連桿零件的機械加工工藝規(guī)程.docx

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機車車輛制造與修理工藝學(xué) 課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目 設(shè)計連桿零件的機械加工工藝規(guī)程 及工藝裝備 班 級： 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 2011年12月29日 摘要 連桿是活塞式發(fā)動機和壓縮機的重要零件之一，其大頭孔與曲軸連接，小頭孔通過活塞銷與活塞連接，其作用是使活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，它是柴油機關(guān)鍵傳動件之一。連桿要承受內(nèi)燃機的爆發(fā)力、壓縮力和連桿往復(fù)運動的慣性力、拉伸力。因此對連桿的強度、剛度有很高的要求。又連桿與曲軸和活塞銷連接，并且它們之間存在相對轉(zhuǎn)動，因此對連桿大小頭孔的加工要求是很高的。本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設(shè)計。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，并修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術(shù)要求。 關(guān)鍵詞: 連桿 加工工藝 夾具設(shè)計 內(nèi)容： 1. 課程設(shè)計任務(wù)書 1份 2. 工藝卡片 1套 3. 機械加工工藝過程卡片 1份 4. 機械加工工序卡片 1份 5. 零件圖 1份 6. 夾具裝配圖 1份 7. 課程設(shè)計說明書 1份 目錄 一、 任務(wù)書 二、 零件工藝性分析 2.1 零件技術(shù)條件分析 2.2 毛坯選擇以及加工 2.3 機械加工工藝路線確定 2.4 連桿的機械加工工藝過程分析 2.4.1 工藝過程的安排 2.4.2 定位基準(zhǔn)的選擇 2.4.3 確定合理的夾緊方法 2.5 連桿基本加工工序 2.5.1 連桿兩端面的加工 2.5.2 連桿大、小頭孔的加工 2.5.3 連桿螺栓孔的加工 2.5.4 連桿體與連桿蓋的銑開工序 2.5.5 大頭側(cè)面的加工 2.6 工序尺寸以及公差的的計算 2.6.1 切削用量的選擇原則 a) 粗加工時切削用量的選擇原則 b) 精加工時切削用量的選擇原則 2.6.2 確定各工序的加工余量 2.6.3 確定工序尺寸及其公差 三、 XX號工序加工說明書 3.1 工序尺寸精度分析 3.2 確定加工余量 3.3 夾具、定位如CAD圖 一． 任務(wù)書 機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，機械制造行業(yè)的發(fā)展影響著國民經(jīng)濟的發(fā)展。要想國力有所提升，國民經(jīng)濟不斷發(fā)展變強。傳統(tǒng)的機械制造行業(yè)已經(jīng)漸漸不能適應(yīng)當(dāng)代社會的發(fā)展，同時也為了適應(yīng)多生產(chǎn)模式（大、中、小批量生產(chǎn)）對夾具快速設(shè)計的需求，因此先進的裝備便隨著產(chǎn)生。機床專用夾具，數(shù)控機床不斷的廣泛使用。傳統(tǒng)的機床專用夾具設(shè)計是一種基于經(jīng)驗的夾具設(shè)計方法，需要經(jīng)驗豐富的夾具設(shè)計人員來完成，設(shè)計周期長，勞動量大，修改不便，效率低。為了提高生產(chǎn)效率，因此應(yīng)用CAD技術(shù)、UG、Pro/E、SoldiEdge等軟件提供專用的夾具設(shè)計模塊，應(yīng)用這些軟件在生產(chǎn)中準(zhǔn)確繪制、裝配和管理的參數(shù)化機床專用夾具設(shè)計軟件，以提高夾具的設(shè)計效率和規(guī)范性，實現(xiàn)夾具設(shè)計經(jīng)驗重用，滿足快速響應(yīng)市場需求的目標(biāo)，該項研究有利于企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。另外工藝流程也在深深的影響著機械制造業(yè)快速發(fā)展。因此在今天的生產(chǎn)過程中不僅僅要有一個很好的工藝流程，還要有高效、準(zhǔn)確的夾具以及先進的加工設(shè)備。在實習(xí)過程中看到柴油機車的關(guān)鍵零部件的大批量生產(chǎn)過程。連桿的作用是使活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，它是柴油機關(guān)鍵傳動件之一。它在柴油機中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。在發(fā)動機工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應(yīng)具有足夠的強度和剛度外，還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿的主要技術(shù)要求：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結(jié)合面及連桿螺栓定位孔等部位的切削用量計算和加工工藝分析。 二． 