2119--Z525钻床连杆-2加工工艺及钻M6孔夹具设计（中心距90）
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2119
Z525
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机械制造技术基础课程设计说明书题目：Z525钻床连杆-2-钻M6孔夹具设计系 名 机械系 专 业 机制 学 号 6014201236 姓 名 周洲锋 指导教师 刘民杰 2017年 10 月 16 日设计任务书设计内容与要求：1制定 CA6142车床连杆-2 零件机械加工工艺规程，编制机械加工工艺过程卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；2对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；3确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；4确定主要工序的工序尺寸、公差和技术要求；5对两道工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量，计算时间定额；6设计_钻M6的螺纹孔_夹具，绘制夹具装配图，进行必要的计算（如夹具元件结构尺寸计算，切削力、夹紧力、定位误差、导向误差计算等）；7对郑金池 同学的设计进行校对；8编写设计说明书。车间设备（与设计有关的设备）：立式铣床X51K，X52K；卧式铣床X61W，X62W；工具铣床X8120；摇臂钻床Z35；台式钻床Z4115；外圆磨床MG1416，MG1432；内圆磨床MG2110，MG2120；平面磨床M7120；卧式镗床T6150。 设计小组：组长：郑金池成员：商嘉伟、周洲峰、焦瑞青 指导教师签字年月 日成绩：工作态度（满分20）设计质量（满分60）答辩（满分10）校对质量（满分10）总评摘 要本设计主要任务是完成连杆2-钻m6孔的夹具设计。首先完成了该零件的机械加工工艺规程设计，主要包括：零件三维CAD模型的建立、结构分析、毛坯的制备方法、加工表面精度要求和各表面的形状位置精度分析、精基准和粗基准的选择，为各表面选择了合理的加工方法和机床，以及各工序切削参数的确定，编制了完整的机械加工工艺过程卡，设计了钻m6孔的工序卡片。在制定合理工艺规程的基础上，针对钻m6孔工序，设计专用夹具，包括定位方案的确定、定位元件、导向元件、支撑元件的选择与关键零部件的设计、定位误差的计算、铣削力的计算与校核等工作，最终完成了钻m6孔工序专用夹具的三维CAD模型，以及二维工程图的绘制工作。关键词：CA6142车床连杆2；钻m6孔、工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。目 录第一章 Z525钻床连杆-2的工艺分析1.1 零件三维模型的建立1.2 零件基础信息分析1.3 零件加工表面分析与加工方法选择 第二章 Z525钻床连杆-2的工艺规程设计2.1 定位基准的选择2.2 机械加工工艺路线的拟定2.3 各加工表面刀具、工装、夹具、量具的确定2.4 Z525床连杆-2工艺过程卡片的设计2.5 钻M6的螺纹孔工序设计 第三章 精铣28mm平面工序专用夹具设计 3.1 夹具整体方案的构思3.2定位方案的确定与定位误差计算 3.3 刀具引导方案的设计 3.4 夹紧方案的设计 3.5 其他辅助元件的设计 第四章 精铣28mm平面夹具总体模型建立 4.1 夹具总装三维模型的建立 4.2 二维工程图的设计校核说明参考文献附录1. CA6142车床连杆-2机械加工工艺过程卡2. 铣28mm平面机械加工工序卡18一 连杆的工艺分析1.1零件三维模型的建立连杆-2的二维零件如图1-1所示。图1-1 连杆-2为了进一步明晰该零件的结构，利用UG NX软件建立了该零件的三维CAD模型，并对各表面进行了命名，如图1-2所示。图1-2 连杆-2三维模型1.2零件基础信息分析连杆是连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。 连杆是连杆组的一部分， 连杆组由连杆体、连杆大头盖、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓（或螺钉）等组成。连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用。连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。1.3零件加工表面分析与加工方法选择如图1-1和图1-2所示，该零件的主要加工表面包括：20两端面 10孔、32两端面、20孔6、R7两端面7、宽4槽8、7孔、M6螺纹孔。其余表面采用不去除材料的方式获得表面粗糙度，所以直接使用其铸造获得的表面。根据典型表面的加工路线选择，20两端面、32两端面、R7两端面7、宽4槽8采用铣削加工的方式，10孔、20孔6、7孔、采用钻削的方式加工。根据典型表面加工方法，如图1-3和图1-4所示，连杆-2各机械加工表面所需要达到的精度要求如表1-1所示，根据任务书中所提供的加工设备，为各表面选择合理的加工方法、设备和工艺路线，如表1-2所示。图1-3 平面典型加工工艺路线图1-4 孔的典型加工工艺路线表1-1 CA6142车床连杆-2各表面精度要求 序号机械加工表面公差等级尺寸公差位置公差表面粗糙度1上20端面IT8Ra3.22下20端面IT8Ra3.2310孔IT9Ra1.6432两端面IT8Ra3.2520孔IT9Ra1.66R7两端面IT8Ra3.27宽4槽IT8Ra3.28M6螺纹孔IT9Ra6.397孔IT9Ra6.3表1-2 连杆各表面加工工艺路线 序号机械加工表面加工方法机床选择工艺路线1后20端面铣削立式铣床X52K粗铣-半精铣-精铣2前20端面铣削立式铣床X52K粗铣-半精铣-精铣310孔钻削台式钻床Z4115扩孔-铰孔432两端面铣削立式铣床X52K粗铣-半精铣-精铣520孔钻削台式钻床Z4115扩孔-铰孔6R7两端面铣削立式铣床X52K粗铣-半精铣-精铣7宽4槽铣削立式铣床X52K粗铣-半精铣-精铣8M6螺纹孔钻削台式钻床Z4115钻孔-攻丝97孔钻削台式钻床Z4115扩孔-铰孔二. 