设计连杆盖零件的机械加工工艺规程及工艺装备概诉.docx
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设计连杆盖零件的机械加工工艺规程及工艺装备概诉
目录
序言：
设计目的…………………………………………1
一、零件的分析…………………………………………1
1、零件的作用
2、零件的工艺分析
二、确定毛坯，画毛坯——零件合图…………………4
1、选择毛坯
2、确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差
3、零件的毛坯图（如附图二所示）
三、工艺规程设计………………………………………6
1、定位基准的选择
2、零件表面加工方法的选择
3、制定工艺路线
四、加工工序设计……………………………………8
1、选择加工设备及工艺装备
2、确定工序尺寸
五、确定切削用量及基本时间………………………9
1、时间定额计算
六、夹具设计…………………………………………9
1、确定设计方案
2、计算夹紧力
3、定位精度分析
参考文献
设计目的
本次课程设计的目的在于：
1.培养学生解决机械加工工艺问题的能力。
通过课程设计，熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
2.提高结构设计能力。
学生通过训练，能根据被加工零件的加工要求，选择高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具，提高结构设计能力。
3.培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。
4.进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
一、零件的分析
1、零件的作用
连杆盖零件，是汽车上的动力连接装置中的主要零件。
ф20孔与动力源配合起定心作用。
用ф81mm的半圆将动力传至输出装置。
零件的工艺分析
此零件为连杆盖合件之二-连杆盖，连杆盖的视图完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
此零件形状结构较为简单，零件各表面的加工并不困难，但是基准孔Ø81+0.0210mm以及小头孔要求表面粗糙度Ra1.6µｍ偏高。
基本思路为先加工大头孔再以其为基准来加工小头孔。
在小头孔中间的大的沟槽需要用R67mm具去加工，同样在加工大头孔内表面的沟槽时也要用特殊的R25mm的刀具去加工。
此外还应该注意：
1.该连杆盖为整体铸造成型，其外形可不在加工。
铸件尺寸公差，铸件尺寸公差分为16级，由于是中批量生产，毛坯制造方法采用金属模铸造，由机械加工工艺简明手册查得，铸件尺寸公差等级为13级。
2.连杆大端孔对A基准的平行度公差为0.01mm。
3.大端孔两端的台阶面对B基准的对称度公差为0.3mm。
4.小端孔中间的沟槽，对基准B的对称度为0.2mm。
5.铸件毛坯需要经过人工时效处理。
6.材料QT450-10。
7.采用2mm的锯片铣刀加工，也可以改为线切割加工，该道工序使的连杆大孔为一个不完整的半圆。
若采用线切割可减小加工缺陷，但是采用铣刀可以节约加工时间。
由于加工为中批量生产所以采用铣刀加工。
8.连杆大小头孔平行度的检验，可采用穿入专用心轴，在平台上用等高的V型块支撑连杆大头孔心轴，测量大头孔心轴在最高位置时两端的差值，其差值一半即为平行度误差。