零件工藝性分析 2.1 零件技術(shù)條件分析 為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為IT6，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm；大頭孔的圓柱度公差為0.012 mm，小頭孔公差等級為IT8，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于3.2μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025 mm，素線平行度公差為0.04/100 mm。大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動機的效率，所以規(guī)定了比較高的要求：2100.05 mm。連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度，影響到軸瓦的安裝和磨損，甚至引起燒傷；所以對它也提出了一定的要求：規(guī)定其垂直度公差等級應(yīng)不低于IT9。大頭兩端面的尺寸公差等級為IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小頭兩端面的尺寸公差等級為IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。 2.2 毛坯選擇以及加工 連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如45鋼、55鋼、40Cr、40CrMnB等。近年來也有采用球墨鑄鐵的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料損耗少，成本低。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用，使粉末冶金件的密度和強度大為提高。因此，采用粉末冶金的辦法制造連桿是一個很有發(fā)展前途的制造方法。 連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯。連桿模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成—體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔余量的均勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設(shè)備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式?？傊鞯姆N類和制造方法的選擇應(yīng)使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。 目前我國有些生產(chǎn)連桿的工廠，采用了連桿輥鍛工藝。毛坯加熱后，通過上下鍛輥模具的型槽，毛壞產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需要的形狀。用輥鍛法生產(chǎn)的連桿鍛件，在表面質(zhì)量、內(nèi)部金屬組織、金屬纖維方向以及機械強度等方面都可達到模鍛水平，并且設(shè)備簡單，勞動條件好，生產(chǎn)率較高，便于實現(xiàn)機械化、自動化，適于在大批大量生產(chǎn)中應(yīng)用。輥鍛需經(jīng)多次逐漸成形。連桿的鍛造工藝過程中，將棒料在爐中加熱至1140～1200C0，先在輥鍛機上通過四個型槽進行輥鍛制坯，然后在鍛壓機上進行預(yù)鍛和終鍛，再在壓床上沖連桿大頭孔并切除飛邊。鍛好后的連桿毛坯需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，使之得到細(xì)致均勻的回火索氏體組織，以改善性能，減少毛坯內(nèi)應(yīng)力。為了提高毛坯精度，連桿的毛坯尚需進行熱校正。連桿必須經(jīng)過外觀缺陷、內(nèi)部探傷、毛坯尺寸及質(zhì)量等的全面檢查，方能進入機械加工生產(chǎn)線。 2.3 機械加工工藝路線確定 連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及連桿螺栓孔定位面，次要加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及體和蓋上的螺栓座面等。 連桿的機械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段：第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開后的加工；第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準(zhǔn)備精基準(zhǔn)（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面）；第二階段主要是加工除精基準(zhǔn)以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準(zhǔn)備的螺栓孔和結(jié)合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術(shù)要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。 