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鎮(zhèn) 江 高 專 ZHENJIANG GAOZHUAN 畢 業(yè) 設 計 連桿蓋的工藝工裝設計 The design of the connecting rod cap ‘s technical frock 系 名： 機械系 專業(yè)班級： 機營031 學生姓名： 徐 威 學 號： 03016137 指導教師姓名： 殷曉中 指導教師職稱： 講師 二○○六 年 十一 月 二十 日 目 錄 引言………………………………………………………………………………… 3 第一章 零件的分析…………………………………………………………… 3 1.1 零件的作用……………………………………………………………… 3 1.2 零件的工藝分析………………………………………………………… 4 第二章 確定毛坯，畫毛坯圖……………………………………………… 4 第三章 工藝規(guī)程設計……………………………………………………… 5 3.1 定位基準的選擇………………………………………………………… 5 3.2 加工工藝路線…………………………………………………………… 6 3.3 選擇加工設備及刀具，夾具，量具…………………………………………7 3.4 加工工序設計…………………………………………………………… 8 第四章 夾具設計……………………………………………………………… 11 4.1 第40道工序的夾具設計………………………………………………… 11 4.1.1 確定設計方案………………………………………………………… 11 4.1.2 定位精度分析………………………………………………………… 11 4.1.3 操作說明……………………………………………………………… 11 4.2 第50道工序的夾具設計……………………………………………… 11 4.2.1 確定設計方案………………………………………………………… 12 4.2.2 定位精度分析………………………………………………………… 12 4.2.3 操作說明……………………………………………………………… 12 結論………………………………………………………………………………… 13 致謝………………………………………………………………………………… 14 參考文獻…………………………………………………………………………… 15 連桿蓋的工藝工裝設計 專業(yè)班級：機營031 學生姓名： 徐 威 指導教師：殷曉中 職稱： 講師 摘要 現(xiàn)代機械加工行業(yè)發(fā)生著深刻的結構性變化，工藝工裝的設計與改良已成為企業(yè)生存和發(fā)展的必要條件。工藝工裝的設計與改良直接影響著連桿蓋的質(zhì)量與性能。連桿蓋行業(yè)作為一個傳統(tǒng)而富有活力的行業(yè)，近十幾年取得了突飛猛進的發(fā)展。在新經(jīng)濟時代，連桿蓋行業(yè)呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，由此對其連桿蓋質(zhì)量、性能產(chǎn)生了新的變化。 本文首先介紹了連桿蓋的作用和工藝分析，其次確定毛坯尺寸，然后進行了工藝規(guī)程設計，最后對第40、90道工序和第50道工序進行了夾具設計 關鍵詞：工藝分析 工藝規(guī)程設計 夾具設計 The design of the connecting rod cap ‘s technical frock Abstract A profound structural movement is taking place in the modern machine process industry, so the design and improvement of the technical frock have become the necessary condition for the corporation to live