三孔连杆的铣φ50圆柱端面夹具设计及加工工艺装备说明书.doc
三孔连杆的铣φ50圆柱端面夹具设计及加工工艺装备含非标8张CAD图
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三孔连杆的铣φ50圆柱端面夹具设计及加工工艺装备含非标8张CAD图,连杆,50,圆柱,端面,夹具,设计,加工,工艺,装备,非标,CAD
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三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 1摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。三孔连杆加工工艺规程及铣 50 圆柱端面铣床夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：三孔连杆，加工工艺，工装设计三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 2ABSTRACTThis design content involves the mechanical manufacturing process and fixture design, metal cutting machine, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.The process specification of three hole connecting rod and the fixture design of milling 50 cylindrical end face milling machine include three parts: process design of parts processing, process design and design of special fixture. In the process design, we should first analyze the parts, understand the process of the parts, then design the structure of the blank, and select the processing benchmark of the parts, and design the process route of the parts; then calculate the size of each working step of the part, the key is to determine the process equipment and cutting amount of each process; then, design the special fixture, select and design the fixture The positioning error is calculated, the rationality and deficiency of the fixture structure are analyzed, and the improvement in the future design is paid attention to.Key words: three hole connecting rod, processing technology, tooling design三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 3目 录摘 要.1ABSTRACT .21 绪论.12 三孔连杆的设计.2 2.1 三孔连杆零件图.2 2.2 零件的工艺分析.2 2.3 毛坯的选择.32.4 选择毛坯时应考虑的因素 .3 2.5 选择毛坯.3 2.6 确定毛坯的制造流程，确定毛坯的形状.4 2.7 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量10.5 2.8 绘制锻件毛坯简图.6 2.9 机械加工工艺规程的制定.6 2.10 定位基准的选择.62.10.1 粗基准的选择.72.10.2 精基准的选择.8 2.11 零件表面加工方法的选择.9 2.12 加工顺序的安排.102.12.1 工序安排需遵循的原则.102.12.2 加工阶段的划分.112.12.3 工序顺序的安排.112.12.4 确定工艺路线.12 2.13 加工余量、工序尺寸的确定.132.13.1 加工余量与工序余量.132.13.2 加工余量与工序尺寸的确定.13 2.14 切削用量的确定、基本时间的计算.142.14.1 工序 5.142.14.2 工序 6.162.14.3 工序 7.172.14.4 工序 11.182.14.5 工序 8 和工序 9.202.14.6 工序 12.212.14.7 工序 13.22三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 43 铣床夹具设计.233.1 定位原理及方案分析.233.2 夹紧元件的选择.233.3 夹紧力的计算.233.4 误差的计算.253.5 本章小结.26参考文献.28致 谢.29三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 11 绪论在今世机械制造产业正以迅猛的步调迈向 21 世纪，加工方式和建造工艺进一步完美和开辟，在古代的切削、磨削技能不断发展，上涨到新一种高度的时候，各类特别的法子也在不断出现，开辟出新的工艺的可能性，到达了新的技术水平，而且在实际的生产过程当中起到了不可或缺的作用；机械加工技能朝着高精度成长，呈现出了所谓的“精密工程” 、 “纳米技术” 。制造的技能向自动化这个目标前进，同时也顺着数控技术、柔性制造系统及计算机集成制造系统这些新技术领域不断的朝前进取1。就目前的经济发展，人类在衣食住行保证的前提下，高物质享受成了人类追求的目标。汽车逐渐成为重要的交通工具以及高物质生活的象征。