连杆机械加工工艺流程及工艺装备设计方案.docx
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连杆机械加工工艺流程及工艺装备设计方案
设计题目
题目：
连杆的机械加工工艺规程及工艺装备设计
图a
一、零件的分析
1.零件的工艺分析
连杆的加工表面主要有圆柱端面的加工，孔的加工，凹台的加工以及螺纹的加工，其余的表面通过不去除表面材料的加工方法以获得所需尺寸，在该零件里为铸造。
各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，孔的加工有的需要Ra1.6的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下：
1.1面的加工
该零件中共有6个面需要加工出来：
G面、I面、E面、F面、H面和J面。
在这六个面中，J面和H面的形位公差有较高的要求，且尺寸精度也比较高，后面的孔的加工和其他面的加工都需要用这两个面来定位，所以应该经过粗加工和精加工，且应尽早加工出来；E面G面和的尺寸精度也比较高，也需要进行精加工；F面的粗糙为Ra3.2，对表面质量的要求比较高，所以也要进行精加工；至于面I，其尺寸精度为自由公差，切表面粗糙度为Ra12.5，所以只用粗加工即可。
1.2孔的加工
该零件的孔有四个，ø35、ø60、ø6、ø10、ø10.5的孔。
其中ø35、ø60和ø10的孔的尺寸精度和表面质量都比较高，所以要进行精加工，而ø60和ø35有平行度的要求，应在同一工位完成加工，两孔的尺寸精度都为7级，粗糙度为Ra1.6，为了减少加工步骤、方便加工，都定为先铸出毛胚孔，然后用铣刀进行粗—精加工，且为了避免加工时刀具受到冲击，ø60的孔应先于ø10、ø6两孔加工；4-ø10.5的孔虽然尺寸精度为自由公差，要求不高，但是其表面粗糙度为Ra3.2，所以要对其进行精加工；而ø6的孔为自由公差，且表面质量为Ra12.5，故只用粗加工就可以了。
1.3凸台的加工
该零件中凸台在ø60的孔的两侧，表面粗糙度要求为Ra3.2，是故应进行精加工。
1.4螺纹的加工
该零件中油孔的位置有螺纹配合的要求，且孔底与ø6的孔相通，在加工时应注意螺纹底孔的深度。
综合以上分析，可得出该零件的加工路线为：
粗铣面G、E、I；粗铣、精铣面J、H、F；精加工面G、E；钻ø60和ø35的孔；加工螺纹M14；钻ø10.5、ø6的孔。
二、确定毛胚、画毛胚——零件合图
根据零件的材料确定为铸件。
又由题目已给定零件为大批量生产。
毛胚的铸造方法选用砂型机器造型。
为了减少机加工的加工量，ø60mm、ø35mm在铸造时就铸造出来，所以还应该安放型芯。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
参考文献[1]表2.2—3，该种零件的尺寸公差等级CT为8—10级，加工余量等级MA为G级。
故取CT为10级，MA为G级。
铸件的分型面选择通过ø6的孔的中心轴线，且平行与面H的平面，浇冒口位置分别位于ø35的孔的中心。
参考文献[1]表2.2-4，用查表法确定各表面的总余量如表2-1
表2-1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸
（mm）
加工余量等级
加工余量数值
（mm）
说明
E面
F面
G面
H面
I面
J面
Ø35
Ø60
41
78
56
41
56
56
35
60
H
G
H
G
H
G
H
H
4
3.5
4
3.5
4
3.5
4
4
顶面降一级
侧面，单侧加工（取上行数据）
顶面降一级
侧面，单侧加工（取上行数据）
顶面降一级
侧面，单侧加工（取上行数据）
孔降一级，双侧加工
孔降一级，双侧加工
由参考文献[1]表2.3-5，用查表法可得铸件主要的尺寸公差，如表2-2所示。
2表-2主要毛胚尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛胚尺寸
公差CT
G—J两面间距
56
7.5
63.5
2.8
E—H两面间距
78
7.5
85.5
3.2
I面距中心线高度
30
4
34
2.6
F面尺寸
41
3.5
44.5
2.8
Ø35
35
4
27
2.6
Ø60
60
4
52
2.8
毛胚图如下：
图b
