連桿工藝及擴孔夾具的設(shè)計,連桿,工藝,擴孔,夾具,設(shè)計 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 本科畢業(yè)設(shè)計論文 題 目 連桿工藝及擴孔夾具設(shè)計 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 柯昌軍 指導(dǎo)教師 鄧修瑾 畢業(yè)時間 2014年7月1日 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 設(shè)計 論文 畢業(yè) 任務(wù)書 一、題目 連桿工藝及擴孔夾具設(shè)計 二、指導(dǎo)思想和目的要求 1.本課題主要研究連桿的加工路線及擴孔夾具的設(shè)計； 2.在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，能獨立完成加工方案的擬定，編制工藝規(guī)程； 3.能熟練運用學(xué)過的理論知識，正確完成設(shè)計中的計算工作； 4.能熟練運用繪圖軟件繪制連桿及夾具圖； 5.撰寫設(shè)計說命書。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 1. 翻譯文獻1500-2000字； 2. 完成連桿零件圖毛坯圖的繪制； 3. 完成連桿加工工藝規(guī)程的編制； 4. 完成擴孔夾具的設(shè)計； 5. 完成論文的撰寫。 四、進度和要求 1.分析并繪制零件圖 1 周 2.繪制毛坯圖 1 周 3.設(shè)計工藝路線及編制工藝規(guī)程 4 周 4.設(shè)計工藝裝備 3 周 5.編寫設(shè)計說明書（論文） 2 周 6修改論文 1 周 7.制作文稿，準(zhǔn)備答辯 1 周 8.畢業(yè)答辯 1 周 5、 主要參考書及參考資料 [1] 閻光明，侯忠濱，張云鵬.現(xiàn)代制造工藝基礎(chǔ).西安:西北工業(yè)大學(xué)出 社,2007 [2] 朱耀祥，蒲林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社,2011 [3] 楊叔子.機械加工工藝師手冊. 北京：機械工業(yè)出版社,2010 [4] 王先逵.機械加工工藝手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，第二版,2003 [5] 陳宏鈞.機械加工工藝設(shè)計員手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2009 [6] 陳宏鈞.機械加工工藝施工員手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2008 [7] 鄧文英.宋力宏.金屬工藝學(xué).北京：高等教育出版社，第五版，2008 [8] 趙家齊.北京：機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書,1994 [9] 李旦.王杰等.哈爾濱：機床專用夾具圖冊，第2版，2009 [10] 吳拓.北京：現(xiàn)代機床夾具設(shè)計，2009 [11] 陸劍中.孫家寧.金屬切削原理與刀具.北京:機械工業(yè)出版社,第五 版，2009 學(xué)生 柯昌軍 指導(dǎo)教師 鄧修瑾 系主任 魏生民 II 摘要 連桿是柴油機中的主要傳動件之一，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，并修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術(shù)要求。本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設(shè)計。 關(guān)鍵詞: 連桿，變形，加工工藝，夾具設(shè)計 III ABSTRACT The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, it is connected to the piston and the crankshaft, it’s role is to the reciprocating piston movement into rotary movement of the crankshaft, and the of the force in the piston to the crankshaft to the output power. When working, the connecting rod not only support the pressure from the gas chamber, but also bear the vertical and horizontal inertia force. Therefore the connecting rod works in a complex environment .The main damage of the connecting rod is fatigue and excessive deformation . The working conditions of the connecting rod require it has higher strength and fatigue performance, and has enough rigidity and toughness. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . This text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. Keyword: connecting rod ，deformation ，processing technology ，design of clamping device IV 目錄 第一章 緒 論 7 第二章 連桿的結(jié)構(gòu)分析和技術(shù)要求 8 2.1 連桿的結(jié)構(gòu)分析 8 2.2 連桿的技術(shù)要求 9 第三章 連桿毛坯類型的選擇和工藝路線的制訂 10 3.1 連桿的材料和毛坯類型的選擇 10 3.2 連桿工藝過程的安排 11 3.3 連桿的機械加工工藝過程分析 13 3.3.1 工藝過程的安排 13 3.3.2 定位基準(zhǔn)的選擇 14 3.3.3 確定合理的夾緊方案 15 3.3.4 各孔及面的加工 16 3.4 確定各工序的加工余量 17 3.4.1 確定大小頭兩平面加工尺寸 17 3.4.2 確定大頭孔加工尺寸 17 3.4.3 小頭孔各工序尺寸及其公差 18 3.5 計算50道工序工藝尺寸鏈 18 3.5.1 連桿蓋上軸瓦鎖口槽的計算 18 3.5.2 連桿蓋上軸瓦鎖口槽的計算 19 第四章 對工藝規(guī)程部分工序的說明 21 第五章 夾具設(shè)計和分析 23 5.1 擴大頭孔的方法和要求 23 5.2 定位基準(zhǔn)和夾緊方案 23 5.3 夾具的設(shè)計 24 5.4 夾具體設(shè)計 24 5.5 切削力及夾緊力的計算 26 5.5.1切削力的計算 26 5.5.2夾緊力的計算 27 5.6 夾具精度分析 28 第六章 全文總結(jié) 30 參考文獻 31 致 謝 32 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 33 VI 第1章 緒 論 連桿是汽車與船舶等發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率?！∵B桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。 因此機械加工工藝對零件由設(shè)計到成品是至關(guān)重要的。機械制造加工工藝主要是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理性質(zhì)，成為具有一定精度、粗糙度的零件。對于加工藝的編制主要是對其加工工序的確定對機械加工工藝規(guī)程的基本要求可以總結(jié)為質(zhì)量、產(chǎn)生率和經(jīng)濟性三個方面。所以在對機械加工工藝過程、機械制造工藝過程、加工工藝的編制時應(yīng)取其長，避其短。在編制工藝過程時應(yīng)在保證零件質(zhì)量的前提下，盡可能的降低生產(chǎn)成本。因此零件的質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性應(yīng)綜合考慮。 第2章 連桿的結(jié)構(gòu)分析和技術(shù)要求 2.1 連桿的結(jié)構(gòu)分析 連桿是柴油機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。連桿的結(jié)構(gòu)圖如下圖： 圖（2—1）連桿結(jié)構(gòu)圖 在柴油機工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應(yīng)具有足夠的強度和剛度外，還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證柴油機運轉(zhuǎn)均衡，同一發(fā)動機中各連桿的質(zhì)量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設(shè)置了去不平衡質(zhì)量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質(zhì)量。連桿大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側(cè)?？紤]到裝夾、安放、搬運等要求，連桿大、小頭的厚度相等(基本尺寸相同)。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔(或油槽)，發(fā)動機工作時，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副。 連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復(fù)直線運動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動，以輸出動力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數(shù)主要有5個：（1）連桿大小頭平面的中心對稱度；（2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；（3）連桿大、小頭孔平行度；（4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。 2.2 連桿的技術(shù)要求 連桿上需進行機械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結(jié)合面及連桿螺栓定位孔等。