发动机是提供汽车动力的重要部件，不过连杆同样也属于汽车发动机中的主要传动件之一，连杆的合理设计，以及对连杆不断完善的工艺也对汽车这个行业起到了非常重要的用处，出于这些原因对连杆制订出一套公道的加工工艺计划和策划出连杆加工的专用夹具非常的重要了。这次毕业设计我的任务就是设计三孔连杆，这个汽车中非常常用的一款连杆的工艺及加工中必要的工装。综合各方面因素，例如连杆受力情况，连杆加工难度，加工时间等各方面因素等等。以下就是我对三孔连杆的加工工艺及工装设计的分析。三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 22 三孔连杆的设计2.1 三孔连杆零件图 三孔连杆的零件图如下图 2-1 所示。通过仔细读图后，发现视图正确、足够。加工过程当中必要的标注、公差、表面粗糙度、和技术要求全部齐全、合理，同时零件的外面质量、外面精度和技术要求在当下的技术前提和生产能力下能够做成。图 2-1 三孔连杆零件图2.2零件的工艺分析参阅了几本机械书，工艺书，对类似于连杆的着重注意，总结出三孔连杆的工艺三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 3大致过程。(1)铣平面后，立刻肯定大头孔两端面为接下去各序加工的主要基准面，如此能确保零件的质量被加工的稳定性。(2)铣平面时，应确保小头孔及耳部孔平面厚度与大头孔平面厚度的对称性。(3)因为连杆有不一样的三个孔的平面厚度，于是乎，加工中要注重辅助支承合理，以及布置得当。(4)加工连杆的平面能过分为粗、精两序，如此能最大程度好的确保三个平面彼此的位置和尺寸精度。(5)粗、精镗三孔也可改用专用工装或组合夹具装夹。(6)如果加工尺寸小的连杆，粗、精加工三孔能用镗床来镗削。由于三孔的精度要求比较的重要，所以有必要分为粗、精两步工序。(7)连杆三孔平行度的检验；连杆三孔圆柱度的检验。2.3 毛坯的选择连杆是五大主要发动机部件，其在发动机的位置显然是。它是发动机的动力传动部件的主要运动，在身上做复杂的平面运动，与活塞往复运动的曲轴连杆高速旋转连杆杆身在大的合成运动的连杆小端，小头孔运动的复杂振荡。连杆在经受来去的惯性力以外， 还要承受高压气体的压力， 在气体的压力和惯性力合成下形成交变载荷， 此时具备耐疲劳、抗冲击， 并具备足够的强度、刚度和较好的韧性的连杆就显得尤为重要了。在今天随着汽车工业的高速发展， “小体积，高性能发动机高功率，低油耗”链接的更新，为高速运动部件重量轻的更高的要求，减小惯性力，减少能源消耗和噪声的强度，刚度高， 连杆的韧性和较高的比短，所以设计加工要求在此时就显得非常的重要了。2.4 选择毛坯时应考虑的因素在挑选毛坯的时候需要考虑如下因素4：(1)毛坯的品种和特征，设计图纸原则和机械性能；零件的构造形状和外形尺寸；用于生产不同坯料的方法对其结构及生产企业的现有条件的大小都有特殊的要求；新工艺，新材料新技术的应用。(2)毛坯结构形状和尺寸，毛坯形状应力求接近零件形状，以减少机械加工劳动量。毛坯尺寸是在原有零件尺寸基础上，为考虑后来步骤切除多少量的前提。(3)制造毛坯，毛坯制造精度高，材料利用率高，处理成本低，但相应的设备投资大。因此，确定毛坯的制造精度，需要考虑制造成本的空白和随后的处理成本。三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 42.5 选择毛坯 连杆的作用是将活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动，同时也把作用在活塞上的力传给曲轴以输出去功率。连杆工作时，需要承受纵向和横向的惯性力、同时也需要承受燃烧室内燃气产生的压力。所以，连杆在非常复杂的应力状态下，承受了弯曲应力和交变的拉应力，其主要失效形式是疲劳断裂和过量变形。所以根据以上条件要求连杆具备充足的工作强度以及抗疲劳能力；同时也需要具备合格的刚度和韧性。于是，连杆的材料通常选用 45 钢，40Cr 或 40MnB 等调制钢。调制钢是指经调制处理后使用的结构钢5，经过调质处理后钢的组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能，即强度高，韧性好。合金调质钢的合金元素，主要作用是提高刚的渗透性和保证良好的强度和韧性。钢经调质后的力学性能与其渗透性有密切关系。渗透性差的钢，由于淬不透，在整个截面上得不到均匀一致的力学性能，没有渗透的部位强度低，韧性差。所以渗透性是调质钢的一个重要性能。Cr、Ni、Mn、Si、B 等元素均能提高钢的淬透性。综合所有的因素后决定本设计工艺的三孔连杆采用 45 钢。钢制零件在机械性能要求不高、结构不复杂的时候，可用型材毛坯，或者锻造毛坯，由于三孔连杆机械性能要求较高因此可采用锻造毛坯。同时锻造的两种形式：模锻、自由锻。自由锻是将加热好的金属坯料放在锻造设备的上，下砥铁之间，施加冲击力或压力，直接使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件的一种加工方法.自由锻由于锻件形状简单，操作灵活，适用于单件，小批量及重型锻件的生产，不过自由锻生产效率低，劳动强度大，仅用于修配或简单，小型，小批锻件的生产。模锻全称为模型锻造，将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻造成形的。和自由锻比较后，模锻的优点是：生产效率高、锻件尺寸精度高、表面粗糙度低、材料利用率高，能锻制形状较复杂的锻件，操作简单，易实现机械化等。非常适用于中小型零件的成批大量生产。本设计中零件年产已达到了大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故选用模锻成型。这也便于提高生产效率同时也保证了加工质量7。2.6 确定毛坯的制造流程，确定毛坯的形状因为三孔连杆的长度显然大于它的高度和宽度，锻造过程当中锤击目标要求轴线与锻件的中心垂直，最后锻造，金属应该是从宽度和高度的方向流动，而长度方向流动不显著，因此，往往选择绘图、轧制、弯曲、预锻和终锻8。锻造结束后，需要后续处理及休整对于毛坯来说，处理步骤为9：(1)模锻件切边、冲孔，模锻件一般都带有飞边和连皮，需要按切边、冲孔的方法进行处理。(2)校正，在切边和其他工序中都可能引起锻件的变形，应进行校正，大中型锻件三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 5在热态下校正，小锻件亦可在冷态下校正，也可在终锻模或者专门的校正模具中进行。