连杆加工工艺及夹具设计毕业设计说明书.docx
《连杆加工工艺及夹具设计毕业设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《连杆加工工艺及夹具设计毕业设计说明书.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
连杆加工工艺及夹具设计毕业设计说明书
连杆加工工艺与夹具设计
作者姓名
作者学号
专业班级机电一体化
指导教师姓名
专业技术职称
2010年12月28日
毕业设计任务书
题目：
连杆加工工艺与夹具设计
专业：
机电一体化班级：
学生姓名：
学号：
11月1日至12月31日共8周
一、设计内容
需要完成连杆的加工工艺设计，包括分析零件结构工艺性，编排合理的加工工艺过程，选择各加工工序合理的切削用量，填写零件的加工工艺卡片。
完成给定加工面的专用夹具设计等。
二、设计原始资料及要求
已知：
连杆的装配图（一张）和零件图（两张）
生产纲领：
大批量生产，年产量6000件
班制：
两班制
设计任务：
1.绘制连杆零件图和毛坯图。
2.设计连杆工艺并编制工艺规程卡片一套。
3.设计连杆盖通孔加工的专用夹具。
三、设计完成后提交的文件和图表
1.计算说明部分：
设计说明书一份
2.图纸部分：
连杆毛坯图一张
连杆加工工艺规程卡片一套
夹具装配图一张，夹具非标零件图全套
四、毕业设计进程安排
序号
设计各阶段工作内容
时间分配（起止日期）
1
确定设计题目并查阅相关资料
2010-11-1～2010-11-7
2
绘制连杆零件图及毛坯图等
2010-11-8～2010-11-14
3
连杆工艺设计并编制工艺规程卡片一套
2010-11-15～2010-11-28
4
设计某工序加工的专用夹具一套
2010-11-29～2010-12-12
5
编写设计说明书
2010-12-13～2010-12-19
6
指导老师检查设计并修改及准备答辩
2010-12-20～2010-12-31
五、主要参考资料
［1］赵如福主编金属机械加工工艺设计手册上海科学技术出版社2009.1
［2］孟少农主编机械加工工艺手册（第三卷）机械工业出版社1992.1
［3］瞿芳主编机械制图中国传媒大学出版社2008.6
［4］穆玺清主编机械设计基础机械工业出版社2007.11
［5］吴宗泽，罗圣国主编机械设计课程设计手册高等教育出版社2006.5
［6］李洪主编机械加工工艺手册北京出版社1996.1
［7］符炜主编实用切削加工手册湖南科学技术出版社2003.3
［8］浦林祥金属切削机床夹具设计手册机械工业出版社1995
［9］孙丽媛主编机械制造工艺及专用夹具设计指导冶金工业出版社2002.2
［10］方昆凡公差与配合手册机械工业出版社1999
［11］吴宗泽机械设计实用手册化学工业出版社2000
［12］马贤智机械加工余量与公差手册中国标准出版社1994
［13］王光斗，王春福机床夹具设计手册上海科学技术出版社2000
学生（签字）：
教研室主任（签字）：
指导教师（签字）：
系主任（签字）：
摘要
连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。
连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。
逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。
机械加工工艺是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保障。
然而夹具又是制造系统的重要部分，工艺对夹具的要求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、自动化、标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。
所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。
关键词:
连杆，加工工艺，夹具设计
ABSTRACT
Theconnectingrodisoneofthemaindrivingmediumofdieselengine,thistextexpoundsmainlythemachiningtechnologyandthedesignofclampingdeviceoftheconnectingrod.Theprecisionofsize,theprecisionofprofileandtheprecisionofposition,oftheconnectingrodisdemandedhighly,andtherigidityoftheconnectingrodisnotenough,easytodeform,soarrangingthecraftcourse,needtoseparatetheeachmainandsuperficialthickfinishmachiningprocess.Reducethefunctionofprocessingthesurplus,cuttingforceandinternalstressprogressively,revisethedeformationafterprocessing,canreachthespecificationrequirementforthepartfinally.
