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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 39 頁 1 緒論 1.1 畢業(yè)設計的目的 連桿合件是某企業(yè)產品中的關鍵零件之一，生產量比較大。為了保證產品質量，提高加工效率，需要對其加工工藝進行優(yōu)化設計，并在關鍵工序使用組合機床或專用機床進行加工。本課題即以此為背景，要求學生根據企業(yè)生產需要和連桿合件零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設計，在此基礎之上，選擇其關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計，并完成必要的設計計算。 通過這樣一個典型環(huán)節(jié)綜合訓練，達到綜合訓練學生運用所學知識，解決工程實際問題的能力。 1.2 畢業(yè)設計要求 本設計要求學生在對連桿合件的加工要求、零件的結構工藝性進行認真分析的基礎上，首先對零件的加工工藝規(guī)程做出優(yōu)化設計，并對其關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計。具體任務及要求如下： （1）調查研究、查閱及翻譯文獻資料，撰寫開題報告； （2）連桿合件加工要求、零件的結構工藝性分析； （3）連桿合件加工工藝規(guī)程設計； （4）連桿合件關鍵工序的專用夾具設計； （5）連桿合件關鍵工序的組合機床設計； （6）必要的設計計算與分析； （7）文檔整理、撰寫畢業(yè)設計說明書及使用說明書。 設計技術要求包括： （1）生產綱領：50000件/年； （2）夾具采用液壓驅動； （3）組合機床采用液壓滑臺； （4）每次加工一個零件。 1.3 解決方案和技術路線 本設計是連桿合件加工工藝及關鍵工序工裝設計，并在此基礎上選擇關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計，因此需要研究和解決以下幾個問題： （1）連桿合件加工工藝及關鍵工序工裝設計； （2）關鍵工序之一的專用夾具設計； （3）關鍵工序之一的加工用組合機床設計。 進行連桿合件加工工藝及關鍵工序工裝設計時，應首先熟悉連桿合件的零件圖，依據“先加工基準面，后加工其他表面”、“先加工平面，后加工孔”、“先加工主要平面，后加工次要平面”、“先安排粗加工，后精加工” [1]，再結合工件的實際情況來安排工藝路線。工藝裝備包含：刀具、量具、夾具、輔具。工藝裝備的選用及設計得依據工序及工件的實際情況。 進行關鍵工序之一的專用夾具設計時，應首先熟悉本工序的內容及要求及零件尺寸、表面粗糙度的要求和形位公差的要求，了解夾具設計的原則、夾具的構成，依據工件的實際情況設計本工序的夾具[1]。 進行關鍵工序之一的加工用組合機床設計時，應首先了解機床的構成，依據機床設計的原則，工件、夾具的具體情況，本工序的加工要求，查閱相關資料來設計機床，并完成三圖一卡的制作。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 39 頁 共 39 頁 2 工藝設計 2.1 主要技術依據 2.1.1 生產綱領，生產類型 生產綱領為50000件/年，屬大批量生產[2]。 大批量生產的工藝特征： （1）零件的互換性：具有廣泛的互換性，少數裝配精度較高處，采用分組裝配法和調整法； （2）毛坯的制造方法和加工余：廣泛采用金屬模機器造型，模鍛或其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小； （3）機床設備及其布置形式：廣泛采用專用機床及自動機床，按流水線排列設備； （4）工藝裝備：廣泛采用專用夾具，專用組合機床，專用刀具，專用量具或自動檢驗裝置，靠調整法達到精度要求； （5）對工人的技術要求：對調整工的技術水平要求高，對操作工的技術水平要求較低； （6）工藝文件：有工藝過程卡或工序卡，關鍵工序要調整卡和檢驗卡； （7）成本：較低； （8）生產率：高； （9）工人勞動條件：較好。 2.1.2 連桿的功用及主要結構參數 連桿是汽車發(fā)動機的主要傳動件之一。連桿的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，從而使得活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。它受到很大的燃氣燃燒爆發(fā)力和慣性力的作用，因此必須具有足夠的強度和剛度[3]。連桿的總成圖如圖1連桿總成圖。連桿主要參數如表1主要參數表。 圖1 連桿總成圖 表1 主要參數表 項目 技術要求 材料 QT450-10 連桿小頭孔尺寸 mm 連桿大頭孔尺寸 mm 連桿 厚度 mm 大小頭孔中心距 mm 連桿體 連桿體螺紋 2-M12-6H 兩止口寬度 mm 連桿蓋 連桿蓋螺栓孔 mm 兩止口寬度 mm 2.1.3 毛坯的選擇及制備 （1）根據零件用途確定毛坯類型； （2）根據批量（生產綱領）確定毛坯制造方法； （3）根據手冊確定表面加工余量及余量公差。 根據技術要求，零件材料為QT450—10，即球墨鑄鐵，表2成分及特性表，表3力學性能表。 表2 成分及特性表[4] 主要化學成分% 主要特性 用途舉例 C? Si? Mn? S P 較普通鑄鐵韌性和抗拉強度大大提高,又具有鑄鐵的流動性好, 收縮性小的特點 不僅能代替鑄鋼,甚至能代替鍛鋼做成曲軸,齒輪等重要零件.抗蝕性能也優(yōu)于普通鑄鋼,做閥門、減壓閥 3.5~3.9 2.5~3.0 ≤0.4 ≤0.02 ≤0.07 表3 力學性能表[5] 抗拉強度 σb/MPa 屈服強度 σ0.2/MPa 伸長率 δ(%) 硬度 HBS ≥450 ≥310 ≥10 160～210 毛坯的制備方法： 根據毛坯的材料，生產類型，生產綱領及零件的復雜程度，連桿毛坯采用金屬型鑄造成型。 