連桿的具體技術(shù)要求如下： 1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為IT6，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm；大頭孔的圓柱度公差為0.012 mm，小頭孔公差等級為IT8，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于3.2μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025 mm，素線平行度公差為100：0.04mm。 2 大、小頭孔中心距 大小頭孔的中心距影響到發(fā)動機的效率，所以規(guī)定了比較高的要求：190±0.1mm。 3大、小頭孔兩端面粗糙度 連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，大小頭兩端面的尺寸公差等級為IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm。 4 螺栓孔的技術(shù)要求 連桿在工作過程中受到急劇的動載荷的作用。這一動載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個螺栓及螺母上。因此除了對螺栓及螺母要提出高的技術(shù)要求外，對于安裝這兩個動力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按IT8級公差等級和表面粗糙度Ra應(yīng)不大于6.3μm加工；兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對稱度公差為0.25 mm。 5 結(jié)合面的技術(shù)要求 在連桿受動載荷時，接合面的歪斜使連桿蓋及連桿體沿著剖分面產(chǎn)生相對錯位，影響到曲軸的連桿軸頸和軸瓦結(jié)合不良，從而產(chǎn)生不均勻磨損。結(jié)合面的平行度將影響到連桿體、連桿蓋和墊片貼合的緊密程度，因而也影響到螺栓的受力情況和曲軸、軸瓦的磨損。對于本連桿，要求結(jié)合面的平面度的公差為0.025 mm。 第三章 連桿毛坯類型的選擇和工藝路線的制訂 3.1　連桿的材料和毛坯類型的選擇 連桿是傳遞動力的主要運動件之一，在運動過程中連桿承受著復(fù)雜的力和力矩。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如45鋼、40Cr、40CrMnB等等。 圖（3—1）連桿毛坯圖 連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯。連桿模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成—體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔余量的均勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設(shè)備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式?？傊?，毛坯的種類和制造方法的選擇應(yīng)使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。本工藝中我們將采用連桿的材料是45號鋼，毛坯采用模鍛制造，整體鍛造毛坯。毛坯鍛造出來之后需進行熱處理至223—262HB，在指定處檢驗硬度；連桿的毛坯圖如圖（3—1）。 3.2　連桿工藝過程的安排 由上述技術(shù)條件的分析可知，連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿的機械加工帶來了很多困難，必須充分的重視。所以要選好連桿加工工藝過程，對于加工主要表面，按照“先基準(zhǔn)后一般”的加工原則。連桿的主要加工表面為大小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及螺栓孔定位面，次要的加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及連桿體和蓋上的螺栓座面等。連桿機械加工路線是圍繞主要加工表面來安排的。連桿加工路線按連桿的分合可以分為三個階段：第一個階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二個階段為連桿體和蓋的切開加工；第三個階段為連桿體和蓋合裝后的加工。連桿加工工藝過程方案如下表： 表（3—1）連桿加工工藝過程 工序 工序名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備 05 鍛造 鍛造毛坯，熱處理223-262HB. 空氣錘 10 銑 銑連桿大小頭兩平面，每面留磨量0.5mm。 X52K 15 粗磨 以一平面定位，磨另一平面，保證中心對稱，無標(biāo)記面即基面。 M3750 20 鉆 擴 鉸 以基面定位，先鉆小頭孔Ф27.8 mm再擴小頭孔Ф29.09mm，最后鉸小頭孔Ф29.49mm。 Z3080 25 銑 以基面及大小頭孔定位，銑大頭兩側(cè)面，保證中心對稱（此平面為工藝基準(zhǔn)面）。 X62W 30 粗鏜 以基面和小頭定位，粗鏜大頭孔。 T716 35 銑 以基面定位和小頭孔定位，切開工件，編號連桿體及上蓋。 X6132 40 銑 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，銑連桿體和上蓋結(jié)合面。 X62W 45 磨 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，磨連桿體和上蓋結(jié)合面。 M3750 50 銑 以基面和結(jié)合面定位裝夾工件，銑連桿體和上蓋軸瓦鎖緊槽。 X62W 55 銑 以基面，結(jié)合面和一側(cè)面定位，銑連桿體和上蓋的兩螺栓座面。 X62W 60 鉆 以基面和小頭孔定位鉆2—Ф10mm螺栓孔。 