由上述技術(shù)條件的分析可知，連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿的機械加工帶來了很多困難，必須充分的重視。 連桿機械加工工藝過程如下： 工 序 工序名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備 1 鑄造--------獲得毛坯 2 磨 修磨曲外形 立式雙頭回轉(zhuǎn)銑床 3 熱處理 調(diào)質(zhì) 4 銑 銑連桿大、小頭兩平面，銑連桿大小頭孔定位臺，每面留磨量0.5mm 臥式銑床 5 粗磨 以一大平面定位，磨另一大平面，保證中心線對稱，無標(biāo)記面稱基面 M7350 6 鉆 與基面定位，鉆、擴、鉸小頭孔 Z3080 7 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件銑尺寸mm兩側(cè)面，保證對稱，此平面為工藝用基準(zhǔn)面 X62W組合機床或?qū)Ｓ霉ぱb 8 磨 精磨大小頭斷面 立式雙頭回轉(zhuǎn)銑床 9 粗鏜小頭孔 鉆擴小頭孔，孔口倒角 搖臂鉆床 10 擴 拉小頭孔 L6120型拉床 11 精鏜小頭孔 以基面定位，以小頭孔定位，擴大頭孔為Φ43mm Z3080 12 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件，切開工件，編號桿身及上蓋分別打標(biāo)記。 X62W組合機床或?qū)Ｓ霉ぱb鋸片銑刀厚2mm 13 銑 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，銑連桿體和蓋結(jié)合面，保直徑方向測量深度為40mm X62組合夾具或?qū)Ｓ霉ぱb 14 磨 以基面和一側(cè)面定位裝夾工件，磨連桿體和蓋的結(jié)合面 M7350 15 銑 以基面及結(jié)合面定位裝夾工件，銑連桿體和蓋mm8mm斜槽 X62組合夾具或?qū)Ｓ霉ぱb 16 鉆 鉆2—10mm螺栓孔 Z3050 17 擴 先擴2—10mm螺栓孔，再擴2—13mm深19mm螺栓孔并倒角 Z3050 18 鉸 鉸2—12.2mm螺栓孔 Z3050 19 鉗 用專用螺釘，將連桿體和連桿蓋裝成連桿組件，其扭力矩為100—120N.m 20 鏜 粗鏜大頭孔 T6 8 21 倒角 大頭孔兩端倒角 X62W 22 磨 精磨大小頭兩端面，保證大端面厚度為mm M7130 23 鏜 以基面、一側(cè)面定位，半精鏜大頭孔，精鏜小頭孔至圖紙尺寸，中心距為mm 可調(diào)雙軸鏜 24 鏜 精鏜大頭孔至尺寸 T2115 25 稱重 稱量不平衡質(zhì)量 彈簧稱 26 鉗 按規(guī)定值去重量 27 鉆 鉆連桿體小頭油孔6.5mm,10mm Z3025 28 壓銅套 雙面氣動壓床 29 擠壓銅套孔 壓床 30 倒角 小頭孔兩端倒角 Z3050 31 鏜 半精鏜、精鏜小頭銅套孔 T2115 32 珩磨 珩磨大頭孔 珩磨機床 33 檢 檢查各部尺寸及精度 34 探傷 無損探傷及檢驗硬度 35 入庫 2.4 連桿的機械加工工藝過程分析 2.4.1 工藝過程的安排 在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度： （1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形。 （2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起內(nèi)應(yīng)力重新分布。 因此，在安排工藝進程時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產(chǎn)生變形。粗、精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術(shù)條件。 各主要表面的工序安排如下： a． 兩端面：粗銑、精銑、粗磨、精磨 b． 小頭孔：鉆孔、擴孔、鉸孔、精鏜、壓入襯套后再精鏜 c． 大頭孔：擴孔、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜、珩磨 一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。 2.4.2 定位基準(zhǔn)的選擇 在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來，減少了定位誤差。 與夾具的定位元件接觸（在設(shè)計夾具時亦作相應(yīng)的考慮）。在精鏜小頭孔（及精鏜小頭襯套孔）時，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時將定位銷做成活動的稱“假銷”。當(dāng)連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進行加工。 為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要適當(dāng)配合：即在粗加工大、小頭孔前，粗磨端面，在精鏜大、小頭孔前，精磨端面。 由于用小頭孔和大頭孔外側(cè)面作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴孔和鉸孔，這些工序?qū)τ阢q后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。 