and develop. the design and improvement of the technical frock directly affect the quality and performance of the connecting rod cap. The connecting rod cap industry which is traditional and vivid has much developed in recent ten years. In new economy times , The cap industry presents a new developing trend. So there is a new requirement to its quality and performance. This paper introduces the effect and technical analyse of the Connecting rod cap at first , then makes sure the rough’s size, planning the technical rules , at last designs the modular for the 40th 90th and 50th working procedure . Key words technical analyse the technical rules plan modular design 引 言 這次設計使我能綜合運用機械制造工藝學中的基本理論，并結合生產(chǎn)實習中學到的實踐經(jīng)驗知識，獨立的分析和解決工藝問題，初步具備了設計一個中等復雜程度零件（連桿蓋）的工藝規(guī)程的能力和運用夾具設計的基本原理和方法，擬訂夾具設計方案，完成夾具結構設計的能力，為未來從事的工作打下良好的基礎。 由于能力所限，經(jīng)驗不足，設計中還有許多不足之處，希望各位老師多加指教。 第一章 零件的分析 1.1 零件的作用 圖（3—10） 連桿是柴油機的重要零件之一。連桿體與連桿蓋通過螺栓連成一整體，其大頭孔與曲軸相連，小孔通過活塞銷與活塞連接，將作用于活塞的氣體膨脹壓力傳給曲軸，有受軸驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。 1.2 零件的工藝分析 由圖（3-10）得知，其材料為QT450-10球墨鑄鐵。該材料具有較高的強度、磨性、耐熱性及減振性，使用于承受較大壓力，要求耐磨的零件。該零件的主要加工面為A面、D面、凸臺、孔12、φ81、孔20、槽R67，槽5。 A，E面的平行度0.05mm直接影響連桿和連桿蓋的接觸精度及密封。 φ81孔的尺寸精度、同軸度φ0.04mm，與A、E面的平行度0.01mm，與D面的垂直度φ0.3mm。 2-M12-6H孔的尺寸精度，兩孔距尺寸精度110+/-0.15。由參考文獻中有關面和孔加工的經(jīng)濟精度及機床能達到的位置精度可知，上述技術要求是可能達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 技術要求：1.鑄件經(jīng)人工時效處理。 2.鑄件不允許有夾渣、氣孔、疏松等缺陷。 3.未注圓角R3—R5。 第二章 確定毛坯，畫毛坯圖 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件。又由題目以知零件的生產(chǎn)綱領為6000件/年。鑄造后應安排人工時效。 參考文獻（1）表2.3-6，該種鑄件的尺寸公差等級為IT13級，加工余量等級為H級。故取CT為13級，MA為H級。 鑄件的分型面選擇通過A基準孔軸線，且與B面平行的面。澆冒口位置分別位與A基準孔凸臺的兩側。 