由于三孔连杆属小型锻件，选择在冷态下校正。(3)热处理和时效处理，对模锻以后的毛坯进行热处理，去除毛坯的过热组织和冷变形加深的组织，让毛坯具有要求的力学性能，通常采用正火或退火。然后对毛坯进行时效处理，消除其内应力。(4)清理，为了让模锻件的表面质量有所提高，改进切削加工性能，同时表面处理，除去在生产过程中产生的氧化皮，所站油污及其他表面缺陷等。通过以上分析可以最终决定三孔连杆毛坯的选择，可以将毛坯的选择列表，如表2-1 所示。表表 2-12-1 毛坯的选择毛坯的选择 生产类型材料形状复杂程度尺寸大小后续处理制造方法毛坯大批生产45 钢较复杂小型零件热处理、时效处理模锻2.7 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量10(1)公差等级由三孔连杆的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级(2)锻件的质量初步估计机械加工后的三孔连杆质量为 4kg，机械加工前的三孔连杆质量为 6kg。(3)锻件形状复杂系数11S = mt/mN其中：mt锻件重量mN锻件外廓包容体重量对于非圆形锻件mN =lbh 是锻件的材料密度，这里取 7.8公斤/立方毫米610S = m /m =6kg/ (351mm 164mm 35mm 7.8)0.38tN610因为 0 结果在 0.32-0.63 之间，故该零件形状复杂系数属于 S 级11。2(4)锻件的材质系数 M 因为锻件材质是 45 钢，45 钢属于含碳的质量分数小于 0.65%的碳素钢；所以锻件三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 6的材质系数为 M1 级11。(5)零件的表面粗糙度零件图显示，随着粗糙度的零件有着不同表面处理，表面粗糙度是大于或等于1.6m。根据上述因素，通过查表得该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列表，如表 2-2 所示。表表 2-22-2 三孔连杆锻造毛坯尺寸公差及加工余量三孔连杆锻造毛坯尺寸公差及加工余量1212锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级615.75S2M1普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm厚度 5022.5.71.80厚度 3522.5.71.80厚度 2022.2.51.70孔径902.52.8.91.90孔径353.02.5.71.80孔径252.02.2.51.702.8 绘制锻件毛坯简图由表所得结果，绘制毛坯图，见 A3 图纸-毛坯图。2.9 机械加工工艺规程的制定在大批量生产三孔连杆的情况下，然后根据图纸和连杆的结构尺寸的孔，设计一套三孔连杆机械加工工艺路线，方便提供未来生产的基础。三孔连杆大致的加工工艺路线能归纳为：毛坯锻造及热处理-定位基准的选择-三孔端面加工-三孔加工-终结检验。下面对三孔连杆加工工艺中遇到的问题进行几个方面的分析。2.10 定位基准的选择三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 7所谓基准，就是零件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面。根据基准功用的不同，又可以分为设计基准和工艺基准两大类1、8。零件图样上所采用的基准，称为设计基准。这是从工作条件，零件的性能要求，适当的制造过程和加工工艺来选择的。在零件图上可以有一个或者多个设计基准。本设计中的三孔连杆小孔和耳部孔的设计基准是大孔中心线。零件在加工工艺过程当中所选用的基准称为工艺基准。定位基准是工艺基准中的一种，而定位基准是获得尺寸的直接基准，这点就无可替代。定位基准还可进一步分成：粗基准、精基准、以及附加的基准。要想保正加工精度和顺利的决定加工顺序，选择合理的定位基准就有着非常非常重要影响。所以，首先解决工艺规程上的问题就得通过选择合适的定位基准来实现。基准的选择实际上就是基面的选择问题。第一道工序中，有且仅有毛坯面，所以就用毛坯面来做基准。粗基准就是这种基准。在之后的各工序的加工中，能够用已经加工过、切削好的表面作为定位基准，这种定位基面就称为精基面。在这次的三孔连杆的机械加工工艺规程设计中先对定位粗基准和精基准进行了确定，以下就对本次设计的三孔连杆的粗基准和精基准的选择分别进行讨论。2.10.1 粗基准的选择粗基准的选择主要影响加工表面与不加工表面的相互位置精度，以及影响加工表面的余量分配。所以粗基准的选定需要一定的原则，其基本的原则以下所述：(1)保证相互位置要求的原则 如必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，应以不加工面作为粗基准。(2)保证加工表面加工余量合理分配的原则 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。(3)便于工件装夹的原则 选择粗基准时，一定要考虑到定位的准确性，夹紧的可靠和夹具的简单的结构，方便的操作等问题。为确保定位准确，夹紧可靠，需要采用的粗基准尽量的平整、光洁以及足够大的尺寸，不能有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。(4)粗基准一般不得重复使用的原则 如可以用精基准定位，那么粗基准通常不该被反复使用。这么做的原因是，如果毛坯的定位面很粗糙，在两次装夹的时候使用重复的同一基准，那么会定位误差想当的大。上述四个原则选择粗基准，每一个原则只可以解释问题的一个方面。在实际应用中有时可以兼顾这四项原则，与夹具是不是在同一时间，这是要根据具体情况来抓住主要矛盾，解决主要问题。在这次的三孔连杆加工工艺的设计中，斟酌了以上的原则之后，可以大致确定在三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 8端面的加工时可选择大头孔为粗基准，在保证垂直度的情况下，通过划线找正装夹的方法，铣削大头孔端面这也是作为后续工序的精基准的面，铣小头孔端面，铣侧耳孔两侧面。在钻小孔和侧耳孔时需要以大头孔作为粗基准，来确定另外两孔的轴线位置。