机械制造技术课程设计-连杆体加工工艺及钻2-φ12孔夹具设计（全套图纸）(13页).doc

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1、-机械制造技术课程设计-连杆体加工工艺及钻2-12孔夹具设计（全套图纸）-第 13 页目录第一章 柴油机连杆的加工工艺21.1 柴油机连杆的用途及其特点21.2连杆的的材料及毛坯制造21.3连杆的加工工艺过程31.4 连杆的加工工艺过程分析41.4.1 定位基准的选择41.4.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排51.4.3 确定合理的夹紧方法51.4.4 连杆主要面的加工方法61.4.5 连杆主要孔的加工方法61.4.6 连杆体与连杆盖的铣开工序71.5夹具使用71.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差71.6.1 确定加工余量71.6.2确定工序尺寸及其公差81.7 各项加工数据的计

2、算81.8 连杆的检验121.8.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度131.8.2 检查主要表面的尺寸精度131.8.3检验主要表面的位置精度131.8.4 连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验13第二章 工装设计142.1 夹具设计142.1.1夹具的问题注意142.1.2 夹具设计14参考文献:致 谢21第一章 柴油机连杆的加工工艺1.1 柴油机连杆的用途及其特点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

3、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。全套图纸，加153893706在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部

4、件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度

5、；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。1.2连杆的的材料及毛坯制造连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材

6、料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。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。1.3

7、连杆的加工工艺过程由上述技术条件的分析可知，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。(连杆机械加工工艺过程见加工工艺卡片)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连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。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

8、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，以及轴瓦锁口槽的加工等；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。1.4 连杆的加工工艺过程分析1.4.1 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

9、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。具体的办法是，如图1所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不图1连杆的定位方向与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑）。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销”。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。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。由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加

10、工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。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。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身

11、以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。1.4.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排由于连杆本身的刚性差，切学加工时产生的残余应力，易产生变形。因此，在安排工艺过程时，应把各主要表面的的粗，精加工工序分开。这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修；半精加工

12、中产生的形变可以在精加工中得到修正，最终达到零件的技术要求。再工序安排上先加工定位基准，如端面加工的铣、磨工序防在加工过程的前面，然后再加工孔，符合符合先面后孔的加工工序安装原则。连杆工艺加工过程可分为以下几个方面：1）粗加工阶段粗加工阶段也是连杆体和连杆盖合之前的加工阶段：基准面的加工，包括辅助基准面加工：准备连杆体及连杆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连杆盖合并之后的加工，如精磨两平面，半精镗大头孔及孔口倒角等。总之是为精加工大、小头孔做准备的阶段。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、小头孔全部达到图样要求的阶段，如珩磨大

13、头孔，精镗小头活塞销轴承孔。1.4.3 确定合理的夹紧方法既然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

14、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。1.4.4 连杆主要面的加工方法采用粗铣、精铣工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度，这种方法的生产率较高。以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。1.4.5 连杆主要孔的加工方法连杆大、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、铰两道工序。钻时

15、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。小头孔在钻、铰后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。大头孔经过扩、粗镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为1.6m，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。连杆的螺栓孔经过钻、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

16、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。1.4.6 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0.02 mm,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。1.5夹具使用应具备

17、适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制7个自由度（其是长圆柱销限制4个，长菱形销限制2个）。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。1.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差1.6.1 确定加工余量 用查表法确定机械加工余量：（根据机械加工工艺手册第一卷 表3.225 表3

18、.226 表3.227）（1）、平面加工的工序余量（mm） 单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯54812.5粗铣4.4IT12()43.6()12.5精铣0.6IT10()43()3.2 则连杆两端面总的加工余量为： A总= =（A粗铣+A精铣+A粗磨+A精磨）2=（1.5+0.6+0.3+0.1）2=mm（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=43+=mm 1.6.2确定工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229 表234）1）、大头孔各工序尺寸及其公差（锻造出来的大头孔为81 mm）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸极限尺寸表面粗糙度精镗0.481+

19、0.021/ 0811.6粗镗280.680.612.5扩孔578.678.62）、小头孔各工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229表230）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗0.21.6铰0.26.4钻钻至12.51.7 各项加工数据的计算1、 加工小头孔(1) 钻小头孔 选用钻床Z3080 根据机械制造工艺设计手册表2.438(41)选取数据钻头直径D = 19.6 mm 切削速度V = 0.99 mm切削深度ap = 10 mm 进给量f = 0.12 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 945 r/min根据表3.130

20、 按机床选取n = 1000 r/min则实际钻削速度V = Dn/（100060） = 1.04 m/s (2) 铰小头孔 选用钻床Z3080根据机械制造工艺设计手册表2.481选取数据铰刀直径D = 30 mm 切削速度V = 0.22 m/s切削深度ap = 0.10 mm 进给量f = 0.8 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 140 r/min根据表3.131 按机床选取n = 200 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.32 m/s 2 、铣大头两侧面 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.477(88)选取数据铣刀直径D = 20

21、mm 切削速度V = 0.64 m/s铣刀齿数Z = 3 切削深度ap = 2.5 mm af = 0.10 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 611 r/min根据表3.174 按机床选取n=750 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.78 m/s 3 、铣开连杆体和盖 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.479(90)选取数据铣刀直径D = 63 mm 切削速度V = 0.34 m/s切削宽度ae = 3 mm 铣刀齿数Z = 24 切削深度ap = 2 mm af = 0.015 mm/r d = 40 mm 则主轴转速n = 1000v