參考文獻（1）表2.3-5，用查表法確定各表面的總余量如表2-1表示 表2—1 各加工表面的總余量 加工表面 基本尺寸（mm） 加工余量等級 加工余量數(shù)值 說明 A面 94 G 5 E面 94 G 5 D面 94 H 5 凸臺面 20 H 5 φ81孔 80 H 3 φ20 20 H 0.5 R5槽67槽 67 H 5 由參考文獻（1）表2.3—9可得鑄件主要尺寸的公差，如圖2—2所示 表2—2主要毛坯尺寸及公差 （mm） 主要面尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 D面輪廓尺寸 94 5 99 A，E面輪廓尺寸 43 5 48 凸臺面距φ81孔中心尺寸 67 5 72 φ81孔 81 3 78 第三章 工藝規(guī)程設計 3.1 定位基準的選擇 選擇粗基準的原則是保證用粗基準定位所加工出的精基準有較高的精度；用此精基準定位后，各被加工表面具有較均勻的加工余量，并與非加工表面保持應有的相對位置精度。一般按以下原則選擇粗基準：1）若工件中有不加工的表面，則選取該不加工表面為粗基準；若不加工表面較多，則應選取其中與加工表面相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。2）若工件所有表面都需加工，在選擇粗基準時，應考慮合理分配各加工表面的加工余量。3）選擇零件上平整光滑的表面（不能有飛邊、澆口、冒口或其他缺陷）作為粗基準，以使定位準確，夾緊可靠。4）粗基準應盡量避免重復使用，原則上只使用一次。 選擇精基準的出發(fā)點是保證加工精度，特別是加工表面的相互位置精度，以及安裝的方便可靠。有以下原則：1）基準重合原則。2）基準統(tǒng)一原則。3）自為基準原則。4）互為基準原則。5）所選精基準應能保證工件定位準確穩(wěn)定，裝夾方便可靠，夾具結構簡單適用。 精基準的選擇：連桿蓋的A面和孔φ12面既是裝配基準，又是設計基準，用它們作精基準，能使加工遵循“基準重合”的原則。實現(xiàn)連桿蓋“一面二孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，這樣使工藝路線遵循了“基準統(tǒng)一”的原則。此外，B面的面積大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也比較簡單，可靠，操作方面。 粗基準的選擇：考慮到以下幾點要求，選擇連體蓋的重要孔的毛坯孔與連體蓋內(nèi)壁作基準；第一，在保證各孔加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量盡量均勻；第二，裝入連體蓋的零件與蓋體內(nèi)壁有足夠的間隙；此外還應能保證定位準確，夾緊可靠。 最先進行機械加工的表面是精基準A面和孔φ12，這時可有如下定位夾緊方案： 用三個支承釘支承在A，E 面的毛坯面上，限制三個自由度；用浮動圓柱銷深入—φ81mm毛坯孔中限制二個自由度；用一個支承釘支承在孔中φ12側面上限制一個自由度。 3.2 加工工藝路線的擬訂 根據(jù)個表面加工要求和各種加工方法能達到的經(jīng)濟精度，確定各表面的加工方法如下： A面和E面：粗銑——半精銑——精銑；D面：粗銑——精銑；孔φ12：鉆并倒角；凸臺面：粗銑——精銑；φ81：粗鏜——半精鏜——精鏜；孔φ20：鉆、擴、鉸；R67槽：粗銑——精銑；φ12—M12—6H:功螺紋；5槽：粗銑。 因A面和E面有較高的平行度要求，φ12有較高的同軸度要求，故它們的加工宜采用工序集中的原則，即分別在一次裝夾下將兩面或孔同時加工出來，以保證其位置精度。 根據(jù)先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原則，將A，E面，D面及φ12孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一階段中又首先加工A面E面，后在鏜孔φ81。φ12—M12—6H螺紋孔等次要表面放在最后加工。 