钻小头孔至 29mm、耳部孔至 19mm。 根据上面的所阐述的我们能吧三孔连杆机械加工中粗基准的选择列个表格，如表2-3 所示。表表 2-32-3 粗基准的选择粗基准的选择粗基准定位面大头孔端面大头孔端面和孔的内径面粗加工面及加工内容铣大头孔端面、小孔和侧耳孔的端面钻小头孔至 29mm、耳部孔至 19mm2.10.2 精基准的选择在选取精基准的时候怎么样保证技术设计要求的实现以及装夹准确、可靠、方便成了首选需要考虑的主要问题。精基准的选择原则6，12如下所述：(1)基准重合原则应量选用被加工表面的设计基准作为精基准。这就是基准重合原则。(2)统一基准原则如果工件选用了一个精基准来定位，可以比较方便的加工大多数其他表面，这时要尽可能早地加工出这个基准面，同时也必须保证一定精度，其它表面的加工都用它为精基准的，称之为统一基准原则。(3)互为基准原则某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。这称之为互为基准原则。目的是为了减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，通常用加工面本身为基准进行加工。这称为自为基准原则。（5）便于装夹原则选用的精基准，需要确保定位可靠、准确，夹紧机构的尽可能的简单，操作尽量的方便，这就是所说的便于装夹原则。同时，用精基准面加工时需要考虑便于工件加工，并能使夹具结构简单的原则。这次的三孔连杆工艺设计中，考虑了上述的原则后，再确定了大头孔端面是接下去大部分工序的加工的主基准面。(1)以大头孔的基准面作为基准，小头、耳部及杆身辅助支承之后，压紧工件，铣另一侧端平面，大头厚度为为 50mm，小头厚度为 35mm。(2)以大头孔基准面为基准。按大、小头中心连线找正，压紧大头，铣削耳部两侧三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 9平面，确保尺寸高为 52mm，厚为 20mm。(3)粗镗大头孔时，以大头孔基准面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后，压紧工件。粗镗大头孔至 88mm。(4)精镗大头孔时，也选择大头孔的基准面作为基准。也是将小头及耳部端面加辅助支承后，压紧工件。精镗大头孔至 90H6mm。(5)粗镗小头孔和侧耳孔时，也选择大头孔的基准面和大头孔轴线作为基准。小头及耳部端面加辅助支承后，压紧工件。粗镗小头孔尺寸至 33mm。耳部孔尺寸至24mm，(6)接着以大头孔基准面和大头孔轴线为精基准，精镗小头孔至 330.2mm，保证中心距为 2700.1mm，镗耳部孔 25H6mm，保证与大头孔中心距为 950.1mm。013. 00根据上述的分析可以将三孔连杆机械加工中精基准的选择列表，如表 2-4 所示。表表 2-42-4 精基准的选择精基准的选择精基面大头孔端平面大头孔基准面大头孔基准面大头孔基准面大头孔基准面和大头孔轴线加工面及加工内容小头、耳部及杆身加辅助支承，压紧工件，铣另一侧端平面，大头厚为50mm，小头厚35mm。压紧大头，铣耳部两侧平面，保证尺寸高为52mm，厚为20mm。粗镗三孔，其中大头孔尺寸至88mm，小头孔尺寸至34mm 耳部孔尺寸至24.5mm。精镗大孔至图样要求尺寸90H6mm镗小头孔，保证中心距为270mm，镗耳部孔 25H6mm，保证与大头孔中心距为950.1mm。2.11 零件表面加工方法的选择工件上的加工表面往往需要通过粗加工、半精加工、精加工等才能逐步达到加工质量要求。于是通常在选择表面加工方法的时候，如要选定加工方法，则要依照零件表面的加工精度和表面粗糙度的要求。接着确定精加工前的准备工序的加工方法，这就是所谓的确定加工方案。因为获得同一精度和同一粗糙度的方案有许多，所以选择时也同时要考虑到生产率和经济性，零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工厂的生产条件等15。选择零件表面加工方法时要考虑以下因素：经济精度与经济粗糙度；零件结构形状和尺寸大小；零件的材料及热处理要求；生产率和经济性。这次的三孔连杆工艺的设计中三孔连杆零件的加工面有大头孔端面、小头孔端面、耳部两侧平面、大头孔内壁、小头孔内壁、侧耳孔内壁。材料都是 45 钢，通过查阅表三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 1016，可以就零件的实际生产加工要求来进行分析确定，现在就三孔连杆各个表面的加工方法进行如下分析确定：(1)大头孔端面、小头孔端面、耳部两侧平面：粗铣精铣这个三孔连杆的材料是 45 钢，大头孔端面、小头孔端面、耳部两侧平面的粗糙度要求都是6.3m，经济精度为 IT8，如果仅仅进行粗铣无法满足精度的要求，所以要aR在粗铣后再精铣加工一下。(2)大头孔内壁：粗镗精镗大头孔是锻造就已经有的且粗糙度要求是1.6m，经济精度为 IT8，如果湖仅仅aR用粗镗难以达到表面粗糙度的要求，采用粗镗精镗浮动镗呢完全没有这个必要，只会增加生产成本。(3)小头孔内壁、侧耳孔内壁：钻粗镗精镗因为大头孔和侧耳孔早期没有锻造出，因此要额外增加一道钻削工序，粗糙度要求是1.6m，经济精度为 IT8，所以后续加工工序的选择和大头孔内壁相同。aR结合上述的分析，零件各表面的加工方法选择，如表 2-5 所示。表表 2-52-5 零件各表面加工方法的选择零件各表面加工方法的选择加工表面加工表面加工方法加工方法大头孔端面粗铣半精铣小头孔端面粗铣半精铣耳部两侧平面粗铣半精铣大头孔内壁粗镗精镗小头孔内壁钻粗镗精镗侧耳孔内壁钻粗镗精镗2.12 加工顺序的安排该零件有多个表面需要机械加工，这些表面不仅本身有一定的表面粗糙度和尺寸精度要求，而且各表面间还有一定的位置要求。而为了满足以上这些要求，就需要合理安排各个表面的加工工序。2.12.1 工序安排需遵循的原则加工顺序安排总的原则是前面的工序为后续工序创造条件，并作好基本准备。机三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 11械加工顺序的安排有如下原则13：(1)先粗厚精，零件的加工一般应划分加工阶段，先进行粗加工，然后进行半精加工，最后是精加工和光加工，应将粗精加工分开进行。(2)先主后次，先考虑主要表面的加工，后考虑次要表面的加工。主要表面加工容易出废品，应放在前阶段进行，以减少工时的浪费。