柴油机连杆工艺规程编制及机床和夹具毕业设计.doc

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1、题 目：柴油机连杆工艺规程编制及机床和夹具设计摘 要连杆是活塞式发动机和压缩机的主要零件之一，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是将活塞的气体压力传送给曲轴，又收曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。所以在安排工艺过程时，按照“先基准后一般”的加工原则。连杆的主要加工表面为大小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面。在夹具设计方面也要针对连杆结构特点比较小，设计应时应注意夹具体结构尺寸的大小等，最终就能达到零件的理想要求。 机械制造工艺及设备毕业设计是我们完成本专业学习计划的最后一个极为重要的实践性

2、环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练 。我们在完成毕业设计的同时，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，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！关键词： 连杆；变形；加工工艺；夹具设计AbstractConnecting piston engines is one of the main parts and the compressor, the big holes and crankshaft connec

3、ting, small head holes through the piston pin connected with the pistons, its function is to send the gas pressure piston, and accept the crankshaft crankshaft piston compressor cylinder driving and driving the gas. The move is connecting rods quality requirements, therefore load of small, high stre

4、ngth. So in the process, according to the arrangement of general after the first base processing principle. The main processing surface is connecting holes and two end head size, more important for connecting the machined surface and the combination of cover and bolt hole position. In jig design and

5、 structural features for connecting smaller, should pay attention to the design review size of concrete structure clamp etc, can achieve the ideal requirements. Parts Mechanical manufacturing technology and equipment, we finished the graduation design is a professional study plans at the end of the

6、practice is very important to us, is the comprehensive use of basic courses, we learned the basic knowledge and skills to solve major problems within the scope of the engineering technology and a basic training. We finished the graduation design, but also cultivate our correct use of technical data,

7、 and relevant national standards, pictures etc, manual tool design calculation, data processing, compile technical documents, etc, but also for our ability to lay a solid foundation for the work, so we should treat the comprehensive ability of using the chance!Keywords： connecting ；deformation ；Proc

8、essing ；Fixture design目 录摘 要IAbstractII第 1 章 绪论3第 2 章 课题简介4第 3 章 设计内容53.1 零件的作用53.2 零件的工艺分析53.3 零件毛坯的选择53.4 零件的定位基准面的选择5第 4 章 制定加工工艺路线74.1 工艺路线方案（一）74.2 工艺路线方案（二）74.3 两种工艺路线的比较：8第 5 章 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定95.1 内孔加工95.2 上表面和前后表面的加工95.3 孔加工9第 6 章 确定切削用量及基本工时106.1 工序106.1.1 钻孔106.1.2 扩孔116.1.3 镗孔116.2 工序

9、126.3 工序136.4 工序146.5 工序156.6 工序156.7 工序X166.7.1 选择砂轮：166.7.2 钻孔176.7.3 切削工时：176.8 工序18第 7 章 夹具设计207.1 问题的提出207.2 定位误差分析217.2.1 定位元件尺寸及公差的确定217.3 夹具设计及操作简要说明22结 论24参考文献25致 谢26附录1 机械加工工序卡附录2 机械加工工艺卡 附录3 外文翻译附录4 外文文献 第 1 章 绪论 连杆是发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧

10、变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。 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。 连杆是把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动变为曲

11、轴回转运动，而连杆小端孔与活塞销相连。在工作中，受到拉压交变应力的作用，要求小端孔与活塞销能密切配合，以减少冲击和便于传热，对小端孔的尺寸精度，形位精度和表面粗糙度，要求比较高，此连杆生产类型为大批量生产，因此设计较好的加工工艺堆成将对连杆加工生产率的提高，保证加工质量起到良好的促进作用。第 2 章 课题简介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： 连杆体应经调质，处理，硬度为HB217293生产批量： 大批量生产零件数据： 见零件图 第 3 章 设计内容3.1 零件的作用 本零件的作用是用来连接和传递运动和动力的，且要求较高。3.2