修改后的加工工藝路線如下： 工序號 工序名稱 工 序 內(nèi) 容 設備 鑄造 時效 10 銑 粗銑A面，E面 組合機床 20 粗銑D面 X52K 30 粗銑凸臺 X52K 40 鉆 鉆孔φ12并倒角 Z3025 50 鏜 粗鏜，半精鏜，精鏜φ81 臥面組合鏜床 60 精鏜φ20的孔倒角0.5X45 Z3025 70 銑 粗銑R67槽 X52K 80 半精銑A面E面 X52K 90 功螺紋φ12—M12—6H 100 銑 精銑A，E面 X52K 110 精銑凸臺及D面 X52K 120 精銑R67槽 X52K 130 粗銑5槽 X52K 140 去毛刺 150 檢驗 160 入庫 3.3 選擇加工設備及刀具，夾具，量具 由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，故加工設備宜以通用機床為主，輔以專用機床.其生產(chǎn)方式以通用機床加專用夾具為主，輔以專用機床的流水生產(chǎn)線。工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由工人完成。 精銑A面E面。考慮到工件的定位更緊方案及夾具結構設計等問題，采用立銑，選擇X52K立式銑床（參考文獻[1]表3.1）。選擇直徑D為φ200mm的C類可轉(zhuǎn)位面銑刀（參考文獻[1]表4.4）專用夾具和游標卡尺。 半精銑A面E面。由于定位基準的轉(zhuǎn)換，宜采用立式銑床。選擇與粗銑相同型號的刀具。采用粗銑專用夾具及游標卡尺，刀口形直尺。 銑凸臺采用立式銑床，專用銑夾具，專用檢具。鉆φ12孔，孔口倒角1×45°選用搖臂鉆床Z3025選用錐柄階梯麻花鉆（參考文獻[1]表4.3）。錐柄擴孔復合鉆，擴孔時倒角，選用錐柄機用絞刀，專用夾具功螺紋采用機用絲錐，及絲錐夾頭專用夾具。φ12孔徑用游標卡尺測量，螺紋孔用螺紋塞規(guī)檢驗。 粗鏜φ81孔采用臥雙面組合鏜床，選擇功率1.5KW的ITA20鏜削頭（參考文獻[1]表3.2），選擇鏜通孔的鏜刀，專用夾具，游標卡尺。 半精鏜，精鏜也采用臥式雙面組合鏜床，選擇功率為1.5KW的ITA20M鏜削平。選擇精鏜刀，專用夾具。 3.4 加工工序設計 （1）工序10粗銑A面，E面，工序80半精銑A面E面，工序100 精銑A，E面 查文獻[2]表粗銑加工余量，得粗銑以后面的距離為45mm，故面的精加工余量A、E面精＝（46-43）／2＝1.5mm ,又已知面46的總余量為3mm，所以A、E面半精＝0.75mm,所以粗銑＝3－0.25－0.75＝2mm。 粗銑，半精銑和精銑工序和工序尺寸及公差列于下表 銑孔余量和工序尺寸及公差（mm） 加工表面 加工方法 余量 精度等級 工序尺寸及公差 A-E 粗銑 2 H10 46 A-E 半精銑 0.75 H8 43 A-E 精銑 0.25 H8 42.64~42.8 因粗，半精，精銑面時都以孔φ40和D面定位，故兩面之間的粗銑工序尺寸46mm，半精銑工序尺寸43，精銑工序尺寸為43 -0.020/-0.36，不需做尺寸鏈計算。 （2）工序20粗銑D面，30粗銑凸臺， 110精銑D面和凸臺 查文獻（1）表2.3-59平面加工余量，得精加工余量Z為1.5mm。以知D面的總加工余量Z總為5mm。故粗加工余量為ZD粗=5-1.5=3.5mm。 參考文獻（1）表2.4-73，取粗銑的每齒進給量fz為0.2mm/z；取精銑的每轉(zhuǎn)進給量f=0.5mm/r粗銑走刀一次，ap=3.5mm；精銑走刀1次，ap=1.5mm。 參考文獻（1）表3.1-74，取粗銑的主軸轉(zhuǎn)速為150r/min,取精銑的主軸轉(zhuǎn)速為300r/min。又前面已選定銑刀直徑D為φ200 mm，故相應的切削速度分別為 v粗=3.14XDn/1000=3.14X200X150/1000m/min=94.2m/min v粗=3.14XDn/1000=3.14X200X300/1000m/min=188.4m/min （3）工序40鉆孔φ12并倒角，工序90功螺紋φ12-M12-6H。 由文獻（1）表12-3取鑄件加工余量等級為9級，表12-5取鑄件尺寸精度等級為9級。 則2-φ12孔的鉆余量查表13-15。第一次鉆到11.6mm。