三、工艺规程设计
3.1定位基准的选择
粗基准的选择：
选择H面和J面作为粗基准。
精基准的选择：
选择加工好后的H面和J面作为零件上其他的表面和孔的精基准，能够实现通过一个基准对多个表面进行精加工，也就是实现基准重合。
且对于该类零件来说，若只是单个端面来定位，其定位效果极差，可以等同认为是两个点的定位，是故用两个阶梯面来定位，其定位效果较单个面来说好得多。
且便于夹紧。
3.2制定工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面加工方法如下：
E面、H面、F面：
粗铣——精铣；G面、J面、I面：
粗铣；ø60和ø35的孔：
扩——铰；螺纹G14：
钻孔——攻螺纹；钻ø10.5、ø6的孔。
零件中的ø60和ø35有较高的平行度要求，故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两孔同时加工出来，以保证其加工精度。
根据先面后孔、现主要表面后次要表面和先粗加工后粗加工的原则，将面E、F、G、H、J，孔ø60、ø35mm和ø10的粗加工放在前面，精加工放在后面,每一阶段中又先加工面F、H，然后加工G、E、J面和钻扩铰孔ø60mm、ø10mm和ø35mm。
然后铣凹台面B。
孔4-ø10.5、ø6面I和其上的螺纹孔M14最后加工。
精加工也是按如此顺序加工。
初步拟定加工工艺路线如下：
序号
工序内容
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
铸造
退火（人工时效）
涂漆
粗铣G面及E面
粗铣H面及J面
粗铣ø60mm和ø35mm的孔（ø60mm的孔与配件配作）
钻ø10mm的孔
精铣E面
精铣H面
精铣ø35mm和ø60mm的孔（ø60mm的孔与配件配作）
粗铣凸台面B面、F面
精铣凸台面B面、F面
粗铣I面
锪平ø20mm的孔，钻4-ø10.5mm的孔（配作）
粗铰4-ø10.5mm的孔
钻ø6mm的孔，铣ø10mm的孔
钻M14的底孔，攻M14的螺纹
去毛刺（所有锐角）
检验
入库
上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
如：
在第10道工序中，加工时应该同时粗铣I面，因为I面的要求不高，同时加工能减少反复装夹次数，提高加工效率。
在第70和80道工序中粗铣凸台面B面、F面精铣凸台面B面、F面，为保证配作时故应将凹台B面的加工放在孔ø35mm和ø60mm之前。
在铣削加工孔ø35mm和ø60mm，应将粗、精加工放在相连的两道工序中。
修改后的工艺路线如下：
序号
工艺内容
简要说明
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
120
130
140
铸造
退火（人工时效）
涂底漆
粗铣G、I、E面
粗铣H、J面
精铣G、E面,精铣H、J面
粗铣凸台B、F面
精铣凸台B、F面
粗铣ø60mm和ø35mm的孔（ø60mm的孔与配件配作）
精铣孔ø35mm和ø60mm（ø60mm的孔与配件配作）
锪平ø20mm的孔，钻4-ø10.5mm的孔（留有粗铰余量）孔口倒角1×45˚，粗铰4-ø10.5mm的孔
钻ø6mm的孔，铣ø10mm的孔
钻M14的底孔，攻M14的螺纹
去毛刺（所有锐角）
检验
入库
消除残余应力
防止生锈
先加工基准面
粗加工面
精加工面
精加工面
加工接合面，为配作准备
粗加工孔
精加工孔
配作加工孔
钻油孔
加工凹台
加工螺纹
3.3选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型为大批量生产，所以加工设备宜以通用机床为主，辅以少量的专用机床。
其生产方式为以通用机床家专用夹具为主，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之间的传送均由人工完成。
粗铣G、I、E面和粗铣H、J、F面。
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具设计的问题，都采用立铣。
选择X52K立式铣床。
选择直径为80mm的材料为YG6硬质合金可转位锥柄面铣刀（如下表4-41所示）、专用夹具和游标卡尺。
精铣E面和粗铣H面。
加工设备仍选用X52K型立式铣床。
