设计说明书 2.docx
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设计说明书2
中国地质大学长城学院
本科毕业设计
题目X-95连杆盖粗铣结合面夹具设计
系别工程技术系
专业机械设计制造及其自动化
学生姓名郭俊杰
学号05210535
指导教师沈贵水
职称教授
2014年4月25日
摘要
本毕业设计课题是X-95连杆盖粗铣结合面夹具设计，目的是希望能在降低产品的生产成本的同时又可以制造出品质优良的产品，在最少的工序或加工时间中制造出满足形状、尺寸、精度、表面粗糙度等要求的产品。
设计应在保证加工精度的同时，又利用工件装卸的合理夹具结构，并有一定实用价值。
由于理论知识与实践经验的有限。
我将考虑采用普遍性强的加工方法，但该零件的机械加工工艺规程可以适当采用较为先进的制造工艺方法和专用机床设备，刀具和量具。
本课题的主要内容是分析零件的技术条件画出零件图及毛坯图。
拟定合理的工艺路线，粗镗大头孔夹具草图及夹具图。
本设计采用了连杆体与连杆盖分离锻造，并制定相对合理的工艺路线。
在夹具设计部分，以大小头孔端面、大头孔工艺凸台及小头孔为定位基准，符合定位原理并达到定位目的，夹紧机构则采用螺旋夹紧机构，亦即达到夹紧效果。
关键词:
连杆；工艺规程；夹具设计；CAD图
Abstract
ThegraduationdesigntopicisX-95connectingrodcapbindingsurfaceroughmillingfixturedesign,wanttoreduceproductioncostinthealsocanproducegoodqualityproductsatleast,theprocessofmanufacturingandprocessingtimemeettheshape,size,accuracyandsurfaceroughnessandrequirementsoftheproduct.Designshouldguaranteethemachiningaccuracyofworkpieceloadingandunloading,anduseofreasonablefixturestructure,andhascertainpracticalvalue.Duetothetheoreticalknowledgeandpracticalexperience.Iwillconsiderusinguniversalstrongerprocessingmethod,butthemachiningprocedurecanappropriateUSESadvancedmanufacturingtechnologyandspecialmachineequipment,toolsandmeasuringtool.Themaincontentofthisprojectistoanalyzethetechnicalconditionsofthepartsandpaintedpartsblank.Theplanwasreasonableprocessroute,bigholeclampsketchesandboringfixture.ThisdesignUSEStheconnectingrodbodyandconnectingseparated,andformulaterelativereasonableforgingprocess.Inpart,thesizeoffixturedesignwithheadbigholeholesurface,smallheadforconvexandlocatingdatum,andachievethegoalorientationpositioningprinciple,clampingmechanismusingspiralclampinginstitutions,i.e.reachedclampingeffect.
Keywords:
Connectingrod,Procedure,Fixturedesign,CADdrawings
目录
1引言1
2加工零件1
2.1零件的功用1
2.2零件的技术分析1
2.3连杆盖的作用2
2.4连杆机构工作原理3
3铣床及铣刀4
3.1铣床的基本知识4
3.1.1铣床的工作原理4
3.1.2铣床的分类4
3.2铣刀5
3.2.1铣刀的工艺特点5
4工艺规程的编制及参数的确定5
4.1连杆工序5
4.2连杆盖加工尺寸6
5夹具设计7
5.1机床夹具在机械加工中的作用7
5.2机床夹具的分类7
5.2.1按夹具的使用特点分类7
5.2.2按使用机床分类8
5.2.3按夹紧的动力源分类8
5.3机床夹具的组成8
6工件的定位与夹紧8
6.1连杆盖的定位8
6.2生产纲领9
6.3铣削方式的确定9
6.4气缸的选取11
6.5夹紧方式及元器件选择11
6.6夹具使用注意事项、保养及维护12
7结论12
参考文献13
致谢14
1引言
20世纪初中国成功加入WTO，给世界经济注入了新鲜的血液。
随之中国的经济也有了飞速的发展。
人民生活的质量也有较大幅度的提高，汽车已成为人们日常的生活的正常消耗品。
质量的要求越来越高，对汽车产品质量，重量，工作稳定性以及可靠性都有极高的要求。
连杆盖是发动机的重要零件之一。
该零件的加工质量也直接影响到发动机的质量问题。
所有零件的加工基本都要由夹具来辅助完成，现代工业的发展也带动了夹具的发展，各种加工设备的引进也使得夹具的种类日益繁多了起来，其功用也日益增多。
对其加工精度及加工也有极高的要求。
连杆机构夹具的水平对该零件的加工水准有重要的影响。
毕业设计是我们走出校园的最后一次检验，考核我们对大学四年所学知识的综合运用。
在做毕业设计的同时，也培养了我处理问题的技能，作图的过程完善了对CAD的熟练应用，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。
可以说在这次连杆盖的设计过程中，
完善了自己各方面的能力。
这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓都具有一定的意义。
2加工零件
2.1零件的功用
连杆是发动机的主要零件之一，其功用是将作用于活塞顶面的膨胀气体传给曲轴，从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。
连杆承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复运动时间的惯性力。
这些力的大小和方向都是周期性变化的。
因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。
这就要求连杆在质量尽可能小的条件下，有足够的刚度和温度。
若连杆的刚度不够，则可能产生的后果是：
其大头孔失圆，导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损，连杆杆身弯曲，造成活塞与汽缸偏差等。
2.2零件的技术分析
在发动机处于工作行程时，它把作用于活塞顶部膨胀气体的压力传给曲轴，推动曲轴旋转；在进气、排气和压缩行程时，又受曲轴的驱动，带动活塞压缩汽缸中的气体，整个过程连杆受到很大的压应力和纵向弯曲应力。
而连杆往复运动产生的惯性力，又使连杆承受拉应力。
因此，连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。
为了减少惯性力的影响，在保证连杆具有足够的强度和刚度的前提下，要尽可能减轻其重量，所以连杆采用了从大到小逐步变小的“工”字型截面形状。