Keywords:
connectingrod,deformination,processingtechnology,designofclampingdevice
绪论
一、连杆的结构特点
连杆是发动机的主要零件之一，它连接活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴；将活塞的往复运动变为曲柄的旋转运动，又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩缩气缸中的气体。
因此，连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大的冲击特性。
发动机正常工作时，连杆大头约以3000r/min的转速旋转，线速度达10m/s，所以连杆在工作时，形成巨大的离心力。
由于连杆横向窜动和形位误差引起连杆受压时产生弯曲，是连杆很容易断裂，断裂是连杆的主要损伤形式，对于EQ6100-I型汽车发动机连杆，其断裂率约为0.5/1000。
连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状复杂，制造难度大，而且批量大，直接影响发动机质量，本篇论文详细介绍了其加工方法的拟订和确立，并对加工中某工序所采用专用夹具进行设计。
从工艺与专用夹具的方向进行了一定的探讨。
制造工艺的发展情况
随着科学技术的发展，各料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向高质量、高生产率和低成本方向发展。
电火花、电解、超声波、种新材激光、电子束和离子束加工等工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。
数控机床的出现，提高了更新频繁的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。
特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，大大推进了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。
目前，数控机床的工艺功能已由加工循环控制、加工中心，发展到适应控制。
加工循环控制虽可以实现每个加工工序的自动化，但不同的工序中刀具的更换及工件的重新装夹，仍须人工来完成。
加工中心是一种高度自动化的多工序机床，能自动完成刀具的更换，工件的转位和定位，主轴和进给量的变换等，使工件在机床上只安装一次就能完成全部加工。
因此，他可以显著缩短辅助时间，提高生产率，改善劳动条件，适应控制数控机床是一种具有“随机应变”功能的机床，他能在加工中，根据切削条件的变化，自动调整切削条件，是机床保持最佳状态下进行加工，因而有效提高加工效率，扩大品种，更好的保证了加工质量，并达到最大的经济效率。
近年发展起来的以计算机为行动中心，完成加工、装卸、运输、管理的柔性制造系统，具有监视、诊断、修复、自动转位加工产品的功能，使多品种、中小批量生产实现了加工自动化，大大促进了自动化的进程，尤其是将计算机辅助设计与制造结合起来而形成的计算机集成制造系统，是加工自动化向智能化方向发展的又一关键性技术，并进一步朝着网络化、集成化和智能化的方向发展。
夹具的发展趋势
工艺装备的设计、制造、使用和管理，体现着一个企业的工艺技术水平，夹具设计与制造又是制造环境中的生产准备周期时间和加工成本的重要因素，工装设计水平的高低，很大程度上反映出企业制造能力的高低。
夹具设计与制造是机电产品设计与制造的一项重要步骤，传统的夹具设计制造时需大量的工时消耗和金属材料的消耗。
目前，基于特征参数化技术已在机电产品设计与制造的各个阶段得到广泛的应用，夹具设计也必须向标准化、系统化、参数化方向发展。
而且，为了适应我国加入WTO后机电产品的创新能力和尽快机电产品设计制造的全程仿真，快速组合夹具的发展正是适应了这种要求。
夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
二、本次设计的内容
本设计主要是针对连杆工艺及钻孔夹具的设计。
夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。
在设计中，设计的主要思路是用工件以已加工端面为定位基准，夹具体的凸台和大端面孔为定位面，工件以气动夹紧，这样设计主要是为了解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点；气动夹紧采用空气作为动力源，资源丰富并且干净、清洁，对周围环境没有污染；不足是噪音比较大。
具体的设计思路是：
首先确定工件的已加工端面定位方式，通过夹具体的凸台、内孔，再用气动装置将其夹紧，这样连杆的六个自由度全部限制，实现了零件的定位夹紧，然后确定零件的夹紧方式。
在本次设计中采用的是手动夹紧方式；然后进行误差分析、夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。