刀具选用同上的直径为80mm的可转位锥柄面铣刀，专用夹具和游标卡尺。
粗铣ø60mm和ø35mm的孔。
由于铣孔是属于曲线插补加工，所以要求用数控铣床。
故对孔ø60mm和ø35mm的加工设备选用型号为XK6330的数控铣床。
刀具选用直径为25mm和16mm的材料为硬质合金中齿莫氏锥柄立铣刀，专用夹具、游标卡尺。
精铣ø60mm和ø35mm的孔。
加工设备还是XK6330型号的数控铣床。
刀具选用直径为16mm和20mm的材料为硬质合金细齿莫氏锥炳立铣刀。
专用夹具，量具选用塞规。
锪平ø20mm的孔，钻4-ø10.5mm的孔（留有粗铰余量），孔口倒角1×45˚。
粗铰4-ø10.5mm的孔。
选用型号为Z3025的摇臂钻床。
锪平ø20mm的孔选用锪钻。
4-ø10.5mm的孔选用直径为10的钻头和直径为10.5mm的铰刀。
钻ø6mm的孔，铣ø10mm的孔。
选用专用的机床。
刀具选用直径为ø6mm的加长型钻头和直径为10mm的材料为硬质合金立铣刀。
专用夹具。
粗铣凸台B、F面。
机床选用卧式铣床，型号为X6030。
刀具选用直径为ø12mm中齿的材料为硬质合金立铣刀。
精铣凸台B、F面。
机床还是选用卧式铣床，型号为X6030。
刀具选用直径为ø10mm的材料为硬质合金细齿立铣刀。
钻M14的底孔，攻M14的螺纹。
选用型号为Z3025的摇臂钻床。
参考文献[1]中表3.1-6、3.1-48。
加工M14的螺纹底孔选用直径为12.5mm的锥柄麻花钻。
攻螺纹时选用代号为M14×1.5的机用丝锥。
专用夹具、机用丝锥夹头、螺纹塞规。
3.4加工工序设计
1.工序10粗铣G、I、E及工序30精铣E、G面工序。
查文献[1]表2.3-21平面加工余量，
为1mm。
已知E面总余量
为4mm。
故粗加工余量为3mm。
查文献[2]表2.6-6，得粗铣的加工公差等级为IT9—IT11级，取IT=10,E面公差为0.12mm，G面公差为0.12mm。
所以
=82.5±0.06，
=60.5±0.06mm。
校核E面精铣余量
：
=（82.5-0.06）-（81.5+0.05）
=0.89mm
=（60.5-0.06）-（59.5-0.05）
=0.89mm
故余量足够。
切削参数的选择：
查表3-16取粗铣每齿进给量
为0.13mm/z；取精铣每转进给量为
=0.5mm/r。
粗铣走刀一次，
=3mm；精铣走刀一次，
=1mm。
表3-16，取粗铣主轴转速为380r/min；取精铣主轴转速为700r/min。
2.工序20粗铣H、J面和工序40精铣H、J面。
查文献[1]表2.3-21平面加工余量，
。
已知F面与H面的总余量都为3.5mm。
故粗加工余量为2.5mm。
查文献[2]表2.6-6，得粗铣的加工等级为IT9—IT11级，取IT=10，H面公差为0.10mm,J面公差为0.12mm。
所以可得
=79±0.05mm，
=58±0.06mm。
H面余量校核：
=（79-0.05）-（78+0.05）
=0.9mm
J面余量校核：
=（57-0.06）-（56-0.05）
=0.89mm
故H面与J面余量均足够。
切削参数的选择：
查上表表3-16取粗铣每齿进给量
为0.13mm/z；取精铣每转进给量为
=0.5mm/r。
粗铣走刀一次，
=3mm；精铣走刀一次，
=1mm。
查上表表3-16，取粗铣主轴转速为380r/min；取精铣主轴转速为700r/min。
3.工序50粗铣ø60mm和ø35mm的孔和工序60精铣ø60mm和ø35mm的孔。
由于这两个是通过用铣刀加工出来的，所以精铣时按圆周铣来预留加工余量。
参考文献[3]第171页，预留精加工余量为单边
=0.5mm。
已知两孔的单边总余量皆为4mm，所以粗加工余量为3.5mm。
粗铣的加工精度为IT9—IT11,取IT=10级。
ø60mm的孔的公差为0.12mm，所以
=ø58±0.06mm。
ø60mm的孔的公差为0.10mm，
=ø33±0.05mm。
余量校核：
=[（35-0.01）-（34+0.05）]÷2
=0.47mm
=[（60-0.012）-（59+0.06）]÷2
=0.46mm
经校核，两孔精加工余量均足够。
切削参数的选择：
参考文献[3]表7-5，取粗铣时切削速度Vc=45m/min,取精铣时切削速度为Vc=90m/min.
