连杆体工艺及夹具设计课程设计1Word格式文档下载.docx

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1.2零件的工艺分析8

1.3零件的生产类型8

第2章毛坯的制造8

2.1确定毛坯的制造形式8

2.1.1选择毛坯公差等级9

2.1.2铸件收缩率9

2.1.3起模斜度9

2.1.4选择浇注系统类型9

2.1.5确定内浇道在铸件上的位置9

2.1.6确定直浇道的位置和高度10

2.2各加工表面总余量10

2.3根据加工余量绘毛坯图11

第3章制定工艺路线11

3.1定位基准的选择11

3.2各表面加工方法12

3.2.1结合面12

3.2.2凹槽面12

3.2.3螺栓孔13

3.2.4轴瓦锁止口13

3.2.5端面13

3.2.6大头中心孔13

3.3拟定工艺路线13

3.4工艺方案的比较与分析14

3.5选择加工设备与工艺装备16

3.5.1选择机床根据不同的工序选择机床16

3.5.2选择刀具16

第4章机械加工工序设计17

4.1加工余量、工序尺寸及公差的确定17

4.1.1加工余量的确定17

4.1.2工序尺寸与公差的确定17

4.2切削用量及其基本时间的确定19

4.2.1工序二切削用量及其基本时间的确定19

4.2.1.1工序和刀具19

4.2.1.2确定每齿进给量fz19

4.2.1.3选择铣刀磨钝标准和耐用度19

4.2.1.4确定切削速度和工作台每分钟进给量19

4.2.1.5基本时间20

4.2.2工序三切削用量及其基本时间的确定20

4.2.2.1切削用量20

4.2.2.2选择铣刀磨钝标准和耐用度20

4.2.2.3确定切削速度和工作台每分钟进给量20

4.2.2.4基本时间21

4.2.3工序五切削用量及其基本时间的确定21

4.2.3.1钻孔切削用量21

4.2.3.2钻孔基本时间的确定21

4.2.3.3扩孔切削用量22

4.2.4工序八切削用量及其基本时间的确定22

4.2.4.1铣轴瓦锁止口，保证止口加工深度尺寸为2.5mm22

4.2.4.2切削工时22

PART2夹具设计23

1问题的提出23

2定位基准和定位方案23

3装夹方案的选择23

4切削力的计算24

5夹紧力的计算25

6定位误差分析25

结论26

课程设计总结27

参考文献28

附表1机械加工工艺过程卡片29

序言

机械制造工艺学课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解；

是在学完了机械制造工艺学的理论课程之后，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。

这次设计使我们能够综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。

PART1工艺设计

第1章零件的分析

1.1零件的作用

连杆是柴油机的重要零件之一。

连杆体与连杆盖通过螺栓连接成为一整体，其大头孔与曲轴相连接，将作用于活塞的气体膨胀压力传给曲轴，又受曲轴而带动活塞压缩汽缸中的气体。

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。

零件图如下所示：

图1-1零件图

1.2零件的工艺分析

连杆体要求加工的平面有结合面、轴瓦锁止口、螺栓孔、大头中心孔、凹槽以及端面。

其中，零件的大头中心孔和凹槽面粗糙度较低且精度要求较高，为主加工面，需要进行较精密的加工过程，其余为次加工面，没有必要进行精密加工。

根据各面的粗糙度和公差等级确定不同的加工方式。

1.3零件的生产类型

依据设计题目知：

年生产量为6000件；

结合生产实际，备品率α和废品率β分别取10%和1%，代入N=Q（1+α%+β%），得年生产纲领

N=6000⋅（1+10%+1%）=6660件/年

其属轻型零件，生产类型为大量生产。

第2章毛坯的制造

2.1确定毛坯的制造形式

零件材料为QT450-100。

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.

