弯曲连杆加工工艺及铣端面夹具设计【含CAD图纸和说明书】
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含CAD图纸和说明书
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机械制造技术基础课程设计说明书机械制造技术基础课程设计说明书设计题目：“连杆”零件的机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名： _ _学号： _专业：机械工程 _班级：_ _指导老师： _学院： _ 年6月23日目录一、零件分析1.1零件的作用1.2零件的工艺分析1.3确定零件的生产类型二、确定毛坯类型绘制毛坯简图 2.1选择毛坯 2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 2.3绘制连杆毛坯简图三、工艺规程设计 3.1定位基准的选择1）粗基准的选择2）精基准的选择 3.2拟定工艺路线1）表面加工方法的确定2）加工阶段的划分3）工序的集中与分散4）工序顺序的安排（1）机械加工工序（2）热处理工序（3）辅助工序5）确定工艺路线 3.3加工设备及工艺装备的选用 3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定3.5切削用量的计算 1）背吃刀量的计算 2）进给量的计算 3）切削速度的选择计算3.6时间定额的计算 1）基本时间的计算 2）辅助时间的计算 3）其他时间的计算 4）单件时间的计算3.7填写机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片四、专用夹具设计 4.1夹具设计任务 1）工序尺寸和技术要求 2）生产类型和时间定额 4.2拟定连杆夹具结构方案与绘制夹具草图 1）确定工件定位方案，设计定位装置，计算定位误差 2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置，计算夹紧力 3）确定导向方案，设计导向装置 4）确定引导和对刀装置，设计引导和对刀装置 5）确定夹具体结构形式及夹具在机床上的安装方式 4.3绘制夹具装配总图 4.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求总结与致谢参考文献附录一、零件分析1.1零件的作用题目所给的连杆是汽车发动机的重要元件。它的作用是将活塞受的力传递给曲轴，并使活塞的王府运动转变为曲轴的旋转运动，是发动机中最重要的配合副之一。1.2零件的工艺分析根据任务书可知，“连杆”零件的材料是HT200。该材料具有一定的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件的主要加工面为：（1）尺寸直径20和30的左平面；（2）直径30的右端面；（3）直径32的圆柱表面；（4）直径30和20的圆孔；各表面的相互位置精度要求有:（1）20孔中心线对30孔中心线的平行度公差为0.08mm；（2）左平面对20孔中心线的垂直度公差为0.1mm；（3）右端面对30孔中心线的垂直度公差为0.1mm；（4）下垂头中心线对30孔中心线的平行度公差为0.1mm；（5）零件材质为灰铸铁，需要热处理32处27长度上54HRC。1.3确定零件的生产类型根据任务书可知，该零件属于大批生产。二、确定毛坯类型，绘制毛坯简图2.1选择毛坯零件材料选用HT200，此材料不光切削加工方面性能较好，而且几乎不产生热量，为了简化工艺和提高劳动利用率，可考虑采用工序集中原则。零件结构比较简单，以便能使零件具有更好的机械性能，采用铸造成型来保证零件工作可靠。从提高生产效率保证加工精度方面来说是有必要的。2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1）铸件尺寸公差等级由表2.8查得铸件尺寸公差等级为CT8-10级,根据铸件作用和结构取CT9。2）铸件机械加工余量加工余量由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共10级，对成批和大批生产的铸件加工余量由表2.8查得为G级。表2.1 连杆的机械加工余量及铸造毛坯尺寸公差（mm）加工表面零件尺寸机械加工余量毛坯公差毛坯尺寸连杆30孔303.01.8240.9（30）连杆左平面243.01.7300.85（24）连杆右端面273.01.8330.9（27）连杆下垂头连接处123.01.6180.8（12）连杆下垂头端面323.01.8380.9（32）2.3 绘制连杆毛坯简图图3.1 连杆零件毛坯简图三、工艺规程设计3.1 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后确定粗基准。