第一章机械加工工艺规程的制定
1.1零件的工艺性分析
1.1.1产品结构和工艺分析
（1）该零件为发动机上的重要组成部分之一，其大头孔和轴连接，小头孔通过活塞销和活塞连接，将作用于活塞的力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞。
因此该连杆器将受到压缩压力，纵向弯曲应力和拉应力，故要求此连杆有较轻的重量、较高的强度，同时大小头孔还有较高的耐磨性和互换性。
（2）该连杆由连杆大头连杆身和连杆小头三部分组成，连杆大头盖和连杆身分开，由螺栓连接，小头孔装有衬套提高耐磨性和互换性。
（3）大小头两孔的轴线的平行度由较高的要求，中心距有绝对的要求，其精度主要由机加工机床本身来保证，平行度要求为0.05，中心距为280±0.036。
（4）大头孔的表面粗糙度要求为1.6，小头孔的表面粗糙度要求为6.3，连端面的表面粗糙度为12.5，身盖配合的表面精度为6.3。
（5）为了便于加工和保证加工精度，大头设置工艺凸台。
1.1.2平面加工
（1）两端面
大头两端面间的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于1.6
小头两端面间的尺寸公差等级为IT5，表面粗糙度Ra不大于3.2
（2）大头凸块两侧面表面Ra6.3
（4）体和盖的结合面表面粗糙度Ra0.8
（6）轴瓦锁口槽
铣保证尺寸42-0.62保证尺寸40的Ra值为1.6
1.1.3孔加工
（1）大头孔扩、粗镗、精镗达尺寸Ф102mm，Ra0.8
（2）小头孔 钻、扩、粗镗、精镗达尺寸Ф55mm，Ra0.8
（3）钻、扩、铰螺栓孔M18mm,Ra值为12.5
1.1.4技术要求分析
连杆上需要进行机械加工的主要表面为：
大、小头孔及两端面，连杆与杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。
连杆总成的主要技术要求如下：
⑴为了使连杆大、小头运动副之间配合良好，大头孔的尺寸公差等级取为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.5um；小头孔的尺寸公差等级约取为IT5（加工后再按0.0025mm间隔分组）,表面粗糙度Ra应不大于0.5um。
⑵大、小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，进而影响发动机的效率，两孔中心距的尺寸公差等级应不低于IT9.大、小头孔中心线在两个相互垂直的方向上的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，致使汽缸壁磨损不均匀，缩短发动机的使用寿命，同时也使曲轴的连杆颈磨损加剧。
若称大、小头孔理想中心线所在的公共平面为连杆轴线平面，一般规定两孔轴线在连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于IT7，在垂直于连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于8级。
⑶连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一般规定其垂直度公差等级应不低于9级。
⑷连杆大、小头两端面间距离的基本尺寸相同，但技术要求是不同的。
大头两端面间的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8um；小头两端面间的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3um。
这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。
连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。
⑸为了保证发动机的运转平稳，对连杆小头（约占连杆全长2/3）质量差和大头（约占连杆全长1/3）质量差给以较严格的规定。
1.2毛坯的确定
毛坯的选择应从生产批量的大小，非加工面的技术要求，零件的材料、结构、形状、尺寸、重量技术要求等方面综合考虑。
通常情况下，主要以生产类型来决定。
正确选择制坯方式可以使整个工艺过程经济合理，故应认真的选择并要加以论述。
1.2.1有关设计条件的说明
汽车连杆零件属于大批量生产。
大批量生产的工艺特点：
⑴零件的互换性：
具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法；⑵毛坯的制造方法和加工余量：
广泛采用金属模机器造型、模锻或其他高效方法，毛坯精度高，加工余量小；⑶机床设备及布置形式：
广泛采用高效专用机床及自动机床，按流水线和自动线排列设备；⑷工艺工装：
广泛采用专用高效夹具、复合刀具、专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求；⑸对工人技术要求：