零件并不復雜，因此毛坯可以與零件的形狀盡量接近，而且采用連桿體連桿蓋整體鑄造，之后經加工分離再分別加工。連桿蓋、連桿體上的螺栓螺紋孔可不鑄造出來而直接加工。大頭孔直接鑄造，尺寸為Φ75mm。毛坯尺寸可以通過加工余量確定。 （根據《機械加工工藝手冊》 (第2版) [6] 第一卷 表3.2—23） 連桿端面加工總余量：（1.5+1）× 2 = 5；連桿毛坯厚度：48mm。 （根據《機械加工工藝手冊》 (第2版) 第二卷） 連桿長度：178mm；連桿大頭孔圓形部分：Φ75mm。 2.2 工藝分析 工藝分析的目的：一是審查零件的結構形狀及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及熱處理等的技術要求是否合理，是否便于加工和裝配；二是通過工藝分析，對零件的工藝要求有進一步的了解，以便制訂出合理的工藝規(guī)程[7]。 （1）零件材料：QT450—10。球墨鑄鐵切削性能較差，宜采用高速鋼（較低切削參數下）、硬質合金鋼刀具（較高切削參數下）以降低成本。刀具幾何參數可根據不同刀具類型依據相關手冊查??； （2）零件的表面組成：兩端面，大小兩個通孔，螺紋、螺栓孔，鍵槽，倒角，連桿體、連桿蓋結合面； （3）主要表面分析：Φ20mm的小頭孔表面、Φ81mm的大頭孔表面為零件最重要的工作面； （4）主要技術要求：小頭孔精度要求為IT7、粗糙度要求Ra1.6μm，大頭孔精度要求為IT6、粗糙度要求Ra1.6μm，大小頭孔中心距為mm。大小頭孔之一為零件上的重要基準，兩側端面也為重要基準； （5）零件總體特點：連桿合件由連桿體和連桿蓋兩部分組成。 2.3 加工方案 加工零件時應注意以下幾個內容： （1）加工表面的尺寸精度和形狀精度； （2）主要加工表面之間的相對位置精度； （3）加工表面的粗糙度及其他方面的表面質量要求； （4）熱處理及其他技術要求。 在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度： （1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形； （2）連桿是鑄件，孔的加工余量大，切削時將產生較大的殘余內應力,并引起內應力重新分布。 因此，在安排工藝時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產生變形。粗、精加工分開后，粗加工產生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內應力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術條件。 2.3.1 定位基準的選擇 定位基準的選擇是擬定零件的機械加工路線，確定加工方案中首先要做的重要工作?；孢x擇得正確與否、合理與否，將直接影響工件的加工質量和生產率[8]。 在選擇定位基準時，需要考慮以下三個問題： （1）以哪一個表面作為加工時的精基面或統(tǒng)一基準，才能保證加工精度，使整個機械加工工藝過程順利地進行； （2）為加工上述精基面或統(tǒng)一基準，應采用哪一個表面作為粗基面； （3）是否有個別工序為了特殊的加工要求，需要采用統(tǒng)一基準以外的精基面。 粗基面的選擇：根據粗基面的選擇原則及零件的特點來選擇。 精基面的選擇：選擇精基面時，首先應考慮基準重合的問題，即在可能的情況下，應盡量選擇加工表面的設計基準為定位基準[8]。 在連桿機械加工工藝過程中，加工小頭孔時，工序選用連桿的一側端面作為主要基準。加工連桿蓋時，選用連桿蓋的一個指定的端面、連桿蓋上的大頭孔及連桿蓋側面作為基準。加工連桿體時，選用連桿體的一個指定端面、連桿體小頭孔及連桿體側面作為基準。加工大頭孔時，選用連桿體的一個指定端面、連桿體小頭孔及連桿側面作為基準。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定；用連桿蓋上的孔定位可直接控制大小孔的中心距；連桿側面限制轉動。這樣就使各工序的定位基準統(tǒng)一起來，減少定位誤差。 （1）根據零件圖，連桿零件的兩端面都在一個平面上，這對作為定位基準面來說是有利的； （2）連桿體上的小頭孔作為基面，因此小頭孔的加工應安排得比較早。這樣宜于保證大小頭孔的中心距要求； （3）在銑連桿合件端面的工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加工精度會有很大影響，因此此道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整個工藝過程的加工精度常有深遠的影響。在本道工序中以毛坯大頭端定位，在小頭處夾緊，同時銑削兩側端面。但是由于毛坯表面不平整，連桿的剛性差，夾緊時工件可能變形，粗銑后端面似乎平整了，一放松，工件又恢復，變形，影響后續(xù)工序的定位及加工。以連桿的連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小，同時可以銑工件的兩側端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。毛坯在加工后的外形偏差也比較小。本連桿的結合面帶有止口。連桿結合面結構種類較多，有平切口和斜切口，還有鍵槽形、鋸齒形和帶止口的。從使用性能上看，重復定位精度高，在擰緊螺釘時，可自動滑移消除止口間隙；從工藝性上看，定位可靠，連桿成品經拆裝后大頭孔徑圓度變化小。螺栓孔和結合面分別先后加工，為達到互換性裝配要求，加工精度應相應提高。 2.3.2 工藝路線方案的確定 制定工藝路線主要是確定加工方法和劃分加工階段[8]。 （1）選擇加工方法應以零件加工表面的技術條件（主要是加工面的尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度）為依據，并綜合考慮各個方面工藝因素的影響，一般是根據主要表面的技術條件先確定終加工方法，接著再確定一系列準備工序的加工方法，然后再確定其他次要表面的加工方法； （2）在各表面加工方法選定以后，就需進一步考慮這些加工方法在工藝路線中的大致順序，以定位基準面的加工為主線，妥善安排熱處理工序及其他輔助工序； （3）設計安排加工路線圖表。 特別當生產批量不同時零件的工藝路線也會有較大的差別。 方案1： 工序I：制備毛坯 工序II：同時銑連桿大小頭孔兩側端面 工序III：鉆、擴、鉸連桿小頭孔 工序IV：分離連桿體和連桿蓋 工序V：銑連桿體結合面 工序VI：銑連桿蓋結合面 工序VII：加工連桿體的螺紋 工序VIII：加工連桿蓋的螺栓孔 工序IX：人工裝配連桿體和連桿蓋 工序X：粗鏜、半精鏜大頭孔 工序XI：精鏜大頭孔及大頭孔內鍵槽 工序XII：鏜削小頭孔內槽 工序XIII：銑小頭孔R67mm的槽 工序XIV：倒角，檢驗 方案2： 工序I：制備毛坯 工序II：同時銑連桿大小頭孔兩側端面 工序III：鉆、擴、鉸連桿小頭孔 工序IV：分離連桿體和連桿蓋 工序V：銑連桿體和連桿蓋結合面 工序VI：加工連桿體的螺紋 工序VII：加工連桿蓋的螺栓孔 工序VIII：人工裝配連桿體和連桿蓋 工序IX：粗鏜、半精鏜大頭孔 工序X：精鏜大頭孔及大頭孔內鍵槽 工序XI：鏜削小頭孔內槽 工序XII：銑小頭孔R67mm的槽 工序XIII：倒角，檢驗 方案1、2的差別僅僅是連桿端面銑削方式的不同。方案2中先粗加工兩側端面，在連桿體和蓋裝配好后再進行一次精加工，此方案的不足在于精加工時條件不滿足，難以進行精加工。方案1中在連桿體和蓋分離之前同時進行兩側端面粗、精加工，雖然在裝配后可能影響到端面平面度，但考慮到連桿為一體鑄造，且端面采取兩側同時 加工，力可以相互抵消，同時連桿體和蓋的結合面要求也較高，因此可以采用此方案。通過比較選擇方案1。 工序I：制備毛坯 工序II：同時銑連桿大小頭孔兩側端面 工序III：鉆、擴、鉸連桿小頭孔 工序IV：分離連桿體和連桿蓋 工序V：銑連桿體結合面 工序VI：銑連桿蓋結合面 工序VII：加工連桿體的螺紋 工序VIII：加工連桿蓋的螺栓孔 工序IX：人工裝配連桿體和連桿蓋 工序X：粗鏜、半精鏜大頭孔 工序XI：精鏜大頭孔及大頭孔內鍵槽 工序XII：鏜削小頭孔內槽 工序XIII：銑小頭孔R67mm的槽 工序XIV：倒角，檢驗 2.3.3 加工質量的保證措施 （1）合理定位夾緊方法 連桿是一個剛性比較差的工件，應該十分注意夾緊力的大小、作用力的方向及著力點的選擇，避免因受夾緊力的作用而產生的變形，以免影響加工精度[9]。銑兩端面時，夾具的夾緊力方向應與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭孔端部與小頭孔端部的剛性高，變形小，既使有一些變形，亦產生在平行于端面的方向上，很少或不會影響端面的平面度。在加工小頭孔工序中，夾緊力垂直作用于端面上，并由定位元件承受，以保證所加工孔的圓度。在鏜孔時，只以大平面（基面）定位，大頭這一端用固定塊定位，小頭孔以銷定位后，用推動塊從側向夾緊。小頭一端不能從端面上定位夾緊，避免可能產生的變形。 （2）零件 零件材料的力學、物理性能及熱處理狀態(tài)對加工后的表面粗糙度、殘余應力和冷硬現象都有影響。在工藝條件允許的范圍內，可通過以下途徑改善其加工性。 （a）提高毛坯質量 提高毛坯外形的幾何精度，保證其硬度及組織的均勻性，可以減小切削力的波動，使振動及刀具磨損減小，有利于提高表面質量。 （b）通過熱處理改善切削加工性 通過熱處理提高塑性較大材料的硬度，可改善表面質量。如對20鋼在切削前進行正火處理，可改善它的切削加工性。 （3）連桿加工時合理的加工路線 （a）兩側端面采用粗銑、半精銑兩道工序。改善基面的平面度，提高孔加工的精度。 （b）連桿大、小頭孔的加工是連桿機械加工的重要工序，它的加工精度對連桿質量有較大的影響。小頭孔是重要的定位基面，在用作定位基面之前，它經過了鉆、擴、鉸三道工序。鉆時以小頭孔外形定位，這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。小頭孔在鉆、擴、鉸后，再以其內孔定位加工大頭孔。大頭孔經粗鏜、半精鏜、精鏜。表面粗糙度Ra 為1.6μm，大頭孔的加工方法是將連桿蓋與連桿體組合在一起，然后進行鏜大頭孔的工序。這樣，在前幾道工序中可能產生的變形，可在最后精鏜工序中得到修正，以保證孔的精度。 （c）連桿的螺栓孔經過鉆工序，螺紋經鉆、攻絲工序。加工時先以連桿體和連桿蓋配合鉆螺紋孔，后分別加工連桿體的螺紋、連桿蓋的螺栓孔。加工時以大頭端面、大頭孔外圓面、小頭孔端面、小頭孔外圓面及一側面定位。為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向上保持平行，在鉆孔工序中用上下雙導向套導向，從而達到所需要的技術要求，螺栓孔及螺紋孔的同軸度就能保證。 （4）刀具方面 （a）加強切割作用，減小推擠作用 加強切割作用，減小推擠作用不僅可以降低切削力與切削溫度，而且也是提高表面質量的有效措施。對切割與推擠作用影響較大的是刀具的前角與刃口圓弧的大小。 ① 加大前角。加大前角可以減小推擠作用，使刀刃的切割作用更加突出，并使被切金屬的塑性變形減小；同時，加大前角可以使基本變形區(qū)主要分布在切割層內，對已加工表面以下的金屬影響較小。但應注意前角過大會使刀尖的強度降低，影響刀具的壽命。 ② 減小刃口圓弧半徑。刀具刃口圓弧半徑減小，可以縮小刀前變形量，加強刀刃的切割作用；同時，可以使直接受刃口圓弧擠壓的金屬層厚度減小。因此，減小刃口圓弧半徑能使表面殘余應力、冷硬層深度及冷硬程度降低，從而提高表面質量。 ③ 采用斜刃切削。