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課 程 設(shè) 計
題 目：
連桿零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程
及工藝裝備設(shè)計
班 級：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
摘 要
本次課程設(shè)計詳細(xì)闡述了對連桿端面10mm槽的專用銑床夾具設(shè)計，采用一面兩銷進(jìn)行定位，通過綜合分析與設(shè)計，驗證了該設(shè)計的可行性和優(yōu)越性，通過此設(shè)計，實現(xiàn)了理論知識和實踐的充分結(jié)合，在這次課程設(shè)計涉及了機(jī)床類型的選擇、加工方式的選擇、刀具的選擇、定位誤差的分析與計算、夾具體設(shè)計應(yīng)注意的問題等等。進(jìn)一步添加計算機(jī)繪圖的經(jīng)驗。
綜合該次設(shè)計的全過程，體會到了設(shè)計路途的迷茫和艱難，作為學(xué)完《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》之后的一項重要的實踐，充分考察了我們獨立設(shè)計，計算，繪圖和分析的能力，尤其提高了我們查閱各種設(shè)計手冊的和相關(guān)資料的能力，深刻體會了夾具設(shè)計的一般步驟和相關(guān)問題的解決辦法，為將來參加工作，熟悉工藝打下堅實基礎(chǔ)。
Abstract
The curriculum design detail of the connecting rod slot dedicated 10mm Face milling fixture design, using a two-pin position, through a comprehensive analysis and design, design verification of the feasibility and advantages of this design, the realization of the theoretical knowledge and practice are fully integrated in the curriculum design involves the choice of the machine tool type, processing, selection, tool selection, location analysis and calculation error, the folder should be noted that the specific design problems, and so on. Add further experience in computer graphics.
Integrated design of the whole process of design experience to the confused and difficult road, as school finished, "the basis of mechanical manufacturing technology" after the practice of an important and fully independent of our study design, computing, graphics and analysis capabilities, particularly to improve our access to a variety of design manuals and related information on the capacity of the fixture design should have realized the general steps and related solutions to the problems for the future work, familiar with the process to lay a solid foundation.
目 錄
1 連桿零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程 1
1.1 連桿的工藝性分析及生產(chǎn)類型的確定 1
1.1.1 連桿的技術(shù)要求 1
1.1.2 審查連桿的工藝性 1
1.1.3 確定連桿的生產(chǎn)類型 1
1.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計 2
1.2.1 選擇毛坯 2
1.2.2 確定毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量 2
1.2.3 繪制連桿毛坯簡圖 3
1.3 擬定連桿工藝路線 4
1.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 4
1.3.2 表面加工方法的確定 4
1.3.3 加工階段的劃分 4
1.3.4 工序的集中與分散 4
1.3.5 工序順序的安排 5
1.3.6 確定工藝路線 5
1.4加工余量、工序尺寸和公差的確定（工序6） 5
1.5 切削用量、時間定額的計算（工序6） 6
1.5.1切削用量的計算 6
1.5.2 時間定額的計算 7
2. 相關(guān)工序夾具的設(shè)計 8