在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加 工精度會有很大影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整個工藝過程的加工精度常有深遠(yuǎn)的影響。連桿的加工就是如此，在連桿加工工藝路線中，在精加工主要表面開始前，先粗銑兩個端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗銑就是關(guān)鍵工序。在粗銑中工件如何定位呢？一個方法是以毛坯端面定位，在側(cè)面和端部夾緊，粗銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。但是由于毛坯面不平整，連桿的剛性差，定位夾緊時工件可能變形，粗銑后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢復(fù)變形，影響后續(xù)工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形及連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小，同時可以銑工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。同時，由于是以對稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。 2.4.3 確定合理的夾緊方法 既然連桿是一個剛性比較差的工件，就應(yīng)該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點的選擇，避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形，以影響加工精度。在加工連桿的夾具中，可以看出設(shè)計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。在粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭端部與小頭端部的剛性高，變形小，既使有一些變形，亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上，很少或不會影響端面的平面度。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。 在加工大小頭孔工序中，主要夾緊力垂直作用于大頭端面上，并由定位元件承受，以保證所加工孔的圓度。在精鏜大小頭孔時，只以大平面（基面）定位，并且只夾緊大頭這一端。小頭一端以假銷定位后，用螺釘在另一側(cè)面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產(chǎn)生的變形。 2.5 基本加工工序 2.5.1 連桿兩端面的加工 采用粗銑、精銑、粗磨、精磨四道工序，并將精磨工序安排在精加工大、小頭孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在轉(zhuǎn)盤磨床上，使用砂瓦拼成的砂輪端面磨削。這種方法的生產(chǎn)率較高。精磨在M7130型平面磨床上用砂輪的周邊磨削，這種辦法的生產(chǎn)率低一些，但精度較高。 2.5.2 連桿大、小頭孔的加工 連桿大、小頭孔的加工是連桿機械加工的重要工序，它的加工精度對連桿質(zhì)量有較大的影響。小頭孔是定位基面，在用作定位基面之前，它經(jīng)過了鉆、擴、鉸三道工序。鉆時以小頭孔外形定位，這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。小頭孔在鉆、擴、鉸后，在金剛鏜床上與大頭孔同時精鏜，達到IT6級公差等級，然后壓入襯套，再以襯套內(nèi)孔定位精鏜大頭孔。由于襯套的內(nèi)孔與外圓存在同軸度誤差，這種定位方法有可能使精鏜后的襯套孔與大頭孔的中心距超差。 大頭孔經(jīng)過擴、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜和珩磨達到IT6級公差等級。表面粗糙度Ra 為0.4μm，大頭孔的加工方法是在銑開工序后，將連桿與連桿體組合在一起，然后進行精鏜大頭孔的工序。這樣，在銑開以后可能產(chǎn)生的變形，可以在最后精鏜工序中得到修正，以保證孔的形狀精度。 2.5.3 連桿螺栓孔的加工 連桿的螺栓孔經(jīng)過鉆、擴、鉸工序。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側(cè)面定位。為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向平行度保持在公差范圍內(nèi)，在擴和鉸兩個工步中用上下雙導(dǎo)向套導(dǎo)向。從而達到所需要的技術(shù)要求。 粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法，這樣銑夾具沒有活動部分，能保證承受較大的銑削力。精銑時，為了保證螺栓孔的兩個端面與連桿大頭端面垂直，使用兩工位夾具。連桿在夾具的工位上銑完一個螺栓孔的兩端面后，夾具上的定位板帶著工件旋轉(zhuǎn)1800 ，銑另一個螺栓孔的兩端面。