速度转换：
粗铣ø35孔的转速n=Vc/πd=895r/min取n=900r/min
精铣ø35孔的转速n=Vc/πd=1791r/min取n=1800r/min
粗铣ø60孔的转速n=Vc/πd=573r/min取n=600r/min
精铣ø60孔的转速n=Vc/πd=1433r/min取n=1500r/min
参考文献[3]表7-4，取粗铣时每齿进给
为0.2mm，精铣时每齿进给
为0.15mm。
进给速度:
Vf=
Zn
粗铣ø35孔的进给：
Vf=720mm/min
精铣ø35孔的进给：
Vf=1620mm/min
粗铣ø60孔的进给：
Vf=480mm/min
精铣ø60孔的进给：
Vf=1350mm/min
粗加工走一刀，
=3.5mm；精加工走一刀，
=0.5mm。
第60、70道工序的加工程序：
所有加工程序都基于将工件坐标系原点建立在直径为35mm的孔的中心这一前提条件下编制的。
加工直径为35mm的孔
粗加工：
O0001
G00G90Z200
G17G42GOOX0.0Y0.0D01
M03S900
G00G43Z26H01
G17G94G02X0.0Y16.5R8.25F720
G02X0.0Y16.5R16.5
G02X0.0Y0.0R8.25
G00G43Z-2.0H01
G17G94G02X0.0Y16.5R8.25F720
G02X0.0Y16.5R16.5
G02X0.0Y0.0R8.25
G00Z200
G00X200Y200
G40G90
M30
精加工：
O0002
G00G90Z200
G17G42GOOX0.0Y0.0D02
M03S1800
G00G43Z-2.0H02
G17G94G02X0.0Y16.5R8.75F1620
G02X0.0Y17.5R17.5
G02X0.0Y0.0R8.75
G00Z200
G00X200Y200
G40G90
M30
加工直径为60mm的孔
粗加工：
O0003
G00G90Z200
G17GOOX459Y0.0D03
M03S600
M98P31234
G00X100Y100
G40G90
M30
O1234
G00G43W-27H03
G17G94G02X459Y29R14.5F480
G02X459Y29R29
G02X459Y0.0R14.5
M99
精加工：
O0004
G00G90Z200
G17GOOX459Y0.0D04
M03S600
G00G43W-2H04
G17G94G02X459Y29R14.5F480
G02X459Y29R29
G02X459Y0.0R14.5
G00X100Y100
G40G90
M30
4.工序90粗铣凸台B、F面和工序100精铣凸台B、F面。
查文献[1]表2.3-21平面加工余量，
=1mm。
已知凸台B面的总余量为3mm，故粗加工余量为2mm。
粗铣的加工精度等级为IT9—IT11，取IT=10。
可查得B面的公差为0.12mm，F面公差为0.14mm，
=2±0.06mm,
=42±0.07mm。
余量校核：
=（3-0.1）-（2+0.06）
=0.84mm
=（42-0.07）-41
=0.93mm
经校核，B、F面余量足够。
切削参数的选择：
参考文献[3]表7-4，取粗铣时每齿进给
为0.2mm，精铣时每齿进给
为0.15mm。
参考文献[3]表7-5，取粗铣时切削速度Vc=45m/min,取精铣时切削速度为Vc=90m/min.
