毕业设计毕业论文连杆的加工工艺及端面粗铣夹具设计设计说明书管理资料文档格式.docx
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2．现代机床夹具的发展方向
现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。
目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：
GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。
精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±
"
；
用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。
常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。
例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；
在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。
目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。
（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。
工艺的可变因素主要有：
工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。
具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。
为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
一、问题的提出
设计的依据：
连杆体的零件图、连杆盖的零件图、连杆总成图、大批量生产。
机床多为专用机床。
设计的要求：
设计该连杆的加工工艺及端面粗铣夹具设计。
二、基本概念和理论基础
1．加工工艺：
是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。
2．机床的夹具应满足的要求
机床夹具应满足的基本要求包括下面几个方面：
（1）、保证加工精度这是必须做到的最基本要求。
其关键是正确的定位、夹紧和导向方案。
夹具制造的技术要求，定位误差的分析和计算。
（2）、夹具的总体方案应与生产纲领相适应在大批量生产时，尽量采用快速、高速的定位夹紧机构和动力装置。
提高自动化程度，符合生产结构要求。
（3）、安全方便、减轻劳动强度机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置，要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。
（4）、排屑顺畅机床夹具中积集切屑会影响到工作的位置精度，切屑热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。
清理切屑将增加辅助时间，降低生产率。
因此，夹具设计中要给予排屑问题的重视。
（5）、机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性机床夹具设计时，要方便制造、检验，调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。
三、连杆的加工工艺设计
连杆是发动机的五大件之一，是发动机重要的安全件。
其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞削与活塞连接，其作用是将活塞的气体压力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。
