設計連桿蓋零件的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備.doc

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目 錄 序言：設計目的………………………………………… 1 一、零件的分析………………………………………… 1 1、零件的作用 2、零件的工藝分析 二、確定毛坯，畫毛坯——零件合圖………………… 4 1、選擇毛坯 2、確定機械加工余量，毛坯尺寸和公差 3、零件的毛坯圖（如附圖二所示） 三、工藝規(guī)程設計……………………………………… 6 1、定位基準的選擇 2、零件表面加工方法的選擇 3、制定工藝路線 四、加工工序設計…………………………………… 8 1、選擇加工設備及工藝裝備 2、確定工序尺寸 五、確定切削用量及基本時間 ………………………9 1、時間定額計算 六、夾具設計………………………………………… 9 1、確定設計方案 2、計算夾緊力 3、定位精度分析 參考文獻 設 計 目 的 本次課程設計的目的在于：1.培養(yǎng)學生解決機械加工工藝問題的能力。通過課程設計，熟練運用機械制造技術基礎課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸的確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量，初步具備設計一個中等復雜程度零件的工藝規(guī)程的能力。2.提高結構設計能力。學生通過訓練，能根據(jù)被加工零件的加工要求，選擇高效、省力、經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的夾具，提高結構設計能力。3.培養(yǎng)學生熟悉并運用有關手冊、規(guī)范、圖表等技術資料的能力。4.進一步培養(yǎng)學生識圖、制圖、運算和編寫技術文件等基本技能。 一、零件的分析 1、零件的作用 連桿蓋零件，是汽車上的動力連接裝置中的主要零件。ф20孔與動力源配合起定心作用。用ф81mm的半圓將動力傳至輸出裝置。 零件的工藝分析 此零件為連桿蓋合件之二-連桿蓋，連桿蓋的視圖完整，尺寸、公差及技術要求齊全。此零件形狀結構較為簡單，零件各表面的加工并不困難，但是基準孔81+0.021 0mm以及小頭孔要求表面粗糙度Ra1.6ｍ偏高。基本思路為先加工大頭孔再以其為基準來加工小頭孔。在小頭孔中間的大的溝槽需要用R67mm具去加工，同樣在加工大頭孔內(nèi)表面的溝槽時也要用特殊的R25mm的刀具去加工。此外還應該注意： 1.該連桿蓋為整體鑄造成型，其外形可不在加工。鑄件尺寸公差，鑄件尺寸公差分為16級，由于是中批量生產(chǎn)，毛坯制造方法采用金屬模鑄造，由機械加工工藝簡明手冊查得，鑄件尺寸公差等級為13級。 2.連桿大端孔對A基準的平行度公差為0.01mm。 3.大端孔兩端的臺階面對B基準的對稱度公差為0.3mm。 4.小端孔中間的溝槽，對基準B的對稱度為0.2mm。 5.鑄件毛坯需要經(jīng)過人工時效處理。 6.材料 QT450-10 。 7.采用2mm的鋸片銑刀加工，也可以改為線切割加工，該道工序使的連桿大孔為一個不完整的半圓。若采用線切割可減小加工缺陷，但是采用銑刀可以節(jié)約加工時間。由于加工為中批量生產(chǎn)所以采用銑刀加工。 8.連桿大小頭孔平行度的檢驗，可采用穿入專用心軸，在平臺上用等高的V型塊支撐連桿大頭孔心軸，測量大頭孔心軸在最高位置時兩端的差值，其差值一半即為平行度誤差。 二、確定毛坯，畫毛坯——零件合圖（附圖二） 1、 選擇毛坯 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件。為保證質(zhì)量，減少加工質(zhì)量，采用砂型鑄造造。這種鑄件的精度，表面質(zhì)量好，鑄件的形狀也可復雜一些，加工余量小，鑄件的材料組織分布比較有利，因而機械強度較高，因此零件材料確定毛坯為鑄件。根據(jù)第一章有關表格及《鑄造工手冊》,確定外表面單邊加工余量為3～4mm。 