连杆专用夹具设计.doc

09机制305重庆工业职业技术学院夹具设计说明书设计题目： 连杆专用夹具设计专 业：机械设计与制造 班 级： 姓 名： 指导老师： 毛国平 09机制305目 录前言-11. 零件的工艺性分析-3连杆零件结构分析-3加工表面的尺寸精度和形状精度-3主要加工表面间的相互位置精度-3热处理要求及其它要求-3加工表面粗糙度及其它方面的表面质量要求-32.工艺设计-4确定生产类型-4根据零件用途确定毛坯类型-4制定工艺路线-4连杆端面的加工-4定位基准的选择-53.拟定夹具的总体结构分析及夹具的使用说明-5确定夹具的类型-5确定工件的定位方案-5确定工件的夹紧形式-5确定刀具的对刀装置-5夹具精度的校核-64.参考文献-7零件图-8夹具装配图-17前 言连杆是发动机的主要零件之一，它连接活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴；将活塞的往复运动变为曲柄的旋转运动，又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩缩气缸中的气体。因此，连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大的冲击特性。发动机正常工作时，连杆大头约以3000r/min的转速旋转，线速度达10m/s，所以连杆在工作时，形成巨大的离心力。由于连杆横向窜动和形位误差引起连杆受压时产生弯曲，是连杆很容易断裂，断裂是连杆的主要损伤形式，对于190-12型柴油发动机连杆，其断裂率约为0.5/1000。连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状复杂，制造难度大，而且批量大，直接影响发动机质量，本篇论文详细介绍了其加工方法的拟订和确立，并对加工中某工序所采用专用夹具进行设计。从工艺与专用夹具的方向进行了一定的探讨。制造工艺的发展情况随着科学技术的发展，各料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向高质量、高生产率和低成本方向发展。电火花、电解、超声波、种新材激光、电子束和离子束加工等工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的出现，提高了更新频繁的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，大大推进了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。目前，数控机床的工艺功能已由加工循环控制、加工中心，发展到适应控制。加工循环控制虽可以实现每个加工工序的自动化，但不同的工序中刀具的更换及工件的重新装夹，仍须人工来完成。加工中心是一种高度自动化的多工序机床，能自动完成刀具的更换，工件的转位和定位，主轴和进给量的变换等，使工件在机床上只安装一次就能完成全部加工。因此，他可以显著缩短辅助时间，提高生产率，改善劳动条件，适应控制数控机床是一种具有“随机应变”功能的机床，他能在加工中，根据切削条件的变化，自动调整切削条件，是机床保持最佳状态下进行加工，因而有效提1高加工效率，扩大品种，更好的保证了加工质量，并达到最大的经济效率。近年发展起来的以计算机为行动中心，完成加工、装卸、运输、管理的柔性制造系统，具有监视、诊断、修复、自动转位加工产品的功能，使多品种、中小批量生产实现了加工自动化，大大促进了自动化的进程，尤其是将计算机辅助设计与制造结合起来而形成的计算机集成制造系统，是加工自动化向智能化方向发展的又一关键性技术，并进一步朝着网络化、集成化和智能化的方向发展。夹具的发展趋势工艺装备的设计、制造、使用和管理，体现着一个企业的工艺技术水平，夹具设计与制造又是制造环境中的生产准备周期时间和加工成本的重要因素，工装设计水平的高低，很大程度上反映出企业制造能力的高低。夹具设计与制造是机电产品设计与制造的一项重要步骤，传统的夹具设计制造时需大量的工时消耗和金属材料的消耗。目前，基于特征参数化技术已在机电产品设计与制造的各个阶段得到广泛的应用，夹具设计也必须向标准化、系统化、参数化方向发展。而且，为了适应我国加入WTO后机电产品的创新能力和尽快机电产品设计制造的全程仿真，快速组合夹具的发展正是适应了这种要求。 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。21. 零件的工艺性分析连杆零件结构分析 为了减少连杆的惯性力，要求连杆的质量要尽可能的轻，所以连杆采用“工字形”截面，以便保证有较高的强度和刚度，又能够减轻连杆的质量。各部分的精度都要求比较高,在加工大、小头孔时，都有圆柱度和互相的平行度要求，加工时必须加以注意。