连杆的工艺规程设计2.1定位基准的选择1.精基准的选择精基准是指利用已加工过的表面作为定位基准与定位元件相互作用，保证在加工其它表面时能够将所需要约束的自由度进行限制。精基准的选择原则有：基准重合、基准统一、自为基准、互为基准。通过分析图1-1连杆-2二维零件图的结构特点，上下端面.2个中心孔。这两个表面较为规整，容易选择或设计定位元件，而且通过这两个表面定位，工件可以很方便地保证其他表面在加工过程中具有确定的位置，所以选2个上下端面.2个中心孔作为精基准。本方案精基准的选择符合基准重合（定位基准与设计基准重合）和基准统一（在尽可能多的工序中选择同一表面作为精基准）的原则，能够有效地保证零件各表面的加工质量。如图2-1所示各表面。图2-1连杆-2三维模型2.粗基准的选择精基准一旦被指定，首先要考虑的就是用某个未加工过的毛坯面定位，将精基准先加工出来，即粗基准的选择原则。粗基准的选择主要遵循保证零件有均匀的加工余量、保证不加工表面相对于加工表面有一定的位置精度和便于装夹的原则。2.2机械加工工艺路线拟定2.2.1.毛坯的选择CA6142车床连杆-2零件的材料选用铸钢，所以毛坯的制备方法为铸造。根据零件的生产纲领，该零件为成批制造的零件。此外，该零件上有多个表面不采取机械加工的方式，而直接使用，所以尽量使这些表面的铸造精度高一些。通过以上分析，选择“熔模铸造”作为毛坯制备的方法，铸造精度为CT6。毛坯确定方面，尽量与零件轮廓形状一致，7mm肋板、35和22外圆柱面。各表面加工余量和尺寸公差的选择，如表2-1，表2-2，表2-3，表2-4所示。表2-1铸件机械加工余量最大尺寸要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK-406310016025040063010001600250040006300406310016025040063010001600250040006300100000.10.10.20.30.30.40.50.60.70.80.91.01.10.10.20.30.40.50.70.80.91.01.11.31.41.50.20.30.40.50.70.91.11.21.41.61.82.02.20.30.30.50.81.01.31.51.82.02.22.52.83.00.40.40.71.11.41.42.22.52.83.23.54.04.50.50.51.01.522.533.544.555.560.50.71.42.22.83.5455.567890.712345678910111211.42.845.5791011141416171.424681012141618202224表2-2铸件机械加工余量等级选择铸造方法要求的机械加工余量等级铸件材料铸刚灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工铸造GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型铸造机器造型FHEGEGEGEGEGEGFHFH金属型铸造-DFDFDFDFDFDF-压力铸造-BDBDBD-熔模铸造EEE-FH-EEE表2-3铸件尺寸公差数值铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级CT大于至1234567891011121314151610161016250.090.10.110.130.140.150.180.20.220.260.280.300.360.380.420.520.540.580.740.780.821.01.21.21.51.61.72.02.22.42.83.03.24.24.44.668101225406340631000.120.130.140.170.180.20.240.260.280.320.360.400.460.500.560.640.700.780.901.01.11.31.41.61.82.02.22.62.83.23.64.04.45.05.66789910111112141416181001600.150.220.300.440.620.881.21.82.53.65.07101216201602502504000.240.340.500.560.700.781.01.11.41.62.02.22.83.24.04.45.66.28911121416182022254006301000630100016000.40.640.901.01.21.41.61.82.02.22.62.83.23.64.04.65677891011131416181820232225292832371600250040006300250040006300100002.63.84.45.46.27.0891011101214161517202321242832263035403338445042495664表2-4成批和大量生产铸件的尺寸公差等级铸造方法公差等级 CT铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型手工造型11141114111411141013101391111141114砂型机器造型及壳型81281281281281081079812812金属型铸造低压铸造8108108108107979压力铸造684647熔模铸造46464646464646根据表2-1表2-4，确定CA6142车床连杆-2铸造毛坯各尺寸的机械加工余量和公差，如表2-5所示。表2-5 CA6142车床连杆-2各表面铸造毛坯尺寸公差据表2-5所规划的各表面加工余量与公差得CA6142车床连杆-2的毛坯图，如图2-2所示。