2、 確定機械加工余量，毛坯尺寸和公差 參考文獻[1]：查表2-3、表2-4確定確定外表面單邊加工余量為3～4mm。 根據(jù)表1-18，端面加工余量確定為4mm。 參考文獻[1]表2.3，用查表法可得鑄件主要尺寸的公差，如表2-1所示。 表2-1 主要毛坯尺寸 主要加工尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 備注 Ф20孔 Ф20 5 Ф10 Ф81孔 Ф81 5.5 Ф70 零件厚度 43 2 47 大端耳座厚度 21.5 2.5 24 Ф40外圓柱面 Ф45 5 Ф50 15mm槽 15 15 0 3、 零件的毛坯圖（如附圖二所示） 三、工藝規(guī)程設計 1、 定位基準的選擇 精基準的選擇：連桿蓋為鑄造零件，大圓的軸線是其設計基準也是裝配基準，為避免由于基準不重合而產(chǎn)生的誤差，大圓的軸線為定位基準，遵守“基準重合”的原則。所以選用大圓的軸線為精基準，應先進行加工，因此應選圓孔Ф20為粗基準。 粗基準的選擇: 連桿蓋為鑄造零件所以加工時應該根據(jù)“基面先行”原則，先加工精基準面，所以選用Φ10圓孔面為粗基準面，采用此種方法加工，夾緊方案簡單可靠，操作方便。 2、零件表面加工方法的選擇 該零件的加工面有內(nèi)孔、端面、小孔及槽等，材料為QT450-10。參考有關資料，其加工方法的選擇如下： 毛坯的大端兩端面應該互為基準加工，表面粗糙度為Ra3.2ｍ，需粗銑-半精銑。 大端孔81mm：內(nèi)表面粗糙度為Ra1.6ｍ，需進行粗鏜-精鏜。 小端孔20：內(nèi)表面粗糙度為Ra1.6ｍ，需進行擴-半精鉸。 大端孔內(nèi)溝槽：表面粗糙度為Ra6.3ｍ，一次成型磨即可。 切割面：表面粗糙度為Ra1.6ｍ，需精銑。 兩臺階面；底面為Ra6.3ｍ，側面為Ra1.6ｍ，故采用粗銑臺階面后，對則面進行精銑并保證距離尺寸94mm，以及對稱度0.3mm A。 兩個螺紋孔的加工：鉆-鉸孔。 小端孔的大溝槽采用R67mm的成型銑刀去加工。 大端孔內(nèi)表面的溝槽采用R25的砂輪磨削。 小端孔里面的夠槽用精細的鏜刀加工。 在將連桿蓋毛坯從大孔孔中間切開的時候采用2mm的鋸片銑刀。 3、制定工藝路線 連桿的加工工藝路線一般是先進行外形的加工，再進行孔、槽等加工。連桿的加工包括各側面和端面的加工。按照先加工基準面及先粗后精的原則，連桿蓋加工可按下面工藝路線進行。又因為此零件要求小批量生產(chǎn)，所以工序安排要求較集中。 工序10：鑄造毛坯。 工序20：無損探傷，查是否有夾渣，氣孔，疏松等缺陷。 工序30：清理毛刺、飛邊，涂漆。 工序40：人工時效處理。 工序50：劃桿身中心線，以及大小端孔的中心線。 工序60：按線加工，粗、精銑連桿大小端兩平面，互為基準，保證尺寸43mm。 工序70：重劃大小端孔中心線，并選擇一個面為基面。 工序80：以基面定位，按線找正，粗鏜大小頭孔，分別為780.05mm, 170.05mm. 工序90：以基面定位，按線找正，精鏜大端孔到81mm。并定其軸線為基準A。 工序100：以大端孔、基面定位，借助側面裝夾工件，精鏜小頭孔至20mm。并保證中心距為85mm，以及對基準A的平行度為0.01mm。 工序110：磨大端孔內(nèi)表面的溝槽 砂輪R25mm，磨削深度2.5mm。車倒角1*45度。 工序120：以基面、側面和小端孔定位裝夾工件，按照大端孔的中心線用鋸片銑刀將連桿切開，并對連桿做好標記。 工序130：以基面、連桿體側面和分割面裝夾工件，銑削兩個臺階面，保證臺階面的距離為94mm，深度3.5mm，以及對基準A的對稱度為0.3mm。鉆兩邊的底孔10mm，保證中心距為1100.15。 工序140：由鉗工鉸孔2-M12-6H。 工序150：以連桿分割面、基面定位裝夾，銑削溝槽寬15mm，R67mm的盤形銑刀。對基準A的對稱度為0.01mm。 工序160：用微型銑刀銑內(nèi)溝槽 直徑21mm，寬1.1mm，兩溝槽距離37mm。 工序170：車倒角0.5*45度。 工序180：檢查各個部分的尺寸和精度。 工序190：組裝入庫。 