连杆工艺分析及铣型面数控程序编制附含整套CAD图.docx
《连杆工艺分析及铣型面数控程序编制附含整套CAD图.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《连杆工艺分析及铣型面数控程序编制附含整套CAD图.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
连杆工艺分析及铣型面数控程序编制附含整套CAD图
连杆工艺分析及铣型面数控程序编制
学生姓名：
班级：
******
指导老师：
摘要：
连杆是汽车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和某工序的数控加工编程。
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，就需要把各工序合理分配。
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。
因为连杆的外形是不规则形状且精度要求较高，所以在对部分工序加工的时候普通机床不能满足要求，故采用数控机床完成加工。
数控加工不但可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度，而且可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。
数控技术在制造业的广泛运用，使当今的制造业生产面貌焕然一新。
本文根据连杆的结构特点和加工要求，阐述了连杆的工艺设计及其具体内容，通过对被加工零件的工艺分析，运用所学数控技术知识,对某些工步进行了数控编程。
关键词:
连杆变形加工工艺夹具设计数控编程
指导老师签名：
ConnectingrodtechnologyanalysisandmillingtypesurfaceanalysisofNCprogram
StudentName:
Class:
090316
Supervisor:
Abstract：
Theconnectingrodisoneofthemaindrivingmediumofdieselengine,thistextexpoundsmainlythemachiningtechnology,thedesignofclampingdeviceandNCprogrammingoftheconnectingrod.Theprecisionofsize,theprecisionofprofileandtheprecisionofposition,oftheconnectingrodisdemandedhighly,andtherigidityoftheconnectingrodisnotenough,easytodeform,soarrangingthecraftcourse,needtorationalallocationofeachstepoftheprocessingsequence.Reducethefunctionofprocessingthesurplus,cuttingforceandinternalstressprogressively,revisethedeformationafterprocessing,canreachthespecificationrequirementforthepartfinally.Becausetheshapeoftheconnectingrodisirregularanditneedhighprecisionprocessingonthepartoftheprocessthatthegeneralmachinetoolscannotmeettherequirements,SouseofCNCmachningtocompleteit.NC machining not only can greatly improve the accuracy, Including processing quality precision and processing time error precision, but also can stable machining quality, keep the consistent quality processing components. Numerical control technology is widely used in manufacturing industry, it makes today's manufacturing appearance to look brand-new. According to the structure characteristics of the connecting rod, it expounds and process requirements of process design and connecting the specific content. Based on the analysis of the technology of processed spares, I use to the learned numerical control technology knowledge, making the CNC programming for some workers step.
Keyword:
ConnectingrodDeforminationProcessingtechnologyDesignofclampingdeviceNCprogramming
SignatureofSupervisor:
2.9.6精铣连杆体、盖结合面14
连杆工艺分析及铣型面数控程序编制
1绪论
1.1问题的提出
随着汽车工业制造技术的发展,对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此国内外各大汽车公司对发动机连杆用材料及制造技术的研究都非常重视。
在满足性能指标的前提下，连杆的材料和制造技术关联很大，非调质钢的应用就是考虑节省调质工序。
本文主要是通过对连杆结构特点和功能要求的研究，找到最适合连杆加工的加工工艺，同时完成连杆加工夹具的设计和数控编程。
1.2选题的目的与意义
在这个市场经济竞争如此激烈的年代，企业若要生存发展就必须不断地改进技术，用最廉价的生产成本创造出最高的利润，这必然跟我们的工艺过程有着千丝万缕的联系。
如何合理地安排工艺路线是提高生产效率降低生产成本的最有效方法之一，当然夹具的利用也是提高生产效率的有效手段。
传统的手工装夹不仅增加了工人的劳动强度，而且大大降低了生产效率。
本课题主要是对连杆加工工艺规程和一套铣型面面夹具的设计。
连杆是发动机内部的重要零件，连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴。
所以，连杆除上下运动外还左右摆动作复杂的平面运动。
连杆工作时主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，要求它应有足够的疲劳强度和结构刚度。
同时，由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计、热处理及表面强化等因素来确保连杆的可靠性。
连杆在机器中应用之广以及它在机器中的作用和地位不言而喻。
因此，本课题所研究的连杆加工工艺和夹具设计都是非常有意义的。
1.3文献综述
目前中国制造业发展迅猛，以前的我国制造业普遍使用刚性专机加工各种各样的零部导致改型和生产个零部件周期较长。
随着我国制造业发展和各种各种零件的需求与日俱增，加工设备和工艺也向着柔性化的方向转变。
加工装备的柔性概念和需求主要体现在对设备快速性和适应性的需求上，因此制造商不得不寻求柔性和产量之间的最佳组合。
当然，在满足了柔性的条件下、也有着不同的解决方案，如：
模块化、可变换化、可重新配置化、在线兼容性等。
不论采用哪种方案，采用合适的加工工艺、加工设备和夹具都尤为重要。
1.4主要研究内容
（1）连杆加工工艺工艺分析
根据连杆的结构特点和精度要求，结合“基准统一”和“基准重合”的原则分析如何对连杆的加工基准进行合理的选择；在保证加工精度的前提下如何确定加紧力的方向和着力点；怎样合理选择连杆各部位加工方式和工艺流程。
（2）连杆加工余量和工序尺寸的分析
根据零件图给出的尺寸，合理分配没到工序尺寸和加工余量。
（3）通过对连杆加工工艺的分析，设计出一套铣型面的数控加工夹具和完成数控加工编程。
1.5论文结构安排
（1）课题的提出、研究的内容与意义等。
（2）连杆的加工工艺、相关参数的计算和最后检查。
（3）加工某一工艺夹具的设计。
（4）连杆铣型面数控编程。