由于零件年产量为6660件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用铸造成型。

这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。

2.1.1选择毛坯公差等级

查文献[2]表3.28。

这种铸件的尺寸公差CT为7-9级，加工余量RMA为F级。

2.1.2铸件收缩率

查文献[3]表3.3-7查得球墨铸铁收缩率为自由收缩0.9～0.11，受阻收缩0.6～0.8

由于零件为简单厚实铸件视为自由收缩，取收缩率K=1.0%

式中：

Lm---模样的工作面尺寸。

Lg---铸件的尺寸。

2.1.3起模斜度

为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向要有一点的斜度，以免损坏型砂或砂芯。

JB/T5015-91中得起模斜度为1：

30。

2.1.4选择浇注系统类型

由于铸件为较小也不易氧化，故采用封闭式浇注系统。

该系统具有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。

2.1.5确定内浇道在铸件上的位置

采用底注浇注系统。

其优点有：

内浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳，可避免金属液发生激溅、氧化及由此形成的铸件缺陷。

2.1.6确定直浇道的位置和高度

图2-1直流交道图

查文献[6]表3铸件壁厚用一个直浇道浇注。

查得压力角取α＝7°

Hm≧Ltgα＝600*tg7°

=73.7

由参考文献[1]中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

2.2各加工表面总余量

加工表面

基本尺寸（mm）

加工余量等级

加工余量数值（mm）

说明

结合面

28

F

2.5

顶面降1级，单侧加工（取上行数据）

端面

43

2.0

双侧加工

Φ81mm孔

80

孔降1级，双侧加工

表2-1加工表面总余量

由参考文献[1]表2.3-9可得铸件主要尺寸的公差，如表2-2所示。

主要面尺寸

零件尺寸

总余量

毛坯尺寸

公差CT

30.5

1.8

端面轮廓尺寸

2.0+2.0

47

Φ81mm孔

Φ81

Φ77

2.2

表2-2主要毛坯尺寸及公差（mm）

2.3根据加工余量绘毛坯图

图2-2毛坯图

第3章制定工艺路线

3.1定位基准的选择

精基准的选择：

连杆的结合既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式；

其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。

此外，结合面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。

粗基准的选择：

按照有关粗基准的选择原则，当零件有不同加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；

若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。

现选取两个未铸造孔Φ12.5㎜孔的下表面，R12外圆的圆弧不加工外轮廓表面作为基准，此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。