2.3连杆盖的作用
连杆盖是发动机的重要零部件，它的好坏直接影响着发动机的品质，相应的就反应到汽车的质量，影响着汽车工业的发展。
故此，在生产制造连杆时，其技术要求要高，尤其是硬度和抗冲击能力要强。
具有较高的强度、磨性、耐热性及减振性，使用于承受较大压力，要求耐磨的零件。
杆盖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。
图1连杆盖
本零件主要用于连接和传递及动力的场合，它要求的精度较高。
其原始资料如下：
零件材料:
45钢
技术要求：
连杆盖应经调质处理，硬度为217—293HB
生产批量：
大批量生产年产15万件
零件数据：
见图1
连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。
例如在往复活塞式动力机械中，用连杆来连接活塞与曲柄。
连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。
连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。
连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。
因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。
它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。
连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。
通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。
连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。
传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Ｃr或40MnB等调质钢，但现在国外所广泛采用的先进连杆裂解的加工技术要求其脆性较大，硬度更高，因此，以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等（以上均为德国din标准）。
合金钢虽然具有很高强度，担对应力集中很敏感。
所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。
连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
连杆承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力。
这些力的大小和方向都是周期性变化的。
因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。
这就要求连杆在质量尽可能小的条件下，有足够的刚度和强度。
若连杆的强度不够，则可能产生的后果是：
其大头孔失圆，导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损；连杆杆身弯曲，造成活塞与气缸偏磨、活塞环漏气和窜油等。
连杆一般用中碳钢或者合金钢辊锻而成，然后经机械加工和热处理。
2.4连杆机构工作原理
连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。
例如在往复活塞式动力机械中，用连杆来连接活塞与曲柄。
连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。
连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。
连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。
因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。
它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。
连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。
通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。
连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。
传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Ｃr或40MnB等调质钢，但现在国外所广泛采用的先进连杆裂解的加工技术要求其脆性较大，硬度更高，因此，以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等（以上均为德国din标准）。
合金钢虽然具有很高强度，担对应力集中很敏感。
所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。
3铣床及铣刀
3.1铣床的基本知识
铣床为金属切削机床，用铣刀在工件上加工各种表面的机床。
通常铣刀旋转运动为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。
它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。
铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。
铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。
铣床是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮乖、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。
此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。
铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。
由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。
用铣刀对工件进行铣削加工的机床。
铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。
铣床的生产效率高，加工质量好，铣削的形式很多，铣刀的类型和形状更是多种多样。
加工精度一般为IT8~IT7，表面粗糙度Ra值为1.6~3.2um。
铣床使铣削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，生产率高，适用于成批大量生产。
1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。
尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。
3.1.1铣床的工作原理
按铣削方式的不同，铣床可分为端铣床和周铣床；同一种铣削方法，也有不同的铣削方式（顺铣和逆铣等）。
在选用铣削方式时，要充分注意它们各自的特点和适用场合，以便保证加工质量和提高生产效率。