鉸12H9，參考文獻（1）并參考Z3025機床說明書，取2-φ11.6孔的進給量f=0.3mm/I，參考文獻（1）表14-36用插入法求得鉆φ12.5 孔的切削速度V=26.7m/min。由此， 轉(zhuǎn)速n=1000v/πd=1000X26.2/3.14X12≈680r/min 把鉆床實際轉(zhuǎn)速取n=650r/min，則實際切削速度 V=3.14X12X650/1000≈24.5m/min 參考文獻（1）表2.4-69得 Ff=9.81X42.7dof0.8KF(N) M=9.81X0.02do2f0.8KF(N) 則鉆φ12孔的 Ff=9.81X42.7X120.2X0.30.8X1=1565N M=9.81X0.021X122X0.30.8X1=10.02(N.M) 它們均小于機床的最大進給力7840N，和機床的最大扭轉(zhuǎn)力196N.M，故機床剛度足夠。 鉸孔進給量取f=0.2mm/r 參考文獻（1）表14-46，取鉸孔的切削速度為V=16m/min，由次算出轉(zhuǎn)速n=1000/πd=1000X16/3.14X12≈406.6r/mm。按機床的實際轉(zhuǎn)速取n=450r/min 則實際切削轉(zhuǎn)速V=πdn/1000=3.14X12X450/1000=17.6m/min （4）工序50 粗鏜，半精鏜，精鏜φ81，查文獻（2）表3.2鏜孔加工余量，得粗鏜以后 孔的直徑為Ф78，故孔的精加工余量Z精=81-80.5/2=0.25mm。又已知φ81孔的總余量為3mm，所以半精鏜Z半精=0.5+0.25=0.75，所以粗鏜Z粗鏜=3-0.25-0.75=2mm。 表3 各工步余量和工序尺寸 加工表面 加工方法 余量 工序尺寸 φ81 粗鏜 2 φ80 φ81 半精鏜 0.75 φ80.75 φ81 精鏜 0.25 φ81 第四章 夾具設計 這次設計的夾具為第40、90道工序鉆孔φ12并功螺紋φ12-M12-6H，該夾具適用于搖臂鉆床Z3025（參考文獻（1）表3.1）和第50道工序粗鏜、半精鏜、精鏜φ81孔夾具保證φ81+0.021/0的精度要求，該夾具適用于臥雙面組合鏜床。 4.1 第40、90道工序的夾具設計 4.1.1 確定設計方案 該夾具裝在搖臂鉆床上，考慮到鉆床刀具的行程，工件采用倒裝加工。連桿蓋采用側面和上面加一塊墊板進行定位，底面采用活動V型塊。采用快速夾緊機構，和鉤型壓板對零件進行夾緊。活動V型塊與快速螺旋夾緊機構相連接。鉆套采用標準鉆套（固定鉆套）鉆套安裝在鉆模板上一H7/n6或H7/r6配合，固定鉆套結構簡單，鉆孔精度高?？紤]到整個鉆床的高度，以及快速夾緊機構所占用的空間。還可以用推引式輔助支承取代快速夾緊機構。 具體夾具設計見夾具裝配圖。 4.1.2 定位精度分析 工件是在一次裝夾下完成加工的，位置精度由夾具保證。 取鉆套與鉆模板的配合為H7/n6 對定銷與導套的配合為H7/g6 此外，夾具還應標注形位公差（詳見夾具裝配圖） 4.1.3 操作說明 夾具使用在搖臂鉆床Z3025上，選用錐柄階梯麻花鉆。加工連桿蓋φ12-M12-6H并用絲錐功螺紋。工件在上面、側面（A或E面）加一塊墊板定位，底面采用活動V型塊，活動V型塊與快速夾緊機構相連接。 工件采用快速夾緊機構，和鉤型壓板對零件進行夾緊?？紤]到整個鉆床的高度，以及快速夾緊機構所占用的空間。最后決定用推引式輔助支承取代快速夾緊機構。 4.2 第50道工序的夾具設計 4.2.1 確定設計方案 這道工序所加工的孔在凸臺面上，且與凸臺面G面垂直，按照基準重合原則并考慮到目前沒有經(jīng)過加工，為了避免重復使用粗基準，應以凸臺面鉆頭引偏，φ81孔應從凸臺面開始加緊，從G面鏜孔，且要求鏜孔時朝下。 從對工件的結構形狀分析，若工件以凸臺面朝上放置在支撐板上，定位夾緊不穩(wěn)定不可靠。也不容易實現(xiàn)。夾具以夾具體安裝面和定位孔，定位銷定位，用T型槽螺栓連接。工件以凸臺面在夾具上定位，限制了三個自由度，其余三個也必須限制。 在2-M12-6H孔內(nèi)插入短圓柱銷限制二個自由度，在對稱的2-M12-6H內(nèi)插入短菱形銷限制一個自由度，與固定凸臺面共限制了六個自由度。 