1）精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准合一”原则，选择零件左视图中的左平面和30孔中心作为精基准。2）粗基准的选择对于零件而言，尽量选择比加工表面为粗基准。而对于若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件右表面为粗基准。3.2 拟定工艺路线1）表面加工方法的确定根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查工艺人员手册，可得到表面和孔加工加工方法能达到的经济精度，确定连杆各表面的加工方法如下：表3.1 连杆零件各表面加工方案加工表面尺寸及偏差/mm尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m加工方案左平面IT113.2粗铣-精铣右端面IT113.2粗铣-精铣20孔20IT91.6钻-铰30孔30IT91.6粗扩-精扩垂头端面32IT133.2粗铣-精铣垂头连接处R12IT133.2粗铣-精铣2）加工阶段的划分该连杆加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、精加工两个阶段。首先将精基准（连杆左平面和孔）准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣连杆右端面，钻20孔和粗铣垂头端面及连接处，；在精加工阶段，完成左右端面的精铣加工和垂头端面及连接处。3）工序的集中与分散选用工序集中原则，安排连杆的加工工序。该连杆的生产类型为大量生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不断可以缩短辅助时间，而且由于一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。4）工序顺序的安排（1）机械加工工序表3.2 连杆零件机械加工工序安排（初拟）工序号工序内容简要说明10粗、精铣左平面先基准后其他，先粗后精20粗、精铣右端面先基准后其他，先粗后精30粗、精铣垂头端面及连接处先主后次，先粗后精40钻、铰20孔先面后孔50粗、精扩30孔先面后孔60检查遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准连杆左右端面和30孔、20孔；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面；遵循“先面后孔”原则，先加工主要表面，后加工孔；先加工左右端面，后加工两个孔；最后加工垂头端面及连接处。（2）热处理工序为改善工件材料的切削性能和消除毛坯应力而安排热处理工序和为消除切削加工过程中工件的应力而安排的热处理工序，例如退火，人工时效等，通常安排在初加工之前；为改善工件材料力学性能而采用的热处理工序，例如淬火，渗碳淬火等，通常安排在半精加工和精加工之间进行。在淬火处理之前，应将铣槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的加工进行完毕，以防工件淬硬后无法加工。（3）辅助工序粗加工连杆左右端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该连杆工序的安排顺序为：基准加工主要平面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精加工。5）确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定连杆的机械加工工艺路线，表3.3。表3.3 连杆机械加工工艺路线（修改后）工序号工序内容定位基准10铸造20退火30粗、精铣左平面55外圆轮廓表面40粗、精铣右端面左平面50粗、精铣垂头端面及连接处左平面，55外圆轮廓表面60钻、铰20孔左平面，55外圆轮廓表面70粗、精扩30孔左平面，20孔80去毛刺90清洗100终检3.3加工设备及工艺装备的选用由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。表3.4 连杆工艺路线及设备、工装的选用工序号工序内容加工设备工艺装备10铸造20退火30粗、精铣左平面立式铣床X51端铣刀、游标卡尺40粗、精铣右端面立式铣床X51端铣刀、游标卡尺50粗、精铣垂头端面及连接处立式铣床X51端铣刀、游标卡尺60钻、铰孔20立式钻床Z525镗刀、卡尺、塞尺70粗、精扩孔30立式钻床Z525扩孔钻、卡尺、塞尺80去毛刺钳工台平锉90清洗清洗机100终检塞规、卡尺、千分表等3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定工序30 粗、精铣左平面查表得左平面的精加工余量Z精为1mm。已知该面的总余量Z总为3mm。故粗加工余量Z粗=（3-1）mm=2mm。