2.1 定位方案及定位誤差分析 8
2.2 夾緊機(jī)構(gòu) 9
2.3 對刀及夾具的安裝方案的確定 9
2.4 夾具體 10
2.5 方案綜合評價和總結(jié) 10
3 設(shè)計體會 11
1 連桿零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程
1.1 連桿的工藝性分析及生產(chǎn)類型的確定
1.1.1 連桿的技術(shù)要求
根據(jù)連桿零件圖紙將該連桿的全部技術(shù)要求列于表中。見表1-1。
表1-1 連桿零件技術(shù)要求表
加工表面
尺寸及偏差（mm）
公差及精度等級
表面粗糙度Ra(um)
形位公差
連桿左端面
IT11
3.2
連桿右端面
IT11
3.2
孔
IT11
3.2
孔
IT10
3.2
連桿槽寬度
IT13
3.2
連桿槽深度
IT15
3.2
1.1.2 審查連桿的工藝性
分析零件圖可知，連桿的兩端面均要求切削加工，該零件除主要工作表面（連桿兩端面、的槽、孔、孔）外其余加工表面加工精度較低，通過銑削，鉆床的粗加工就可以達(dá)到， 雖然主要工作表面加工精度相對較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟(jì)的方法保質(zhì)保量的加工出來。由此可見，該零件的公藝性較好。
1.1.3 確定連桿的生產(chǎn)類型
Q=5000件/年；結(jié)合生產(chǎn)實際，備品率a%和廢品率b%分別取3%和0.5%。代入公式（1-1）得
N=5000件/年X（1+3%）X（1+0.5%）=5175.8件/年
連桿重量為2.0kg，由查表1-3知，連桿屬于輕型零件；由表1-4知，該連桿的生產(chǎn)為大批生產(chǎn)。
1.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計
1.2.1 選擇毛坯
由零件要求可知，不但要有高的抗拉、壓強(qiáng)度和高的疲勞強(qiáng)度，而且要有足夠的剛性和韌性，選擇材料為45鋼。為增強(qiáng)連桿的強(qiáng)度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛胚選用鍛件。該零件輪廓尺寸不大，且生產(chǎn)類型數(shù)大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率和鍛件精度，采用模鍛方法制造毛胚，毛胚拔模斜度為5o。
1.2.2 確定毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量
a) 公差等級
根據(jù)連桿的功用和要求，確定該零件的公差等級為普通級。
b) 鍛件重量
加工后工件重量為2.0kg,初步估計鍛件加工前毛胚重量為4kg。
c) 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)
對連桿零件圖分析，大致確定鍛件外廓包容體的長度、寬度、和高度，l=45mm，b=53，h=10(詳見毛胚簡圖1-1)；有公式（2-3）和（2-5）可計算出連桿鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)
S = mt/ mN = 4/（lbhρ）=(45mm×53mm×10mm×7.8 10-6kg/mm3)
≈6/8.01≈0.18
由于0.74介于0.16和0.32之間故形狀復(fù)雜系數(shù)屬S3級
d) 材質(zhì)系數(shù)
該材料屬45鋼，是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.65%的碳素鋼，故鍛件材質(zhì)系屬M(fèi)1級。
e) 鍛件分模線形狀
根據(jù)連桿形位特點，選高度方向的對稱平面為為分模面，屬平直分模線，如圖連桿鍛造毛胚見圖1-1所示。
f) 零件表面粗糙度
如零件圖所示，該連桿各加工表面的粗糙度Ra均大于1.6。根據(jù)上述綜因素，查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》中表2-10~2-12確定該段間的尺寸公差和機(jī)械加工余量。所得結(jié)果列于表1-2。
確定此鑄造毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量如下表所示：
表1-2 連桿鑄造毛坯尺寸公差及機(jī)械加工余量表
項目/mm
機(jī)械加工余量/mm
尺寸公差/mm
備注
孔
2.0
表2-14
2.2
表2-10
孔
2.0
表2-14
2.2
表2-10
中心距57
0.3
表2-12
厚度14.3
2.0~2.2（取2.0）
表2-13
1.8
表2-11
1.2.3 繪制連桿毛坯簡圖
由表1-2所得結(jié)果，繪制毛坯簡圖如下所示：
圖1-1 連桿鍛造毛坯簡圖
1.3 擬定連桿工藝路線
1.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)。
a) 精基準(zhǔn)的選擇
考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，選擇零件左視圖中的左端面和孔中心線作為精基準(zhǔn)。
b) 粗基準(zhǔn)的選擇
對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對有若干個不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個基準(zhǔn)選擇原則，選取零件右端面為粗基準(zhǔn)。