Z3050 65 擴 以基面和小頭孔定位，先擴2—Ф12.2mm，再擴2—Ф13mm深10mm螺栓孔。 Z3050 70 倒角 對螺栓孔內(nèi)部倒角。 Z3050 75 裝配 用專用螺釘螺母將編號的連桿體合上蓋裝配起來，扭緊力矩為98-118N.m， 扳手 80 半精鏜 以基面和小頭孔定位，半精鏜大頭孔至 Ф64.3mm。 T716 85 倒角 以基面小頭孔定位，對大頭孔兩端倒45°。 Z3080 90 磨 以基面定位，精磨大小頭兩端面，保證中心對稱。 M7130 95 鉆 以基面定位，鉆擴小頭油孔。 Z2030 100 倒角 以基面定位，對小頭油孔倒角。 Z2030 105 壓 及基面和兩側(cè)面定位，壓小頭銅套孔。 壓床 110 倒角 以基面和大頭兩側(cè)面定位，對小頭銅套孔倒角45°。 Z3080 115 精鏜 以基面和側(cè)面定位，精鏜大頭孔和小頭銅套孔。 T2115 120 稱重 按規(guī)定稱重。 彈簧秤 125 去重 按規(guī)定去重。 虎鉗 銼刀 130 珩磨 以基面和小頭和兩側(cè)面定位，珩磨大頭孔和小頭銅套孔，保證尺寸。 珩磨機床 135 檢驗 檢驗各尺寸精度。 140 驗傷 無損驗傷 145 入庫 連桿的第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準(zhǔn)備精基準(zhǔn)（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面）；第二階段主要是加工除精基準(zhǔn)以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準(zhǔn)備的螺栓孔和結(jié)合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術(shù)要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。 3.3 連桿的機械加工工藝過程分析 3.3.1 工藝過程的安排 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）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起內(nèi)應(yīng)力重新分布。 因此，在安排工藝進程時，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(chǎn)生變形。粗、精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產(chǎn)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(nèi)應(yīng)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(shù)條件。 各主要表面的工序安排如下： （1）大小頭兩平面：粗銑、粗磨、精磨 （2）小頭孔：鉆孔、擴孔、鉸孔、壓入襯套、半精鏜、精磨 （3）大頭孔：粗鏜、半精鏜、精鏜、珩磨 一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。 3.3.2 定位基準(zhǔn)的選擇 在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。這是由于端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來，減少了定位誤差。具體的辦法如圖（3—2）所示：在安裝工件時，注意將成套編號標(biāo)記的一面不與夾具的定位元件接觸（在設(shè)計夾具時亦作相應(yīng)的考慮）。在半精鏜小頭孔時，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時將定位銷做成活動的稱“假銷”。當(dāng)連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進行加工。 為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要適當(dāng)配合：即在粗加工大、小頭孔前，粗磨端面，在精鏜大、小頭孔前，精磨端面。 由于用小頭孔和大頭孔外側(cè)面作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴孔和鉸孔，這些工序?qū)τ阢q后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。 在第一道工序中，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，第一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。在精加工主要表面開始前，先粗銑兩個端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗銑就是關(guān)鍵工序。在粗銑中工件中有兩種定位方法，一個方法是以毛坯端面定位，在側(cè)面和端部夾緊，粗銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。但是由于毛坯面不平整，連桿的剛性差，定位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(fù)變形，影響后續(xù)工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形及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。