连杆受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小、强度高。
连杆杆身是工字型截面，而且从大头到小头逐步变小。
连杆的质量直接影响发动机的使用性能和安全性能。
从结构上看连杆并不复杂，但连杆属于典型的不规则件且精度要求高，所以加工工艺比较复杂：
磨削、钻、铰、镗、铣、衍磨等多种加工方法。
连杆由连杆大头、杆身和连杆小头三部分组成。
连杆大头是分开的，一半为连杆盖，另一半与杆身为一体，通过连杆螺栓连接起来。
连杆大头孔内分别装有轴瓦。
由于连杆与连杆盖的结合面是与大、小头孔轴线所在平面垂直，故称为直剖式连杆。
（1）连杆体和盖厚度一样，改善了加工工艺性。
盖两端面精度产品要求不高，可一次加工而成。
由于加工面小，冷却条件好，使加工振动和磨削烧伤不易产生。
连杆杆和盖装配后不存在端面不一致的问题，故连杆两端面的精磨不需要在装配后进行，可在螺栓孔加工之前。
螺栓孔、轴瓦对端面的位置精度可由加工精度直接保证，而不会受精磨加工精度的影响。
（2）连杆小头两端面由斜面和一段窄平面组成。
这种楔形结构的设计可增大其承压面积，以提高活塞的强度和刚性。
在加工方面，与一般连杆相比，增加了斜面加工和小头孔两斜面上倒角工序；
用提高零件定位及压头导向精度来避免衬套压偏现象的发生，但却增加了压衬套工序加工的难度。
（3）带止口平结合面。
连杆结合面结构种类较多，有平切口和斜切口，还有键槽形、锯齿形和带止口的。
该连杆为带止口平结合面。
3..定位及夹紧
粗基准的正确选择和初定位夹具的合理设计是加工工艺中至关重要的问题。
在粗铣连杆大小头端面定位面时，采用连杆的工艺凸台粗基准定位方式。
这样保证了大小头孔和盖上各加工面加工余量均匀，保证了连杆大头称重去重均匀，保证了零件总成最终形状及位置。
精加工基准采用了无间隙定位方法，在产品设计出定位基准面。
在连杆杆和总成的加工中，采用杆端面、小头顶面和侧面、大头侧面的加工定位方式；
在螺栓孔至止口斜结合面加工工序的连杆盖加工中，采用了以其端面、螺栓两座面、一螺栓座面的侧面的加工定位方法。
这种重复定位精度高且稳定可靠的定位、夹紧方法，可使零件变形小，操作方便，能通用于从粗加工到精加工中的各道工序。
由于定位基准统一，使各工序中定位点的大小及位置也保持相同。
这些都为稳定工艺、保证加工精度提供了良好的条件。
连杆技术条件是根据其功用和工作制定的，从连杆零件简图可以看出，连杆的大、小头孔为连杆的装配基准，因此技术条件各项精度指标以大小头孔为基准确定的。
今将连杆的装配精度和主要技术要求列于表1—1所示。
表1—1连杆的主要技术要求
技术要求项目
具体要求或数字
满足的主要性能
大、小孔精度
尺寸公差等级为IT6，~~
保证与轴瓦的良好配合
两孔中心距
±
~~±
气缸的压缩比
两孔轴线在两个相互垂直方向上的自由度
在连杆大、小头孔所在的平面内的平行度为（~~）：
100，在垂直连杆大、小头孔轴线所在的平面内的平行度为（~~）：
100
使气缸壁磨损均匀和使曲轴颈边缘减少磨损
大小孔两端面对其轴线的垂直度
100：
减少曲轴边缘磨损
两螺孔（定位孔）的位置精度
在两个垂直方向上的平行度为（~~）：
保证正常承载能力和大小孔轴瓦与轴颈的良好配合
连杆组内各连杆的质量差
2%
保证运转平稳
连杆的材料为45钢。
45钢为中碳钢，因钢中珠光体含量多，其强度和硬度较高，淬火后的硬度可显著增加。
它不仅强度、硬度较高，其兼有较好的塑性和韧性，既综合性能优良。
因钢制连杆都是用模锻制造毛坯。
连杆毛坯的锻造工艺方案有两种：
其一是将连杆体和连杆盖分开锻造；
其二是将连杆体和连杆盖整体锻造。
整体锻造或分开锻造的选择取决于锻造设备的能力，整体锻造需要有较大的锻造设备。
从锻造后的材料组织来看：
分开锻造的连杆盖金属纤维是连续的（图1—1a）,因此具有较高的强度；
而整体锻造的连杆，铣切后连杆盖的金属纤维是断裂的（图1—1b）,因而削弱了强度。
整体锻造要增加切开连杆的工序，但整体锻造可以提高材料的利用率，减少结合面的加工余量，加工时装夹也较方便。