由于斜刃切削時，使切屑流向改變，刀具的實際前角加大，實際刃口圓弧半徑減小，從而加強了刀刃的切割作用，并使推擠作用減小，有利于提高已加工表面的質量。 （b）提高刃磨質量控制磨損量 降低前、后刀面的粗糙度可以減小刀一屑之間的摩擦，可以降低切削變形和切削力，并能抑制積屑瘤和鱗刺。因此，合理規(guī)定磨損限度，是保證表面質量的重要環(huán)節(jié)。 （c）合理選擇刀具材料 應根據工件的材料和具體加工條件合理選擇刀具材料，提高加工表面質量。如用金剛石車刀車削超硬鋁及無氧銅時，可獲得很小的粗糙度；而采用硬質合金刀具，要獲得小的粗糙度就比較困難。 （5）切削用量 （a）粗加工時切削用量的選擇原則 粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高，毛坯切削余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金屬切除率）及必要的刀具耐用度，以提高生產效率和降低加工成本 9]。 金屬切除率可以用下式計算： （2.1） 式中：——單位時間內的金屬切除量（mm3/s） V——切削速度（m/s） f ——進給量（mm/r） ——切削深度（mm） 提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的切削深度（ap），其次選擇一個較大的進給量度f，最后確定一個合適的切削速度V。 選用較大的ap和f以后，刀具耐用度顯然也會下降，但要比V對刀具耐用度的影響小得多，因此，使V、f、ap的乘積盡可能大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大ap可使走刀次數減少，增大f又有利于斷屑。因此，根據以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的[9]。 ① 切削深度的選擇： 粗加工時切削深度應根據工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應當盡量將粗加工余量一次切除。只有當總加工余量很大，一次不能切完時，應考慮分多次走刀。 ② 進給量的選擇： 粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應根據工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。選擇進給量時應考慮到機床進給機構的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應適當減小進給量。 ③ 切削速度的選擇： 粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應適當降低切削速度。 （b）精加工時切削用量的選擇原則 精加工時加工精度和表面質量要求較粗加工高，加工余量小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應先考慮如何保證加工質量，并在此基礎上盡量提高生產效率[10]。 ① 切削深度的選擇： 精加工時的切削深度應根據粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當背吃刀量較大時，切削力顯著增加，影響加工質量。 ② 進給量的選擇： 精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力增大，表面質量下降。 ③ 切削速度的選擇： 切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數，盡可能提高切削速度。只有當切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產生的范圍。 由此可見，精加工時選用較小的背吃刀量ap和進給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質量，同時滿足生產率的要求。 2.4 工序設計 由此可見，精加工時選用較小的背吃刀量ap和進給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質量，同時滿足生產率的要求。 2.4.1 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 用查表法確定機械加工余量： （1）端面各工序尺寸及其公差（mm） （根據《機械加工工藝手冊》 (第2版) 第一卷 表3.2—23 ，《機械加工工藝基礎》(第2版) 表 2—9）得表4端面工序尺寸及其公差表。 表4 端面工序尺寸及其公差表 單面加工方法 單面余量 經濟精度 工序尺寸 表面粗糙度 毛坯 48 12.5 粗銑 1.5 IT12() 45() 6.3 精銑 1 IT8() 43() 3.2 則連桿兩端面總的加工余量為： =（+）2 （2.2） =（1.5+1）2 =mm 連桿鑄造出來的總的厚度H = 43+=mm （2）大頭孔各工序尺寸及其公差（鑄造出來的大頭孔為75 mm） （根據《機械制造技術基礎課程設計指導教程》[11]表2—29表2—30）得表5大頭孔各工序尺寸及其公差表。 表5 大頭孔各工序尺寸及其公差表 工序名稱 工序基本余量 工序經濟精度 工序尺寸 表面粗糙度 精鏜 1 1.6 半精鏜 1.5 3.2 粗鏜 3.5 6.3 毛坯 12.5 則連桿大頭孔總的加工余量為： = ++ （2.3） = 1+1.5+3.5 = mm （3）小頭孔各工序尺寸及其公差 （根據《機械制造技術基礎課程設計指導教程》 表2—29表2—30）得表6小頭孔各工序尺寸及其公差表。 