這樣，螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由夾具保證。 2.5.4 連桿體與連桿蓋的銑開工序 剖分面（亦稱結(jié)合面）的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對刀精度來保證。為了保證銑開后的剖分面的平面度不超過規(guī)定的公差0.03mm ，并且剖分面與大頭孔端面保證一定的垂直度，除夾具本身要保證精度外，鋸片的安裝精度的影響也很大。如果鋸片的端面圓跳動不超過0.02 mm,則銑開的剖分面能達到圖紙的要求，否則可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度對連桿蓋、連桿體裝配后的結(jié)合強度有較大的影響。因此，在剖分面銑開以后再經(jīng)過磨削加工。 2.5.5 大頭側(cè)面的加工 以基面及小頭孔定位，它用一個圓銷（小頭孔）。裝夾工件銑兩側(cè)面至尺寸，保證對稱（此對稱平面為工藝用基準(zhǔn)面）。 2.6 工序尺寸以及公差的確定 2.6.4 切削用量的選擇原則 a) 粗加工時切削用量的選擇原則 正確地選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性，保證加工質(zhì)量，具有重要的作用。粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高,毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金屬切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。 金屬切除率可以用下式計算：Zw ≈V*f*ap*1000 式中：Zw單位時間內(nèi)的金屬切除量（mm3/s），V切削速度（m/s） f 進給量（mm/r）， ap切削深度（mm） 提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度ap，其次選擇一個較大的進給量度f，最后確定一個合適的切削速度V。選用較大的ap和f以后，刀具耐用度t 顯然也會下降，但要比V對t的影響小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到規(guī)定的合理數(shù)值，因此，能使V、f、ap的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大ap可使走刀次數(shù)減少，增大f又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。粗加工時切削用量的選擇原則有幾個要點： 1）切削深度的選擇：粗加工時切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量將粗加工余量一次切除。只有當(dāng)總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。 2）進給量的選擇：粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。選擇進給量時應(yīng)考慮到機床進給機構(gòu)的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應(yīng)適當(dāng)減小進給量。 3）切削速度的選擇：粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。 b) 精加工時切削用量的選擇原則 精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應(yīng)先考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率。提高精加工速率的關(guān)鍵： 1）切削深度的選擇：精加工時的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當(dāng)吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質(zhì)量。 2）進給量的選擇：精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質(zhì)量下降。 3）切削速度的選擇：切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當(dāng)切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。 