1.3.2 表面加工方法的確定
表3-1 連桿零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等級
表面粗糙度Ra/um
加工方案
備注
左端面
IT11
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
右端面
IT11
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
孔
IT10
3.2
粗鏜-半精鏜
表1-7
孔
IT11
3.2
粗?jǐn)U-精擴(kuò)-鉸
表1-7
槽內(nèi)側(cè)面
IT13
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
槽底面
IT15
3.2
粗銑-半精銑
表1-8
1.3.3 加工階段的劃分
該連桿加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工，半精加工兩個階段。，
在粗加工階段。首先將精基準(zhǔn)（連桿左端面和孔）準(zhǔn)備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑連桿右端面， 鉆孔和粗銑8個槽的內(nèi)側(cè)面和底面；在半精加工階段，完成左右端面的的精銑加工和8個槽的精銑加工。
1.3.4 工序的集中與分散
選用工序集中原則安排連桿的加工工序。該連桿的生產(chǎn)類型為大批或者中批生產(chǎn)，可以采用萬能型機(jī)床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運(yùn)用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時間，而且由于一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各種加工表面之間的相對位置精度要求。
1.3.5 工序順序的安排
a) 遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，首先加工基準(zhǔn)——連桿左右端面和孔、孔。
b) 遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
c) 遵循“先主后次”原則，先加工主要表面，后加工次要表面。
d) 遵循“先面后孔”原則，先加工主要表面，后加工孔；先加工左右端面，然后加工兩個孔；最后加工8個槽。
1.3.6 確定工藝路線
在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，表列出了連桿的工藝路線。
表1-3 連桿工藝路線及設(shè)備、工裝的選用
工序號
工序名稱
機(jī)床裝備
刀具
量具
1
粗銑左端面
立式銑床X51
端銑刀
游標(biāo)卡尺
2
粗銑右端面
立式銑床X51
端銑刀
游標(biāo)卡尺
3
半精銑連桿左右端面
立式銑床X51
端銑刀
游標(biāo)卡尺
4
粗鏜-半精鏜孔
X60臥式銑床
鏜刀
卡尺、塞規(guī)
5
粗?jǐn)U-精擴(kuò)-鉸孔
四面組合機(jī)床
擴(kuò)孔鉆、鉸刀
卡尺、塞規(guī)
6
粗銑-半精銑8個槽
X60臥式銑床
三面刃銑刀
游標(biāo)卡尺
1.4加工余量、工序尺寸和公差的確定（工序6）
根據(jù)課程設(shè)計要求，這里只作工序6加工余量和工序尺寸公差的確定。
第6道工序的加工過程：
先以l=8的三面刃銑刀銑出槽，以l=8的三面刃銑刀進(jìn)行粗銑，查表2-26，則粗銑余量Z精銑=1.5（雙邊），再進(jìn)行精銑。查表1-20可依次確定各工序尺寸的加工精度為，粗銑：IT12；精銑：IT11，查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表確定各工步的公差值分別為，粗銑：0.18mm；精銑：0.11；
所以，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為粗銑（8mm）；精銑（10 mm），它們之間的相互關(guān)系如圖1-2所示。
0.18
10
8
0.75
0.11
圖1-2
1.5 切削用量、時間定額的計算（工序6）
1.5.1切削用量的計算
a) 粗銑槽底面和兩側(cè)面
（1）切削深度的確定 取ap=3.2mm。
（2）進(jìn)給量的確定 表5-19，按機(jī)床功率為5-10kW、工件—夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工序的每齒進(jìn)給量fz取為0.09mm/z。
（3）銑削速度的計算 由表5-20，按硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀、d/z=200/12的條件選取，銑削速度v可取為268m/min。由公式（5-1）n=1000v/(πd)可求得該工件銑刀轉(zhuǎn)速，n=1000×268m/min/π×200mm=426.53r/min,參照表4-18所列X60臥式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=400r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實際銑削速度v=nπd/1000=400r/min×π×200mm/1000=251.33m/min。