整体锻造只需要一套锻模，一次便可锻成，也有利于组织和生产管理，尤其是整体精锻连杆盖的应用。
故一般只要不受连杆盖形状和锻造设备的限制，均尽可能采用连杆的整体锻造供应。
图1-2是汽车的连杆盖零件简图，图1-3是其连杆体的零件简图，这两个零件用螺栓联接，用定位套定位，连杆的生产属于大批量生产，采用流水线加工，机床按连杆的机械加工工艺过程连续排列，设备多为专用机床。
图1-2连杆盖零件简图
图1—3连杆体结构简图
、定位基准的选择
连杆的加工工艺过程的大部分工序都采用统一的定位基准：
一个端面、小头孔及工艺凸台。
这样有利于保证连杆的加工精度，而且端面地面积大，定位也较稳定。
其中，端面小头孔作为定位基准，也符合基准重合原则。
由于连杆的外形不规则，为了定位需要，在连杆体大头处作出工艺凸台做辅助基准面。
6．2、加工阶段的划分和加工顺序的安排
由于连杆体本身的刚度差，切削是应产生残余应力，易产生变形。
故此，在安排工艺过程时，把各主要表面的粗、精加工工序分开。
这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修正，半精加工中产生的变形可以在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求。
在工序安排上先加工定位基准，然后再加工孔，符合先孔后面的机械加工工序的安排原则。
连杆的工艺过程分析为一下三个阶段
a、粗加工阶段
粗加工阶段也是连杆体和连杆盖合并前的加工阶段，基准面的加工，包括辅助基准面的加工，准备连杆体及盖合所进行的加工，如两者对口面的拉、磨等。
b、半精加工阶段
半精加工阶段也是连杆体和连杆盖合并后的加工阶段，如精磨两平面，半精镗大头孔及倒角等。
总之，是为精加工大、小头孔做准备的阶段。
c、精加工阶段
精加工阶段主要是最终保证连杆主要表面——大、小头孔全部达到图样要求的阶段，如衍磨大头孔、精镗小头孔活塞轴承孔等。
6．3、主要表面的加工
、两端面的加工
连杆的两端面是连杆加工过程中主要的定位基准，而且在许多的工序中使用，所以应先加工它，且随着工艺过程的进行要逐渐精化，以提高定位精度。
大批量生产中，连杆两端面多采用磨削加工。
、大、小头孔的加工
连杆大、小头孔的加工是连杆加工过程关键的工序，尤其是大头孔的加工是连杆各部位加工中要求最高的部位，直接影响连杆成品的质量。
先加工小头孔，后加工大头孔，合装后再同时精加工大、小头孔，坐化光整加工大、小头孔。
小头孔直径小，锻坯上不锻出预孔，所以小头孔首道工序为钻削加工，加工方案为锪平端面——扩中心孔——钻——扩——孔口倒角——精镗。
大头孔直径大，在锻坯前锻出预孔，所以大头孔首道工序是精镗。
大头孔加工方案为粗镗——半精镗——孔口倒角——精镗。
在大、小头孔的加工中，镗孔是保证精度的主要方法，因为镗孔能够修正毛坯和上道工序的造成的孔的歪斜，易于保证孔与其他孔或平面的位置精度。
虽然镗杆尺寸受孔径大小的限制，但连杆的孔径不是太小，且空深与孔径比在一左右，这个范围镗孔工艺性最好，镗杆悬伸短，刚性好。
大、小头孔的精镗在专用的双轴镗床同时进行。
大、小头孔的光整加工是保证的尺寸、形状精度和表面粗糙度不可缺少的加工工序，采用衍磨机床加工。
、连杆的加工工艺过程。
（表1—2、表1—3和表1—4）
经过对连杆的结构特点、技术要求进行深入分析以后。
即可根据生产量、设备条件等考虑连杆的工艺过程。
生产纲领：
大批量材料：
45钢毛坯：
模锻件
表1—2连杆体加工工艺过程
工序号
工序名称
工序简图
设备
1
粗铣大小、
头两端面
专用铣床
2
钻连杆小头孔（标记朝上）
立式六轴组合机床
3
小头两端倒角
立式钻床
4
拉小头孔
立式拉床
5
拉大头孔去重凸头及两侧面
6
切开连杆体和盖
双面切断机床
7
扩大头孔（标记朝下）
立式八轴组合机床
8
拉小头去重凸头
9
拉两侧面、半圆面结合面
卧式连续拉床
10
中间检查
11
粗锪连杆体两螺栓座面
卧式
组合机床
12
铣轴瓦锁口槽（标记朝里）
卧式铣床
13
钻大头阶梯油孔
组合钻床
14
