1、连杆的机械加工工艺及夹具设计含图纸课程设计说明书 课程设计题目：连杆的机械加工工艺及夹具设计 （教务处制表）连杆加工说明书一、绪论- -31.1 本课题的意义、目的- 31.2 机械制造工艺在国内的发展概况- 31.3 机械制造工艺在国外的发展概况- 31.4 机床夹具的定义及发展趋势- 31.4.1 机床夹具的定义- 31.4.2 机床夹具的发展趋势- 3 1.5本课题应解决的主要问题及技术要求- 4 1.5.1本课题的主要问题- 4 1.5.2本课题的技术要求- 4二、零件的工艺分析- 42.1零件的作用- 42.2零件的工艺分析- 4三、工艺规程的设计- 63.1 确定毛坯的制造形式-
2、63.2 基准的选择- 63.2.1 粗基准的选择- 63.2.2 精基准的选择- 63.3 工艺路线的拟定及工艺方案的分析与比较- 63.3.1 工艺路线的拟定- 63.3.2 工艺方案的比较与分析- 63.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定- 73.4.1 毛坯尺寸的确定，画毛坯图- 73.4.2 加工两凸面- 83.4.3 钻7.94mm孔- 83.4.4 钻3.7mm孔- 83.4.5 加工1mm槽面- 83.4.6 钻3.5mm螺纹孔- 83.4.7 钻2.5mm孔- 93.4.8 时间定额计算- 9四、夹具设计-10 4.1精铣连杆两端面的夹具设计-1041.1铣床夹具定位
3、方案的确定-104.1.2 铣床夹具的夹紧机构的确定-114.1.3铣床夹具对刀装置的确定-114.1.4 铣床夹具的结构分析-11五、总结- 13六、参考文献- 14一、绪论1.1 本课题的意义、目的机械制造业是一个古老而永远充满生命力的行业。随着现代工业的发展，对机械产品的要求越来越高，机械制造工艺也在日新月异地发展。资料表明，优秀的工艺工程师在发达国家十分稀缺，因为培养工艺工程师需要长时间的磨练，不可能一蹴而就。这次课程设计，就是旨在进行一次大练兵。当然，不可能期望通过一次课程设计就成为合格的工程师，但起码可以籍此踏入机械制造与自动化专业的门槛。1.2 机械制造工艺在国内的发展概况随着我
4、国装备制造业的发展，特别是结合国家重大装备研制与技术引进、技术改造，制造业总体工艺水平和综合制造能力得到了新的提高。我国已掌握了一批重大装备的成套制造工艺技术，对规模制造产品，能较快地形成规模化、集成化的工艺结构与制造能力，装备制造业的机床数控化率有了较大的提高，产品装配工艺有新的突破，在铸造、锻压、热处理、电镀等行业普遍推行专业化生产，涌现出许多较高水平的工艺创新成果。我国机械制造工艺虽然取得了长足进步，但与发达国家先进工艺相比，在技术方面还存在着相当大的差距，主要表现在“两低”、“两高”。“两低”：一是产品零件精度低，二是生产效率低；“两高”：一是工艺消耗高，二是环境污染大。我国机械制造业
5、正面临着一个快速发展的重大机遇。针对如何抓住机遇快速发展问题，原机械工业部副部长、中国机械制造工艺协会高级顾问陆燕荪认为核心问题是产业结构的调整。1.3 机械制造工艺在国外的发展概况进入21世纪，发达国家把机械制造工艺置于更为优先发展的重要地位，机械制造工艺的基础地位毫不动摇。机械制造工艺位居工业的核心地位，担负着为国民经济发展和国防建设提供技术装备的重任，是工业化国家的主导产业。工业发达国家不断加大对机械制造工艺的研发投入，持续加强核心技术创新，增强高技术在机械制造工艺发展中的影响力和渗透力，从而更加凸显了现代机械制造工艺对于推动产业技术升级和国民经济发展的重要性。极端制造技术将成为制造技术
6、发展的重要领域。极端制造是指在极端条件下，制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统，集中体现在微细制造、超精密制造和巨系统制造。不断提升系统设计、成套制造的能力，是机械制造工艺的重要发展方向。不断强化系统设计、成套制造的能力，是国际机械制造工艺的一个重要发展方向。在机械制造工艺的发展过程中，各国越来越重视以保护环境和提高生活质量为核心的产品开发、生产流程和作业。产业集群成为培育产业竞争力的重要基础性环节。20世纪90年代以来，全球机械制造工艺的集群化趋势不断发展。1.4 机床夹具的定义及发展趋势1.4.1 机床夹具的定义在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的