四、工藝設計 1、 選擇加工設備及工藝裝備 由于生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，故加工設備宜以通用機床為主，輔以少量專用機床。其生產(chǎn)方式為以通用機床加專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線。工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均有人工完成。 工序一：粗、精銑連桿大小端兩平面， 考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題，應選銑床，故選常用的X5020B型立式銑床。選A類可轉位面銑刀（參考文獻[1]表3-23）、專用夾具和游標卡尺。 工序二：粗鏜—精鏜φ81，選用在臥式鏜床上加工，故選用T611A型臥式鏜床。選用單刃鏜刀（參考文獻[1]表3-4）,專用夾具和游標卡尺。 工序三：粗鏜—精鏜φ20，選用在臥式鏜床上加工，故選用T611A型臥式鏜床。選用單刃鏜刀（參考文獻[1]表3-4）,專用夾具和游標卡尺、千分尺。 工序四：粗磨削大端孔內(nèi)表面的溝槽，選用的機床應使用范圍較廣為宜，故選常用的M2110內(nèi)圓磨床，選R25mm砂輪（參考文獻[3]表3-35）游標卡尺、千分尺。 工序五：粗銑—精銑大端面槽，應選用臥式銑床，故選常用的X6012型臥式銑床即能滿足加工要求。選用鋸片銑刀（參考文獻[1]表3-14），專用夾具、游標卡尺。 工序六：粗銑兩臺階面，應選用立式銑床，故選常用的X5020B型立式銑床選用D=16mm高速鋼直柄倒角刀（參考文獻[1]表3-17）專用夾具，游標卡尺。 工序七：鉆兩臺階面上螺紋底孔，擴孔，并鉸螺紋，可在鉆床上加工，故選Z512A立式鉆床，選用莫氏錐柄麻花鉆（參考文獻[1]表3-4），硬質(zhì)合金鉸刀（參考文獻[2]表3-15）專用夾具、塞規(guī)檢查孔徑。 工序八：粗銑—精銑小端槽，應選用臥式銑床，故選常用的X6012型臥式銑床即能滿足加工要求。選用鋸片銑刀（參考文獻[1]表3-14），專用夾具、游標卡尺。 工序九：粗車0.5*45度倒角選用的機床應使用范圍較廣為宜，故選常用的CA6140型車床，選YT15硬質(zhì)合金車刀（參考文獻[1]表3-23）、三爪卡盤和游標卡尺、千分尺。 2、 確定工序尺寸 確定圓柱面的工序尺寸。查表可以得出該零件各加工表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度見下表： 由P62表4-29得：粗、精銑連桿大小端兩平面，左端面第一次粗銑到45.5mm，直接精銑到45mm。翻轉右端面第一次粗銑43.5mm，第二次精銑到43mm。 由P65表2-46得：粗鏜—精鏜φ81，第一次粗鏜2.5mm, 第二次粗鏜2.5mm精鏜削0.5mm。 由P46表2-39得：粗鏜—精鏜Φ20，第一次粗鏜2.5mm, 第二次粗鏜2mm精鏜削0.5mm。 由P62表2-39得：粗磨削大端孔內(nèi)表面的溝槽，第一次粗磨1.5mm，第二次粗車1mm。 由P45表2-36得：粗銑—精銑大端面槽,直接銑到所需尺寸。 由P71表1-26得：粗銑兩臺階面，粗銑的加工余量為2.5mm。 由P41表2-26得：鉆兩臺階面上螺紋底孔，鉆孔為φ10mm，擴到φ11.4mm，鉸削余量為0.6mm。 由P45表2-36得：粗銑—精銑小端槽,粗銑到13.5mm，精銑到15mm。 五、確定切削用量及基本時間（工序七） 1、時間定額計算 根據(jù)本次設計要求：工序七要先由鉆刀鉆螺紋底孔，接著由擴刀對孔進行擴大，最后由鉸刀加工出螺紋。所以工序七的時間定額。應為如下計算： 基本工時：t=(L+L1+L2)/nf=（85*10+2+0）/600/0.65=2.18(min) 工序七的輔助時間Ta的計算： 根據(jù)第六章第三節(jié)所述，輔助時間Tf與基本時間Tj之間的關系為Tf=（0.05~0.2）Tj，本工序取Tf=0.15Tj，則本工序的輔助時間為： Tf=0.2*Tj=0.2*2.18=0.436s Tj=10*2=20s 工序七其他時間的計算： 除了作業(yè)時間（基本時間與輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地點、休息與生理需要時間和準備與終結時間。