粗铣左平面工序中以55外圆轮廓端面定位，左平面至20孔右端面的工序尺寸即为设计尺寸X精=24mm。求解尺寸链，由X粗=X精+Z精，则粗铣左平面工序尺寸X粗=（24+1）mm=25mm。查表面加工方法相关表格，得粗铣加工公差等级为IT11IT13，取IT11，其公差T精=0.16mm，所以X粗=（250.08）mm。校核精铣余量Z精：上述尺寸链中，Z精是封闭环，由竖式计算法（下表）计算可得：Z精=1.00.08mm表3.5 余量Z精校核表 mm环的名称基本尺寸上偏差下偏差X粗（增环）25+0.08-0.08X精（减环）2400Z精1+0.08-0.08校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。工序30粗、精铣左平面工序加工余量、工序尺寸及公差见下表。表3.6 工序30粗、精铣左平面工序加工余量、工序尺寸及公差 mm加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸粗铣铣2IT11X粗=250.08精铣左平面铣1X精=243.5切削用量的计算工序30：粗、精铣左平面1）背吃刀量的计算粗铣左平面时，粗铣走刀一次，背吃刀量为粗加工余量，ap=2mm;精铣左平面时，精铣走刀一次，背吃刀量为精加工余量，ap=1mm。2）进给量的选择X51型立式铣床功率为4.5kW，查表高速钢端铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，粗铣的每齿进给量fz取为0.2mm/z。由本工序表面粗糙度Ra12.5m，查表高速钢端铣刀精铣平面进给量，每齿进给量f取为0.08mm/z。3）切削速度的选择计算粗铣左平面由本工序采用高速钢端铣刀，dw=80mm，齿数z=10。查高速钢端铣刀铣销速度相关表，确定铣销速度vc=40m/min，则ns=1000vd=10004080=159.15r/min由本工序采用X51型立式铣床，查表取nw=160r/min，故实际铣销速度vc=dnw1000=801601000=40.2m/min当nw=160r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为=0.210160=320/查表确定机床的进给量为300mm/min。精铣左平面查高速钢端铣刀铣销速度相关表，确定铣销速度vc=57.6m/min，则ns=1000vd=100057.680=229.18r/min由本工序采用X51型立式铣床，查表取nw=210r/min，故实际铣销速度vc=dnw1000=802101000=52.78m/min当nw=210r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为fm=fzn=0.0810210=168mm/min查表确定机床的进给量为160mm/min。表3.7粗、精铣左平面切削用量表加工表面背吃刀量ap/mm每齿进给量fz/（mm/min）每分钟进给量fm/（mm/min）切削速度vc/（m/min）主轴转速n/（r/min）粗铣左平面20.230040.2160精铣左平面10.0816052.782103.6时间定额的计算工序30：粗、精铣左平面1）基本时间tj的计算由于该工序包括两个工步，两步分别进行，由面铣刀分两次铣同一平面，主偏角r=90。查铣销基本时间计算相关表，l1=0.5d-d2-ae2+（13）mm，l2=13mm。确定l1=0.580-802-552+13=12mm，l2=1.5mm，l=142.5mm。则该工序各工步的基本时间分别为粗铣左平面的基本时间：tj=l+l1+l2fMz=142.5+12+1.5300=0.52min=32s精铣左平面的基本时间：tj=l+l1+l2fMz=142.5+12+1.5160=0.98min=59s2）辅助时间tf的计算辅助时间tf与基本时间tj之间的关系为tf=（0.150.2）tj，取tf=0.15tj。则该工序各工步的辅助时间分别为粗铣左平面的辅助时间为：tf=0.1532s=4.8s精铣左平面的辅助时间为：tf=0.1559s=8.85s3）其他时间的计算由于连杆的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间tb是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%4%，均取3%，则该工序的各工步的其他时间分别为粗铣左平面的其他时间为：tb+tx=6%32s+4.8s=2.45s精铣左平面的其他时间为：tb+tx=6%59s+8.85s=4.07s4）单件时间tdj的计算该工序各工步的单件时间分别为粗铣左平面的单件时间为：tdj粗=32s+4.8s+2.45s=39.25s精铣左平面的单件时间为：tdj精=59s+8.85s+4.07s=71.92s因此，该工