12、 零件的工艺分析 浦东由零件图可知，主要加工表面有：（1）.尺寸55上表面 （2）.尺寸27左表面（3）.38的前后表面（4）.70的半圆孔（5）.基准面1（6）.基准面2（7）.基准面3各表面的相互位置精度要求有：（1）.孔210.2对尺寸55上表面的垂直度公差为0.05；（2）.70的同轴度公差为0.005；（3）.连杆体应该经过调质处理，硬度为HB226-271； 由上述可知，各加工表面以尺寸55上表面、38前后表面为主，有较高的尺寸精度和较高的相互位置尺寸精度要求，因此，拟订55上表面、38前后表面为主的工艺方案。为了保证各表面的相对位置精度要求，应以定位基准1、定位基准2、定位基准3

13、为定位基准，便于实现基准重合和基准统一。3.3 零件毛坯的选择零件材料为45刚，考虑到零件的经济性和综合性能要求，可选择铸件，可以保证加工精度要求。3.4 零件的定位基准面的选择 基准面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一，基准面选择的正确与否，可以使加工质量得到保证，使生产力得到提高，否则，不但加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批量报废，使生产无法正常进行。（1）.粗基准的选择 粗基准的选择要保证粗基准定位所加工出的精基准有较高的精度，通过精基准定位使后续各被加工表面具有较高的均匀的加工余量，并与非加工表面保持应有的相对位置精度。在确定粗基准时，要保证相对位置精度要求和加工

14、表面余量合理分配原则，在本零件中，先以基准面2为粗基准，加工18圆，然后加工20的表面，以18的孔和基准面1来加工70的上表面；在加工70的上表面时，要保证其表面的45度要求，在以此基础上，加工70的半圆孔，要注意70的同轴度公差要求，要保证足够的加工余量，然后对R13进行粗加工，在70的表面上钻俩个孔2-10.2，要保证两孔的轴线与70的上表面的垂直度。（2）.精基准的选择 选择精基准应考虑的主要问题是保证加工精度要求，特别是加工表面的相互位置精度要求，以及实现装夹的方便、可靠、准确，要考虑到基准重合原则，基准统一原则，互为基准原则，便于装夹原则。 在本零件中，我选择了基准面 2作为精基准，

15、以粗糙度要求为12.5来加工18的孔，在镗18孔的时候，要保证其加工精度要求，然后以18孔来加工55上表面，55上表面是精度要求较高的表面，其粗糙度值为0.8um，为了保证55上表面的精度，用铣刀对55上表面进行铣削加工；尺寸38的前后表面加工要求较高，粗糙度值为0.8um，也需要进行铣削加工；在对孔10.2进行第二次加工时，要保证10.2的轴线与55上表面的垂直度公差为0.05um，同时，也需要注意的是，在加工70的半圆孔时，要注意同轴度公差为0.05um，同时也需要对基准面1进行加工，但要求精度不高，在加工尺寸38前后表面时，其宽度在38.1538.25之间，在70的半圆上，有一个小槽，在

16、加工70时，也需要加工这个小槽，这样加工是为了便于实现基准重合和基准统一，从而保证了零件的加工质量，并使夹具的设计和制造简化！第 4 章 制定加工工艺路线拟订零件的加工路线是制定工艺规程的总体布局，主要任务是选择各表面的加工方法，及定位基准，确定加工顺序，各工序采用的机床设备和工艺装备等。该零件是大批量生产，可以采用机床配以专用夹具，并适当配置专用机床进行加工，工序以分散为主，某些工序可以适当集中应划分加工阶段，将粗加工和精加工分开；刀具和量具的选择可以专用的与适用的相结合。4.1 工艺路线方案（一） 如下： 工序 铸 调质热处理 铣20的端面 钻，精镗18的孔 粗铣55上表面 铣基准面1 钻

17、2-10.2的孔 镗2-10.2的 孔 粗铣38前后表面 精铣55上表面和38前后表面 镗70的半圆和半圆上的小槽 检查 该方案符合分散原则，能将零件按照图纸的技术要求加工出来，但经过仔细分析，该方案需要改进。 4.2 工艺路线方案（二） 如下： 工序 铸 调质热处理 钻18孔 扩18孔 铣20的平面 铣55上表面和38的前后表面 磨55上表面和38的前后表面 粗铣70的半圆和小槽，倒角 精铣70的半圆和小槽，倒角 钻2-10.2的 孔 镗2-10.2的 孔 检查4.3 两种工艺路线的比较：上述的两种加工工艺路线特点在于：第一种，由于工序分散加工比较繁琐，但是步骤紧凑； 第二种，由于在55上表