表6 小頭孔各工序尺寸及其公差表 工序名稱 工序基本余量 工序經濟精度 工序尺寸 表面粗糙度 鉸 0.3 1.6 擴 0.3 3.2 鉆 鉆至 12.5 則連桿大頭孔總的加工余量為： A總 = A粗鏜+A半精鏜+ A精鏜 （2.4） = 0.3+0.3+1.7 = mm 2.4.2 確定各工序的切削用量、工時定額 （1）銑連桿大小頭端面 （a）粗銑 根據《機械加工工藝手冊》 銑刀直徑D = 160 mm 銑刀齒數Z = 10 由表2.1—73 進給量af =1.8mm/r 背吃刀量ap =1.5 mm 切削速度V =81m/min 則主軸轉速n = 1000 V/ D = 160 r/min （2.5） 進給速度Vf =289mm/min 由表2.1—100 切入和切出行程長度：23mm 工件銑削部分長度：150mm 切削時間：（150+23）/289=0.60min 輔助時間：0.95min （b）精銑 銑刀直徑D = 160 mm 銑刀齒數Z = 10 進給量af =0.5mm/r 背吃刀量ap =1mm 切削速度V =135m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 270 r/min 進給速度Vf =134.5mm/min 工件銑削部分長度：150mm 切入和切出行程長度：23mm 切削時間：（150+23）/134.5=1.29min 輔助時間：0.90min （2）鉆、擴、鉸小頭孔 （a）鉆 根據《機械加工工藝手冊》 鉆頭直徑 D=18mm 進給量af =0.26mm/r 由表3.4—13 切削速度V =18m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 318 r/min 進給速度Vf =82.68mm/min 工件銑削部分長度：45mm 切入和切出行程長度：9mm 切削時間：54/82.68=0.66min 輔助時間：1.25min （b）擴 擴刀直徑 D=19.7mm 進給量af =0.2mm/r 背吃刀量ap =（19.7-18）/2=0.85mm 切削速度V =64m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 1000 r/min 進給速度Vf =200mm/min 工件銑削部分長度： 45mm 切入和切出行程長度：4.5mm 切削時間：49.5/200=0.25min 輔助時間：0.70min （c）鉸 鉸刀直徑 D=20mm 進給量af =0.2mm/r 背吃刀量ap =（20-19.7）/2=0.15mm 切削速度V =108mm/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 1730 r/min 進給速度Vf =346mm/min 工件銑削部分長度： 45mm 切入和切出行程長度：3mm 切削時間：48/346=0.14min 輔助時間：1.00min （3）連桿體和連桿蓋結合面及止口的加工 （a）分離連桿體和連桿蓋 根據《機械加工工藝手冊》 鋸片銑刀直徑 D=160mm 銑刀齒數Z = 100 進給量af =20mm/r 背吃刀量ap =4mm 切削速度V =12m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 23 r/min 進給速度Vf =460mm/min 工件銑削部分長度：134mm 切入和切出行程長度：180mm 切削時間：314/460=0.69min 輔助時間：1.45min （b）粗銑連桿體和連桿蓋的端面及止口 根據《機械加工工藝手冊》 端銑刀直徑 D =50mm 銑刀齒數Z = 3 進給量af =0.6mm/r 背吃刀量ap =1.5mm 切削速度V =100m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 636 r/min 進給速度Vf =381mm/min 工件銑削部分長度：53mm 切入和切出行程長度：120mm 切削時間：173/381=0.46min 輔助時間：1.25min （c）精銑連桿體和連桿蓋的端面及止口 根據《機械加工工藝手冊》 端銑刀直徑 D =50mm 銑刀齒數Z = 3 進給量af =0.5mm/r 背吃刀量ap =1mm 切削速度V =113m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 720 r/min 進給速度Vf =360mm/min 工件銑削部分長度：29mm 切入和切出行程長度：120mm 切削時間：149/360=0.42min 輔助時間：1.00min （4）連桿體螺紋的加工 （a）鉆螺紋孔 根據《機械加工工藝手冊》 鉆頭直徑 D =10.2mm 進給量af =0.2mm/r 由表3.4—13 切削速度V =18m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 560 r/min 進給速度Vf =112mm/min 工件銑削部分長度：28mm 切入和切出行程長度：9mm 切削時間：37/112=0.33min 輔助時間：1.25min （b）攻螺紋 根據《機械加工工藝手冊》 絲錐直徑 D=12mm 螺距P=1.75mm 切削速度V =15m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 390 r/min 絲錐退出時的轉速：250 r/min 工件銑削部分長度：21mm 絲錐切削錐長度：1mm 攻螺紋時的超切量：2.5x1.75=4.375mm 切削時間：(21+1+4.375) × (1/390+1/250)/1.75=0.1min 輔助時間：1.00min （5）連桿蓋螺栓孔的加工 （a）鉆螺栓孔 根據《機械加工工藝手冊》 鉆頭直徑 D =13.5mm 進給量af =0.26mm/r 由表3.4—13 切削速度V =18m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 420 r/min 進給速度Vf =109.2mm/min 工件銑削部分長度：28mm 切入和切出行程長度：9mm 切削時間：37/109.2=0.34min 輔助時間：1.25min （b）锪孔 根據《機械加工工藝手冊》 锪刀直徑 D =20mm 進給量af =1mm/r 由表3.4—13 切削速度V =23m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 370 r/min 進給速度Vf =370mm/min 工件銑削部分長度：1mm 切削時間：1/370=0.0028min 輔助時間：1.00min （6）連桿大頭孔的加工 （a） 粗鏜大頭孔 根據《機械加工工藝手冊》 鏜刀直徑D = 78.5 mm 由表1.2—33 切削速度V =50m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 200 r/min 進給量af =0.5mm/r 背吃刀量ap =1.75 mm 進給速度Vf =100mm/min 工件鏜削部分長度：43mm 切削時間：（43/100）× 2=0.86min 輔助時間：1.29min （b）半精鏜大頭孔 根據《機械加工工藝手冊》 鏜刀直徑D = 80mm 由表1.2—33 切削速度V =50m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 200 r/min 進給量af =0.4mm/r 背吃刀量ap =0.75 mm 進給速度Vf =80mm/min 工件鏜削部分長度：43mm 切削時間：43/80=0.54min 輔助時間：1.051min （c）精鏜大頭孔 根據《機械加工工藝手冊》 鏜刀直徑D = 81 mm 由表1.2—33 切削速度V =70m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 280 r/min 進給量af =0.12mm/r 背吃刀量ap =0.5 mm 進給速度Vf =33.6mm/min 工件鏜削部分長度：43mm 切削時間：43/33.6=1.28min 輔助時間：1.25min （d）連桿大頭孔內鍵槽的加工 根據《機械加工工藝手冊》 鏜刀直徑D = 25 mm 由表1.2—33 切削速度V =40m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 510 r/min 進給量af =0.3mm/r 背吃刀量ap =2.5 mm 進給速度Vf =153mm/min 工件鏜削部分長度：24mm 切削時間：24 /153=0.16min 輔助時間：1.00min （7）連桿小頭孔內槽的加工 根據《機械加工工藝手冊》 鏜刀直徑D = 21 mm 由表1.2—33 切削速度V =40m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D = 600 r/min 進給量af =0.3mm/r 背吃刀量ap =0.5 mm 進給速度Vf =180mm/min 工件鏜削部分長度：1.1mm 切削時間：（1.1 /180）× 2=0.012min 輔助時間：1.45min （8）銑連桿小頭孔R67的槽 （a）開槽 根據《機械加工工藝手冊》 銑刀直徑D = 160 mm 銑刀齒數Z = 24 進給量af =1.2mm/r 背吃刀量ap =1.5 mm 切削速度V =34m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D =67r/min 進給速度Vf =80.4mm/min 切入和切出行程長度：180mm 工件銑削部分長度：40mm 切削時間：（180+40）/80.4=2.74min 輔助時間：1.25min （b）精加工 根據《機械加工工藝手冊》 銑刀直徑D = 160 mm 銑刀齒數Z = 24 進給量af =0.4mm/r 背吃刀量ap =0.75mm 切削速度V =215m/min 則主軸轉速n = 1000 V /D =430r/min 進給速度Vf =172mm/min 切入和切出行程長度：20mm 工件銑削部分長度：40mm走刀兩次 切削時間：（20+40）/172=0.35min 輔助時間：1.00min 2.5 工藝規(guī)程 由于坯料為一體鑄造，分離連桿體和連桿蓋后，連桿體和連桿蓋需分別加工。機械加工工藝過程綜合卡片分兩張，即表7機械加工工藝過程綜合卡片（連桿體）表、表8機械加工工藝過程綜合卡片（連桿蓋）表。 表7 機械加工工藝過程綜合卡片（連桿體）表 工序號 工序 安裝 工步 工序說明 機床 夾具 刀具 量具 I 制備毛坯 II 銑削 I 1 同時粗銑連桿大小頭兩側端面 至45mm 專用組和銑床 專用夾具 硬質合金 端銑刀 2 同時精銑連桿大小頭兩側端面 至43mm 專用量具 III 鉆削 I 1 鉆小頭孔至Φ18mm 專用組合鉆床 專用夾具 高速鋼 直柄麻花鉆 2 擴小頭孔至Φ19.7mm 專用夾具 高速鋼 直柄擴孔鉆 3 鉸小頭孔至Φ20mm 專用夾具 硬質合金直柄機用鉸刀 塞規(guī) IV 銑削 I 1 分離連桿體和連桿蓋 專用組合銑床 專用夾具 高速鋼 鋸片銑刀 專用量具 VII 銑削 I 1 粗銑連桿體結合面并保證尺寸24mm，粗銑止口兩側面至97mm 專用組合銑床 專用夾具 硬質合金 端銑刀 2 精銑連桿體尺寸為94mm的結合面并保證3.4mm，精銑止口兩側面 至94mm 專用夾具 專用量具 VIII 鉆削攻螺紋 I 1 依次鉆削連桿體的兩個孔 至Φ10.2mm 專用組合鉆床 專用夾具 高速鋼直柄階梯麻花鉆 塞規(guī) 2 依次攻連桿體的兩個螺紋 至M12-6H 