图2-2 CA6142车床连杆-2毛坯图2.2.2加工工序顺序的确定如表1-1和表1-2所示，根据各表面的加工精度要求，为各表面选择了较为合理的加工工艺路线。但所有加工表面需要合理地安排加工顺序才能保证高质高效的将零件加工出来。所以需要各表面之间是否有过程干涉情况发生，合理安排CA6142车床连杆-2的总体加工工艺路线。加工工序顺序安排遵循的原则是“基准先行”、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”。如图2-1所示，如果不完成底面和顶面的铣削，将无法完成20孔和10的加工。如果不完成底面和20孔的加工，将无法为其他表面提供定位精基准，即违背基准先行的原则。综合上述考虑，拟定如下整体加工工艺路线：粗铣后20端面；粗铣32后端面粗铣、半精铣前20端面；粗铣、半精铣粗铣32前端面半精铣后20端面；半精铣32后端面钻、铰10 孔；倒角C1钻、扩、铰20 孔；倒角C1粗铣、半精铣R7两端面粗铣、半精铣宽4槽钻7孔：钻、攻M6螺纹孔2.3 各加工表面刀具、量具的确定参考“课程设计”参考资料表9-1和表11-1，为CA6142车床连杆-2的各表面选择合适的刀具和量具，如表2-6的所示表2-6 CA6142车床拨叉各表面刀具、量具的确定序号机械加工表面刀具刀具材料量具备注1后20端面D50盘铣刀高速钢0-150卡尺2前20端面D50盘铣刀高速钢0-150卡尺310孔扩孔钻、铰刀、倒角刀高速钢0-25内径千分尺432两端面D50盘铣刀高速钢0-150卡尺520孔扩孔钻、铰刀、倒角刀硬质合金YA60-25内径千分尺6R7两端面D50盘铣刀高速钢0-150卡尺宽4槽D50盘铣刀高速钢0-150卡尺M6螺纹孔钻头、M8丝锥高速钢0-150卡尺7孔扩孔钻、铰刀、倒角刀高速钢0-25内径千分尺2.4 Z525钻床连杆-2工艺过程卡片的设计2.5 钻M6的工序设计根据上述工序尺寸的确定和工序参数的选择，设计钻M6工序的定位夹紧策略。1.钻M6螺纹孔需限制的自由度选择20孔，10孔和底面作为定位基准，为保证M6尺寸，需要限制；工序采用一面两孔定位，20孔由A型定位销定位限制，32端面限制，B型定位销限制，共限制6个自由度。钻套作为刀具定位装置，保证刀具在钻M6时具有确定的位置。2.定位元件的选择20孔可以用一个A型定位销限制2个自由度。底面可以用一个平面限制3个自由度：，因此B型定位销限制。工序：钻M6螺纹孔确定进给量：根据参考文献表2-7，当钢的，时，。由于本零件在加工孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则：根据Z525机床说明书，现取切削速度：根据参考文献表2-13及表2-14，查得切削速度所以根据机床说明书，取，故实际切削速度为切削工时：，则机动工时为攻丝M6攻螺纹M6mm。 按机床选取，则机动时， 三 钻M6螺纹孔的夹具设计前两章完成了CA6142车床连杆-2的零件分析、机械加工工艺规程设计，并完成了钻M6mm平面缺口工序设计，完成了定位方案的选择以及定位元件的确定。在此基础上，本章将完成该工序专用夹具整体方案的设计以及定位误差的计算和相关元件的详细设计。3.1夹具整体方案构思如图3-1所示，为钻M6螺纹孔工序专用夹具的整体设计方案。图3-1钻M6孔平面工序专用夹具整体方案3.2定位基准的选择基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。1. 设计基准 在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。2. 工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。（1）装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。（2）测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。（3）工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。（4）定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。本道工序加工M6螺纹孔，精度不高，因此我们采用已加工好的10孔和20孔定位，因为孔径自身较小，切削力较小，因此不在采用其他的辅助定位，宽头压板的压紧力即可以满足要求。3.3切削力和夹紧力的计算校核由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得：钻削力 式（5-2）钻削力矩 式（5-3）式中： 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。3.4定位误差计算(1)移动时基准位移误差 式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙代入得： = = (2) 转角误差 式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙 削边销孔的最大偏差 削边销孔的最小偏差 削边销定位孔与定位销最小配合间隙其中： 则代入得：则： 经检验合格3.5夹具设计及操作的简要说明使用一面两销定位，宽头压板的压紧力即可指定可靠的卡紧力。同时我们采用固定钻套，保证导向的精度，这样就大大的提高了生产效率，适合于大批量生产。总 结这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,铸炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的铸炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。回顾起此次设计，
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