最先进行机械加工的表面是精基准面-结合面。

方案一

用两支承钉支撑两个未铸造孔Φ12.5㎜孔的下表面，限制Z的移动和X的旋转这两个自由度；

用对活动动V型块夹紧R12的外圆表面，限制Y、X的移动Z、Y的旋转这四个自由度。

用粗铣的方式加工连杆体结合面。

以上端面为基准，对Φ12.5㎜孔的加工是先钻孔再扩孔，然进行与连杆盖配对加工其它孔和端面。

方案二

用两支承钉支撑连杆体的下表面，并预留出Φ12.5㎜孔的位置，限制Z的移动和X的旋转这两个自由度；

用对活动动V型块夹紧R12的外圆表面，限制Y、X的移动，Z、Y的旋转这四个自由度。

以粗铣的方式加工连杆体结合面，以先钻孔后扩孔的方式加工Φ12.5㎜的孔和前后端面。

对于方案二：

这样加工，虽然减少了几次装夹，可减少装夹辅助时间。

但是以初基准面加工Φ12.5㎜的孔和前后端面，会产生较大误差，不能保证钻孔时孔与结合面的垂直度。

且装夹时需预留Φ12.5㎜孔的位置，反而增加了装夹难度，同时使装夹工具复杂化，降低了工作效率。

方案一：

完全克服了方案存在的缺点，减小了加工误差，降低了对工人技术的要求和工人的劳动强度，使制造夹具的成本降低了。

同时也大大提高了加工效率，提高了效益。

3.2各表面加工方法

3.2.1结合面

未选定公差等级，根据GB1800-79规定其公差等级，按IT13加工，表面粗糙度为Ra=6.3µ

m,故用粗铣或粗刨，即可达到要求。

但因刨加工时是单行程加工，返回时不加工，只适合工件较长而窄的情况，而铣加工是连续切削，铣比刨效率高，故选用铣加工。

3.2.2凹槽面

公差等级为IT10，表面粗糙度为Ra=1.6µ

m,应采用粗铣，半精铣、精铣或者粗刨、半精刨、精刨，才可达到要求。

3.2.3螺栓孔

m,采用钻、扩即可满足要求。

3.2.4轴瓦锁止口

曲面未注公差等级，根据GB1800-79规定其公差等级，按IT13加工，表面粗糙度为Ra=6.3µ

m；

两侧平面公差等级为IT11，未注明表面粗糙度，采用粗铣或者粗刨即可。

3.2.5端面

公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra=3.2µ

m,采用粗铣、半精铣或者粗刨、半精刨可达到要求。

3.2.6大头中心孔

公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra=1.6µ

m,采用精镗后，公差等级为IT7-9不能满足要求，必须采用磨削加工，而精磨后，公差等级为IT6-7，符合加工要求，故采用粗镗，半精镗，粗磨，精磨。

3.3拟定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

机械加工顺序的安排一般应：

先粗后精，先面后孔，先主后次，基面先行，热处理按段穿插，检验按需安排。

在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案一

工序Ⅰ粗铣结合面；

工序Ⅱ粗铣、半精铣、精铣凹槽面；

工序Ⅲ钻、扩至图样尺寸并锪Φ12.5㎜的沉孔；

工序Ⅳ粗铣连杆体前后两端面，留足余量；

工序Ⅴ钳,将连杆体与连杆盖用螺栓锁紧；

工序Ⅵ粗镗、半精镗Φ81㎜的孔、并倒角；

工序Ⅶ半精铣连杆体两端面；

工序Ⅶ精镗Φ81㎜的孔；

工序Ⅷ粗铣轴瓦锁止口；

工序Ⅸ检查

工艺路线方案二

工序Ⅰ粗铣连杆体结合面；

粗铣连杆体两端面，留足余量；

钻Φ12.5㎜孔（不到尺寸）；

扩Φ12.5㎜的孔至图样尺寸，锪Φ21.5㎜沉孔；

工序Ⅱ粗铣、半精铣、精铣连杆体凹槽面；

工序Ⅲ用螺栓将连体与连杆盖锁紧；

工序Ⅳ粗镗、半精镗Φ81㎜的孔、并倒角；

工序Ⅴ半精铣连杆体两端，至图上规定尺寸；

工序Ⅵ粗铣轴瓦锁止口；

工序Ⅶ粗磨、精磨Φ81㎜的孔；

工序Ⅷ检查。

3.4工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一是先加工连杆体结合面，然后以此为基准面，加工凹槽面，然后进行钻孔加工，接着与连杆盖配对锁紧进行其它的加工。