高速鋼細長柄機用絲錐 IX 裝配 人工裝配連桿體和連桿蓋 X 鏜削 I 1 粗鏜大頭孔至Φ78.5mm 專用組合鏜床 專用夾具 硬質合金 鏜刀 專用量具 2 半精鏜大頭孔至Φ80mm 專用量具 XI 鏜削 I 1 精鏜大頭孔至Φ81mm 并保證尺寸85mm 專用組合鏜床 專用夾具 硬質合金 鏜刀 專用量具 2 鏜大頭孔內鍵槽至R25mm 并保證尺寸2.5mm 專用量具 XII 鏜削 I 1 鏜小頭孔內鍵槽至Φ21mm 并保證尺寸1.1mm及37mm 專用組合鏜床 專用夾具 硬質合金 鏜刀 專用量具 XIII 銑削 I 1 粗銑小頭孔R67mm的槽 至12mm 專用組合銑床 專用夾具 硬質合金 錯齒三面 刃銑刀 2 精銑小頭孔R67mm的槽 至R67mm并保證尺寸15mm 專用量具 XIV 倒角終檢 I 專用組合銑床 專用夾具 表8 機械加工工藝過程綜合卡片（連桿蓋）表 工序號 工序 安裝 工步 工序說明 機床 夾具 刀具 量具 I 制備毛坯 II 銑削 I 1 同時粗銑連桿大小頭兩側端面 至45mm 專用組和銑床 專用夾具 硬質合金 端銑刀 2 同時精銑連桿大小頭兩側端面 至43mm 專用量具 III 鉆削 I 1 鉆小頭孔至Φ18mm 專用組合鉆床 專用夾具 高速鋼 直柄麻花鉆 2 擴小頭孔至Φ19.7mm 專用夾具 高速鋼 直柄擴孔鉆 3 鉸小頭孔至Φ20mm 專用夾具 硬質合金直柄機用鉸刀 IV 銑削 I 1 分離連桿體和連桿蓋 專用組合銑床 專用夾具 高速鋼 鋸片銑刀 專用量具 V 銑削 I 1 粗銑連桿蓋結合面并保證尺寸24mm，粗銑止口兩側面至97mm 專用組合銑床 專用夾具 硬質合金 端銑刀 2 精銑連桿蓋尺寸為94mm的結合面并保證3.4mm，精銑止口兩側面 至94mm 專用夾具 專用量具 VI 鉆削 I 1 依次鉆削連桿蓋的 兩個螺栓孔至Φ13.5mm 專用組合鉆床 專用夾具 高速鋼直柄階梯麻花鉆 塞規(guī) 2 依次锪連桿蓋兩個 Φ21mm孔 并保證1mm 高速鋼帶整體柱直柄平底锪鉆 IX 裝配 人工裝配連桿體和連桿蓋 X 鏜削 I 1 粗鏜大頭孔至Φ78.5mm 專用組合鏜床 專用夾具 硬質合金 鏜刀 專用量具 2 半精鏜大頭孔至Φ80mm 專用量具 XI 鏜削 I 1 精鏜大頭孔至Φ81mm 并保證尺寸85mm 專用組合鏜床 專用夾具 硬質合金 鏜刀 專用量具 2 鏜大頭孔內鍵槽至R25mm 并保證尺寸2.5mm 專用量具 XII 鏜削 I 1 鏜小頭孔內鍵槽至Φ21mm 并保證尺寸1.1mm及37mm 專用組合鏜床 專用夾具 硬質合金 鏜刀 專用量具 XIII 銑削 I 1 粗銑小頭孔R67mm的槽 至12mm 專用組合銑床 專用夾具 硬質合金 錯齒三面 刃銑刀 2 精銑小頭孔R67mm的槽 至R67mm并保證尺寸15mm 專用量具 XIV 倒角終檢 I 專用組合銑床 專用夾具 2.6 連桿的檢驗 連桿在機械加工中要進行中間檢驗，加工完畢后要進行最終檢驗，檢驗項目按圖紙上的技術要求進行。 2.6.1 觀察外表缺陷及目測表面粗糙度 2.6.2 連桿大、小頭孔圓柱度的檢驗 用量缸表，在大、小頭孔內分三個斷面測量其內徑，每個斷面測量兩個方向，三個斷面測量的最大值與最小值之差的一半即圓柱度[12]。 2.6.3 連桿體、連桿蓋結合面對大頭孔中心線的對稱度的檢驗 采用如圖2對稱度檢測裝置示意圖所示專用檢測裝置（用一平尺安裝上百分表）。用結合面為定位基準分別測量連桿體、連桿上蓋兩個半圓的半徑值，其差為對稱度誤差。 圖2 對稱度檢測裝置示意圖 2.6.4 連桿大、小頭孔平行度的檢驗 如圖3平行度檢測裝置示意圖所示,將連桿大小頭孔穿入專用心軸，在平臺上用等高V形鐵支撐連桿大頭孔心軸，測量小頭孔心軸在最高位置時兩端面的差值，其差值的一半即為平行度。 圖3 平行度檢測裝置示意圖 2.6.5 小頭孔R67槽對連桿軸線的對稱度的檢驗 鑒于此處對稱度測量有些困難，可使用專用量具進行測量，以提高效率。 3 夾具設計 連桿材料為QT450-10，年產量5萬件。為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。本夾具用于連桿大頭孔的鏜削加工。 3.1 夾具設計的要求 本夾具主要用來鏜Φ81的大頭孔，大頭孔軸線相對于小頭孔軸線有一定的尺寸精度要求。由于本工序是粗鏜、辦精鏜，本夾具可用于本工序內的所有工步。設計夾具主要考慮在滿足合理性的條件下，如何提高勞動生產率降低勞動強度。 3.2 夾具設計 （1）定位基準的確定 在本道工序之前，連桿的兩個端面，小頭孔及連桿的結合面面都已加工，且連桿體和連桿蓋已裝配成整體，且大頭孔的表面粗糙度要求較高。 方案一： 加工的大頭孔為通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但實際上以工件的端面定位時，必須限制該方向上的自由度，故應按完全定位設計夾具。為了降低定位誤差，按基準重合原則選小頭孔軸線、基面（連桿一側端面）為基準。連桿以小頭孔表面、基面（連桿一側端面）及連桿側面定位，屬完全定位。 方案二： 加工的大頭孔為通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但實際上以工件的端面定位時，必須限制該方向上的自由度，故應按完全定位設計夾具。為了降低定位誤差，按基準重合原則選小頭孔軸線、基面（連桿一側端面）為基準。連桿以大、小頭孔表面和基面（連桿一側端面）定位，屬完全定位。 （2）夾具的設計 夾具由：夾具體、定位元件及定位裝置、夾緊元件及夾緊裝置等組成[13]。 方案一： 小頭孔、連桿端面加工完畢可以使用，因此選小頭孔軸線、基面（連桿端面）為定位基準，因此連桿可以使用圓柱銷、夾具體表面及一側面定位塊來定位，同時為了裝卸方便及提高效率，采用液壓夾具帶動推動塊提供夾緊力，夾緊力施加于連桿另一側面，以定位塊來平衡夾緊力。 