（5）结束语、参考文献、致谢。
（6）附录
2连杆加工工艺
2.1连杆的功用及结构分析
连杆是活塞式发动机的重要零件之一，其大头孔和曲柄连接，小头孔通过活塞销和活塞连接，将作用于活塞的气体膨胀压力传给曲柄，又受曲柄驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。
连杆承受的是高交变载荷，气体的压力在杆身内产生很大的压缩应力和纵向弯曲应力，由活塞和连杆的重量引起的惯性力，使连杆承受压应力。
所以连杆承受的是冲击性质的动载荷。
因此要求连杆的重量轻、强度要好。
图2-1是某汽油机连杆总成图。
连杆由连杆大头、杆身和连杆小头三大部分组成。
连杆大头是分开的，一半为连杆体，另一半为连杆盖，通过螺柱连接起来。
由于连杆体与连杆盖的结合面是与大、小头孔的中心连线垂直，故称为直剖式连杆。
图2-1连杆总成图
1—连杆小头2—杆身3—连杆螺柱4—连杆盖5—连杆大头6—连杆体7—安铜套
2.2连杆的主要技术要求
连杆上需进行机械加工的主要表面为：
大、小头孔及其两端面，连杆体
与连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图2-2
如下。
图2-2主要技术要求
2.2.1大、小头孔的尺寸精度、形状精度
为了使大头孔及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。
大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.4μm；大头孔的圆柱度公差为0.012mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2μm。
小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025mm，素线平行度公差为0.04/100mm。
2.2.2大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度
两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。
两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100mm长度上公差为0.04mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100mm长度上公差为0.06mm。
2.2.3大、小头孔中心距
大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：
190±0.1mm。
2.2.4连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度
连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：
规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100mm长度上公差为0.08mm）。
2.2.5大、小头孔两端面的技术要求
连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm,小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。
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。
2.2.6螺栓孔的技术要求
在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。
这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。
因此除了对螺栓及螺母要提出高的术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。
规定：
螺栓按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于6.3μm加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25mm。
2.2.7有关结合面的技术要求
在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。
结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。
对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025mm。
2.3连杆的材料与毛坯
连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、40Mn、40Cr、40CrMnB
等,近年来也有采用球墨铸铁的，这里我们选用40Mn。
根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。
连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成—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，最好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，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。
总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。
目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆模锻工艺。
．毛坯加热后，通过上锻模具和下锻模具的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。
用模锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到较高水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。
2.4生产纲领
生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。
发动机连杆零件的年产量为30000件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大批量生产。
大批量生产的工艺特征：
（1）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。
（2）毛坯的制造方法和加工余量：
广泛采用金属模机器造型，模锻或其他制造方法。
毛坯精度高，加工余量小。
（3）机床设备及其布置形式：
广泛采用高效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。
（4）工艺装备：
广泛采用高效夹具，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。
（5）对工人的技术要求：
对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。
（6）工艺文件：
有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。
（7）成本：
较低。
（8）生产率：
高。
（9）工人劳动条件：
较好。
2.5连杆的加工工艺过程
根据连杆体与连杆盖的零件图，这两个零件用螺栓连接，用定位套定位。
连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。
根据连杆特点我们采用整体锻造工艺。
工艺路线方案一：
a.钻、铰、精小头孔b.粗镗大头孔c.铣连杆两侧面d.精铣螺栓座面e.铣开连杆体和盖f.加工连杆体g.螺栓的加工（钻、扩、铰）h.加工连杆盖（粗铣、精铣）i.精磨结合面j.精磨大头两平面k.半精镗大头孔l.大头孔两端倒角m.钻小头油孔n.精镗大头孔o.珩磨大头孔p.清洗、去毛刺q.最终检验。
工艺方案二：
a.模锻b.粗、精铣连杆大小头一端面c.粗、精铣连杆另一端面；钻、扩铰小头孔；铣连杆两侧面d.数控加工上下两凹型面e.铣开连杆体与连杆盖f.精铣连杆体结合面g.铣连杆体螺栓座面；钻、铰两定位孔；到两孔端倒角h.精铣连杆盖结合面；i.钻、铰θ12.2mm两孔；扩孔θ13mm，深度为19mm；倒两孔端倒角j.粗镗、半精镗大头孔；精镗大头孔和小头孔；倒大头孔孔端倒角k.粗、精磨大小头一端面l.粗、精磨大小头另一端面m.称重，去除配重材料n.钻油孔o.珩磨大头孔p.检验q.入库