两端面的加工有垂直度的要求，加工过程中可考虑设计专用夹具来适合加工需要。加工时根据尺寸精度选择合理的机床设备型号。加工表面的尺寸精度和形状精度为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔尺寸公差等级为IT5，表面粗糙度Ra值应不大于0.8m，圆柱度公差为0.012 mm；小头孔尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra应不大于0.8m，圆柱度公差为0.014 mm。大、小头孔的中心线的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，造成气缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，缩短发动机的使用寿命，所以规定平行度公差为0.03/100mm；大、小头孔中心线的扭曲对不均匀磨损的影响较小，一般规定扭曲度不大于0.06/100mm。这两项技术要求，对于结构刚性较差的连杆来说，加工可能有些困难，但是为了保证发动机的使用寿命，必须达到这些要求，加工中应特别注意。主要加工表面间的相互位置精度大、小头孔的中心距影响到发动机的压缩比，即发动机的工作效率，所以规定了比较高的要求：中心距为（450.03）mm。热处理要求及其它要求加工过程中经常进行热处理，以改善其机械性能。但是热处理会引起零件较大的变形，需通过后续的加工工序来消除。该零件的热处理主要是为了增加强度，所以为消除粗加工的内应力，降低粗加工的难度 本工艺中，在粗加工之前需要调质处理，硬度为HB235-277，调质可以完全消除锻造带来的内应力，而且可以获得较高的综合机械性能。加工表面粗糙度及其它方面的表面质量要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸不相同，技术要求也是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT11，表面粗糙度Ra不大于1.6m, 小头两端面的尺寸公差等级要求不高，一般为IT12，表面粗糙度Ra不大于12.5m。这是因为连杆大头两端面与曲轴轴承座端面间有配合要求，其精度影响到安装和磨损；而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。32.工艺设计确定生产类型本课题设计的零件是汽车发动机连杆生产类型均为大批大量生产，零件的表面大都由一系列的规则的直线和圆弧组成，因此选择通用的加工方法即可。根据零件用途确定毛坯类型连杆是发动机的重要零件，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。其好坏与优劣直接影响发动机的整体性能 在工作过程中，连杆受力较复杂：一方面承受气体的压力和往复运动的惯性力所产生的冲击性拉压交变载荷；同时连杆摆动产生横向惯性力，导致其承受弯曲交变载荷。因其较长，所以要求连杆有足够的强度和剐度。在满足要求的前提下，尽量减小自身质量，以减少惯性力，保证发动机运转平稳，降低工作时的噪声和振动，因此材料选择的重要性显而易见，本次设计课题所采用的是45钢。制定工艺路线 连杆的主要加工表面为大,小头孔和两端面, 较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面, 次要加工表面为、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按杆的分全可分为三个阶段;第一个阶段为粗基准的加工。第二阶段为连杆体和盖切开前的加工,第三个阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准(两端面的加工);第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面,包括小头孔的加工,两侧面的加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗精加工等;第三分阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工, 包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工以及大头孔,小头孔的精加工。如果按主要表面的粗,精加工来划分连杆的加工阶段的话,可以按连杆合装前后业分,合装之前的工艺路线属于主要表面的粗加工阶段,合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工,精加工阶段。