对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求低；⑹工艺文件：
要有工艺过程卡和工序卡，关键工序要调整卡和检验卡；⑺成本：
较低。
1.2.2.毛坯的材料
连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度，因此连杆材料要采用高强度的碳钢或合金钢，可用来制作连杆的材料有45钢、55钢、40cr、40MnB等，此连杆要求大批量生产，毛坯材料选用锻件。
45钢----一般为中碳的优质碳素结构刚与合金结构钢，主要用于制造承受很大变动载荷与冲击载荷或各种复合应力的零件（如机器中传递动力的轴、连杆、齿轮等）。
这类零件要求钢材具有较高的综合力学性能，即强度、硬度、塑性、韧性有良好的配合。
连杆需要承受多向交变载荷的作用，对材料的综合力学性能要求高，45钢可以满足这一要求，最终选定45钢作为毛坯材料。
1.2.3制坯方法的确定
连杆的特殊作用要求机械性能应大于或等于
抗拉强度
屈服极限
冲击韧性
毛坯的选择有两种：
使毛坯形状与尺寸和零件接近；使毛坯的形状尺寸与零件相差较大。
这影响着毛坯的制造费用及劳动量，与机械加工费用及劳动量。
为节省能源与金属材料，随着毛坯制造专业化生产的发展，制坯方法的确定应取向前种方法。
其中前种方法又有模锻和铸造两种毛坯制造形式最常用，考虑到零件工作的场所和综合力学性能要求，毛坯选用模锻的方式进行生产
连杆锻坯形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另外一种是将体和盖锻成一体。
整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，需将整体连杆大头孔锻成椭圆形。
相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，分体锻造能够减少一定的工序，加工效率高。
故最终选用分体锻造的方式制造毛坯。
锻造的工艺过程如下：
将棒料在炉中加热至1140-1200℃，现在锟锻机上通过四个型槽进行锟锻制坯，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边。
为了改善毛坯的切削加工性能，锻造好的连杆毛坯需要进行调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，减少毛坯的内应力。
为了提高毛坯的精度，连杆毛坯还需进行热校正。
此外，连杆的显微组织在连杆小头“工”字形截面检验，应符合NJ24-86《曲轴技术条件》附录中的1-4级。
连杆的纵剖面的金属宏观组织，其纤维方向应沿着连杆中心线，并与外形相符，不得间断。
连杆经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查合格后就可以进入机械加工生产线了。
1.3连杆工件的定位基准和定位方案分析
连杆外形较复杂而刚性较差，它的技术要求很高，恰当地选择继续加工中的定位基准是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。
在连杆的实际加工过程中，一般都对连杆进行完全定位，即按六点定位原理来限制连杆的六个自由度。
多数情况下，选用连杆的大、小头端面作为主要定位基准，使零件的支撑面积大、定位稳定、装夹方便。
同时选择小头孔和大头连杆体的外侧面作为一般定为基准，从而限制了连杆的六个自由度。
选用连杆端面和小头孔作为定位基准，不仅便于在加工过程中实现基准统一，更重要的是使连杆的重要技术要求（如大、小头孔之间的中心距要求，大、小头孔中心线在两个互相垂直方向上的平行度要求，端面与大头孔中心线的垂直度要求，两端面间的距离要求等）在加工过程中实现基准重合，以减小定位误差。
对于一些要求高或加工中不易保证的技术要求，在精加工时也可以采用自为基准的原则进行加工（小头孔尺寸精度和形状精度的保证），或采用互为基准的原则进行加工（如大、小头孔中心距精度的保证），由机床精度直接保证（如大、小头孔中心距要求可在双轴镗床上一次安装同时加工出大、小孔来直接保证）。
按照“先加工基准后加工其它面”的加工原则，作为连杆主要定位基准的两端面的加工，一般都是安排在工艺过程最初工序进行，即以未加工过的第一个端面在、为粗基准定位，加工第二个端面，紧接着以已加工过的第二个端面做基准，定位加工第一个端面。
显然第一个端面的精度要比第二个端面高，在以后的加工中，用第一个端面做精基准最好。
但由于连杆外形的对称性，后续工序操作者不易分清哪个端面是第一个端面，为此连杆体和连杆盖的零件图上特意设计出一个加工和装配用的工艺标记，并在连杆工艺规程中，规定无工艺标记的一侧的端面为主要定位精基准，在后续的各加工工序中尽可能地用它来定位。
1.4加工经济精度与加工工序安排
1.4.1加工经济精度
各种加工方法（车、铣、刨、磨、钻、镗、铰等）所能达到的加工精度和表面粗糙度，都应该满足图纸设计要求。