工艺方案的比较与分析：
上述两个方案的差别是，方案二很明确一开始就要先做好小头孔，用来做定位基准，方案一则时而用小头孔做基准，时而用基面做基准，且方案二中工序比较集中，大大加快了加工的效率，故先方案二为最终连杆加工方案。
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：
第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；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、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工；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主要表面的半精加工、精加工阶段。
2.6连杆加工工艺过程分析
2.6.1加工阶段的划分和加工顺序的安排
连杆本身的刚度比较低，在外力的作用下容易变形；连杆是模锻件，孔的加工余量较大，切削加工时易产生残余应力。
连杆工艺过程可分为以下三个阶段：
（1）粗加工阶段：
粗加工阶段也是连杆体和盖合并前的加工阶段：
主要是基准面的加工，包括辅助基准面加工；准备连杆体及盖合并所进行的加工，如两者对口面的铣、磨等。
（2）半精加工阶段：
半精加工阶段也是连杆体和盖合并后的加工，如精磨两平面，半精楼大头孔及孔口倒角等。
总之，是为精加工大、小头孔作准备的阶段。
（3）精加工阶段：
精加工阶段主要是最终保证连杆主要表面——大、小头孔全部达到图纸要求的阶段，如珩磨大头孔、精镗小头孔等。
2.6.2定位基准的选择
在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。
这是由于，端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。
这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。
在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。
因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。
我们先以一大平面定位，上表面施加夹紧力的作用，先加工一面然后翻转加工另一面。
为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：
即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。
2.6.3确定合理的夹紧方法
连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。
在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。
在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。
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。
在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。
在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。
小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。
小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。
数控加工连杆型面是的定位基准是大、小头孔，所以我们只需用大、小头孔定位，然后夹紧连杆的两头即可。
2.6.4主要表面的加工方法
（1）连杆两端面的加工
采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。
粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。
这种方法的生产率较高。
精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。
（2）连杆大、小头孔的加工
连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。
小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、扩、铰三道工序。
钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。
大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、珩磨达到IT6级公差等级。
表面粗糙度Ra为0.4μm，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。
这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。
（3）连杆螺栓孔的加工
连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。
加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。
为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。
从而达到所需要的技术要求。
（4）连杆体与连杆盖的铣开工序
剖分面（亦称结合面）的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证。
为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差0.03mm，并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度，除夹具本身要保证精度外，锯片的安装精度的影响也很大。
如果锯片的端面圆跳动不超过0.02mm,则铣开的剖分面能达到图纸的要求，否则可能超差。
但剖分面本身的平面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。
因此，在剖分面铣开以后再经过磨削加工。
2.7切削用量的选择原则
正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。
粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。
因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。
精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。
因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。
2.8确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差
用查表法确定机械加工余量：
根据《机械加工工艺手册》、《机械制造技术基础课程设计指导教程》、《机械制造工艺设计手册》确定各工序余量。
（1）上下平面加工的工序余量（mm）
表2-1上下平面加工工序余量
工序名称
单面余量
经济精度
工序尺寸
表面粗糙度
精磨
0.1
IT7
0.5
粗磨
0.3
IT8
1.6
精铣
0.6
IT10
3.2
粗铣
1.5
IT12
12.5
毛坯
43
12.5
则连杆两端面总的加工余量为：
=（0.1+0.3+0.6+1.5）X2=5mm，所以锻造出的总厚度为：
38+5=43mm。
（2）大头孔各工序尺寸及其公差（锻造出来的大头孔为Φ55mm）
表2-2大头孔的工序余量
工序名称
工序余量
经济精度
工序尺寸
表面粗糙度
珩磨
0.07
H6
0.4
精镗
0.4
H8
0.8
半精镗
2
H11
1.6
粗镗
4
H12
6.3
扩孔
Φ60
12.5
（3）小头孔工序尺寸及公差的确定
表2-3小头孔工序余量
工序名称
工序余量
经济精度
工序尺寸
表面粗糙度
精镗
0.2
H8
1.6
铰
0.2
H9
6.3
扩孔
9
H10
12
升级会员 