由于該零件是中批量生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結時間甚微，可以忽略不計；布置工作地時間Tb是作業(yè)時間的2%~7%，休息與生理需要時間Tx是作業(yè)時間的2%~4%，該零件取3%，則工序七的其他時間（Tb+Tx）可按關系式（3%+3%）*（Tj+Tf）計算，如下所示： 工序七其他時間：Tb+Tx=6%*（2.18+0.436）=0.157s 單件時間Tdj的計算：Tdj=2.18+20+0.157=22.337s 6、 夾具設計 本次設計的夾具為第七道工序——鉆2—M12螺紋底孔。 1、 確定設計方案 本設計是設計連桿蓋零件的夾具，連桿蓋屬于盤形零件，故使用鉆床的固定式。本設計連桿蓋是屬于盤形零件，應該使用大端面底面和側面定位方式。當加工一側的螺紋孔時，另一側的螺紋孔應采用壓板壓緊從而固定住零件，是加工可靠準確，一邊加工好后換另一邊。 由于設計的夾具是關于鉆φ10的圓孔,所以使用鉆套，以便引導麻花鉆定位,從而保證螺紋孔不會偏離軸線。再用定位螺釘固定上壓壓板，下部用臺虎鉗夾緊固定。用立式鉆床依次鉆10個孔。夾緊機構應保證工件夾緊可靠、安全、不破壞工件的定位及夾壓表面的精度和粗糙度。在設計夾緊裝置時必須合理選擇夾緊力的方向和作用點，必要時還應進行夾緊力的估算。 2、 計算夾緊力 在確定夾緊力的大小時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件還應考慮重力、慣性力等）的作用情況，找出加工過程中夾緊最大的受力狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，最后再乘以安全系數(shù)，即 Fwk=KFw 式中：Fwk——實際夾緊力、 Fw——計算出的理論夾緊力、K——安全系數(shù)。粗加工時取2.5～3。 由于本設計使用的是鉆床鉆孔,所以將算出切削扭矩M. M=CMD0XMfYMKM0.001 =333.54201.920.80.870.001 ≈300(Nm) 夾緊裝置的設計實際上是一個綜合性的問題，確定夾緊力的大小、方向和作用點時，必須全面考慮工件的結構、工藝方法、定位元件的結構與布置等因素。要求夾緊裝置動作迅速，操作安全省力，結構簡單、易于制造并且體積小、剛度好，有足夠的夾緊行程和裝卸工件的間隙。 夾緊力基本計算公式為： W=QL/[tan(α+φ1)(d/2)+r(tanφ2)] 式中：d——螺紋中徑 r——螺桿下端與工件的當量摩擦半徑。 對于鉆夾具應正確地選擇鉆套的型式和結構尺寸，對于銑床夾具合理地設置對刀裝置，而鏜夾具則應合理地選擇鏜套類型和鏜模導向的布置方式。表3-49到表3-62可供參考。 3、 定位精度分析 工件的定位方式只要取決于工件的加工要求和定位基準的形狀、尺寸。分析加工工序的技術要求和定位基準選擇的合理性，遵循六點定位原則，按定位可靠、結構簡單的原則，確定定位方式。常見的定位方式有平面定位，內(nèi)孔定位，外圓定位和組合表面定位等。在確定了工件的定位方式后，即可根據(jù)定位基準面的形狀，選取相應的定位元件及結構。 為滿足加工精度要求，夾具本身應有較高的精度。由于目前分析計算方法不夠完善，因此夾具的有關公差仍按經(jīng)驗來確定。 參 考 文 獻 【1】劉登平主編《機械制造工藝及機床夾具設計》北京理工大學出版社 【2】 李華主編 《機械制造技術》高等教育出版社出 【3】 鄒青主編 《機械制造技術基礎課程設計指導教程》機械工業(yè)出版社 【4】 李益民主編《機械制造工藝設計簡明手冊》機械工業(yè)出版社 【5】 馬霄主編《互換性與測量技術基礎》北京理工大學出版社 【6】孟少農(nóng)主編《機械加工工藝手冊.》機械工業(yè)出版社 【7】劉友才，肖繼德主編 .《機床夾具設計》.機械工業(yè)版社 【8】薛源順主編《機床夾具設計》機械工業(yè)出版