精度不是越高越好，满足要求就行了，因为生产中控制生产成本对企业是很重要的，加工精度提得愈高，表面粗糙度减小得愈小，则所耗费的时间与成本也会愈大。
在实际的生产中应在满足设计精度的要求下尽可能地降低成本。
1.4.2连杆加工主要加工表面的工序安排
连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。
连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。
连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：
第一阶段为连杆体的加工，第二阶段为连杆盖的加工，第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。
第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小孔头和大头外侧面）;第二阶段主要是加工除精基准意外的其它表面，包括大、小头粗加工、为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗精加工以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。
如果按主要表面的粗、精加工来划分连杆的加工阶段的话，可以按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为表面的半精加工、精加工阶段。
工序顺序的安排原则
①先加工基准面，再加工其它表面
②一般情况下，先加工平面，后加工孔
③先加工主要表面，后加工次要表面
④先安排粗加工工序，后安排精加工工序
⑤检查、检验工序，去毛刺、平衡、清洗工序根据需要穿插在各其它工序中进行。
1.5典型表面的加工方法
连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，这几种表面在加工的过程中量大且典型，它们的加工方法分别有以下几种选择：
（1）两端面加工方法的选择：
端面的加工通常有铣、刨、磨三种，其中铣和磨的加工精度较高，刨的加工精度较低，由于两端面在后续加工过程中会多次被用作定位基准，所以为了保证零件的整体加工精度，选用铣和磨两种加工方式，其中铣为粗加工，磨用于精加工。
（2）孔的加工方法的选择：
孔的加工方法有钻孔、铰孔、镗孔等加工方式，其中镗孔精度高，在连杆所以需要加工的部位中，大、小头孔的加工要求是最高的，所以宜用钻头钻、扩孔，最后采用镗、磨的方式保证精度。
1.6连杆加工工艺过程的确定
在拟订工艺路线时，正确的处理粗、精加工工序的安排是很重要的。
因为连杆是大批大量生产，所以粗、精加工要分开。
因为连杆的大、小头孔的精度要求比较高，所以应安排粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
其它部位也应根据精度要求合理地划分加工阶段。
1.6.1定位基准的选择
（1）粗基准的选择
a.以不需加工的杆身侧面作为粗基准面，来加工连杆的两端面，设计基准和定位基准要重合；
b.钻小头孔以粗磨后的两端面作为粗基准采用外定位，同时以未加工过的毛面作为粗基准。
（2）精基准的选择
以加工过的两端面，大小头孔和工艺凸台作为精基准。
（3）小头孔的加工均采用外定位方式，均以工艺凸台和工艺面作定位基准。
1.6.2工艺路线的拟定
（1）两端面的加工
（2）身盖分开面加工
（3）小头孔加工
（4）大头孔加工
其中工艺过程设计大致采用：
锻造→调制→粗加工→精加工→检验→入库
通过对连杆零件图以及其技术要求进行认真分析后，得到了连杆工艺过程的最后方案：
连杆体的加工:
工序1粗铣两端面
工序2精铣两端面
工序3磨两端面
工序4钻小头孔
工序5粗镗小头孔
工序6小头孔倒角及去毛刺
工序7粗铣工艺凸台及结合面
工序8精铣工艺凸台及结合面
工序9粗镗大头孔，倒角
工序10磨结合面
工序11钻攻螺纹孔
工序12钻定位孔
工序13铰定位孔及去毛刺
连杆盖的加工:
工序1粗铣两端面
工序2精铣两端面
工序3磨两端面
工序4粗铣结合面
工序5精铣结合面
工序6粗镗大头孔及倒角
工序7磨结合面
工序8钻，扩沉头孔
工序9钻铰定位孔
工序10铰定位孔
工序11去毛刺
工序12清洗
工序13终检（尺寸分组）
连杆总成的加工:
工序1粗铣螺母座面
工序2钻、扩、铰螺栓孔
工序3扩螺栓孔、倒角
工序4去结合面毛刺
工序5清洗
1.7加工设备与工艺装备的选择
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，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间的传送均由人工完成。
1.粗铣两端面。
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，选择XF924铣床。
选择直径D为100mm的硬质合金面铣刀，刀具材料为YW2，代号为M
升级会员 