22、/D = 103 r/min根据表3.174 按机床选取n=750 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.47 m/s 4 粗锪连杆两螺栓底面 选用钻床Z3025根据机械制造工艺设计手册表2.467选取数据锪刀直径D = 28 mm 切削速度V = 0.2 m/s锪刀齿数Z = 6 切削深度ap = 3 mm 进给量f = 0.10 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 50.9 r/min根据表3.130 按机床选取n = 750 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.94 m/s 5 铣15槽 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计

23、手册表2.490选取数据铣刀直径D = 63 mm 切削速度V = 0.31 m/s铣刀齿数Z = 24 切削深度ap = 2 mm 切削宽度ae = 0.5 mm af = 0.02 mm/r 则主轴转速n = 1000v/D = 94 r/min根据表3.174 按机床选取n=100 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.33 m/s 6 磨结合面 选用磨床M7130根据机械制造工艺设计手册表2.4170选取数据砂轮直径D = 40 mm 切削速度V = 0.330 m/s 切削深度ap = 0.1 mm 进给量fr0 = 0.006 mm/r则主轴转速n = 1

24、000v/D = 157 r/min根据表3.148 按机床选取n = 100 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.20 m/s 7 、磨连杆盖结合面 选用磨床M7350根据机械制造工艺设计手册表2.4170选取数据砂轮直径D = 40 mm 切削速度V = 0.330 m/s 切削深度ap = 0.1 mm 进给量fr0 = 0.006 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 157 r/min根据表3.148 按机床选取n = 100 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.20 m/s 8 钻铰螺栓孔 选用钻床Z3025a)钻铰螺

25、栓孔根据机械制造工艺设计手册表2.438（41）选取数据切削速度V = 0.99 m/s 切削深度ap = 5 mm进给量f = 0.08 mm/r 钻头直径D = 11.8 mm则主轴转速n = 1000v/D = 1910 r/min根据表3.130 按机床选取n = 910 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 0.99 m/sb）铰螺栓孔 根据机械制造工艺设计手册表2.481选取数据铰刀直径D = 12 mm 切削速度V = 0.22 m/s切削深度ap = 0.10 mm 进给量f = 0.2 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 140 r/min根据

26、表3.131 按机床选取n = 200 r/min则实际切削速度V =Dn/（100060） = 0.127 m/s (3) 从连杆盖上方给螺栓孔口倒角根据机械制造工艺设计手册表2.467选取数据切削速度V = 0.2 m/s 切削深度ap = 3 mm 进给量f = 0.10 mm/r Z = 8 根据表3.130 按机床选取n = 750 r/min9 、粗镗大头孔 选用镗床T618根据机械制造工艺设计手册表2.466选取数据镗刀直径D = 80.6 mm 切削速度V = 0.16 m/s进给量f = 0.30 mm/r 切削深度ap = 3.0 mm 则主轴转速n = 000v/D =

27、47 r/min根据表3.141 按机床选取n = 800 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.72 m/s 10 、大头孔两端倒角 选用机床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.467选取数据切削速度V = 0.2 m/s 切削深度ap = 3 mm进给量f = 0.10 mm/r Z = 8 根据表3.130 按机床选取n = 750 r/min11、精磨大头两平面（先标记朝上） 选用磨床M7130根据机械制造工艺设计手册表2.4170选取数据切削速度V = 0.413 m/s 切削深度ap = 0.10 mm 进给量f = 0.006 mm/r 12 、精镗小

28、头孔 选用镗床T2115（2）根据机械制造工艺设计手册表2.466选取数据镗刀直径D = 16 mm 切削速度V = 3.18 m/s进给量f = 0.10 mm/r 切削深度ap = 1.0 mm根据表3.139 按机床选取n = 2000 r/min13 、精镗大头孔 选用镗床T2115根据机械制造工艺设计手册表2.466选取数据镗刀直径D = 65.4 mm 切削速度V = 0.20 m/s进给量f = 0.2 mm/r 切削深度ap = 1 mm根据表3.139 按机床选取n = 1000 r/min14 、小头孔两端倒角 选用机床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.467选取数据切

29、削速度V = 0.2 m/s 切削深度ap = 3 mm 进给量f = 0.10 mm/r Z = 8 根据表3.130 按机床选取n = 750 r/min1.8 连杆的检验连杆在机械加工中要进行中间检验，加工完毕后要进行最终检验，检验项目按图纸上的技术要求进行。1.8.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度1.8.2 检查主要表面的尺寸精度用量缸表，在大头孔内分三个断面测量其内径，每个断面测量两个方向，三个断面测量的最大值与最小值之差的一半即圆柱度。1.8.3检验主要表面的位置精度 其中大，小头孔轴心线在两个互相平行垂直的方向的平行度用专用量具进行检测。1.8.4 连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验

30、制做专用垂直度检验心轴，其检测心轴直径公差，分三个尺寸段制做，配以不同公差的螺钉，检查其接触面积，一般在90%以上为合格，或配用塞尺检测，塞尺厚度的一半为垂直度公差值。第二章 工装设计2.1 钻2-12.5孔夹具设计由连杆工作图可知，工件材料为T450-10，年产量20万件。根据设计任务的要求，需设计一套钻2-12.5孔夹具，刀具为高速麻花钻。2.1.1夹具的问题注意本夹具主要作来钻2-12.5孔，2-12.5与大头孔轴心线有尺寸精度要求，剖分面与螺栓孔有垂直度要求和剖分面的平面度要求。由于本工序是主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。2.1.2 夹具设计1) 定位基准的选择由零件图可知，在铣剖分面之前，连杆的两个端面、小头孔及大头孔的