二、确定毛坯，画毛坯——零件合图（附图二）
1、选择毛坯
根据零件材料确定毛坯为铸件。
为保证质量，减少加工质量，采用砂型铸造造。
这种铸件的精度，表面质量好，铸件的形状也可复杂一些，加工余量小，铸件的材料组织分布比较有利，因而机械强度较高，因此零件材料确定毛坯为铸件。
根据第一章有关表格及《铸造工手册》,确定外表面单边加工余量为3～4mm。
2、确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差
参考文献[1]：
查表2-3、表2-4确定确定外表面单边加工余量为3～4mm。
根据表1-18，端面加工余量确定为4mm。
参考文献[1]表2.3，用查表法可得铸件主要尺寸的公差，如表2-1所示。
表2-1主要毛坯尺寸
主要加工尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
备注
Ф20孔
Ф20
5
Ф10
Ф81孔
Ф81
5.5
Ф70
零件厚度
43
2
47
大端耳座厚度
21.5
2.5
24
Ф40外圆柱面
Ф45
5
Ф50
15mm槽
15
15
0
3、零件的毛坯图（如附图二所示）
三、工艺规程设计
1、定位基准的选择
精基准的选择：
连杆盖为铸造零件，大圆的轴线是其设计基准也是装配基准，为避免由于基准不重合而产生的误差，大圆的轴线为定位基准，遵守“基准重合”的原则。
所以选用大圆的轴线为精基准，应先进行加工，因此应选圆孔Ф20为粗基准。
粗基准的选择:
连杆盖为铸造零件所以加工时应该根据“基面先行”原则，先加工精基准面，所以选用Φ10圆孔面为粗基准面，采用此种方法加工，夹紧方案简单可靠，操作方便。
2、零件表面加工方法的选择
该零件的加工面有内孔、端面、小孔及槽等，材料为QT450-10。
参考有关资料，其加工方法的选择如下：
毛坯的大端两端面应该互为基准加工，表面粗糙度为Ra3.2µｍ，需粗铣-半精铣。
大端孔Ø81mm：
内表面粗糙度为Ra1.6µｍ，需进行粗镗-精镗。
小端孔Ø20：
内表面粗糙度为Ra1.6µｍ，需进行扩-半精铰。
大端孔内沟槽：
表面粗糙度为Ra6.3µｍ，一次成型磨即可。
切割面：
表面粗糙度为Ra1.6µｍ，需精铣。
两台阶面；底面为Ra6.3µｍ，侧面为Ra1.6µｍ，故采用粗铣台阶面后，对则面进行精铣并保证距离尺寸94mm，以及对称度0.3mmA。
两个螺纹孔的加工：
钻-铰孔。
小端孔的大沟槽采用R67mm的成型铣刀去加工。
大端孔内表面的沟槽采用R25的砂轮磨削。
小端孔里面的够槽用精细的镗刀加工。
在将连杆盖毛坯从大孔孔中间切开的时候采用2mm的锯片铣刀。
3、制定工艺路线
连杆的加工工艺路线一般是先进行外形的加工，再进行孔、槽等加工。
连杆的加工包括各侧面和端面的加工。
按照先加工基准面及先粗后精的原则，连杆盖加工可按下面工艺路线进行。
又因为此零件要求小批量生产，所以工序安排要求较集中。
工序10：
铸造毛坯。
工序20：
无损探伤，查是否有夹渣，气孔，疏松等缺陷。
工序30：
清理毛刺、飞边，涂漆。
工序40：
人工时效处理。
工序50：
划杆身中心线，以及大小端孔的中心线。
工序60：
按线加工，粗、精铣连杆大小端两平面，互为基准，保证尺寸43mm。
工序70：
重划大小端孔中心线，并选择一个面为基面。
工序80：
以基面定位，按线找正，粗镗大小头孔，分别为Ø78±0.05mm,
Ø17±0.05mm.