7、装置，都可统称为“夹具”。机床夹具为机床的一种附加装置，安装工件后使之获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。1.4.2 机床夹具的发展趋势夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和
8、生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。它主要表现在以下几个方面：A.加强机床夹具的三化工作：为了加速新产品的投产，简化设计工作，加速工艺装备的准备工作，以获得良好的技术经济效果，必须重视机床夹具的标准化，系列化和通用化工作。B.大力研制推广实用新型机床夹具：在单件，小批生产或新产品试制中，应推广使用组合夹具和半组合夹具。在多品种，中小批生产中，应大力推广使用可调夹具，尤其是成组夹具。C.提高夹具的机械化，自动化水平：近十几年来，高效，自动化夹具得到了迅速的发展。主要原因是：一方面是由于数控机床，组合机床
9、及其它高效自动化机床的出现，要求夹具能适应机床的要求，才能更好的发挥机床的作用1.5 本课题应解决的主要问题及技术要求1.5.1 本课题的主要问题连杆零件的机加工工艺、工装设计。1.5.2 本课题的技术要求A.连杆应按经规定程序批准的产品图样及技术文件制造；B.连杆不加工表面应光洁，不允许有裂纹、折叠、折痕、结疤、氧化皮及因金属未充满锻模而产生的缺陷；杆身部位不允许有切边拉伤；C.铸件有倾斜的部位、其尺寸公差带应沿倾斜面对称配置；D.连杆应采用灰铸铁HT200(一般为：2.6%3.6% C,1.2%3.0% Si,0.4%1.2% Mn,0.3% P,0.15% S；高强度铸铁，硬度163-2
10、55 HBS)制造。同一连杆上的硬度差应不大于35 HBS；E.铸件应清除浇冒口、飞刺等。非加工表面上的浇冒口残留量要铲平、磨光，达到表面质量要求。铸件非加工表面的粗糙度，砂型铸造R，不大于50m；F.零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷；G.铸件非加工表面上的铸字和标志应清晰可辨，位置和字体应符合图样要求；H.未注形状公差应符合GB1184-2000；未标注尺寸公差应该按照 GB/T1804-m。二、零件的工艺分析2.1零件的作用此连杆可用于许多地方，与其他连杆机构结合。连杆的功能决定了它既是传力构件，又是运动件，可以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
11、燃气压力传给曲轴。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。7.94mm为配合面，有较高精度。2.2零件的工艺分析该零件是属于连杆机构，形状不规则，尺寸精度、形位精度要求不高，零件的主要技术要求分析如下：（见附图1）A.两个7.94mm孔的孔面平行度应为100:0.1；B.7.94mm孔与外圆之间的同轴度为0.006；C.主要保证连杆能正确的与其他零件配
12、合，因此必须保证7.94mm，还有上下二孔之间的中心线距离39.50.1mm；D.铸件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及刚度，在外力的作用下，不致于发生意外事故。附图1三、工艺规程的设计3.1 确定毛坯的制造形式由于零件的结构不是很复杂，又是薄壁件，所以采用金属型铸造。工件材料为HT200(灰铸铁)，毛坯的尺寸精度要求为IT 78级。3.2 基准的选择根据零件图纸及零件的使用情况分析，知7.94mm孔，2.5mm孔，3.7mm孔，3.5mm螺纹孔，1mm槽等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。3.2.1 粗基准的选择按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面的和