b) 精銑槽底面和兩側(cè)面
（1）背吃刀量的確定 取ap=1.5mm。
（2）進(jìn)給量的確定 表5-19，按機(jī)床功率為5-10kW、工件—夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工序的每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z。
（3）銑削速度的計算 由表5-20，按硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀、d/z=200/12的條件選取，銑削速度v可取為318m/min。有公式（5-1）n=1000v/πd可求得該工件銑刀轉(zhuǎn)速，n=1000×318m/min/π×200mm=506.11r/min,參照表4-18所列X60臥式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=560r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實際銑削速度v=nπd/1000=560r/min×π×200mm/1000=351.86m/min。
1.5.2 時間定額的計算
a) 基本時間tm的計算
（1）粗銑槽底面和兩側(cè)面
根據(jù)表5-43中三面刃銑刀銑槽的基本時間計算公式tj=(l+l1+l2)/fMz 可求出該工序的基本時間：式中l(wèi)=5mm，，l2 =2mm，查表4-19銑床工作臺的進(jìn)給量fMz =45mm/min,得tj=（5+26+2）/45=0.73min
（2）半精銑槽底面和兩側(cè)面
同理，根據(jù)表5-43中三面刃銑刀銑槽的基本時間計算公式 tj=(l+l1+l2)/fMz 可求出該工序的基本時間：式中l(wèi)=5mm，，l2 =2mm，查表4-19銑床工作臺的進(jìn)給fMz=22.4mm/min,得tj=（5+13+2）/22.4=2.45min?。
b) 輔助時間的計算
根據(jù)第五章第二節(jié)所述，輔助時間tf與基本時間tj之間的關(guān)系為tf=（0.15-0.2）tj，這里取tf=0.15 tj，則各工序的輔助時間分別為：
工序6粗銑的輔助時間：tf =0.15×0.73min=0.1min；
工序6精銑的輔助時間：tf =0.15×2.45min=0.3675 min；
c) 其他時間的計算
除了作業(yè)時間（基本時間與輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間準(zhǔn)備與終結(jié)時間。由于本工件的生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)，分?jǐn)偟矫總€工件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時間甚微，可忽略不計；布置工作地時間tb是作業(yè)時間的2%-4%,這里取3%，則各工序的其他時間（tb+ tx）可按關(guān)系式（3%+3%）×（tb+tx）計算，它們分別為：
工序8的其他時間：
tb+tx =6%×(0.1min+0.27min)=0.022min;
工序9的其他時間：
tb+tx =6%×(2.45min+0.3675min)=0.16905min;
d) 單件時間tdj 的計算
上述兩道工序的單件時間分別為：
工序6的單件粗銑時間：
tdj=0.1min+0.27min+0.022min=0.392min；
工序9的單件半精銑時間：
tdj =2.45min+0.3675min+0.16905min=2.98655min
將上述零件工藝規(guī)程設(shè)計的結(jié)果，填入工藝文件。表5-2.1列出了連桿零件的機(jī)械加工工藝過程；表5-2.2列出了連桿加工第6道工序的工序卡。
2. 相關(guān)工序夾具的設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，需要設(shè)計專用夾具。工序圖上標(biāo)明，該工序的定位基準(zhǔn)為已經(jīng)加工過的兩孔及工件孔端的兩個端平面，加工時選用三面刃銑刀，在臥式銑床上加工，槽寬由銑刀尺寸保證，槽深和角度位置由夾具和調(diào)整對刀來保證。制造夾具體毛坯的材料為HT200。通過鑄造得到。
2.1 定位方案及定位誤差分析
前已述及，定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)盡量符合基準(zhǔn)重合原則，但對于工件槽深要求來說，選擇與所加工槽相對的另一端面為定位基準(zhǔn)，引起基準(zhǔn)不重合誤差ΔB，ΔB的值為兩端面間的尺寸公差0.1 mm。由于所加工的槽深公差規(guī)定為0.4 mm，根據(jù)經(jīng)驗，可以保證槽深的要求；對于槽的角度位置45±30′的要求方面，工序要求是以大孔中心為基準(zhǔn)，并與兩孔連線成45±30′?，F(xiàn)以兩孔為定位基準(zhǔn)，在大孔中采用圓柱銷配合定位，小孔中用菱形銷定位，完全符合基準(zhǔn)重合，定位精度較高。兩定位銷直徑及公差、兩定位銷之間的距離及公差：圓柱定位銷直徑按g6選取為；菱形銷定位圓柱部分按f7選取為；兩銷間的距離尺寸與公差按連桿相應(yīng)尺寸公差±0.06的1/3取值為±0.02，所以該尺寸標(biāo)注為57±0.02; 為保證槽的角度要求，兩菱形銷安裝位置的角度公差為工件相應(yīng)角度公差±30′的1/5,即±6′，所以圖上該角度標(biāo)注為45°±6′。