工序90：
以基面定位，按线找正，精镗大端孔到Ø81mm。
并定其轴线为基准A。
工序100：
以大端孔、基面定位，借助侧面装夹工件，精镗小头孔至Ø20mm。
并保证中心距为85mm，以及对基准A的平行度为0.01mm。
工序110：
磨大端孔内表面的沟槽砂轮R25mm，磨削深度2.5mm。
车倒角1*45度。
工序120：
以基面、侧面和小端孔定位装夹工件，按照大端孔的中心线用锯片铣刀将连杆切开，并对连杆做好标记。
工序130：
以基面、连杆体侧面和分割面装夹工件，铣削两个台阶面，保证台阶面的距离为94mm，深度3.5mm，以及对基准A的对称度为0.3mm。
钻两边的底孔Ø10mm，保证中心距为110±0.15。
工序140：
由钳工铰孔2-M12-6H。
工序150：
以连杆分割面、基面定位装夹，铣削沟槽宽15mm，R67mm的盘形铣刀。
对基准A的对称度为0.01mm。
工序160：
用微型铣刀铣内沟槽直径Ø21mm，宽1.1mm，两沟槽距离37mm。
工序170：
车倒角0.5*45度。
工序180：
检查各个部分的尺寸和精度。
工序190：
组装入库。
四、工艺设计
1、选择加工设备及工艺装备
由于生产类型为中批量生产，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有人工完成。
工序一：
粗、精铣连杆大小端两平面，考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，应选铣床，故选常用的X5020B型立式铣床。
选A类可转位面铣刀（参考文献[1]表3-23）、专用夹具和游标卡尺。
工序二：
粗镗—精镗φ81，选用在卧式镗床上加工，故选用T611A型卧式镗床。
选用单刃镗刀（参考文献[1]表3-4）,专用夹具和游标卡尺。
工序三：
粗镗—精镗φ20，选用在卧式镗床上加工，故选用T611A型卧式镗床。
选用单刃镗刀（参考文献[1]表3-4）,专用夹具和游标卡尺、千分尺。
工序四：
粗磨削大端孔内表面的沟槽，选用的机床应使用范围较广为宜，故选常用的M2110内圆磨床，选R25mm砂轮（参考文献[3]表3-35）游标卡尺、千分尺。
工序五：
粗铣—精铣大端面槽，应选用卧式铣床，故选常用的X6012型卧式铣床即能满足加工要求。
选用锯片铣刀（参考文献[1]表3-14），专用夹具、游标卡尺。
工序六：
粗铣两台阶面，应选用立式铣床，故选常用的X5020B型立式铣床选用D=16mm高速钢直柄倒角刀（参考文献[1]表3-17）专用夹具，游标卡尺。
工序七：
钻两台阶面上螺纹底孔，扩孔，并铰螺纹，可在钻床上加工，故选Z512A立式钻床，选用莫氏锥柄麻花钻（参考文献[1]表3-4），硬质合金铰刀（参考文献[2]表3-15）专用夹具、塞规检查孔径。
工序八：
粗铣—精铣小端槽，应选用卧式铣床，故选常用的X6012型卧式铣床即能满足加工要求。
选用锯片铣刀（参考文献[1]表3-14），专用夹具、游标卡尺。
工序九：
粗车0.5*45度倒角选用的机床应使用范围较广为宜，故选常用的CA6140型车床，选YT15硬质合金车刀（参考文献[1]表3-23）、三爪卡盘和游标卡尺、千分尺。
2、确定工序尺寸
确定圆柱面的工序尺寸。
查表可以得出该零件各加工表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：
由P62表4-29得：
粗、精铣连杆大小端两平面，左端面第一次粗铣到45.5mm，直接精铣到45mm。
翻转右端面第一次粗铣43.5mm，第二次精铣到43mm。
由P65表2-46得：
粗镗—精镗φ81，第一次粗镗2.5mm,第二次粗镗2.5mm精镗削0.5mm。
由P46表2-39得：
粗镗—精镗Φ20，第一次粗镗2.5mm,第二次粗镗2mm精镗削0.5mm。
由P62表2-39得：
粗磨削大端孔内表面的沟槽，第一次粗磨1.5mm，第二次粗车1mm。
由P45表2-36得：
粗铣—精铣大端面槽,直接铣到所需尺寸。
由P71表1-26得：
粗铣两台阶面，粗铣的加工余量为2.5mm。
由P41表2-26得：
钻两台阶面上螺纹底孔，钻孔为φ10mm，扩到φ11.4mm，铰削余量为0.6mm。
由P45表2-36得：
粗铣—精铣小端槽,粗铣到13.5mm，精铣到15mm。
五、确定切削用量及基本时间（工序七）
1、时间定额计算
根据本次设计要求：
工序七要先由钻刀钻螺纹底孔，接着由扩刀对孔进行扩大，最后由铰刀加工出螺纹。
所以工序七的时间定额。
应为如下计算：
基本工时：
t=（L+L1+L2）/nf=（85*10+2+0）/600/0.65=2.18（min）