选择工艺为传统的生产工艺，即连杆分离面的加工“切断法”。发动机连杆分离面加工的传统方法也称作有屑切削法即在对整体毛坯连扦的两端面及大、小头孔进行加工之后。用切削的方法(铣削或锯削)将整体连杆切断分成连杆体和连杆盖两个零件。然后再用拉削磨削或精铣的方法。对连杆体及连扦盖这两个零件的分离面分别进行精加工，以满足设计的尺寸、表面粗糙度、平面度和垂直度的要求-这是一种带切屑的切削加工方法， 一般可称为切断法(CUT OFF)连杆端面的加工连杆两端面的加工通常是连杆加工过程的最初工序，它是整个加工过程中的主要定位基面，其加工质量对整个连杆的加工质量都有重要的影响。4大、小头端面的加工，在连杆体和盖合并以前，根据毛坯的精度和加工余量，可以采用铣削、拉削或磨削加工。在合并以后则要进行精磨。毛坯两端面采用模锻并经过精压，如果加工余量控制在每边为0.81mm的范围内，可以直接磨削（或拉削）。每边的余量在1.5mm以上者，应采用铣、磨比较合理。连杆大、小头两端面应对称于杆身轴线。毛坯精度低时，多以杆身定位，可以同时加工两端面；毛坯精度高时，可以用连杆一端面定位，加工另一端面，再翻转1800加工定位基面。定位基准的选择连杆件外形复杂而刚性较差,它的技术要求又很高,故恰当地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。在连杆的实际加工中,一般都对连杆进行完全定位,多数情况下,选用连杆大小头端面作为主要定位基准,使零件的支承面积大,定位稳定,装夹方便。同时选择小头孔和大头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。选用连杆的端面和小头孔作为定位基准,不仅便于在加工中实现基准统一,更重要的是使连杆的重要技术要求中加工过程中实现基准重合,以减小定位误差。 对于一些要求高或加工中不易保证的技术要求,在精加工时也可以采用自为基准的原则进行加工,或采用互为基准的原则进行加工,或由机床精度直接保证。在制造连杆毛坯时,在杆身一侧作出定位标记, 在对大小头端面进行粗加工时,选取没有凸起标记的一侧为粗基准来加工。紧接着以已加工过的端面为基准来加工第二个端面。显然,第一个端面的精度(如平面度)要比第二个端面高,在以后的加工中,当然用第一个端面做精基准为好。加工连杆时要保证小头孔的壁厚均匀,所以在拉小头孔时,选大、小头孔的两个端面作为基准。在加工中，先加工出大、小头孔两端面，可以为后续的精加工做好准备，既满足加工要求，方便加工，又符合统一基准选择的要求，提高了加工精度。3.拟定夹具的总体结构分析及夹具的使用说明确定夹具的类型由于连杆表面加工通用夹具无法达到要求。所以选用专用夹具。确定工件的定位方案工件以连杆28下表面为定位基准面，分别在V形块1、2上定位及夹紧。确定工件的夹紧形式依靠两块V形块夹紧定位。5确定刀具的对刀装置夹具在机床上安装完毕，在进行加工之前，尚需进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。对刀的方法通常有三种：试切法对刀，调整法对刀，用样件或对刀装置对刀。不管采用哪种对刀方法，都涉及到对刀基准和对刀尺寸。通常是以与工件定位基准重合的定位元件上的定位面作为对刀基准，以减少基准变换带来的误差。铣床夹具的对刀尺寸是从对刀基准到刀具切削表面之间的位置尺寸，和对刀块位置尺寸差一个塞尺厚度。影响对刀块位置尺寸的因素主要有对刀需要保证的工件上的加工尺寸、定位基准在加工尺寸方向的最小位移量及塞尺的厚度。如（图1-4）各种夹具的对刀装置。图1-4夹具的对刀装置本工序为铣削连杆大小头两端面，而由于大小头的厚度不一样，故铣削时铣刀要有两个铣削位置，一个是铣削大头端面位置，另一个是铣削小头端面位置。所以按要求需要两个对刀块，一个用于定位铣削大头端面时的位置，另一个是用于定位铣削小头端面的位置。由于连杆的大小头都比较大，且选用的是为立式铣床，故选用端铣刀。因此在选用对刀块时，应选用直角对刀块，如（图1-4）的b）图。由于是铣刀加工表面所以对刀装置选用直角对刀块和塞尺。夹具精度的校核由加工工序知，本工序加工面为连杆大小头两端面。连杆毛坯大头两端面厚度为18()mm，小头两端面厚度为12()mm。粗铣后连杆大头两端面间距离的基本尺寸为14（）mm，而连杆小头两端面间距离的基本尺寸为8()mm。大小头的两端面应相对连杆的杆身对称面对称，因为两对称面的对称性影响到后续的半精加工及精加工。本工序的工序基准为连杆的大、小头外形及连杆杆身侧面。而连杆的大、小头的外形定位对本工序的误差影响不大，其主要的作用是加紧固定位置的作用。而本工序的定位误差主要是由连杆杆身侧面定位产生。由此可知本工序以连杆杆身侧面为加工面的定位基准，而由图纸所标注的尺寸知，端面的工序基准为另一端面，即存在基准不重合，故有基准不重合误差