2.2 夾緊機(jī)構(gòu)
夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮動作快速可靠，不碰刀，夾緊點應(yīng)盡量接近被加工部位。因此，采用兩個手動螺旋壓板，夾緊點選在大孔端面，另外在壓板外側(cè)設(shè)有防轉(zhuǎn)銷，使用也很方便，能滿足生產(chǎn)要求。
2.3 對刀及夾具的安裝方案的確定
由于槽的加工要保證刀具兩個方向的位置，為了快速對刀，采用直角對刀塊。為了保證對刀塊的方向與工作臺縱向進(jìn)給運(yùn)動方向一致，整個夾具在工作臺上安裝時采用的是一對定位鍵定向，在夾具體兩端的耳座中穿入T形螺栓，用螺母夾緊。定位平面N到對刀塊底面之間的尺寸關(guān)系到槽深精度，而連桿上相應(yīng)的這個尺寸是由尺寸 mm和mm間接決定的，經(jīng)過尺寸鏈的換算(mm是封閉環(huán))，得到這個尺寸為mm。因為夾具的工序尺寸是按要保證的槽深相應(yīng)尺寸的平均值標(biāo)注，將上面算得的尺寸改寫為10.85±0.15 mm，然后再減去塞尺的厚度3 mm，得7.85 mm，此尺寸的公差取為工件上尺寸公差(±0.15)的1/2~1/5，最終取±0.03，所以最終夾具總圖上對刀塊到定位面N的距離應(yīng)標(biāo)注為7.85±0.03?？紤]到塞尺的尺寸，對刀塊水平方向的工作表面到定位圓柱銷中心的距離為8.05±0.02(取工件相應(yīng)尺寸公差的1/2~1/5)，如圖4-71中所注。
2.4 夾具體
夾具體一般是夾具上最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)元件，在夾具體上，要安放組成該夾具所需要的各種元件，機(jī)構(gòu)，裝置，并且還要考慮便于裝卸工件以及在機(jī)床上的固定。因此夾具體的形狀和尺寸應(yīng)滿足一定的要求，它主要取決與工件的外廓尺寸和各類元件與裝置的布置情況以及加工性質(zhì)等。所以在專用夾具中，夾具體的形狀和尺寸很多是非標(biāo)準(zhǔn)的。設(shè)計時應(yīng)滿足一下基本要求：
1 有足夠的強(qiáng)度和剛度
2 減輕重量，便于操作
3 安放穩(wěn)定，可靠
4 尺寸穩(wěn)定，有一定的精度
5 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工藝性好
6 排屑方便
7 應(yīng)吊裝方便，使用安全
夾具結(jié)構(gòu)方案確定后，就可著手繪制夾具總圖，步驟如下：
(1) 用雙點劃線繪出零件在加工位置的外形輪廓。
(2) 繪制定位元件。
(3) 繪制夾緊裝置。
(4) 繪制對刀塊、夾具體。
(5) 繪制定位鍵，并繪出連接件把各元件連接在一起。最后得到的夾具總圖。
2.5 方案綜合評價和總結(jié)
該夾具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。采用手動夾緊裝置，夾具上裝有直角對刀塊，可使夾具在一批零件的加工之前很好地對刀；同時，夾具體底面上的兩對定位鍵可使整個夾具在機(jī)床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。
此設(shè)計達(dá)到了銑床專用夾具的設(shè)計要求，能夠滿足加工條件的要求，達(dá)到完成加工的目的。
3 設(shè)計體會
為期三周的夾具課程設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助下，收獲頗多，課程設(shè)計作為《機(jī)械制造基礎(chǔ)》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐更加接近，加深了理論知識的理解，強(qiáng)化了生產(chǎn)實習(xí)中的感性認(rèn)識。
本次課程設(shè)計主要經(jīng)歷了兩個階段，第一階段是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計，第二階段是專用夾具設(shè)計。第一階段我運(yùn)用了基準(zhǔn)選擇、機(jī)床選用等方面的知識；夾具設(shè)計的階段運(yùn)用了工件定位、夾緊機(jī)構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的知識。
經(jīng)過這三個星期的設(shè)計，基本掌握了零件的加工過程分析及工藝文件的編制、專用夾具設(shè)計的方法和步驟，學(xué)會了查找相關(guān)手冊、說明書等，以及選擇使用工藝裝備等等。
總之，這次設(shè)計使我在基本理論的綜合運(yùn)用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了我們獨立思考、解決問題和創(chuàng)新設(shè)計的能力，為以后的設(shè)計工作打下了較好的基礎(chǔ)。
由于個人能力有限，所學(xué)知識還不夠完善，設(shè)計中還存有錯誤和不足，望老師老師提出寶貴意見。
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