工序七的辅助时间Ta的计算：
根据第六章第三节所述，辅助时间Tf与基本时间Tj之间的关系为Tf=（0.05~0.2）Tj，本工序取Tf=0.15Tj，则本工序的辅助时间为：
Tf=0.2*Tj=0.2*2.18=0.436sTj=10*2=20s
工序七其他时间的计算：
除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地点、休息与生理需要时间和准备与终结时间。
由于该零件是中批量生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可以忽略不计；布置工作地时间Tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间Tx是作业时间的2%~4%，该零件取3%，则工序七的其他时间（Tb+Tx）可按关系式（3%+3%）*（Tj+Tf）计算，如下所示：
工序七其他时间：
Tb+Tx=6%*（2.18+0.436）=0.157s
单件时间Tdj的计算：
Tdj=2.18+20+0.157=22.337s
6、夹具设计
本次设计的夹具为第七道工序——钻2—M12螺纹底孔。
1、确定设计方案
本设计是设计连杆盖零件的夹具，连杆盖属于盘形零件，故使用钻床的固定式。
本设计连杆盖是属于盘形零件，应该使用大端面底面和侧面定位方式。
当加工一侧的螺纹孔时，另一侧的螺纹孔应采用压板压紧从而固定住零件，是加工可靠准确，一边加工好后换另一边。
由于设计的夹具是关于钻φ10的圆孔,所以使用钻套，以便引导麻花钻定位,从而保证螺纹孔不会偏离轴线。
再用定位螺钉固定上压压板，下部用台虎钳夹紧固定。
用立式钻床依次钻10个孔。
夹紧机构应保证工件夹紧可靠、安全、不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。
在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。
2、计算夹紧力
在确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。
根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中夹紧最大的受力状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数，即
Fwk=K×Fw
式中：
Fwk——实际夹紧力、Fw——计算出的理论夹紧力、K——安全系数。
粗加工时取2.5～3。
由于本设计使用的是钻床钻孔,所以将算出切削扭矩M.
M=CM×D0XM×fYM×KM×0.001
=333.54×201.9×20.8×0.87×0.001
≈300（N·m）
夹紧装置的设计实际上是一个综合性的问题，确定夹紧力的大小、方向和作用点时，必须全面考虑工件的结构、工艺方法、定位元件的结构与布置等因素。
要求夹紧装置动作迅速，操作安全省力，结构简单、易于制造并且体积小、刚度好，有足够的夹紧行程和装卸工件的间隙。
夹紧力基本计算公式为：
W=QL/[tan（α+φ1）（d/2）+r（tanφ2）]
式中：
d——螺纹中径
r——螺杆下端与工件的当量摩擦半径。
对于钻夹具应正确地选择钻套的型式和结构尺寸，对于铣床夹具合理地设置对刀装置，而镗夹具则应合理地选择镗套类型和镗模导向的布置方式。
表3-49到表3-62可供参考。
3、定位精度分析
工件的定位方式只要取决于工件的加工要求和定位基准的形状、尺寸。
分析加工工序的技术要求和定位基准选择的合理性，遵循六点定位原则，按定位可靠、结构简单的原则，确定定位方式。
常见的定位方式有平面定位，内孔定位，外圆定位和组合表面定位等。
在确定了工件的定位方式后，即可根据定位基准面的形状，选取相应的定位元件及结构。
为满足加工精度要求，夹具本身应有较高的精度。
由于目前分析计算方法不够完善，因此夹具的有关公差仍按经验来确定。
参考文献
【1】刘登平主编《机械制造工艺及机床夹具设计》北京理工大学出版社
【2】李华主编《机械制造技术》高等教育出版社出
【3】邹青主编《机械制造技术基础课程设计指导教程》机械工业出版社
【4】李益民主编《机械制造工艺设计简明手册》机械工业出版社
【5】马霄主编《互换性与测量技术基础》北京理工大学出版社
【6】孟少农主编《机械加工工艺手册.》机械工业出版社
【7】刘友才，肖继德主编.《机床夹具设计》.机械工业版社
【8】薛源顺主编《机床夹具设计》机械工业出版
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