次要表面一般加工余量较小，加工比较方便，因此把次要表面加工穿插在各种加工阶段中进行，使加工阶段更明显且能顺利进行，又能增加加工阶段的时间间隔，可以有足够的时间让残余应力重新分布并使其引起的变形充分表现，以便在后续工序中修正。(3)先面后孔，先加工平面，后加工孔。应为平面一般面积比较大，轮廓平整，先加工好平面，便于加工孔时的定位夹装，利于保证孔与平面的位置精度，同时也给孔的加工带来方便，另外由于平面已加工好，对平面上的孔加工时，使刀具的初始工作条件得到改善。(4)先基准后其他，工艺路线开始安排的加工面应该是选择定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其它表面。为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。2.12.2 加工阶段的划分划分加工阶段可以达到以下目的1、6、8:(1)利于保证加工质量。(2)便于合理的使用机床设备。(3)便于热处理工序安排。(4)便于及时发现毛坯缺陷。该三孔连杆加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工三个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准也就是大头孔端平面准备就绪，让后面的工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣大头孔另一侧端面、小头孔两侧端面、耳部两侧平面。钻小头孔、侧耳孔；粗镗大头孔、小头孔和侧耳孔。在半精加工的阶段，完成粗铣大头孔另一侧端面、小头孔两侧端面、耳部两侧平面的半精镗和大头孔、小头孔和侧耳孔的半精镗、精镗。然而在其精加工阶段主要保证的是三个孔的端面和内孔面的表面粗糙度及相互位置精度的要求。2.12.3 工序顺序的安排（1）机械加工工序三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 121）根据“先基准后其他”的原则，先加工精基准大头孔端平面和大头孔内表面90H6mm。016. 002）根据“先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。3）格局“先面后孔”的原则，先加工大头孔和小头孔的两侧端面及侧耳孔的两侧平面，后加工三个孔。（2）热处理工序模锻成型后切边，进行正火处理，然后喷砂、去毛刺。（3）辅助工艺精加工之后安排去刺、修钝各处尖棱探伤检查，无损探伤，检查零件有无裂纹，夹渣等工序2.12.4 确定工艺路线考虑了上述工序安排原则的基础上，列表确定出工艺路线，如表 2-6 所示。表表 2-62-6 三孔连杆机械加工工艺过程卡三孔连杆机械加工工艺过程卡工序号工序名称工序内容工艺装备1锻模锻2热处理正火处理3喷砂喷砂、去毛刺4划线划杆身十字中心线及三孔端面加工线5铣按所划加工线找正，垫平，杆身加辅助支承，压紧工件，铣平面至划线尺寸。并确定大头孔平面为以下各序加工的主基准面作标记（下称大头孔基准面）X52K组合夹具6铣以大头孔基准面为基准。小头、耳部及杆身加辅助支承，压紧工件，铣平面，大头厚为500.2mm，小头厚 350.2mmX52K组合夹具7铣以大头孔基准面为基准。按大、小头中心连线找正，压紧大头，铣耳部两侧平面，保尺寸高为52mm，厚为 200.2mmX62W（X6132）组合夹具8粗镗以大头孔基准面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后，压紧工件。粗镗大头孔至 88mmT617A专用夹具三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 139精镗以大头孔基准面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后，压紧工件。精镗大头孔至 90H6mm0.0220T617A专用夹具10划线以大头毛坯孔为基准，兼顾连杆外形情况，划两孔径的加工线11钻以大头孔基准面和大头孔内孔面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后，压紧工件。钻小头孔至29mm、侧耳孔至 19mmZ3050专用夹具12粗镗粗镗小头孔和侧耳孔，其中小头孔尺寸至 33mm耳部孔尺寸至 24mmT617A专用夹具13精镗以大头孔基准面和大头孔内孔面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后，重新装夹压紧工件。精镗两孔至图样要求尺寸。其中小头孔 35H6 0.0160mm，保证中心距为 2700.1mm，耳部孔 25H6mm，保证与大头孔中心距为 95mm013. 0010. 00T617A专用夹具14倒角对大头孔倒角455 . 015钳修钝各处尖棱，去毛刺16检验检查各部尺寸及精度17检验探伤检查，无损探伤，检查零件有无裂纹，夹渣等磁力探伤仪18入库油封入库2.13 加工余量、工序尺寸的确定2.13.1 加工余量与工序余量加工余量是指加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度17。加工余量有工序余量和和加工总余量（毛坯余量）两种。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差 。加工得总余量是把毛坯变为成品的整个加工过程中某表面切除的金属层总厚度，即毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。这么看来，某个表面的加工总余量就该是表面工序余量之和，所以说每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。同时工序余量也能被定义为相邻两工序基本尺寸之差。因为加工表面形状的不同，加的工余量同时能够分为单边余量和双边余量，零件非对称结构的非对称表面，它的加工余量通常为单边余量；三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 14零件对称结构的对称表面，它的加工余量一般是双边余量。在三孔连杆的机械加工中，大头孔端平面、小头孔端面和耳部两侧平面都是非对称结构，所以它们的加工余量都是单边边余量。