同時，由于是以對稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小，但是，難以夾緊。 圖（3—2）連桿的定位 3.3.3 確定合理的夾緊方案 既然連桿是一個剛性比較差的工件，就應(yīng)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(chǎn)生變形，以影響加工精度。在加工連桿的夾具中，可以看出設(shè)計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。在粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭端部與小頭端部的剛性高，變形小，既使有一些變形，亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上，很少或不會影響端面的平面度。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。 在加工大小頭孔工序中，主要夾緊力垂直作用于大頭端面上，并由定位元件承受，以保證所加工孔的圓度。在精鏜大小頭孔時，只以大平面（基面）定位，并且只夾緊大頭這一端。小頭一端以假銷定位后，用螺釘在另一側(cè)面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產(chǎn)生的變形。 3.3.4 各孔及面的加工 采用粗銑、粗磨、精磨三道工序，并將精磨工序安排在精加工大、小頭孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在M7350上，使用砂瓦拼成的砂輪端面磨削,這種方法的生產(chǎn)率較高。精磨在M7130型平面磨床上用砂輪的周邊磨削，這種加工方法的精度較高。 1 連桿大、小頭孔的加工 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(zhì)量有較大的影響。 小頭孔是定位基面，在用作定位基面之前，它經(jīng)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，然后壓入襯套，再以襯套內(nèi)孔定位半精鏜大頭孔。由于襯套的內(nèi)孔與外圓存在同軸度誤差，這種定位方法有可能使精鏜后的襯套孔與大頭孔的中心距超差。 大頭孔經(jīng)過粗鏜、半精鏜、精鏜、珩磨后，達到IT6級公差等級。表面粗糙度Ra 為0.4μm，大頭孔的加工方法是在切開工序后，將連桿蓋與連桿體組合在一起，然后進行半精鏜大頭孔的工序。這樣，在切開以后可能產(chǎn)生的變形，可以在最后精鏜工序中得到修正，以保證孔的形狀精度。 2 連桿螺栓孔的加工 連桿的螺栓孔經(jīng)過鉆、擴、鉸工序。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側(cè)面定位。為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向平行度保持在公差范圍內(nèi)，在擴和鉸兩個工步中用上下雙導(dǎo)向套導(dǎo)向。從而達到所需要的技術(shù)要求。 3連桿體與連桿蓋的切開工序 結(jié)合面的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對刀精度來保證。為了保證銑開后的剖分面的平面度不超過規(guī)定的公差0.03mm ，并且剖分面與大頭孔端面保證一定的垂直度，除夾具本身要保證精度外，鋸片的安裝精度的影響也很大。如果鋸片的端面圓跳動不超過0.02 mm,則銑開的剖分面能達到圖紙的要求，否則可能超差。但結(jié)合面本身的平面度、粗糙度對連桿蓋、連桿體裝配后的結(jié)合強度有較大的影響。因此，在結(jié)合面切開以后再經(jīng)過磨削加工。 4 大頭側(cè)面的加工 以基面及小頭孔定位，小頭孔用一個圓柱銷定位。裝夾工件銑兩側(cè)面至尺寸，保證對稱（此對稱平面為工藝用基準(zhǔn)面）。 3.4 確定各工序的加工余量 3.4.1 確定大小頭兩平面加工尺寸 用查表法確定機械加工余量： （根據(jù)《機械加工工藝手冊》第一卷 表3.2—25 表3.2—26 表3.2—27） 平面加工的工序余量（mm） 單面加工方法 單面余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸 表面粗糙度 精磨 0.1 IT7() 38() 0.8 粗磨 0.5 IT8() 38.2() 3.2 銑 2 IT10() 39.2() 6.3 則連桿兩端面總的加工余量為： A總= =（A銑+A粗磨+A精磨）2 =（0.1+0.5+2）2 =mm ≈5.5±0.2mm 連桿鍛造出來的總的厚度為H=38+5.5±0.2=43.5±0.2mm 3.4.2 確定大頭孔加工尺寸 （根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表2—29 表2—34）查得大頭孔各工序尺寸及其公差 工序名稱 工序基 本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序尺寸 最小極限尺寸 表面粗糙度 珩磨 0.08 65.5 65.5 0.4 精鏜 0.4 65.4 65.4 0.8 半精鏜 1 65 65 1.6 粗鏜 4 64 64 6.3 則連桿大頭孔總的加工余量為： A總 =（A珩磨+A精鏜+A半精鏜+A擴） =0.08+0.4+1+4 =5.48 mm ≈5.5±0.5mm 連桿鍛造出來的大頭毛坯空直徑為D=65.5－5.5±0.5=60±0.5mm 3.4.3小頭孔各工序尺寸及其公差 （根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表2—29表2—30） 工序 名稱 工序基本余量 工序經(jīng)濟 精度 最小極限尺寸 表面 粗糙度 鉸 0.2 3.2 擴 5 6.3 鉆 鉆至 12.5 3.5 計算50道工序工藝尺寸鏈 3.5.1 連桿蓋上軸瓦鎖口槽的計算 增環(huán)為： ； 減環(huán)為： ；封閉環(huán)為： 1）、極限尺寸為： = 30.20-4.95 = 25.25 mm = 29.8-5.1 = 24.7 mm 2）、的上、下偏差為: =0.20-(-0.05) =0.25(mm) =-0.20-0.10 =-0.30(mm) 3）、的公差為: = 0.25-（0.30） = 0.55 mm 4）、的基本尺寸為: = = 30-5 = 25 mm 5）、的最終工序尺寸為: = mm 3.5.2 連桿體的卡瓦槽的計算 增環(huán)為： ； 減環(huán)為： ；封閉環(huán)為： 1）、極限尺寸為： = 13.30-4.95 = 8.35 mm =12.9-5.1 =7.8 mm 2）、的上、下偏差為: = 0.30-(-0.05) = 0.35 mm = -0.10-0.10 = -0.20 mm 3）、的公差為: =0.35-(-0.20) =0.55 mm 4）、的基本尺寸為: = =13-5 = 8 mm 5）、的最終工序尺寸為: = mm 第四章 對工藝規(guī)程部分工序的說明 10工序： 設(shè)備為X52K，在銑平面時，先以一個平面為基準(zhǔn)，銑另一個平面。 等該平面加工好后，再翻過來，以加工好的平面為基準(zhǔn)，加工另一 平面，此平面用作后道工序的基準(zhǔn)平面。 15工序： 設(shè)備為M7350，主要是對上一道工序中加工的平面進一步磨削加 工，以上一道工序最后加工出來的面為定位基準(zhǔn)磨另一平面。在 加工過程中，多翻轉(zhuǎn)幾次，保證零件中心對稱。 20工序： 設(shè)備為Z3080，工序內(nèi)容為鉆、擴、鉸小頭孔，先鉆Φ20mm 。 在鉆的時候要注意定位，不能引偏，否則可能使工件報廢。在擴 小頭孔至 Ф29.09mm，最后鉸小頭孔到Ф29.49mm。 25工序： 設(shè)備為X62W銑大頭兩側(cè)面，零件在裝卡時要注意平行度，否則 會使大頭兩側(cè)面傾斜，因此該道工序中零件的裝卡很重要。 30工序： 鏜大頭孔，設(shè)備為T716，加工尺寸為Φ64mm。 35工序： 切開連桿體和上蓋，設(shè)備為X6132。當(dāng)加工完成之后，一定要給 連桿體和連桿蓋編上號，目的是防止后面組裝連桿體和連桿蓋時 出錯。 40工序： 銑連桿體和連桿蓋結(jié)合面，設(shè)備為X62W。 45工序： 磨連桿體和連桿蓋結(jié)合面，設(shè)備為M7350。 50工序： 銑連桿體和連桿蓋的軸瓦鎖口槽，設(shè)備X62W。 55工序： 銑連桿體和連桿蓋上的螺栓座面，設(shè)備為X62W。 60工序： 鉆螺栓孔，設(shè)備為Z3050，鉆孔時注意不要引偏。 65工序： 擴螺栓孔，設(shè)備為Z3050，先擴2—Ф12.2mm螺栓孔，再擴 2—Ф13mm深10mm螺栓孔。 70工序： 螺栓孔倒角。 75工序： 裝配之前在30道工序切開并編號的連桿體和連桿蓋，用螺栓螺母 緊固起來，扭緊力矩為98-118N.m。該工序的目的是為以后連桿的 精加工做準(zhǔn)備。 80工序： 鏜大頭孔，設(shè)備為T716，定位有底平面，側(cè)面和小頭孔。在保證孔 尺寸的同時，還要保證孔中心距。 85工序： 大頭孔倒角。 90工序： 精磨大小頭兩平面，此道工序是大小頭端面加工的最后一道工序， 因此，在保證尺寸，粗糙度的同時，還有保證中心對稱。 95工序： 鉆小頭油孔。 100工序： 小頭油孔倒角90°。 105工序： 壓銅套孔，設(shè)備為壓床。 110工序： 銅套孔兩端倒角。 115工序： 鏜大小頭孔，設(shè)備為T2115。該工序為精加工，而且是鏜大頭孔 和小頭孔，因此大小孔尺寸和孔中心距以及表面粗糙度都要保證。 130工序： 該工序為珩磨大小頭孔，屬于精加工，也是最后一道保證大小頭孔 尺寸，粗糙度，和孔中心距的工序。 第5章 夾具設(shè)計和分析 設(shè)計夾具時，應(yīng)該滿足以下幾條基本要求： （1）保證工件的加工精度要求，即在機械加工工藝系統(tǒng)中，夾具要滿足以下三項要求：工件在夾具中的正確定位；夾具在機床上的正確位置；刀具的正確位置。 （2）保證工人的操作方便、安全。 （3）達到加工的生產(chǎn)率要求。 （4）滿足夾具一定的使用壽命和經(jīng)濟性要求。 5.1擴大頭孔的方法和要求 擴孔的加工方法很多，可以在車床上加工，可以在鉆床上直接利用擴孔鉆加工，可以在銑床上加工，也可以在鏜床上加工。由連桿工作圖可知，連桿材料為45鋼，年產(chǎn)量20萬件。根據(jù)指導(dǎo)老師的要求，需設(shè)計第80道工序鏜大頭孔（鏜孔也屬于擴孔的一種）夾具。根據(jù)工序要求，需限制的自由度有：、、、、。為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。主要目的是鏜大頭孔至Φ65mm，表面粗糙度要求3.2μm，大小孔中心距要求190±0.13mm。由于本工序是半精加工，在加工本道工序時，主要應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 5.2定位基準(zhǔn)和夾緊方案 由零件圖可知，在粗加工大頭孔之前，連桿的兩個端面，小頭孔及大頭孔的兩側(cè)面都已加工，且表面粗糙度要求較高。為了使定位誤差減小，按基準(zhǔn)重合原則選Φ29.49h7定位銷與基面為定位基準(zhǔn)，定位銷限制工件兩個自由度和，基面限制工件三個自由度,，，大頭孔的外側(cè)面限制工件1個自由度，屬完全定位。