速度转换：
粗铣转速n=Vc/πd=1194r/min取n=1200r/min
精铣转速n=Vc/πd=2866r/min取n=2900r/min
进给速度:
Vf=
Zn
粗铣进给：
Vf=960mm/min
精铣进给：
Vf=2180mm/min
四、夹具设计
本次设计的夹具为第50道——粗铣ø60mm和ø35mm的孔和第60道——精铣ø60mm和ø35mm的孔工序共用的夹具。
该夹具适用与XK6330数控铣床。
1.确定设计方案
这道工序是用立式数控铣床加工ø60mm和ø35mm的两个通孔，所以从E、G面加工还是从H、J面加工都可以。
但是考虑到装夹定位时要用到两个孔的端面来进行定位，若是从H、J面加工，以E、G面定位的话，定位时由于零件中部的I面比E面低但又比G面高，会带来干涉。
故选用H、J面定位，从E、G面加工。
工件以H、J面在夹具上定位，限制了三个自由度，再在零件右端以一定位块限制一个自由度，左边用一V形块限制两个自由度。
从而将六个自由度都限制，实现精准定位。
为了保证工件的刚性，在工件的中间部分增加一个辅助支承。
在本工件加工时，工件局部要求与配件配作，用两个搭扣将两个零件固定在一起，以保证在加工过程中两工件间的相对位置没有因加工时的冲击振动而发生变化，保证加工的形状精度。
本工件的夹紧方案，考虑到利用切削力来辅助夹紧，故从工件的上方以一压块在工件的中心位置即辅助支承的位置向下压紧工件。
这样保证了夹紧力靠近支承点的夹紧原则，减小了工件的变形，保持工件加工时在夹具中的位置。
2.夹紧力的计算
夹紧力的计算公式：
F夹=KF
F夹——夹紧力。
F——切削力
K——安全系数。
在上式中，由于切削力与夹紧力同向，查文献[3]可知安全系数K取2.5。
由上表公式算出铣削力的计算公式为：
已知：
=3.5
=0.2
=480
=4
=600
=569
=1.0
=0.8
=0.9
=25
=0.9
=0.1
=1.34
最后算出Fz为547N
F夹=2.5×547
=1367.5N
经强度校核比对，铰链连接用的ø10mm的销钉的强度已远超出了所要求的强度。
故ø10mm的销钉能用用于承受夹紧时所带来的各种力的作用。
3.定位精度分析
两孔的位置公差为±0.1mm，对刀块的位置公差为±0.02mm，它不应超过工件公差的1/3，即±0.03mm。
故对刀块的位置公差为±0.02mm可以保证。
五、设计心得
这次设计相对于我自己来说是有一些难度的，而且也很繁琐。
因为在进行设计的过程中有很多地方是之前已经设计好了的，到了后面验证后发现达不到要求，而又得改动，往往这一改动就会牵涉到很多地方。
这体现了设计工作的先假设后验证再改动的特点。
虽然这次设计很累，但确实能让人学到很多的东西，也让我了解到了很多关于设计的一些常识和技巧。
比如说在设计一些机构的时候，是可以在机械设计手册里可以找到类似的设计，这是一个很好的借鉴。
这体现了机械方面一脉相承的设计精神。
在这次设计中，遇到了很多之前没有遇到过的问题。
开始的是后是问题越来越多，有时候一天就找了老师很问了好几次的问题，但随着老师的耐心讲解，问题也就越来越少，而学到的新知识也随之增加。
为我们在设计方面打开了一扇大门，丰富了我们关于设计的知识，为我们以后从事于相关的行业打下了一个良好的实践基础。
同时也巩固了所学到的理论知识，让我们能把所学到的知识在这次设计中得以验证和运用，加深了对理论知识的理解，加强了我们对理论知识的运用以及动手实践的能力。
这次的设计过程中也暴露了我们的很多的不足，因为很多的东西我们都是没见过的，亦或是见过了但是对它的工作过程和工作原理没有什么深入的了解和学习，所以很多东西都是只能靠我们自己凭空想象了，所以在设计初期，我们所设计出来的东西有些是不符合要求的，亦或是难以实现的，最后还是再老师的指导下才明白到底该如何设计，这就是我们大学生缺少实践学习的结果了。
而作为一个设计人员，脱离实际是一种很致命的错误，这也是绝对不允许的。
总而言之，这次设计让我们受益匪浅。
虽然比较辛苦，但的确是能学到东西，把所学的知识进行运用和论证的一个实践的机会，我们应该把握好每一次实践的机会。
参考文献
[1]哈尔滨工业大学.李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社
[2]李洪主编.机械加工工艺手册.北京：
北京出版社，1991
[3]华楚生主编.机械制造技术基础.重庆大学出版社
[4]廖念钊等编著.互换性教育技术测量.中国计量出版社
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