本道工序選用手動夾緊，使夾具簡單，操作方便。 具體設計見夾具裝配圖。 4.2.2 定位精度分析 工件是在一次裝夾下完成加工的，位置精度由夾具保證。 取分度盤與夾具體，導套與夾具體，導套與分度盤的配合為H7/n6 對定銷與導套的配合為H7/g6 對定銷與夾具體銷孔，支撐塊銷孔的配合為H7/r6 此外，夾具還應標注形位公差（詳見夾具裝配圖） 4.2.3 操作說明 夾具使用在臥式鏜床上，粗鏜、半精鏜、精鏜φ81孔。夾具以夾具體安裝面和定位孔，定位銷定位，用T型槽螺栓連接。工件以凸臺面在夾具上定位，限制了三個自由度。在2-M12-6H孔內(nèi)插入短圓柱銷限制二個自由度，在對稱的2-M12-6H內(nèi)插入短菱形銷限制一個自由度，與固定凸臺面共限制了六個自由度。選用手動夾緊。 結 論 這次設計使我能綜合運用機械制造工藝學中的基本理論，并結合生產(chǎn)實習中學到的實踐經(jīng)驗知識，獨立的分析和解決工藝問題，初步具備了設計一個中等復雜程度零件（連桿蓋）的工藝規(guī)程的能力和運用夾具設計的基本原理和方法，擬訂夾具設計方案，完成夾具結構設計的能力，培養(yǎng)了我的熟悉并運用有關手冊、規(guī)范、圖表等技術資料的能力，進一步培養(yǎng)了我的識圖、制圖、圖表和編寫技術文件等基本技能，為未來從事的工作打下良好的基礎。 通過對本次課程設計有關的課程學習，使我從技術與經(jīng)濟緊密結合的視角，用建立在系統(tǒng)論、控制論、信息論等科學方法論基礎上的新觀念，圍繞加工質(zhì)量這個總目標，熟悉了機械制造過程中包括傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的在內(nèi)各種常用加工方法和制造工藝，以及與之有關的切削機理、加工原理、設備的性能與選用原則、加工質(zhì)量的分析和控制方法等。其具體表現(xiàn)為： 1） 掌握了金屬切削的基本規(guī)律，并能用之于各種切削參數(shù)和刀具幾何參數(shù)的合理選擇，及對加工質(zhì)量的正確分析。 2） 了解了常用機械加工方法的工作原理、工藝特點、質(zhì)量保證措施，以及常用機床的性能、工藝范圍、主要結構及合理選擇。 3） 熟悉了機械加工工藝規(guī)程和機器裝配工藝規(guī)程擬訂的基本知識及有關計算方法，具有擬訂中等復雜程度零件機械加工工藝規(guī)程的能力。 4） 掌握了機械加工精度和表面質(zhì)量的基本理論和基礎知識，并具有對生產(chǎn)現(xiàn)場工藝技術問題進行分析和解決的初步能力 經(jīng)過兩個多月的畢業(yè)設計，在設計指導老師殷曉中的指導下，本人順利地完成了本次畢業(yè)設計。 畢業(yè)設計是教育環(huán)節(jié)中重要一環(huán)，對檢驗我們四年來的知識水平是一次卓有成效的檢查，是綜合提高我們四年所學的專業(yè)知識的有效總結。 畢業(yè)設計之初，我以飽滿熱情投入到工作中去，積極詢問指導老師，虛心向同學請教，認真查閱圖書、資料、手冊。在這次畢業(yè)設計之中，我學到了許多寶貴經(jīng)驗。鍛煉了我獨立思考，獨立分析，獨立解決問題的能力，同時以深刻感到自己對許多知識還不甚了解。通過畢業(yè)設計，對一些已學過的知識，是一個很好的回顧，鞏固了自己所學的知識，又從實踐中驗證了理論知識，實踐與理論相結合。 致 謝 在這里，對于幫助我完成這次畢業(yè)設計的同事和指導老師（殷曉中老師和陳興和老師）表示真誠的謝意。沒有你們的幫助，我很難完成這篇畢業(yè)論文，從你們身上我學到了課堂上學不到的東西，你們使我受益匪淺，感受深刻，缺少了你們的悉心講解和指導，畢業(yè)設計將很難進行。再一次表示我最真誠的謝意。 謝 謝！ 參考文獻： [1] 李洪主編 機械加工工藝手冊 北京出版社 [2] 鄭修本主編 機械制造工藝學 機械工業(yè)出版社 [3] 劉友才，肖繼德主編 機床夾具設計 [4] 孟少農(nóng)主編 金屬機械加工工藝人員手冊 [5] 第一汽車制造廠職工大學編 機床夾具設計設計手冊 上?？萍汲霭嫔? 17