三个孔是对称结构，其加工余量是双边余量，工序余量主要受第一道粗加工工序余量与毛坯制造精度的影响。2.13.2 加工余量与工序尺寸的确定通过查表12计算得出三孔连杆机械加工余量及工序尺寸如表 2-7。表表 2-72-7 三孔连杆的机械加工余量及工序尺寸三孔连杆的机械加工余量及工序尺寸工序工序内容单边余量（mm）工序尺寸(mm)表面粗糙度(m)粗铣耳部两侧平面1.2552 5012.57半精铣耳部两侧平面0.7552 506.38粗镗大头孔1.5906.39精镗大头孔1.0901.6钻小头孔14.5356.311钻侧耳孔9.5256.3粗镗小头孔2356.312粗镗侧耳孔2.5256.3精镗小头孔1.0351.613精镗侧耳孔0.5251.614倒角455 . 01.5455 . 012.52.14 切削用量的确定、基本时间的计算 2.14.1 工序 5三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 15工序 5 是粗铣大头孔端面和小头孔端面，由于粗铣大头孔端面和小头孔端面时，是在同一台机床上经过一次装夹后完成的，因此他们的切削速度和进给量是一样cvf的，只有背吃刀量不同。 (1)选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG8。，。mmap5 . 1mmd12004z其中为刀具直径。0d(2)决定铣削用量1）决定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成mmap5 . 12）决定每次进给量及切削速度 根据 X52K 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。根据表 8-1319查得： ，则0.2/zfmm z0.2 40.8/fmm r按机床标准选取机床主轴转速300wnmin/r120 300113.1/ min10001000wdnvm当300r/min 时wn0.2 4 300240/ minMzzwff znmm 符合 X52K 型铣床机床工作台进给范围。 (3)计算工时切削工时：，。mml54mml91mml32其中：=1l)31 ()(.5000CdCd d）（05. 003. 0C0 532l三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 16 (双面2)1254930.28min300 0.8jwlllTn f就上面对该步序加工切削用量及基本时间的分析计算，现在将各工步的计算结果列成表，得到工序 5 的切削用量及基本时间，如下表 2-8 所示。表表 2-82-8 工序工序 5 5 的切削用量及基本时间的切削用量及基本时间工步（pamm）(/ )f mm r(/ min)v m( / min)n r(min)jT粗铣大头孔端面1.50.8113.13000.56粗铣小头孔端面1.50.8113.1 3000.56 2.14.2 工序 6 工序 6 是精铣大头孔和小头孔两端面。由于精铣大头孔端面和小头孔端面时，是在同一台机床上经过一次装夹后完成的，因此他们的切削速度和进给量是一样的，cvf只有背吃刀量不同。(1)选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG6。，。0.5pammmmd12004z其中为刀具直径。0d(2)决定每次进给量及切削速度 根据 X52K 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。根据表 8-1319查得： ，则0.15/zfmm z0.15 40.6/fmm r按机床标准选取机床主轴转速300wnmin/r120 300113.1/ min10001000wdnvm三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 17当300r/min 时wn0.15 4 300180/ minMzzwff znmm 符合 X52K 型铣床机床工作台进给范围。3) 计算工时切削工时：，。mml54mml91mml32其中：=1l)31 ()(.5000CdCd d）（05. 003. 0C0 532l (双面2)1254930.37min300 0.6jwlllTn f就上面对该步序加工切削用量及基本时间的分析计算，现在将各工步的计算结果列成表，得到工序 6 的切削用量及基本时间，如下表 2-9 所示表表 2-92-9 工序工序 6 6 的切削用量及基本时间的切削用量及基本时间工步（pamm）(/ )f mm r(/ min)v m( / min)n r(min)jT粗铣大头孔端面0.50.6113.13000.74粗铣小头孔端面0.50.6113.13000.742.14.3 工序 7(1)选择刀具刀具选取莫氏锥柄立铣刀，材料为硬质合金。，。1.25pamm020dmm4z其中为刀具直径。0d(2)决定每次进给量及切削速度 切削宽度1.25eamm三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 18根据 X62W 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。根据表 8-1419查得： ，则0.06/zfmm z0.06 40.24/fmm r按机床标准选取机床主轴转速750wnmin/r10 75023.6/ min10001000wdnvm当750r/min 时wn0.06 4 750180/ minnzwff znmm 符合 X62W 型铣床机床工作台进给范围。(3)计算工时切削工时：，。30lmmmml91mml32其中：=1l)31 ()(.5000CdCd d）（05. 003. 0C0 532l (双面2)1230930.23min750 0.24jwlllTn f同理可知精铣侧耳孔两端面只更改了切削深度，所以根据表 8-14190.75eamm查得，则0.05/zfmm z0.05 40.20/fmm r同样选取转速750r/minwn所以0.05 4 750150/ minnzwff znmm 符合 X62W 型铣床机床工作台进给范围。