周铣时，同时工作的刀齿数与加工余量有关，一般仅有1~2个。
而端铣时，同时工作的刀齿数与被加工表面的宽度有关，而与加工余量无关，即使在精铣时，也有加多的刀齿同时工作。
因此端铣的切削过程比周铣时平稳，有利于提高加工质量。
所以在平面的铣削中大都采用端铣法。
3.1.2铣床的分类
铣床按布局形式和适用范围加以区分，主要有以下几种：
（1）升降台铣床：
有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零件，应用最广。
（2）龙门铣床：
包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件。
（3）单柱铣床和单臂铣床：
前者的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。
两者均用于加工大型零件。
此外，还有工作台不升降铣床、仪表铣床、工具铣床，以及键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，是为加工相应的工件而制造的专用铣床。
本夹具设计中涉及的铣床为立式升降台铣床，铣刀由上而下完成连杆盖结合面的铣削动作。
3.2铣刀
铣刀，是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。
工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。
铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
3.2.1铣刀的工艺特点
铣刀是典型的多齿刀具，铣刀时有几个刀齿同时参加工作，并且参与切削的切削刃较长；铣削的主要运动是铣刀的旋转，有利于高速铣削。
因此，铣削的生产率比刨削高。
铣刀的刀齿切入和切出时产生冲击，并将引起同时工作刀齿数的增减。
在切削过程中每个刀齿的切削层厚度都碎刀齿位置的不同而变化，引起切削层横截面积变化。
因此，在铣削过程中铣削力是变化的，切削过程不平稳，容易产生振动，这就限制了铣削加工质量和生产率的进一步提高。
铣刀刀齿在切离工件的一段时间内，可以得到一定的冷却，散热条件较好。
但是，切入和切出时热和力的冲击将加速刀具的磨损，甚至可能引起硬质合金刀片的碎裂。
4工艺规程的编制及参数的确定
4.1连杆工序
工序10连杆体粗铣大头两端面
工序20连杆体粗铣小头两端面
工序30连杆体粗精铣小端平台和大端工艺凸台
工序40连杆体粗铣结合面
工序50连杆体精铣两端面
工序60连杆体精拉结合面
工序70连杆体钻两孔
工序80连杆体扩铰两孔
工序90连杆体钻小头油孔及孔口倒角
工序100连杆体攻两个螺纹孔
工序110连杆盖粗铣两端面
工序120连杆盖粗铣结合面
工序130连杆盖精铣两端面
工序140连杆盖精拉结合面
工序150连杆盖粗精铣螺栓孔平面
工序160连杆盖钻两孔
工序170连杆盖扩铰两孔
工序180连杆盖和连杆体装配
工序190连杆粗镗大小端孔
工序200连杆精镗大小端孔
工序210连杆体与连杆盖打号分开
工序220连杆体铣定位槽
工序230连杆盖铣定位槽
工序240连杆体与盖对号装配
4.2连杆盖加工尺寸
连杆零件材料为45纲，硬度207—241HBS，毛坯重量为2Kg。
生产类型为大批生产，采用在锻上合模模锻毛坯。
加工两端面时的工序间余量是两陪的单边余量，加工其它的平面的工序间余量则是单边余量；加工孔的工序间余量则指的是直径方向的余量。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
工序名称工序间工序间表面工序间工序尺寸表面
加工余量经济精度粗糙度尺寸公差粗糙度
精磨连杆盖结合面0.5h8
Ra1.632.5-0.5=3232
Ra1.6
精铣螺栓孔平面0.6
Ra3.233.1-0.6=32.532.5
Ra3.2
粗铣连杆盖结合面1.5h11（
）Ra534.6-1.5=33.133.1
Ra5.0
粗铣螺栓孔平面1.4h11
Ra536-1.4=34.634.6
Ra5.0
锻造
36
5夹具设计
夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备，分为机床夹具，焊接夹具，装备夹具及检验夹具等。
各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘，铣床上使用的平口虎钳等。
5.1机床夹具在机械加工中的作用
对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使用工件相对于道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。
为此，在进行机械加工前，先要将加工工件装夹好。
工件的装夹方法有两种：
一种是工件直接装夹在机床的工作台或者花盘上“另一种是工件装夹在夹具上。
采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图纸要求在工件表面划线，画出加工表面的尺寸和位置，装夹时用画针或者百分表找正后再夹紧。
这种方法无需专用装备，但是效率低，一般用于单件和小批生产。
批量较大时，大都用夹具装夹工件。
用夹具装夹工件有以下优点：
（1）能稳定地保证工件的加工精度，用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具来保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。
（2）能提高劳动生产率，使用夹具装夹工件方便，快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高生产效率;工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高生产效率；可使用多件，多工位装夹的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产效率。
（3）能扩大机床的使用范围，例如没有卧式铣床和专用设备，可设计一夹具在车床上加工。
（4）能降低成本，在批量生产中使用夹具后，由于生产劳动率的提高，使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显的降低了劳动成本。
夹具制造成本摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。
工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益也就愈显著。
5.2机床夹具的分类
5.2.1按夹具的使用特点分类
（1）通用夹具已经标准化的、可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具如三爪自定心卡盘、机床用瓶口虎钳、万能分度头、磁力工作台等。
这些夹具已经作为机床附件由专门工厂制造供应，只需选购而已。
（2）专用夹具专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。
专用夹具一般在批量生产中使用。
（3）可调夹具夹具的某些元件可调整或者可调换，以适用多种工件的夹具，成为可调夹具。
它还分为通用可调夹具和成组夹具两类。
（4）组合夹具采用标准的组合夹具元件、不见，专为某一工件的某道工序组装的夹具成为组合夹具.
