹具体通过安装在夹具体上的定向键进而与铣床的工作台连接，从而实现对夹具的固定。此夹具在有加强筋的情况下，具有足够的刚度与强度，安放稳定，