由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度ap和進給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時滿足生產(chǎn)率的要求 2.6.5 確定工序的加工余量 用查表法確定機械加工余量： （根據(jù)《機械加工工藝手冊》第一卷 表3.2—25 表3.2—26 表3.2—27） （1）、平面加工的工序余量（mm） 單面加工方法 單面余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸 表面粗糙度 毛坯 46 12.5 粗銑 1.5 IT12 () 41.5() 12.5 精銑 0.6 IT10() 40.9() 3.2 粗磨 0.3 IT8() 40.3() 1.6 精磨 0.1 IT7() 40() 0.8 則連桿兩端面總的加工余量為： A總= =（A粗銑+A精銑+A粗磨+A精磨）2=（1.5+0.6+0.3+0.1）2=mm （2）、連桿鑄造出來的總的厚度為H=40+=mm 2.6.6 確定工序尺寸及其公差 （根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表2—29 表2—34） 1） 大頭孔各工序尺寸及其公差（鑄造出來的大頭孔為75 mm） 工序名稱 工序基 本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序尺寸 最小極限尺寸 表面粗糙度 珩磨 0.08 75.0 75 0.4 精鏜 0.4 74.9 74.9 0.8 半精鏜 1 73.6 73.6 1.6 二次粗鏜 2 71.5 71.5 6.3 一次粗鏜 2 68.5 68.5 12.5 擴孔 5 64 64 2） 小頭孔各工序尺寸及其公差 （根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表2—29表2—30） 工序 名稱 工序基本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序 尺寸 最小極限尺寸 表面 粗糙度 精鏜 0.2 1.6 鉸 0.2 6.4 擴 9 12.5 鉆 鉆至 12.5 2.7 夾具設(shè)計 2.7.1 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件可知，在銑剖分面之前，連桿的兩個端面、小頭孔及大頭孔的兩側(cè)都已加工，且表面粗糙要求較高。為了使定位誤差為零，按基準(zhǔn)重合原則選Φ29.49H8小頭孔與連桿的端面為基準(zhǔn)。連桿上蓋以基面（無標(biāo)記面）、凸臺面及側(cè)面定位，連桿體以基面和小頭孔及側(cè)面定位，均屬于完全定位。 2.7.2 夾緊方案 1) 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，在粗加工大頭孔之前，連桿的兩個端面，小頭孔及大頭孔的兩側(cè)面都已加工，且表面粗糙度要求較高。為了使定位誤差為零，按基準(zhǔn)重合原則選Φ43.0h7定位銷與基面為定位基準(zhǔn)，定位銷限制2個自由度，基面限制工件3個自由度，大頭孔的外側(cè)面限制工件1個自由度，屬完全定位。由于生產(chǎn)批量大，為了提高加工效率，縮短輔助時間，準(zhǔn)備采用手動式滑柱鉆模，采用了常用的圓錐自鎖裝置，裝卸工件方便、迅速。 2) 夾緊方案 由于所加工的零件比較小，夾具的夾緊力與加工零件時的軸向力方向相同，為了裝卸工件方便，采用手動式滑柱鉆模。加工的大頭孔為通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但實際上以工件的端面定位時，必須限制該方向上的自由度。故應(yīng)按完全定位設(shè)計夾具。 滑柱式是一種帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具，它由鉆模板、三根滑柱、夾具體和傳動、鎖緊機構(gòu)所組成。使用時，轉(zhuǎn)動手柄，經(jīng)過齒輪齒條的傳動和左右滑柱的導(dǎo)向，便能順利的帶動鉆模板升降，將工件夾緊或松開。鉆模板在夾緊工件或升降至一定高度后，必須自鎖。自鎖機構(gòu)的種類很多，但用得最廣泛的是圓錐鎖緊機構(gòu)。 3） 夾緊力的分析和計算 由于零件較小，所以采用開口墊圈的螺旋夾緊機構(gòu)，裝卸工件方便、迅速。夾具體的作用是將定位、夾具裝置連接成一體，并能正確安裝在機床上，加工時，能承受一部分切削力。夾具體為鑄造件，安裝穩(wěn)定，剛度好，但制造周期較長。切削力及夾緊力的計算，由《組合機床》（表7-24）得： P===1902.538N 夾緊力的計算：由《機床夾具設(shè)計手冊》（表1-2-25）得： 用扳手的六角螺母的夾緊力：M=10mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=80N，夾緊力：W0=6580N 由于夾緊力大于切削力，即本夾具可安全使用。 定位誤差的計算: 由加工工序知，加工面為連桿的剖分面。剖分面對連接螺栓孔中心線有垂直度要求（垂直度允差0.08）；對連桿體小頭孔有中心距2100.05要求；對剖分面有0.0125的平面度要求。所以本工序的工序基準(zhǔn)：連桿上蓋為螺母座面，連桿體為小頭孔中心線，其設(shè)計計算如下： （1） 確定定位銷中心與大頭孔中心的距離及其公差。此公差取工件相應(yīng)尺寸的平均值，公差取相應(yīng)公差的三分之一（通常取1/5~1/3）。故此尺寸為210.40.010。 （2） 確定定位銷尺寸及公差 本夾具的主要定位元件為一固定銷，結(jié)構(gòu)簡單，但不便于更換。該定位銷的基本尺寸取工件孔下限尺寸Φ43。公差與本零件在工作時與其相配孔的尺寸與公差相同，即為Φ43。 （3） 小頭孔的確定 考慮到配合間隙對加工要求中心距2100.1影響很大，應(yīng)選較緊的配合。另外小頭孔的定位面較短，定位銷有錐度導(dǎo)向，不致造成裝工件困難。故確定小頭定位孔的孔徑為Φ43027 . 0 0 + 。 （4） 定位誤差分析 ① 對于連桿體剖分面中心距2100.1的要求，以Φ43027 . 