方案二： 小頭孔、連桿端面加工完畢可以使用，因此選小頭孔軸線、基面（連桿端面）為定位基準，因此連桿可以使用圓柱銷、大頭孔也使用圓柱銷及夾具體表面來定位。同時為了裝卸方便及提高效率，采用液壓夾具帶動推動塊提供夾緊力，夾緊力同時施加于連桿大、小頭底端，以此來平衡夾緊力。 方案一定位可靠，夾緊方便。方案二雖定位可靠、夾緊方便，通過大、小頭孔定位保證了中心距的要求，但大頭孔內的心軸為了不影響本工序的加工，在工件夾緊后必須撤走，這樣可能會由于誤差、夾緊力等因素致使該心軸無法拔出，造成加工無法進行。 綜合考慮采用方案一來設計夾具，即，小頭孔、連桿端面加工完畢可以使用，因此選小頭孔軸線、基面（連桿端面）為定位基準，因此連桿可以使用圓柱銷、夾具體表面及一側面定位塊來定位，同時為了裝卸方便及提高效率，采用液壓夾具帶動推動塊提供夾緊力，夾緊力施加于連桿另一側面，以定位塊來平衡夾緊力。 （a）定位元件小頭孔圓柱銷 小頭孔尺寸為mm（即mm），采用基孔制。由于本工序之前小頭孔已經加工完畢，達到了尺寸要求。小頭孔圓柱銷應該能和小頭孔相配合，根據基孔制常用、優(yōu)先配合可得尺寸mm (mm)。連桿體大、小孔中心距為mm，以小頭孔的軸線為定位基準，雖屬“基準重合”，無基準不重合誤差，但由于定位元件與定位面間存在間隙，造成的基準位置誤差即為定位誤差，其值為： （3.1） = 0.023+0.013+0 = 0.036 mm —— 定位誤差 —— 工件孔的直徑公差 —— 定位銷的直徑公差 —— 孔和銷的最小保證間隙 此項中心距加工允許誤差為0.1mm，因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。 （b）夾具體 夾具體的作用是將定位、夾緊裝置連成一體，為工件提供一個加工平臺，并能正確安裝在機床上，加工時，能承受部分切削力。夾具體的尺寸依據工件、定位元件等相關零件的尺寸來確定。 （c）夾緊元件及夾緊裝置 通過查手冊及查閱《金屬切削原理》[14]，計算得鏜削加工的切削力為1260N。夾具夾緊力至少為1260N。由于連桿零件屬大批量生產類型，為了提高加工效率，縮短輔助時間，采用液壓缸提供夾緊力，通過推動塊施加夾緊力，裝卸工件方便、迅速。綜上，通過查閱相關資料選擇YG系列液壓缸。 4 組合機床設計 組合機床是根據工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或數種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。組合機床可分為具有固定夾具的單工位組合機床、具有移動夾具的多工位組合機床和轉塔式組合機床三類[15]。 4.1 組合機床設計的要求 本組合機床主要用來鏜Φ81的大頭孔，本工序由粗鏜、辦精鏜大頭孔，本組合機床用于本工序內的所有工步。設計組合機床主要考慮如何布局。本設計采用具有移動夾具的多工位組合機床。 4.2 組合機床總體設計 繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產率計算卡等[16]。 4.2.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據制訂的工藝方案，表示所設計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研究合同外，它是組合機床設計的具體依據，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件工序圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。其主要內容包括： （1）被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。本工序加工部位用粗實線表示,其余部位用細實線表示。當需要設置中間導向時，則應把設置中間導向臨近的工件內部肋、壁布置及有關結構形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。 （2）本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。以便據此進行夾具的支撐、定位、夾緊和導向等機構設計。 （3）本工序所選用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。本工序加工部位的位置尺寸應與定位基地直接發(fā)生關系。當本工序定位基準與設計基準不符時，必須對加工部位的位置精度進行分析和換算，并把不對稱公差換算為對稱公差。對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。當本工序有特殊要求時必須注明。 （4）注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量[17]。 4.2.2 加工示意圖 （1）加工示意圖的作用和內容 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖；是設計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必需的重要技術文件。 加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程，工件、夾具、刀具及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸，主軸結構類型、尺寸及外伸長度。 （2）繪制加工示意圖的注意事項 加工示意圖應繪制成展開圖，按比例用細實線畫出工件外形、加工部位，加工表面畫粗實線，必須使工件和加工方位與機床布局相吻合。為簡化設計，同一多軸箱上結構尺寸完全相同的主軸(即指加工表面，所用刀具及導向，主軸及接桿