精铣两螺栓座面
卧式五轴铣床
15
去毛刺
16
精磨结合面
半自动双头立轴圆台平面磨床
17
检查
表1—3连杆盖的加工工艺过程
拉两侧面、半圆面和结合面
粗铣两螺母断面
卧式组合机床
铣轴瓦锁口槽
铣槽机床
立柱圆台平面磨床
检验
表1—4连杆总成加工工艺过程
精铣连杆盖上两螺母面
从连杆盖方向钻、扩、铣螺栓孔
八公位卧式组合机床
从连杆体方向扩螺栓孔、孔口倒角
去结合面毛刺
去毛刺机床
清洗吹净
装配连杆体和连杆盖（标记朝上）
装配盒
紧固连杆螺栓
装配机
扩大头孔
大头孔两端倒角
双轴倒角机床
半精磨大小头两端面（先标记朝上）
双轴立轴圆台平面磨床
精磨大小头两端面（先标记朝上）
粗镗大头孔
金刚镗床
半精镗大头孔及精镗小头孔
清洗或吹净
称大小头重量
电子称
18
铣去大小头多余重量
数控机床
19
去大小头凸快毛刺
旋转镗床
20
复称重量并分组
电子分组称
21
钻小头油孔
三工位组合机床
22
铰小头孔内油孔毛刺
专用机床
23
小头孔两端倒角
24
小头孔两端压铜衬套
双面压套机
25
挤压铜衬套
压床
26
铜衬套两端倒角
27
精镗大头孔及小头衬套孔
精密镗床
28
清洗吹干擦净
29
30
衍磨大头孔
衍磨机床
31
清洗吹擦净
32
按需要程度去全部毛茶
33
终检（尺寸分组）
34
校正
35
返修铜套（换超差铜套后，重复工序24以后的加工）
36
成品防锈
37
包装
四、连杆的端面铣夹具设计
在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。
将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。
将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。
从定位到夹紧的全过程，称为装夹。
机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。
工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。
1、被加工零件加工要求和分析
（1）、由工序简图知，工序加工后达到下列工序精度：
1）、两加工表面的表面粗糙度Ra≤。
2）、
。
（2）、分析已有资料，可知：
1）、工件是一连杆，刚性较差，结构形状简单，这样可使工件在夹具上安装方便，且定位夹紧工件较好布置。
2）、工件在专用铣床上加工，刀具为立铣刀。
3）、由于生产批量大，工件结构简单，加工精度要求不高，因此所设计的夹具结构应尽量简单，使工件装夹加工方便，提高其装夹自动化程度，以提高生产效率。
2、确定夹紧方案
由前面的加工工艺过程部分可知，机床采用立轴铣床，又从本工序加工的特点考虑，在保证加工精度的前提条件下采用固定式夹具，即夹具固定在工作台上，随着工作台的移动而实现进给。
、定位支承系统
定位支承系统在机床加工中是用来确定和保护加工零件的位置，承受被加工零件的重量和加压力，有时还要承受切削力。
它主要由定位支承，辅助支承和一些限位元件组成。
1）、确定工作定位方案.
根据铣床的特点及工件的特点，分析得出需要限制三个自由度，限制Z方向的移动和X、y方向旋转。
采用两个条行支撑板、侧面支撑。
2）、分析计算定位误差主要计算本工序要保证的位置精度的定位误差，以判断设计的定位方案能否满足加工要求。
定位误差是指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可变动范围。
它的主要尺寸位置误差和基准不重合误差组成。
根据误差的上述定义在设计夹具时，对任何一个定位方案均可通过一批工件定位可能出现的两个极端位置直接计算出工序基准的最大变动范围，既为该方案的定位误差，它的产生原因是工件的制造误差，定位元件制造误差，两者的配合间隙及基准不重合等。
定位误差的计算可按定位误差的组成计算得到，既
公式：
△D=△Y+△B
其中△D——定位误差（mm）.
△Y——基准位移误差（mm）
△B——基准不重合误差（mm）.