18、面和38的前后表面的精度用铣刀未必能够达到，在第二种方案中添加了磨这道工序，可以使零件的加工质量得到有效的保证。根据以上两种工艺路线方案的分析比较，可以从两个工艺路线方案中，结合成为一个较为合理的工艺路线方案，其具体工艺路线如下：工序 铸 调质热处理 钻.扩.镗18的孔 铣20的平面 精铣55上表面和38的前后表面 钻2-10.02 的孔 镗2-10.02 的孔 磨55上表面和38的前后表面 粗铣70的半圆 精铣70的半圆 检查第 5 章 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定连杆体零件的材料是55刚，硬度为HB226-271，为大批量生产，采用铸造的形式。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定

19、各加工表面机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸。5.1 内孔加工 18的加工钻孔17 扩孔17.85 镗孔18 2Z=1.5mm5.2 上表面和前后表面的加工 内尺寸55上表面和38的前后表面的加工(1) .按照,取加工精度后,铸件复杂系数S3,则三个表面的单边余量为2.03.0mm，取Z=2.0mm，铸件的公差按工艺手册，材质系数取M1，复杂系数为Sn1，则铸件的上偏差为+1.3mm，下偏差为-0.7。(2) .磨削余量：单边0.2mm，磨削的公差既零件的公差，为-0.1mm。(3) .铣削余量：铣削的公称余量（单边）为Z=2.0-0.2=1.8mm铣削公差: 规定本工序的加工精度为IT11级,

20、可知本工序的公差为-0.2mm。由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差，因此，所规定的 加工余量其实是其名义上的加工余量，实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。5.3 孔加工 210.2的加工 毛坯为实心，不冲出孔，参照工艺手册，来确定加工余量的分配：（1） .钻孔9.8（2） .镗孔10.2 所以 Z=0第 6 章 确定切削用量及基本工时6.1 工序 钻.扩.镗18的孔6.1.1 钻孔 钻18的孔 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩孔时，其进给量与切削速度，与钻同样尺寸的实心孔时的进给量，与切削速度之间的关系为： f=(1.2-1.8)f钻V=(12-13)V钻式中: f钻 V钻

21、加工实心孔时的切削用量现已知， f钻=0.56mm/r（切削手册） v钻=19.25mm/min（切削手册）并 f=1.35 f钻 =1.35*0.56=0.76 mm/r 按机床选取 f=0.76 mm/r v=0.4 v钻 =0.4*19.25 mm/r =7.7 mm/min ns=1000v/3.14D =1000*7.7/3.14*41=59r/min按机床选取nw=58 r/min所以实际切削速度为： V=3.14*41*58/1000=7.47m/min切削工时： l1=7mm l2=2 mm l=150 mm t=150+7+2/0.76*59=3.55 min6.1.2 扩孔

22、 扩18孔根据,查得扩孔扩18孔时的进给量,并根据机床规格选 f=1.24mm/r扩孔时的切削速度，根据其他有关资料，确定为： V=0.4 v钻其中v钻为用钻头钻同样的尺寸实心孔时的切削速度故 V=0.4*19.25=7.7r/min n=1000*7.7/3.14*43 =57r/min按机床选取： nw=58 r/min切削工时： l1=3mm l2=1.5 mm t=150+3+1.5/58*1.24 =2.14min6.1.3 镗孔 镗18的孔 机床： CA6140夹具： 专用夹具刀具： 镗刀量具： 塞规切削用量： ap=18-17.5/2=0.25mm f=0.2mm/r Vs=15

23、m/min ns=1000*15/3.14*18=265r/min根据机床选取： n=270r/min v=3.14*18*450/1000=25.4m/min切削工时： L=l+l1+l2=55mm T1=55/0.2*450 =0.6min6.2 工序 铣20的平面 fz=0.08mm/齿切削速度：参考有关手册，确定： V=0.45m/s=27m/min采用高速刚镶齿三面刃铣刀 dw=225mm 齿数Z=20 则 ns=1000V/3.14 dw=1000*27/3.14*225=38r/min现采用X63卧式铣床，根据使用说明书取 nw=37.5r/min故实际切削速度为： V=3.14