则(双面2)1230930.28min750 0.2jwlllTn f就上面对该步序加工切削用量及基本时间的分析计算，现在将各工步的计算结果列成表，得到工序 7 的切削用量及基本时间，如下表 2-10 所示三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 19表表 2-102-10 工序工序 7 7 的切削用量及基本时间的切削用量及基本时间工步（eamm）(/ )f mm r(/ min)v m( / min)n r(min)jT粗铣侧耳孔两侧面1.250.2423.67500.48精铣侧耳孔两侧面0.750.2023.67500.562.14.4 工序 11 工序 11 是钻小头孔和侧耳孔。因为钻这两个孔是同一基准，同一机床上进行，所以只有背吃刀量不同。以下已钻小头孔为例进行详细计算。(1)选择刀具根据孔的要求以及大小，选用钻床型号为 Z3050，钻头选用莫氏锥柄麻花钻，钻头的材料选用高速钢。钻头直径，所以。29dmm14.5pamm(2)决定进给量根据高速钢钻头钻孔时的进给量，得到进给量。然后根据钻0.450.55/fmm r床 Z3050 进给量表确定进给量。0.5/fmm r(3)确定切削速度机床转速根据切削速度表，取得切削速度18/ minvm所以10001000 18197.6 / min29vnrd根据钻床 Z3050 转速说明书表，确定钻床转速：200 / minnr所以实际切削速度为：。29 20018.2/ min10001000dnvm(4)计算钻削的机动时间1250930.62min200 0.5jlllTnf三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 20其中，。mml50mml91mml32同样的，钻侧耳孔和钻小头孔仅在背吃刀量上有不同。钻侧耳孔的背吃刀量。所以同样选取莫氏锥柄麻花钻，钻头的材料选用高速钢。9.5pamm钻头直径。所以进给量19dmm0.350.45/fmm r根据钻床 Z3050 进给量表选取。0.4fmm不变18/ minvm所以10001000 18301.6 / min19vnrd根据钻床 Z3050 转速说明书表，确定钻床转速：325 / minnr所以实际切削速度为：19 32519.4/ min10001000dnvm所以。1250930.48min325 0.4jlllTnf就上面对该步序加工切削用量及基本时间的分析计算，现在将各工步的计算结果列成表，得到工序 11 的切削用量及基本时间，如下表 2-11 所示表表 2-11 工序工序 11 的切削用量及基本时间的切削用量及基本时间工步（eamm）(/ )f mm r(/ min)v m( / min)n r(min)jT钻小头孔14.50.518.22000.62钻侧耳孔9.50.419.43250.482.14.5 工序 8 和工序 9工序 8 和 9 分别是粗、精镗大头孔。由于这两步工序在同一机床同一夹具上完成，故只有背吃刀量不同。(1)选择刀具选取镗刀为机卡单刃镗刀，材料为高速钢。三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 21, ，最小镗孔直径。125lmm10dmm13Dmm(2)决定每次进给量及切削速度切削深度。1.5pamm根据表 5-2912可得 T617A 镗床每转进给量。0.5/fmm r根据表 5-2912可初步选取切削速度。20/ mincvm所以10001000 20/ min106.1 / min90cvnrrd选取主轴转速125 / minnr此时35.3/ min1000cdnvm(3)计算工时镗削大头孔，镗刀选用主偏角=90，查表 5-3912和 5-4012得：mml35rk1(2 3)tanpralmm取；mm，取，取。mml21532l24lmmmml533mml43mmmmllllL4544235321451min0.72min125 0.5jLTinf同样的，精镗大头孔和粗镗大头孔只有背吃刀量不同。精镗大头孔的背吃刀量。1.0pamm就上面对该步序加工切削用量及基本时间的分析计算，现在将各工步的计算结果列成表，得到工序 8 和工序 9 的切削用量及基本时间，如下表 2-12 所示表表 2-12 工序工序 8 和工序和工序 9 的切削用量及基本时间的切削用量及基本时间工步（eamm）(/ )f mm r(/ min)v m( / min)n r(min)jT粗镗大头孔1.50.535.31250.72三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 22精镗大头孔1.00.535.31250.722.14.6 工序 12工序 12 选用的机床和上述工序 8 一致。并且上述选用的镗刀在工序 12 及工序 13中同样适用。不同的是背吃刀量和孔的大小。按照上述计算方法逐一确定各个参数。其中0.7/fmm r初选，所以，选取主轴转速20/ mincvm1181.9/ minn 1205 / minnr所以实际切削速度min/5 .221mvc同样的，选取主轴转速2255.1 / minnr2320 / minnr所以实际切削速度min/1 .252mvc，11.5minjLTinf21.1minjLTinf就上面对该步序加工切削用量及基本时间的分析计算，现在将各工步的计算结果列成表，得到工序 12 的切削用量及基本时间，如下表 2-13 所示表表 2-13 工序工序 12 的切削用量及基本时间的切削用量及基本时间工步（eamm）(/ )f mm r(/ min)v m( / min)n r(min)jT粗镗小头孔2.00.722.52051.5粗镗侧耳孔2.50.725.13201.12.14.7 工序 13工序 13 选用的机床和上述工序 12 一致。并且上述选用的镗刀在工序 13 中同样适用。不同的是背吃刀量和孔的大小。按照上述计算方法逐一确定各个参数。