由于生產(chǎn)批量大，為了提高加工效率，縮短輔助時間，準(zhǔn)備采用手動夾緊方式，采用了常用的手動齒輪嚙合鎖緊裝置，裝卸工件方便、迅速。 由于所加工的零件比較小，夾具的夾緊力與加工零件時的軸向力方向相同，為了裝卸工件方便，采用手動夾緊方案。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(yīng)按完全定位設(shè)計夾具。 該夾緊裝置由夾具體、軸齒輪、齒條軸桿、壓板和襯套所組成。使用時，轉(zhuǎn)動手柄，經(jīng)過齒輪齒條的傳動使壓板和襯套向下移動，便能將工件夾緊或松開。同時齒輪齒條之間又具有自鎖，可以起到放松作用，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 5.3 夾具的設(shè)計 由上述條件知道該鏜孔夾具應(yīng)該具備的定位鍵有小頭孔的定位銷釘、固定大小頭平面的壓板和支架，還有固定一側(cè)面的壓緊螺釘。 除了定位鍵，還有夾緊裝置。鏜孔夾具圖如下圖： 圖（5—1）夾具圖 其中定位元件有：圓柱定位銷、墊塊、定位銷、支架。夾緊裝置包括：軸齒輪、齒條軸桿、壓板、手柄、螺釘、螺母。采用齒輪齒條自鎖手動加緊方式，簡化了夾具的夾緊結(jié)構(gòu)，而且提高了裝卸速度。 5.4 夾具體設(shè)計 夾具體是將夾具上各種裝置和元件連接成一個整體的最大、最復(fù)雜的基礎(chǔ)件。夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機床的連接，而且在零件的加工過程中，夾具還要承受夾緊力、切削力以及由此產(chǎn)生的沖擊和振動，因此，夾具體必須具有必要的強度和剛度。切削加工過程中產(chǎn)生的切屑有一部分還會落在夾具體上，切屑聚集過多會影響工件的定位和夾緊，因此設(shè)計夾具體時，必須考慮其結(jié)構(gòu)應(yīng)便于排屑。此外，及具體結(jié)構(gòu)的工藝性、經(jīng)濟性以及操作和裝拆的便捷性等等，在設(shè)計時也都必須認真加以考慮。鏜孔夾具體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖5-2。 圖（5—2）夾具體主視圖和俯視圖 夾具體毛坯的制造方法，通常根據(jù)工序加工情況和工廠生產(chǎn)情況確定。一般有四類：鑄造夾具體，其特點是能鑄造出各種復(fù)雜的形狀，工藝性好，有較好的強度、剛度和抗振性。但是生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長。用于切削力較大，工藝系統(tǒng)剛度不足或工件要求精度高的夾具體。焊接夾具體，特點是制造方便，成本低。缺點是工藝性差。適用于夾具體形狀簡單，零件精度要求一般，切削力不大的場合。鍛造夾具體，用于形狀簡單，尺寸不大，要求強度和剛度大的夾具體。裝配夾具體，特點是制造成本低，周期短，精度穩(wěn)定。由于該夾具體形狀復(fù)雜，所以用鑄造方法得到。 5.5 切削力及夾緊力的計算 由于本工序要求半精鏜加工大頭孔，所以需要對夾具的穩(wěn)定性進行計算，穩(wěn)定性計算主要內(nèi)容是切削力與夾緊力的計算。 5.5.1切削力的計算 刀具材料選高速鋼，刀具主偏角為45°，前角為10°，刃傾角為5°，刀尖圓弧半徑為2mm,背吃刀量取0.5mm，進給量取2mm。工件材料是45號鋼，其為600MPa. 根據(jù)（《現(xiàn)代機床夾具設(shè)計》吳拓主編）表4—18查得： 鏜孔時的圓周分力 鏜孔時的徑向分力 鏜孔時的軸向分力 其中,根據(jù)刀具參數(shù)差得，，，各值如下表： 表5—1 名稱 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.25 0.85 1.0 1.0 1.0 根據(jù)工件材料取得，其中n的取值如下表： 表5—2 名稱 n 0.35 2.0 1.5 由上述數(shù)據(jù)求得個切削分力為 =1297N =1016N = 266N 從而切削合力為： = =1669N 5.5.2夾緊力的計算 由上述內(nèi)容可以知道，三個切削分力的大小。但是由于三種力各自的作用不同，是校驗和選擇機床功率，校驗和設(shè)計機床主運動機構(gòu)、刀具和夾具強度和剛性的主要依據(jù)；在加工工藝系統(tǒng)剛性差，例如在縱車細長軸、鏜孔和機床主軸承載間隙較大的情況下，是頂彎工件、刀具、引起振動，影響加工精度、表面粗糙度的主要因素；是校驗進給機構(gòu)強度的主要依據(jù)。由于本工序是鏜孔，半精加工，需要對夾具穩(wěn)定性計算，而影響夾具穩(wěn)定性的主要因素是，因此在計算夾緊力時，是主要切削力。 根據(jù)夾具結(jié)構(gòu)查《現(xiàn)代機床夾具設(shè)計》（吳拓主編）表4—21知夾緊力計算公式為： 安全系數(shù) 式中：基本安全系數(shù)；取1.5 加工性質(zhì)系數(shù)；取1.1 刀具鈍化系數(shù)；取1.5 連續(xù)切削系數(shù)；取1.0 手動加緊系數(shù)；取1.3 手柄位置系數(shù)；取1.0 支撐面接觸系數(shù)；取1.0 則 = =3.22 從而 = =3272N 5.6 夾具精度分析 在夾具結(jié)構(gòu)方案確定及總圖設(shè)計完之后，還應(yīng)對夾具精度進行分析和計算，以確保設(shè)計的夾具能滿足工件的加工要求。造成被加工表面位置誤差的影響因素大致可分為五種分別是：定基誤差（）、定位誤差（）、夾緊誤差（）、安裝誤差（），加工誤差（）。他們在原始尺寸方向上的總和應(yīng)小于該尺寸的公差，即滿足下列不等式： 連桿要加工的孔如圖所示，下面將進行有關(guān)誤差的分析和校核。 對影響尺寸190±0.13mm的誤差分析。 