定位误差允许值△D允通常为
△D允=1/3Tc
Tc——工件加工表面的工序尺寸公差或位置公差值（mm）;
△D≤△D允，即△D=1/3Tc时，所计算的定位误差满足加工要求
当△D>
△D允，即△D>
1/3Tc时，所计算的定位误差不满足工序加工要求
此时应分析超差原因，然后根据具体情况，对所确定的定位方案进行修改，甚至考虑是否需要改变定位基准或工艺过程，以保证本工序的加工要求。
对于在本工件上采用的一个固定V形块为第一基准，一批工件在夹具中定位，工件上作为第一定位基准的端面有误差。
975
由两铣刀之间的位置尺寸直接保证，与定位误差关系不大，无须进行定位分析。
的定位误差，该形状误差精度由铣刀保证，与工作定位误差关系不大，可以不进行计算分析。
在铣床上加工时，工件依靠夹具上的定位支承系统获得对于夹具及其导向的正确相对位置，还需依靠夹具上的定位夹紧机构来消除工作因切消力或工作自重的位移或振动，合工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。
通常由夹紧动力部分，中间传动机构和夹紧元件三部份构成。
由于生产批量比较大，就要求夹具的夹紧自动化程度高，操作简单易于集中控制，以提高生产效率，减少劳动强度，降低生产成本，而现代高效夹具大的采和机动夹紧方式如：
气动、液动、电动，其中气动和液动应用最为广泛。
但由于采用机动方式结构复杂和本工序的特点，故不宜采用机动方式夹紧。
采用螺栓来夹紧，这样结构简单。
夹装置的设计和选用是否正确合理，对于保证加工精度，提高生产效率，减轻工人劳动强度有很大影响。
为此，对夹紧装置的设计提出下面基本要求：
A夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位：
B夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生位置变动和振动，并能在一定范围内调节；
C工作在夹紧后的变形和受压表面的损伤不应超过允许的范围；
D应有足够的夹紧行程；
E结构简单紧凑，动作灵活，制造，操作，维护方便，省力，安全，并有足够的强度和刚度。
根据这些要求，选择在连杆的小头方向采用顶针通过螺纹连接来夹紧，这样夹紧力的主方向与连杆端面平行。
在夹紧力作用的方向上，大头端部与小头端部的刚性大，即使有一点变形，也产生在平行于端面的方向上对端面平行度影响较小。
夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形，这样还有利于对称。
查参考文献知：
取螺纹连接的配合为H7/h6
4夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，首先着眼于机动夹紧，本道工序的铣床夹具没有选择机动夹紧方式。
本工序是粗加工，切削力较大。
如为了夹紧工件，就势必要增大气缸直径或增大液压缸直径，而这就将使整个夹具过于庞大。
应此，本道工序的镗床夹具选择手动夹紧方式。
结论
在这次毕业设计中，我以求实、严谨的态度，踏实认真地完成了连杆的加工工艺及端面铣夹具设计。
毕业设计是我自考学习阶段最后一个重要的学习环节，是培养我们综合运用自考所学的基础及专业理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的工作思想和作风。
这次设计过程涉及数学计算、力学、材料、公差、机械设计、工艺等方面的知识，还涉及到了计算、绘图、文字表达、综合分析等方面实际操作能力，有助于培养我们的工程技术设计能力。
本次设计不仅使我巩固深化了所学的基础及专业理论知识，而且培养了我的工程技术能力：
不仅使我找到了自己知识的缺陷，提高了我分析问题，设计、决策问题的能力，而且更重要的是有助于我今后的学习，并为我以后的工作打下了坚实的基础。
由于本人知识结构的不完善，欠缺实际生产工作经验，还缺少必要的工艺实验和现场调研，设计中尚存在许多不完善、不合理的地方，恳请各位老师批评指正。
参考文献
1.《机械制造装备设计》第二版冯辛按主编机械工业出版社2005
2.《机床夹具设计手册》东北重型机械学院、洛阳机械工程学院、长春汽车厂工人大学编上海科学技术出版社1979
3.《机械制造工艺学》第二版郑修本主编机械工业出版社1999
4.《金属切削机床概论》顾维邦主编 机械工业出版社 1999
5.王兴斗、王春福编著〈〈机床夹具设计手册〉〉上海科技出版社
6.《公差与测量
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