24、 dw nw/1000=3.14*225*37.5/1000 =26.5m/min当 nw=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量fw应为： fw=fzz/ nw=0.08*20*37.5 =60mm/min6.3 工序 精铣55上表面和38的前后表面在精铣55上表面和38的前后表面时，需要保证尺寸38。所以选 fz=0.05mm/齿(参考切削手册)切削速度： V=0.65m/s=39m/min(参考切削手册)采用高速刚镶齿三面刃铣刀dw=225mm 齿数Z=20 则 ns=1000V/3.14 dw =1000*39/3.14*225=55.2 r/min现采用X63卧式铣床，根据使用说

25、明书取 nw=56r/min故实际切削速度为： V=3.14 dw nw/1000=3.14*225*56/1000=39.564m/min当 nw=56r/min时，工作台的每分钟进给量fw应为： fm=fzz/ nw=0.08*20*56=56mm/min查资料：刚好有fm=56mm/min，故选用该值。切削工时：由于是精铣，整个铣刀要铣过整个工件，利用作图法，可得出铣刀的行程： L=l+l1+l2=105mm则机动工时为： tm= l+l1+l2 /fm=105/56=1.875min6.4 工序 钻2-10.02 的孔在钻10.2时，应保证两孔的中心距和与70的垂直度。确定进给量f：

26、根据切削手册表2.7，当刚的刚度800Mpa d0=10.2时f=0.390.47mm/r由于本零件在加工70.2时，孔属于低刚度零件故进给量*系数0.75则f=(0.390.47)*0.75 =0.290.35mm/r根据双轴钻床说明书取f=0.25mm/r切削速度：V=1.8m/min 所以ns=1000V/3.14 dw=1000*18/3.14*25=229r/min根据机床说明书取nw=195r/min 故实际切削速度为： V=3.14 dw nw/1000=3.14*225*195/1000=137.76m/min切削工时： L=l+l1+l2=45mm Tm1= l+l1+l2

27、/fnw =45/195*0.25=0.92min6.5 工序 镗2-10.02 的孔在镗210.2孔时，要保证210.2孔的粗糙度为6.3um。选用机床： T740金刚镗床单边余量： Z=0.1mm，一次镗去余量0.1mm进给量： f=0.1mm/r根据有关手册，确定镗床的切削速度为： V=1000m/min则nw=1000V/3.14D=1000*100/3.14*10.2=3122.268r/min由于T740镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时的使用的转速。切削工时： 当加工一个孔时 l1=15mm l2=5mm l=25mm t=25+15+5/3122*0.1=0.14

28、min所以 加工两个孔时的机动时间为： t=0.14*2=0.28min6.6 工序 粗铣70的半圆 fz=0.08mm/齿（参考切削手册表3-3）切削速度： 参考有关手册来确定： V=0.45m/s=27m/min采用高速刚镶齿三面刃铣刀 dw=225mm 齿数z=20 则 ns=1000V/3.14 dw =1000*27/3.14*225 =38r/min现采用X63卧式铣床，根据使用说明书取 nw=37.5r/min故实际切削速度为： V=3.14 dw nw/1000 =3.14*225*37.5/1000 =26.5m/min当 nw=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量fw

29、应为： fw=fzz nw=0.08*20*37.5 =60mm/min查资料：刚好有fm=60mm/min，故选用该值。 切削工时：由于是粗铣，整个铣刀不要铣过整个工件，利用作图法，可得出铣刀的行程： L=l+l1+l2=105mm则机动工时为： tm= l+l1+l2 /fm=105/60=1.875min 6.7 工序X 磨55上表面和38的前后表面 在加工此程序时，要保证38的尺寸。6.7.1 选择砂轮：见工艺手册第三章中磨料的选择表，结果为： WA46KV6P350*40*127其含义为： 砂轮磨料为白刚玉，粒度为46号，硬度为中软1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为： 3

