连杆加工工艺与夹具毕业设计论文.docx
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连杆加工工艺与夹具毕业设计论文
2011届毕业设计说明书
连杆加工工艺与夹具设计
作者姓名
作者学号
专业班级
指导教师姓名
专业技术职称
机电一体化
陈春颖
邯郸职业技术学院·机电系
2010年12月28日
题
目：
毕业设计任务书
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）：
指导教师（签字）：
教研室主任（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
I
ABSTRACT
Theconnectingrodisoneofthemaindrivingmediumof
dieselengine,thistextexpoundsmainlythemachining
technologyandthedesignofclampingdeviceoftheconnecting
rod.Theprecisionofsize,theprecisionofprofileandthe
precisionofposition,oftheconnectingrodisdemandedhighly,
andtherigidityoftheconnectingrodisnotenough,easyto
deform,soarrangingthecraftcourse,needtoseparatetheeach
mainandsuperficialthickfinishmachiningprocess.Reducethe
functionofprocessingthesurplus,cuttingforceandinternal
stressprogressively,revisethedeformationafterprocessing,canreachthespecificationrequirementforthepartfinally.
Keywords:
connectingrod,deformination,processing
technology,designofclampingdevice
II
摘要.....................................................................................................................I
ABSTRACT........................................................................................................II
绪论.....................................................................................................................1
第一章
机械加工工艺规程的制定...................................................................3
1.1零件的工艺性分析..........................................................................................................3
1.1.1产品结构和工艺分析...............................................................................................3
1.1.2平面加工................................................................................................................3
1.1.3孔加工....................................................................................................................4
1.1.4技术要求分析........................................................................................................4
1.2毛坯的确定....................................................................................................................5
1.2.1有关设计条件的说明............................................................................................5
1.2.2.毛坯的材料............................................................................................................5
1.2.3制坯方法的确定....................................................................................................6
1.3连杆工件的定位基准和定位方案分析......................................................................7
1.4加工经济精度与加工工序安排......................................................................................8
1.4.1加工经济精度...........................................................................................................8
1.4.2连杆加工主要加工表面的工序安排.......................................................................9
1.5典型表面的加工方法..................................................................................................10
1.6连杆加工工艺过程的确定..........................................................................................10
1.6.1定位基准的选择.....................................................................................................10
1.6.2工艺路线的拟定.....................................................................................................11
1.7加工设备与工艺装备的选择........................................................................................13
第二章
机械加工工艺卡片的设计.................................................................15
2.1确定加工工艺过程........................................................................................................15
2.2机械加工余量的确定..................................................................................................15
第三章
钻孔夹具的设计.................................................................................17
3.1专用夹具设计方法的工艺分析：
................................................................................17
3.1.1专用夹具的基本要求.............................................................................................17
3.1.2专用夹具的设计步骤.............................................................................................17
3.1.3夹具的选材.............................................................................................................18
3.1.4夹具体的热处理.....................................................................................................18
3.1.5问题的提出.............................................................................................................18
i
3.2零件在夹具上定位基准的选择....................................................................................18
3.2.1工件自由度分析.......................................................................................................18
3.3确定夹具体的结构........................................................................................................19
3.4夹具零件及夹具的公差技术条件................................................................................19
设计小结.............................................................................................................22
致谢...................................................................................................................23
参考文献.............................................................................................................24
ii
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
1
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。
2
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
3
铣保证尺寸42-0.62保证尺寸40的Ra值为1.61.1.3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
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