（5）拼装夹具用专门的标准化。
系列化的拼装夹具零部件拼装而成的夹具，成为拼装夹具。
它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。
它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。
此类夹具更适合在数控机床上使用。
5.2.2按使用机床分类
夹具按使用机床可分为车床机床、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具一级其他数控机床夹具等。
5.2.3按夹紧的动力源分类
夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、汽液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。
5.3机床夹具的组成
机床夹具虽然分成各种不同的类型，但它们的工作原理基本上是相同。
如将各种类型中作用相同的元件或结构加以概括，则可以得出夹具一般共有的如下几个组成部分，这些组成部分既互相独立又互相联系。
它们是定位装置、夹紧装置、确定夹具对机床互相位置的元件、确定夹具鱼刀具位置尺寸的元件、其他夹具或元件、夹具体六部分组成。
当然，上述的各组成部分，不是每个夹具都必须完全具备的。
但一般来说，定位装置、夹紧机构、夹具体则是夹具的基本组成部分。
6工件的定位与夹紧
为了保证加工工件表面的技术要求，必须保证工件相对刀具和机床处于正确的加工位置。
在使用夹具的情况下，就要使工件、夹具、机床和刀具之间保持正确的加工位置。
显然，工件的定位是其中及极其重要的一个环节。
6.1连杆盖的定位
连杆盖端面由立式铣床铣削其两端面，连杆盖水平放置，将其两端面悬空置于夹具体外以方便铣刀自左而右对结合面进行加工。
下图为俯视图，根据六点定位原则，此连杆盖所放置水平面限制其两个自由度，连杆盖双肩由两个定位销限制其两个自由度。
至此，六个自由度都形成限制，连杆盖的位置也已确定。
图2连杆盖的定位
6.2生产纲领
生产批量：
大批量生产年产15万件。
年生产纲领可按下式计算：
N=Q（1+a%+b%）n
式中：
N—零件的年生产纲领（件/年）；Q—产品的年生产纲领（台/年）；n—每台产品中该零件的数目；a%—该零件的备品率；b%—该零件的废品率。
按一年工作日300天，一天一班，工作7小时，a取10%，b取1%，要达到年产15万件，需要每小时生产80件。
6.3铣削方式的确定
为了能满足对加工产能的要求，其夹紧方式由气动夹紧来完成。
气缸的型号由铣削力的大小来确定，根据加工方式的不同其所需夹紧力的大小也不尽相同。
铣削时的铣削用量由切削速度、进给量、背吃刀量（铣削深度）和侧吃刀量（铣削宽度）四要素组成。
根据连杆盖拉结合面尺寸图，连杆盖拉结合面的长度为38mm。
本次设计是用硬质合金端铣刀铣削钢的工件。
进给量，铣削时，工件在进给运动方向上相对刀具的移动量即为铣削时的进给量。
由于铣刀为多刃刀具，计算时按单位时间不同，有以下三种度量方法。
（1）每齿进给量ƒZ（mm/z）指铣刀每转过一个刀齿时，工件对铣刀的进给量（即铣刀每转过一个刀齿，工件沿进给方向移动的距离），其单位为每齿mm/z。
（2）每转进给量ƒ，指铣刀每一转，工件对铣刀的进给量（即铣刀每转，工件沿进给方向移动的距离），
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