30、50*40*127（D*B*d）6.7.2 钻孔钻18的孔根据切削用量的选择砂轮的转速n砂=1500r/min(见机床说明书) V砂=27.5m/s轴向进给量： fa= 0.5B=20mm（双行程）工件速度： vw= 10m/min径向进给量：fr=0.015mm/双行程6.7.3 切削工时：当加工1个表面时： t1=2L62bk/1000v fa fr(见工艺手册表6.2-8)式中 L加工长度96mm B加工宽度38mm Z单面加工余量0.2mm K系数1.10 V工作台移动速度m/min fa工作台往返一次砂轮轴向进给量mm fr工作台往返一次砂轮径向进给量mm所以 t1 =2*96*38

31、*1.1/1000*10*20*0.015 =2.67min当加工两个端面时tm=2.67*2=5.34min 6.8 工序 精铣70的半圆在精铣70的半圆时，要保证与2-10.2的孔的轴线的垂直度，保证其公差带要求。在所选的铣刀为立铣刀，有34个刀齿组成。根据切削手册表3-3： fz=0.05m/齿切削速度： 参考有关资料，确定 V=0.56m/s=33.6m/min Dw225mm Z=4则 ns=1000V/3.14 dw =1000*33.6/3.14*225=47.5r/min现采用X63卧式铣床，根据使用说明书取 nw=47r/min故实际切削速度为： V=3.14 dw nw/1

32、000 =3.14*225*47/1000 =32.2m/min当 nw=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量fw应为： fw=fzz nw=0.05*4*47=9.4mm/min切削工时： tm= l+l1+l2 /fm=70/9.4 =7.44min第 7 章 夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经讨论，决定将设计第道工序钻2-10.2的钻床夹具，本夹具将用于双轴钻床。7.1 问题的提出本夹具主要用于2-10.2孔，70半圆孔对于两个孔2-10.2都有一定的技术要求，但在加工本工序时，两孔尚未加工，而且这两个端面在工序时还要进行加工，因此，在本

33、工序加工时，主要应该考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度则不是问题。 切削力及夹紧力的计算 1 .定位基准的选择 由零件图可知，70对2-10.2有垂直度要求，其设计基准为2-10.2的中心线，为了使定位误差为零，应该选择以两个10.2的孔为定位的自动定心夹具，但这种自动定心夹具在结构上过于复杂，因此，这这是只选用10.2两孔为主要定位基面。 为了提高加工效率，为了缩短辅助时间，准备用气动夹紧。2 .切削力及夹紧力的计算 刀具： 采用硬质合金钻头 F=CfapXFfzaeUYfz/d0qfnWf（见切削手册表3-28）其中 Cf=650 Ap=3.1mm XF=1.0 fz=0.08mm

34、d0=225mm Wf=0 Ae=40（在加工面上测量近似值） Uf=0.86 Qf=0.86 Z=20 Yf=0.72所以F=650*3.1*0.08*40*20/225 =1456N 在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数 K=K1*K2*K3*K4其中K1： 基本安全系数 1.5K2： 加工安全系数 1.1K3： 刀具钝化系数 1.1K4： 断续切削系数 1.1所以 F=KFH =1.5*1.1*1.1*1.1*1456= 2906.904N选用汽缸斜锲加紧机构，锲角a=10，其结构形式选用型，则扩力比I=3.42,故由汽缸产生的实际夹紧力为：N汽=3900i=39003.42

35、=13338N此时N汽所需要5813.808N的夹紧力，故本来夹具可安全工作。7.2 定位误差分析7.2.1 定位元件尺寸及公差的确定 夹具的主要定位元件为10.2两孔，该定位10.2两孔的尺寸与公差规定为本零件在工作时应该有的公差。 计算70+00.019的孔外端面铣加工后与两孔210.2的最大垂直度误差。零件两孔与70+00.019的最大间隙为max=+0.019-0=0.019mm当定位孔的共度取100mm时，则上述间隙引起的最大倾角为0.019/100，此即为由于定位而引起的70+00.019 的半圆端对两孔中心线而不起最大垂直度误差。由70+00.019 孔要进行精加工，故上述垂直度误差可以允许。7.3 夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应注意提高该产品的生产率，为此，应该先着眼于机动夹紧而不