0 0 + 的中心線為定位基準(zhǔn)，雖屬“基準(zhǔn)重合”，無基準(zhǔn)不重合誤差，但由于定位面與定位間存在間隙，造成的基準(zhǔn)位置誤差即為定位誤差，其值為： ΔDw=δD+δd+Δmin =0.027+0.012+0 =0.039 mm ΔDw－－剖分面的定位誤差 δD――工件孔的直徑公差 δd――定位銷的直徑公差 Δmin――孔和銷的最小保證間隙 此項中心距加工允差為0.2mm,因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。 2.7.3 夾具設(shè)計 1) 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，在粗加工大頭孔之前，連桿的兩個端面，小頭孔及大頭孔的兩側(cè)面都已加工，且表面粗糙度要求較高。為了使定位誤差為零，按基準(zhǔn)重合原則選Φ43.0h7定位銷與基面為定位基準(zhǔn)，定位銷限制2個自由度，基面限制工件3個自由度，大頭孔的外側(cè)面限制工件1個自由度，屬完全定位。由于生產(chǎn)批量大，為了提高加工效率，縮短輔助時間，準(zhǔn)備采用手動式滑柱鉆模，采用了常用的圓錐自鎖裝置，裝卸工件方便、迅速。 2) 夾緊方案 由于所加工的零件比較小，夾具的夾緊力與加工零件時的軸向力方向相同，為了裝卸工件方便，采用手動式滑柱鉆模。加工的大頭孔為通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但實際上以工件的端面定位時，必須限制該方向上的自由度。故應(yīng)按完全定位設(shè)計夾具。 滑柱式是一種帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具，它由鉆模板、三根滑柱、夾具體和傳動、鎖緊機構(gòu)所組成。使用時，轉(zhuǎn)動手柄，經(jīng)過齒輪齒條的傳動和左右滑柱的導(dǎo)向，便能順利的帶動鉆模板升降，將工件夾緊或松開。鉆模板在夾緊工件或升降至一定高度后，必須自鎖。自鎖機構(gòu)的種類很多，但用得最廣泛的是圓錐鎖緊機構(gòu)。 5) 定位誤差分析 ① 定位元件尺寸及公差的確定： 本夾具的主要定位元件為一固定定位銷，結(jié)構(gòu)簡單，但不便于更換。該定位銷尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相配孔的尺寸公差相同，即為 Φ43.0h7. ② 對于連桿體剖分面中心距2100.05的要求，以Φ43027 . 0 0 + 的中心線為定位基準(zhǔn)，雖屬“基準(zhǔn)重合”，無基準(zhǔn)不重合誤差，但由于定位面與定位間存在間隙，造成的基準(zhǔn)位置誤差即為定位誤差，其值為： ΔDw=δD+δd+Δmin =0.027+0.012+0 =0.039 mm ΔDw－－剖分面的定位誤差 δD――工件孔的直徑公差 δd――定位銷的直徑公差 Δmin――孔和銷的最小保證間隙 此項中心距加工允差為0.2mm,因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。 ③ 大頭孔兩側(cè)面對中心距的要求：擴大頭孔時，限制Z軸的轉(zhuǎn)動是一擋板（工序基準(zhǔn)），同時亦為第一定位基準(zhǔn)，對加工大頭孔來說，它與工序基準(zhǔn)的距離49及相應(yīng)的平行度誤差只取決于工序基準(zhǔn)在夾具中的位置。因為工序基準(zhǔn)同時為定位基準(zhǔn)，即基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差。即基準(zhǔn)位置誤差為零，定位誤差為零。 4.2.4 定位誤差分析 （1） 定位誤差（Δdw）的計算： Δjb ： ∵ 定位基準(zhǔn)重合 ∴ Δjb＝0 Δdb： Δdb＝1/2（ΔD＋Δd＋Δmin） ＝1/2（0.027＋0.009＋0） ＝0.018 Δdw： ∵ Δjb和Δdb相關(guān) ∴Δdw＝0.018 ∵ Δdw≤1/3 T ∴ 滿足要求?？椎膬?nèi)壁和下底面的垂直度要求 三． 24號工序精鏜大小孔加工說明書 3.1 工序尺寸精度分析 精鏜小孔Φ43027 . 0 0 + 和精鏜大孔小孔Φ75018 . 0 0 + ，大頭孔公差等級為IT6，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm；大頭孔的圓柱度公差為0.012 mm，小頭孔公差等級為IT8，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于3.2μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025 mm，素線平行度公差為0.04/100 mm。大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動機的效率，所以規(guī)定了比較高的要求：2100.05 mm。連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度，影響到軸瓦的安裝和磨損，甚至引起燒傷；所以對它也提出了一定的要求：規(guī)定其垂直度公差等級應(yīng)不低于IT9。大頭兩端面的尺寸公差等級為IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小頭兩端面的尺寸公差等級為IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。 