其中0.5/fmm r三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 23初选，所以，选取主轴转速20/ mincvm1181.9/ minn 1205 / minnr所以实际切削速度min/5 .221mvc同样的，选取主轴转速2255.1 / minnr2320 / minnr所以实际切削速度min/1 .252mvc，11.1minjLTinf20.8minjLTinf就上面对该步序加工切削用量及基本时间的分析计算，现在将各工步的计算结果列成表，得到工序 13 的切削用量及基本时间，如下表 2-14 所示表表 2-14 工序工序 13 的切削用量及基本时间的切削用量及基本时间工步（eamm）(/ )f mm r(/ min)v m( / min)n r(min)jT精镗小头孔1.00.522.52051.1精镗侧耳孔0.50.525.13200.83 铣床夹具设计 本夹具主要用于铣上下面对于孔中心线有精度要求，有尺寸公差要求，且粗糙度要求为 6.3，精铣即可满足加工要求。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。由指导老师的分配，决定设计铣 50 圆柱端面铣床夹具设计。3.1 定位原理及方案分析本次设计的三孔连杆零件的加工在铣床上完成，因此，本次夹具设计的任务是一个铣床夹具的设计。本次设计要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹具夹紧方案选用采用螺旋机构，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但成本低。3.2 夹紧元件的选择选择夹紧元件主要有 3 条原则：三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 241）夹紧元件结构要简单，制造要容易，体积小，重量轻，并且要有足够的强度；2）夹紧动作迅速，操作方便，使用安全，有足够的夹紧行程和装卸工作的空间；3）夹紧力要适当。3.3 夹紧力的计算（1）刀具：采用高速钢端铣刀机床： x51 立式铣床 FVFzFwqueyzXpFndzafaCF0 修正系数0 . 1vk 30FC83. 0Fq0 . 1FX z=24 65. 0Fy83. 0Fu8Pa0Fw 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=4321KKKK其中：为基本安全系数 1.51K 为加工性质系数 1.12K 为刀具钝化系数 1.13K 为断续切削系数 1.14K 所以 NKFF7 .1775（2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由FKffN21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25. 021 ff F=+G G 为工件自重zP NffFN4 .355121三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 25夹紧螺钉： 公称直径 d=15mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 MPaB1006MPaBs480108螺钉疲劳极限： MPaB19260032. 032. 01极限应力幅：MPakkkma76.511lim许用应力幅： MPaSaaa3 .17lim螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 ss s=3.54 取s=4 得 MPa120 满足要求 8 . 2242cHdF MPadNc1543 . 12经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。3.4 误差的计算在设计方案中，要求定位误差小于相应加工要求公差的 1/51/3，这样的方法才是合理的。定位误差由基准不重合误差jb和定位副制造不准确误差两部分组成的，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即dw =jb db 定位基面制造不准确误差在工序尺寸方向上的投影为 T D，定位元件制造不准确误差在工序尺寸方向上的投影为 Td，有定位副制造不准确引起的工序基准在工序尺寸方向上最大变动量：db = T D /2+ Td /2+S /2 三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 26式中，S为定位孔和心轴外圆间最小间隙配合，在不考虑定位副制造误差的条件下，由于工序基准与定位基准不重合引起的定位误差，取决于工件外圆尺寸变动量 Td以及外圆相对于内孔的同轴度误差 。基准不重合误差在工序尺寸方向上的投影值：jb = Td +定位误差的计算： dw（y）=T D1 +Td1+S1 =tan-1 *( T D1 +Td1+S1+ T D2 +Td2+S2)/2L 式中S1第一定位基准孔与外圆面间的最小间隙； S2第二定位基准孔与削边销间的最小间隙；查机械设计课程设计手册表 4-5，按28H7选固定式定位销的基本尺寸为 D810,极限偏差 g6，上偏差为+0.034，下偏差为+0.023,T D1 =0.028，Td1=0.011，, 0.02701TD0.0340.0231Td（1）S1= T D1- Td1=0.034，所以 dw（y）=jb db =(0.028/2+0.011/2+0.034/2)+(0.011+0.02) =0.061 (0.1*2)/3=0.066故该定位方案合理。3.5 本章小结 通过对三孔连杆零件加工工艺的编制和专用夹具的设计，对零件的加工过程和夹具设计的认识有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为使零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低成本的目的。通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决，确定了零件的加工工艺过程并设计了铣床铣面的专用夹具。如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。三孔连杆加工工艺及工装设计 _ 274 结语大学四年的学习生活即将结束。随着毕业前的最后一项作业，毕业设计的接近尾声。一整个大学的学业也将告一段落。本次毕业设计我的课题是三孔连杆加工工艺及工装设计。三孔连杆，这个汽车
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