13、加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择杆壁左侧（无凸出）为第一毛基准；在加工7.94mm孔时，为保证孔壁均匀，选择12mm的外圆表面为第二毛基准。3.2.2 精基准的选择在7.94mm两孔加工以后，各工序则以该孔为定位精基准。这样就满足了基准重合的原则和互为基准的原则。在加工某些表面时，可能会出现基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。3.3 工艺路线的拟定及工艺方案的分析与比较3.3.1 工艺路线的拟定为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。由于生产纲领为大量生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率
14、和减少机床数量，使生产成本下降。工艺路线方案一：热处理时效，整形工序：1.同时铣2-12的一端面2.同时铣2-12的另一端面3.粗铣2-12至2-104.精铣2-10一端面5.精铣2-10另一端面6.钻扩铰2-7.94孔7.倒角8.钻M3.5底孔，扩孔至3.79.铣1mm槽10.加工螺纹M3.511.钻2.5孔12.去毛刺13.检验工艺路线方案二：热处理时效，整形工序：1.钻孔，扩至2-7.942.拉孔3.铣大头，定位凸台4.夹外圆粗、精车内孔及其端面2-7.945.倒角6.以内孔为基准铣下端面7.工件装夹在工装上，铣上端面8.钻2.5孔9.去毛刺10.铣1mm槽11.钻3.7孔，加工螺纹M3
15、.512.去毛刺13.检验3.3.2 工艺方案的比较与分析方案一是先加工铸件两侧的四个端面，再在钻床上加工出孔。因为同一侧的两个端面一次铣出，可以有很好的平行度，然后再以端面定位，用滑注钻模的钻套定中心，用钻模板直接压紧，也得到很好的孔与端面的垂直度，并且是先钻M3.5再扩孔至3.7。方案二是先钻两头的孔，其次在粗精车端面，用车削的方法,在车端面的同时将孔一并完成，这样也可以较好的保证孔与端面的垂直度。后面的工序均以孔及端面定位，故基准是重合的，两方案在这点是相同的。选择方案时考虑到零件的大量生产，工厂的具体条件和加工简便等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等。所以本次设计我们选择方案一。毛坯
16、为铸铁件，清理后退火处理，以消除铸件的内应力及改善机械加工性能。在毛坯车间初步加工，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。所以工序为：热处理时效1.整形2.同时铣2-12的一端面3.同时铣2-12的另一端面4.粗铣4-12至4-105.精铣2-10一端面6.精铣2-10另一端面7.钻扩铰2-7.94孔8.倒角2-7.94孔9.钻M3.5底孔，扩孔至3.710.铣1mm槽11.加工螺纹M3.512.钻2.5孔13.去毛刺14.检验根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。附表1：机械加工工艺过程卡；附表215：机械加工工序卡。3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定3.4
17、.1 毛坯尺寸的确定，画毛坯图此连杆材料为HT200(灰铸铁)。由于产品的形状简单，生产纲领是大量生产，所以毛坯选用金属型铸造。毛坯铸出后应进行时效处理，以消除铸件在铸造过程中产生的内应力，减少工件的变形。由文献表2-1，该种铸件的尺寸公差等级CT为810，加工余量等级RMA为F级。故取CT为9级，RMA为F级。 由文献表2-6可用查表法确定各表面的总余量，但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。 由文献表2-3可查出铸件主要尺寸的公差，现将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如附表16所示：主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT14两端面1槽面7.