序的单件时间tdj=tdj粗+tdj精=39.25s+71.92s=111.17s3.7填写机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片表3.8连杆零件机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称零件名称连杆共2页第1页材料牌明HT200毛坯种类铸件毛坯外形尺寸169.55072每毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时/s准时单件10铸造20热处理（退火）加热炉等30铣粗、精铣左平面金工1X51立式铣床专用夹具、端铣刀、游标卡尺91111.1740铣粗、精铣30mm的右端面金工1X51立式铣床专用夹具、端铣刀、游标卡尺50铣粗、精铣垂头端面及连接处金工1X51立式铣床通用夹具、端铣刀、游标卡尺60钻钻、铰20孔金工1Z525立式钻床通用夹具、高速钢麻花钻、直柄机用铰刀70扩粗、精扩30孔金工1Z525立式钻床专用夹具、锥柄扩孔钻、锥柄机用铰刀、内径千分尺、螺纹塞规80去去毛刺金工钳工台平锉90洗清洗金工清洗机100检终检检喷漆枪通用夹具、专用夹具、塞规、百分表、卡尺等设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期表3.9 连杆零件机械加工工序30的机械加工工序卡机械加工工序卡片产品型号零件图号3产品名称连杆零件名称连杆共2页第1页车间工序号工序名称材料牌号机加工30粗、精铣左平面HT200毛坯种类毛坯外形尺寸毛坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X51铣平面1夹具标号夹具名称切削液专用铣夹具开工位器具编号工位器具名称工序工时/分准终单件1.85min工步号工步内容工艺设备主轴转速/（r/min）切削速度/（m/min）进给量/（mm/z）切削深度/mm进给次数工步工时机动辅助30粗铣左平面专用铣夹具30040.20.22132s4.8s精铣左平面专用铣夹具21052.780.081159s8.85s专用检具设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期四、专用夹具设计 4.1夹具设计任务为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。为工序30铣左平面设计铣床夹具，所用机床为X51立式铣床，大批生产类型。 1）工序尺寸和技术要求加工连杆左平面，左平面靠近20孔处厚度为24mm，平面对20孔中心线的垂直度为0.1，由于进行该工序时孔并未加工，故不作考虑，该平面表面粗糙度为Ra12.5m。 2）生产类型和时间定额生产类型为大批生产。 4.2拟定连杆夹具结构方案与绘制夹具草图 1）确定工件定位方案，设计定位装置（1）定位方案分析工序简图可知，加工连杆左平面，左平面靠近20孔处厚度为24mm。从基准的重合原则和定位的稳定性、可靠性出发，选择零件右侧两不进行加工的平面作为主要定位基准面，并选择55外圆面为另外的定位基准面。（2）定位原件选择定位元件采用自主设计的支承板，同时接触右侧的两高度不同的平面，并使需要加工但仍未加工的右端面不接触。55外圆端面采用N=55mm的A型固定V形块。图4.1 支承板简图图4.2 V形块简图 2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置由于该零件平面较多，故采用结构较为简单的钩形压板的夹紧机构，根据夹具体、支承板及零件厚度，选择d=M16，K=21mm的A型钩形压板。图4.3 夹紧装置简图 3）确定导向方案，设计导向装置在夹具体上设计定位键，用于确定夹具与机床的位置。图4.4 定位键简图 4）确定引导和对刀装置，设计引导和对刀装置为能迅速、准确地确定铣刀与定位元件的位置，铣床夹具应设置安装对刀块。对左平面加工采用对刀块确定道具位置，根据JB/T8031.1-1999选用结构简单的圆形对刀块。图4.5 圆形对刀块简图 5）确定夹具体结构形式及夹具在机床上的安装方式考虑到夹具的刚度、强度和工艺性要求，采用铸铁夹具体结构。夹具体设计耳座结构，用螺栓使其与机床连接紧固。 4.3绘制夹具装配总图夹具装配图中应将支承板与夹具体连接方式表达清楚，夹紧机构、对刀块及定位键与夹具体的连接结构形式都应在图中清楚地体现出来。下图为本夹具的总装图。图4.6 夹具总装图 4.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求1）最大轮廓尺寸夹具体最大轮廓尺寸为350mm，250mm，115mm。2）定位元件之间的尺寸和公差定位元件工作表面对夹具体底面的垂直度为0.03m
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