方案二与方案一加工结合面是相同的，但是明显不同的是钻孔和铣前后端面的顺序和定位方法。

两相对比，方案一的设计优于方案二，以精基准面加工Φ12.5㎜孔，使在一定的加工设备和加工条件下加工误差降到最小，减少废品。

但是方案也二不是完全没有优点，方案二的工序Ⅶ、工序Ⅷ就比方案一的优越，将精加工安排在最后，可以避免因为粗加工对精度的影响。

综合考虑，保留方案一的优点，改进方案二的缺点。

具体工艺如下：

工序Ⅰ粗铣结合面；

工序Ⅳ粗铣、半精铣前后两端面，留足余量；

工序Ⅴ钳，将连杆体与连杆盖用螺栓锁紧；

工序Ⅵ用螺栓将连体与连杆盖锁紧；

工序Ⅶ粗镗、半精镗Φ81㎜的孔、并倒角；

工序Ⅷ铣轴瓦锁止口；

工序Ⅸ粗磨、精磨Φ81㎜的孔；

工序Ⅹ检查。

以上加工方案大致看来还是合理的。

但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题。

从上述工艺过程来看，很多的地方没有将粗、精加工分开，有点显得不太合理。

但是考虑本生产的实际条件，经济加工精度的要求，同时该生产是大批量生产，要求叫高的生产率，工序Ⅳ的粗精就不分开。

根据工序集中原则，使每个工序中包含尽可能多的工步内容，使总的工序数目减少，夹具的数目和装夹的次数减少。

节省装夹的时间，大大提高了生产效率，也可以减少因装夹不正确产生的装夹误差。

因此工序Ⅱ改为粗铣凹槽、粗铣两端面。

同时将工序Ⅶ、工序Ⅹ的粗精分开。

另外，在上述方案中没有任何热处理方式，对于铸件来说，这是不合理的。

因为铸造出来的毛坯还存在一些残余应力和缺陷，只有通过热处理方式才能消除。

因而，添加调质处理，改善上述存在的缺点。

因此，最后的加工路线确定如下：

工序Ⅰ调质

工序Ⅱ粗铣连杆体结合面

工序Ⅲ粗铣凹槽，粗铣连杆体两端面

工序Ⅳ半精铣、精铣凹槽

工序Ⅴ钻并扩ф12.5的两孔；

锪沉头孔

工序Ⅵ用螺栓将连体与连杆盖锁紧

工序Ⅶ用芯轴定位，粗镗、半精镗ф81的孔，并倒角

工序Ⅷ粗铣轴瓦锁止口

工序Ⅸ半精铣连杆体两端面

工序Ⅹ粗磨Ф81的大头孔

工序Ⅺ精磨ф81的大头孔

工序Ⅻ检验、入库

以上工艺过程见附说明书后的工艺卡片与图纸部分。

3.5选择加工设备与工艺装备

3.5.1选择机床根据不同的工序选择机床

工序Ⅱ、Ⅲ是粗铣。

各工序的工步数不多，成批生产不要求和高的生产率，故选用立式铣床就来满足要求。

本零件外轮廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用常用X5020A型铣床即可。

工序Ⅳ在凸台上钻两个Φ12.5的孔，位置要求不是很高，故可选用Z525型号立式钻床。

工序Ⅳ是半精铣、精铣凹槽面，精度要求较高，故可选用X5032型铣床。

工序Ⅶ是镗连杆体Φ81大头孔，粗镗、半精镗精度要求不高可选用CA6140卧式车床，半精镗时采用C616A型卧式车床。

工序Ⅹ是粗磨采用M2116A型内圆磨床；

工序Ⅺ是精磨，精磨时精度要求比较高为IT6级，粗糙度值为Ra1.6,可选用M6020B万能磨床。

工序Ⅸ是粗铣轴瓦锁止口，精度要求不是很高，选用常用的X5020A型铣床即可。

3.5.2选择刀具

根据不同的工序选择刀具

1、结合面和前后端面最大尺寸为134mm，铣刀按文献[2]选高速钢错齿三面刃铣刀（GB/T1118-85），D=160mm，d=40mm，L=12mm，Z=24。

凹槽面宽小于10mm，深度为3.5mm，铣刀按文献[2]选直柄立铣刀（GB/T1110-85），D=12mm，L=83mm，Z=3（粗铣），Z=4（半精铣），Z=5（精铣）。

轴瓦锁止口选用圆角铣刀（GB/T6122-85），R=25mm，L=28mm，Z=10。

2、镗刀的选择，在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金镗刀。

加工钢质零件采用YT类硬质合金，查文献[3]，粗加工用YT5，半精加工用YT15,精加工用YT30。

为提高生产率及经济性，应选用可转位车刀（GB5343.1-1985,GB5343.2-1985）.