3.2 確定加工余量 （根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表2—29 表2—34） 大頭孔各工序尺寸及其公差（鑄造出來的大頭孔為75 mm） 工序名稱 工序基 本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序尺寸 最小極限尺寸 表面粗糙度 珩磨 0.08 75.0 75 0.4 精鏜 0.4 74.9 74.9 0.8 半精鏜 1 73.6 73.6 1.6 小頭孔各工序尺寸及其公差 （根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》 表2—29表2—30） 工序 名稱 工序基本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序 尺寸 最小極限尺寸 表面 粗糙度 精鏜 0.2 1.6 半精鏜 0.2 6.4 3.3 夾具、定位如CAD圖 夾具零件俯視圖 夾具零件側(cè)視圖 四． 總結(jié) 通過對柴油機連桿的機械加工工藝及對精加工大小頭孔夾具和銑結(jié)合面夾具的設(shè)計，使我學(xué)到了許多有關(guān)機械加工的知識,讓我了解連桿件外形結(jié)構(gòu)特性。然而其技術(shù)要求很高，所以適當(dāng)?shù)倪x擇機械加工中的定位基準(zhǔn),是能否保證連桿技術(shù)要求的重要問題之一。在連桿的實際加工過程中，選用連桿的大小頭端面及小頭孔作為主要定位基面，同時選用大頭孔兩側(cè)面作為一般定位基準(zhǔn)。為保證小頭孔尺寸精度和形狀精度，可采用自為基準(zhǔn)的加工原則；保證大小頭孔的中心距精度要求，可采用互為基準(zhǔn)原則加工。對于加工主要表面，按照“先基準(zhǔn)后一般”的加工原則。連桿的主要加工表面為大小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及螺栓孔定位面，次要的加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及連桿體和蓋上的螺栓座面等。連桿機械加工路線是圍繞主要加工表面來安排的。連桿加工路線按連桿的分合可以分為三個階段：第一個階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二個階段為連桿體和蓋的切開加工；第三個階段為連桿體和蓋合裝后的加工。在這次課程設(shè)計的過程中我學(xué)到關(guān)于夾具的設(shè)計方法及其步驟。一.定位方案的設(shè)計：主要確定工件的定位基準(zhǔn)及定位基面；工件的六點定位原則；定位元件的選用等。二.導(dǎo)向及對刀裝置的設(shè)計：由于本設(shè)計主要設(shè)計的是擴大頭孔夾具和銑結(jié)合面夾具，所以主要考慮的是選用鉆套的類型及排屑問題，以及對刀塊的類型，從而確定鉆套和對刀塊的位置尺寸及公差。三．夾緊裝置的設(shè)計：針對連桿的加工特點及加工的批量，對連桿的夾緊裝置應(yīng)滿足裝卸工件方便、迅速的特點，所以一般都采用自動夾緊裝置。四.夾具體設(shè)計：連桿的結(jié)構(gòu)特點是比較小，設(shè)計時應(yīng)注意夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的大小。夾具體的作用是將定位及夾具裝置連接成一體，并能正確安裝在機床上，加工時能承受一部分切削力。所以夾具體的材料一般采用鑄鐵。五.定位精度和定位誤差的計算：對用于粗加工的夾具，都應(yīng)該進行定位誤差和穩(wěn)定性的計算，以及設(shè)計的夾具能否滿足零件加工的各項尺寸要求。六．繪制夾具裝備圖及夾具零件圖。機械產(chǎn)品品種繁多，結(jié)構(gòu)及加工工藝復(fù)雜，所需要的機床專用工藝裝備結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜。要提高工裝夾具設(shè)計的智能化水平不是一件簡單的事情。同時受本人學(xué)術(shù)水平所限，加上時間倉促，本文在研究過程中，還存在一些問題需要進一步改進和完善，主要工作有：建立機床專用夾具庫是一項龐大而復(fù)雜的工作，所以需要不斷的完善夾具零、部件庫。進一步開展自動裝配技術(shù)的研究，使機床專用夾具設(shè)計系統(tǒng)更加完善、易用，智能化。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)使設(shè)計人員合作，共同設(shè)計己成為現(xiàn)實。因而為了適應(yīng)這一新的發(fā)展，本系統(tǒng)還應(yīng)加入網(wǎng)絡(luò)功能，通過Internet和用戶共享圖形和硬件資源。開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的機床專用夾具設(shè)計可縮短開發(fā)周期，提高質(zhì)量，降低成本。通過這次課程設(shè)計，使我對大學(xué)三年所學(xué)的知識有了一次全面的綜合運用，也學(xué)到了許多上課時沒涉及到的知識，尤其在利用手冊等方面，對今后畢業(yè)出去工作都有很大的幫助。 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