18、94的端面51.51143+31+12+257.5318211.6 附表16 主要毛坯尺寸及公差 (mm)由此，即可绘制出零件的毛坯图(见附图2)：附图23.4.2 加工凸面凸面由粗铣、精铣两次加工完成，采用三面刃圆盘铣刀（高速钢），铣刀的规格为12513.5。 由文献表2-4，查得精加工余量为0.5mm，由于两凸面较小，根据实际情况将其调整为0.35，故其粗加工余量为(2.75-0.35)mm=2.4mm。 由文献表2.4-73，取粗铣的每齿进给量为0.2mm/z，取精铣的每转进给量为0.5mm/r，粗铣走刀一次p=2.4mm，精铣走刀一次p=0.35mm。由文献表3.1-74，取粗、精铣的
19、主轴转速分别为150r/min和300r/min，又由前面选定的刀具直径125mm，故相应的切削速度分别为：粗=Dn/1000=125150/1000m/min=58.9 m/min精=Dn/1000=125300/1000m/min=117.8 m/min校核机床的功率（只需校核粗加工即可） 由文献表2.4-96，得切削功率Pm为：Pm=92.410-5dpZnKpm取Z=16，n=150/60=2.5r/s，e =18mm，f =0.2mm/z，ap=2.4mm，而Kpm=KvKFZ由文献表2.4-94可知Kv=1，KFZ=1，故Kpm=1，所以Pm=92.410-51250.14180.
20、860.20.722.4162.51kW=0.66KW其所耗功率小于机床功率，故可用。3.4.3 钻7.94mm孔采用直径为7.94mm的高速钢钻头加工，尺寸39.50.1mm由钻模保证。由文献表2.4-38，取进给量f=0.3mm/r，由文献表2.4-41，用插入法求得钻7.94mm孔的切削速度为=0.457m/s=27.42m/min，由此算出转速为n=1000/D=100027.42/7.94 r/min =1099r/min按机床实际转速取n=1100 r/min，则实际切削速度为：=Dn/1000=7.941100/1000 r/min =27.42m/min3.4.4 钻3.7mm
21、孔采用直径为3.7mm的高速钢钻头加工，尺寸8mm由钻模保证。由文献表2.4-38，取进给量f=0.3mm/r，由文献表2.4-41，用插入法求得钻3.7mm孔的切削速度为=0.227m/s=13.62m/min，由此算出转速为：n=1000/D=100013.62/3.7 r/min =1172r/min按机床实际转速取n=1200 r/min，则实际切削速度为：=Dn/1000=3.71200/1000 r/min =13.94m/min3.4.5 加工1mm槽面1mm的槽面可用变速钢三面刃铣刀加工，由前定余量为1mm故可一次铣出，铣刀规格为12012。由文献表2.4-73，取每齿进给量为
22、0.15mm/z，p=2mm；由文献表3.1-74，取主轴转速为190r/min，则相应的切削速度为=Dn/1000=120190/1000m/min=71.59 m/min3.4.6 钻3.5mm螺纹孔采用直径为3.5mm的高速钢钻头加工，尺寸30由钻模保证。由文献表2.4-38，取进给量f=0.3mm/r，由文献表2.4-41，用插入法求得钻3.5mm孔的切削速度为=0.32m/s=19.52m/min，由此算出转速为n=1000/D=100019.52/3.5 r/min =1776r/min按机床实际转速取n=1800 r/min，则实际切削速度为：=Dn/1000=3.51800/1
23、000 m/min =19.78m/min3.4.7 钻2.5mm孔采用直径为2.5mm的高速钢钻头加工，尺寸30由钻模保证。由文献表2.4-38，取进给量f=0.3mm/r，由文献表2.4-41，用插入法求得钻2.5mm孔的切削速度为=0.225m/s=13.5m/min，由此算出转速为n=1000/D=100013.5/2.5 r/min =1720r/min按机床实际转速取n=1700 r/min，则实际切削速度为：=Dn/1000=2.51700/1000 r/min =13.35m/min3.4.8 时间定额计算根据设计要求，现计算其中一道工序，以钻2.5mm孔为例，计算其时间定额：A. 机动时间由文献表2.5-7得钻孔的计算公式为t=（l+l1+l2）/fn式中 l1=（D/2）cotKy+（12），l2=14，这里取3，l=12，l2=2，f=0.3，n=1700，l1=（2.5/2）cot（30/2）+1=2.2所以t=（12+2.2+3）/0.31700 min =0.0337minTb=2t=20.0337 min =0.0674minB. 辅助时间由文献表2.5-41确定开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 清除铁屑 0.04min 卡尺测量 0.10m