3、钻Φ12.5的孔时，查文献[3]表10.8-3选用直柄麻花钻（GB/T6135.3-1996）,扩孔采用直柄扩孔钻（GB/T1141-1984）。

4、磨Φ81大头孔，选择内圆磨的砂轮，查文献[3]表13.8-1选用平形砂轮代号P。

第4章机械加工工序设计

4.1加工余量、工序尺寸及公差的确定

4.1.1加工余量的确定

加工余量的确定采用查表法，主要以工厂生产实践和实验研究积累经验所制成的手册和表格为基础，并结合实际加工情况加工纠正确定加工余量。

查文献[1]表2.3-59查得各端面的加工表面的工序余量。

粗加工工序余量由总余量减去后续各半精加工和精加工的工序余量之和而求得。

4.1.2工序尺寸与公差的确定

大头孔加工工序的分析：

精磨后工序基本尺寸为81mm，其他各工序其本尺寸依次为：

粗磨80.9mm-0.3mm=80.6mm

半精镗80.6mm-1.5mm=79.1mm

粗镗79.1mm-2.1mm=77mm

确定各工序的加工精度和表面粗糙度并汇于下表中：

工序名称

工序间余量

/mm

工序

工序基本

尺寸/mm

标注工序

尺寸公差

经济精度/mm

表面粗糙度/μm

结

合

面

粗铣

h13（0.330）

Ra6.3

28.30-0.33

毛坯

--

─

28+2.5=30.5

30.5±

1.5

凹

槽

精铣

0.1

h8（0.0180）

Ra1.6

3.5

3.50-0.05

半精铣

0.3

h11（0.0750）

3.5-0.1=3.4

3.40-0.075

3.1

h13（0.180）

Ra12.5

3.4-0.3=3.1

3.10-0.18

—

3.1-3.1=0

两

端

0.6

h11（0.160）

Ra3.2

430-0.16

3.4

h13（0.390）

43+0.6=43.6

43.60-0.39

43.6+3.4=47

47±

Φ12.5

孔

扩

h12（0.180）

12.5

Φ12.50.180

钻

11

h13（0.270）

12.5-1.5=11

Φ110.270

11-11=0

Φ

81

大

头

精磨

h6（0.0210）

Ra0.8

Φ810。

0210

粗磨

h8（0.0540）

81-0.1=80.9

Φ80.90.0540

半精镗

h11（0.220）

80.9-0.3=80.6

Φ80.60.220

粗镗

2.1

h12（0.300）

80.6-1.5=79.1

Φ79.10.300

79.1-2.1=77

Φ77±

轴瓦锁止口

h13（0.140）

2.50.140

2.5-2.5=0

表4-1各工序的加工精度和表面粗糙度

4.2切削用量及其基本时间的确定

4.2.1工序二切削用量及其基本时间的确定

4.2.1.1工序和刀具

本工序为粗铣大端结合面，所选用刀具为高速钢错齿三面刃铣刀（GB/T1118-85），D=160mm，d=40mm，L=12mm，Z=24。

4.2.1.2确定每齿进给量fz

由文献[2]表9.4-1知道X5020A型立式铣床的功率为3KW，工艺系统刚性为中等，细齿盘铣刀加工铸铁，查得铣削进给量

=0.15~0.30mm/z。

现取

=0.20mm/z.

4.2.1.3选择铣刀磨钝标准和耐用度

由文献[2]表9.4-7查得铣刀刀齿后到刀面最大磨损量为0.15mm,耐用度T=150min。

4.2.1.4确定切削速度和工作台每分钟进给量

根据文献[2]9-105的公式计算：

查文献[2]表9.4-7、表9.4-8、表9.4-11可得

式中CV=40，qv=0.2，Xv=0.1，yv=0.4，Uv=0.5，Pv=0.1，m=0.15，T=150，

=0.94且

为铣削深度即工件铣削面宽度为57mm，

为铣削宽度即工件加工余量为2.5mm，

=0.20mm/z.

V=30.2m/min=0.5m/s

n=

=60.1r/min，此为铣刀工作时的最大速度。

根据X5020A型铣床主轴转速表，选择

n=40r/min

实际切削速度v=0.33m/s

工作台每分钟进给量为a=

Zn=192mm/min，因X5020A型立式铣床工作台进给量级数为无极