1）定基誤差。由于基準(zhǔn)重合，所以定基誤差=0。 2）定位誤差。因圓柱銷定位，定位誤差計算如下： =0.038+0.018+0 =0.056mm a――工件孔的直徑公差 ――定位銷的直徑公差 Δ――孔和銷的最小保證間隙 3）夾緊誤差。在加緊工件時，定位端面的接觸變形甚小，工件在拆卸后，由于彈性變形可能使被加工孔的軸線變斜，但其值鉸小，估計不會大于0.01mm，可按=0.01mm來估算。 4）安裝誤差。由于夾具在機床上的安裝的不確定性并不是影響孔的位置尺寸因素，所以可以不考慮。 5）加工誤差。刀具尺寸誤差、調(diào)刀誤差、鏜床工作臺的傾斜和變形等等所引起的加工誤差，可以參照加工經(jīng)濟度，大約取=0.10mm。 以上各項誤差值相加為 0+0.056+0.01+0+0.1=0.166<0.26mm 說明各項誤差之和遠遠小于原始尺寸（190±0.13）的允許誤差值0.26mm，所以該夾具能夠保證工件的精度要求。 第六章 全文總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計，到此為止基本完成了連桿的工藝編制和第80道工序擴大頭孔夾具的設(shè)計。在工藝規(guī)程的編制中，著重討論了連桿每道工序加工方法和工序尺寸、及余量，以及毛坯尺寸的問題。文中詳細論述了零件毛坯的制造、工藝規(guī)程的編制、加工余量的確定、定位基準(zhǔn)的選擇、夾具的設(shè)計等等具體計算過程。在夾具設(shè)計方面，采用夾具設(shè)計手冊的相關(guān)知識和計算研究方法，重點在討論夾具設(shè)計的精度是否可以滿足工序加工要求和零件圖相關(guān)尺寸精度要求。夾具設(shè)計部分結(jié)果最終表現(xiàn)在夾具裝配圖和夾具體的零件圖上。 與本論文一同完結(jié)的還有工藝規(guī)程和相關(guān)零件圖。用于完善畢業(yè)設(shè)計說明書中的相關(guān)內(nèi)容。 參考文獻 [1] 閻光明，侯忠濱，張云鵬.現(xiàn)代制造工藝基礎(chǔ).西安:西北工業(yè)大學(xué)出社,2007 [2] 朱耀祥，蒲林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社,2011 [3] 楊叔子.機械加工工藝師手冊. 北京：機械工業(yè)出版社,2010 [4] 王先逵.機械加工工藝手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，第二版,2003 [5] 陳宏鈞.機械加工工藝設(shè)計員手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2009 [6] 陳宏鈞.機械加工工藝施工員手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2008 [7] 鄧文英.宋力宏.金屬工藝學(xué).北京：高等教育出版社，第五版，2008 [8] 趙家齊.北京：機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書,1994 [9]李旦.王杰等.哈爾濱：機床專用夾具圖冊，第2版，2009 [10]吳拓.北京：現(xiàn)代機床夾具設(shè)計，2009 [11]陸劍中.孫家寧.金屬切削原理與刀具.北京:機械工業(yè)出版社,第五版，2009 致 謝 首先感謝我的指導(dǎo)老師鄧修瑾老師，此次畢業(yè)設(shè)計從選題、工藝規(guī)程的編制，夾具的設(shè)計到論文的撰寫都是在鄧老師的一手指導(dǎo)下完成的。鄧老師每周周一都給我們做一次輔導(dǎo)，同時監(jiān)督我們的進度和安排我們下周的任務(wù)。一旦設(shè)計中存在問題，我們隨時都可以給鄧老師打電話解決，也可以再每周周一在輔導(dǎo)中解決。她自己非常嚴謹，對我們要求也非常嚴格。我們一有松懈或者跟不上進度，她便會提醒我們注意跟上進度。非常感謝鄧老師，她豐富的理論知識和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，讓我們受益匪淺。 回顧大學(xué)四年生活，我得到過很多老師和同學(xué)的幫助，還有父母的理解和支持。在求學(xué)生涯里，如果沒有父母，老師和同學(xué)們以及其他人的幫助，理解和支持，我想我是不會走到今天的。正是因為有這么多的幫助，理解和支持，我才有信心朝著今天走來，向著未來走去。 最后，再次感謝鄧老師，感謝大學(xué)四年來幫助過培養(yǎng)過我的老師和同學(xué)，感謝一直以來都很理解和支持我的父母，感謝所有關(guān)心過我的人。 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計，運用了大學(xué)四年所學(xué)的工藝知識，制圖知識完成了連桿工藝規(guī)程的編制，畢業(yè)論文的撰寫，以及連桿零件圖、夾具裝配圖和夾具體零件圖的繪制。由于缺乏實際工作經(jīng)驗，知識能力儲備有限，上述各項中如有錯誤，請各位老師指正。 本次畢業(yè)設(shè)計是我對我以后工作和生活的一個考驗，在設(shè)計中遇到過很多困難，每遇到一個困難，我都會感覺到我所掌握的專業(yè)知識還很少。但是，最終我還是想辦法解決了這些困難，從而為以后的工作增加了信心。作為一名機械設(shè)計及其自動化專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)設(shè)計給了我一個系統(tǒng)整理總結(jié)所學(xué)知識的機會，同時也我清楚地認識到自己要學(xué)的專業(yè)知識還很多很多。我深知自己對于專業(yè)的認識和應(yīng)用上還有很大的差距，以后還有很長的路要走。 28