畢業(yè)設(shè)計（論文）-6102發(fā)動機連桿的工藝設(shè)計及工藝裝備設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計說明書PAGE34緒論CA-141汽車CA-6102汽油機連桿主要由大小端孔和結(jié)合體構(gòu)成，是發(fā)動機主要傳力構(gòu)件之一。本產(chǎn)品由于要承受急劇變化的動載荷，所以選材很關(guān)鍵，否則容易引起連桿螺栓、桿身或大端蓋發(fā)生斷裂，造成事故。材料選用55鋼，保證了連桿有足夠的剛度，足夠的疲勞強度和沖擊韌性的要求。本文主要是對汽車連桿進行機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計，并且就其中銑削工序和鏜孔工序的加工給了專用夾具的設(shè)計。立式銑床夾具用于加工拔桿臂的兩個端面。工件以外圓及端面在定位板和固定V形塊以及活動V形塊上定位。一次加工6個工件，擰緊螺母通過液性塑料夾緊所有工件。兩道工序合用一套夾具，當(dāng)銑削另一面時，將定位板上的4個螺釘擰下，定位板翻轉(zhuǎn)安裝，即可在定位夾緊后進行加工。鏜床夾具用于精鏜連桿小頭孔。連桿用大小頭孔及大頭端面為定位基準(zhǔn)面。大頭孔用液性塑料心軸定位，小頭孔用削邊銷定位，端面采用布質(zhì)膠木板定位。兩個V形卡爪對稱安裝，浮動夾緊，所以連桿小頭孔的位置在削邊銷退出后不會發(fā)生變化。兩套夾具操作簡單，大大減輕了勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率。本書共分為六個部分，第一部分為連桿的分析；第二部分為機械加工工藝規(guī)程的制定；第三部分為機床夾具設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容；第四部分為設(shè)計感想?yún)⒖嘉墨I(xiàn)；；第五部分為設(shè)計感想；第六部分為外文翻譯。就我個人而言，這次畢業(yè)設(shè)計是對我的一個很大的挑戰(zhàn)，同時也是檢驗我所學(xué)專業(yè)知識深度的一個砝碼，而且對于我個人潛力的挖掘是個很好的嘗試，在設(shè)計中遇到了很多的困難有時甚至對有些設(shè)計上難點產(chǎn)生糊弄的想法，好在指導(dǎo)老師的及時幫助我成功地完成了自己的設(shè)計，當(dāng)然，由于知識和經(jīng)驗的欠缺所設(shè)計的方案還不成熟同時在實踐中的應(yīng)用性還沒被得到證實，所以還需要大家的寶貴意見和不斷地改正，相信會最終得到應(yīng)用，同時也相信我會在以后的工作中設(shè)計出好的方案。第１章零件分析1.1零件作用連桿是汽車發(fā)動機主要傳力構(gòu)件之一,它是把作用于活塞頂面的膨脹氣體壓力傳給曲軸,使活塞的往復(fù)直線運動變?yōu)榍S回轉(zhuǎn)運動,以輸出功率。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷,有三方面的作用力:汽缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫?連桿受壓縮);活塞連桿組的往復(fù)運動慣性力(連桿受拉伸載荷);連桿告高速擺動時所產(chǎn)生的橫向慣性力。因此要求連桿的重量輕而且有足夠的剛度,足夠的疲勞強度和沖擊韌性,否則,連桿螺栓、桿身或大端蓋將發(fā)生斷裂,造成重大事故。1.2零件的生產(chǎn)類型機械加工工藝規(guī)程的詳細(xì)程度與生產(chǎn)類型有關(guān)，不同的生產(chǎn)類型是由產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng)即年產(chǎn)量來決定的，所以不同的生產(chǎn)類型由于其各自的特點，對同一件產(chǎn)品的工藝制定和夾具的設(shè)計也有很大的不同。根據(jù)要求該件需要大批，年產(chǎn)量為2萬件，要求的廢品率為1%，備品率為1.5%，根據(jù)上述數(shù)據(jù)算得的年生產(chǎn)綱領(lǐng)：Q=產(chǎn)量×件數(shù)×（1+1%+1.5%）=20000×6×1.025=123000（件）大批大量生產(chǎn)的特點：a、加工對象：固定不變。b、毛坯的制造方法及加工余量：廣泛采用金屬模機器造型、壓鑄、精鑄、模鍛、毛坯精度高，加工余量小。c、機床設(shè)備及其布置形式：廣泛采用專用機床，按流水線或自動線布置。d、夾具：廣泛使用高效專用刀具和量具。e、工件的裝夾方法：廣泛使用夾具裝夾。f、裝配方法：采用互換裝配法。g、操作工人平均技術(shù)水平--低h、生產(chǎn)率—高i、成本—低k、工藝文件詳細(xì)制定工藝規(guī)程，用工序卡、操作卡及調(diào)整卡管理生產(chǎn)。1.3零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求CA-141汽車CA-6102汽油機連桿的主要技術(shù)條件如下圖所示。圖1-3-1CA-6102汽油機連桿零件圖連桿上需要機械加工的主要表面有大端孔、小端孔、上下兩端平面,大端蓋、體結(jié)合面以及連桿螺栓孔等。主要技術(shù)要求:大小端孔的精度。為了使大端孔與軸瓦及曲軸,小端孔與活塞銷能密切配合,減少沖擊的不良影響和便于傳熱,大端孔尺寸為,小端孔尺寸為,大端孔及小端襯套孔粗糙度均為0.5,大端孔的圓柱度公差為0.006mm,小端襯套孔的圓柱度公差為0.00125mm。2.大小端孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度。兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜,增加活塞與汽缸的摩擦力,從而造成汽缸壁磨損加劇,對CA-6102連桿而言,兩軸孔軸心線方向的平行度在100mm長度上公差為0.04mm,在垂直與連桿軸線方向的平行度在100mm長度上公差為0.06mm。3.大小端孔的中心距。大小端孔的中心距影響到汽缸的壓縮比,所以規(guī)定了比較高的要求,1900.05mm。4.大端孔兩端面對大端孔軸心線的垂直度。此參數(shù)影響到軸瓦的安裝和磨損,故要求大端孔兩端面對大端孔軸心線的垂直度在100mm長度上公差為0.01mm。5.連桿螺栓孔。螺栓孔中心線對蓋體結(jié)合面與螺栓及螺母座面的不垂直會增加連桿螺栓的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形,并影響螺栓伸長量而削弱螺栓強度,因此要求連桿螺栓孔與蓋體結(jié)合面,螺栓及螺母座面的垂直度在100mm上公差為0.25mm,同時要求螺栓孔孔徑粗糙度6.3。6.連桿螺栓預(yù)緊力要求。連桿螺栓裝配時的預(yù)緊力十分重要,如預(yù)緊力過小而一旦在工作時脫開,則交變載荷能迅速地導(dǎo)致螺栓斷裂,我采用扭矩法,要求連桿螺母的扭緊力矩為100-120N.m。第２章連桿加工工藝制定２.1連桿的毛坯材料及制造形式為了保證連桿具有足夠的疲勞強度及結(jié)構(gòu)剛度,CA-6102發(fā)動機連桿采用55鋼,經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后有良好的機械性能,硬度為226-271HB。連桿縱剖面的金屬宏觀組織其纖維方向應(yīng)沿著連桿中心線并與連桿外形相符,不得有扭曲和斷裂,不允許有裂紋、疏松、氣泡、分層、氣孔、夾灰等缺陷,連桿成品的金相顯微鏡組織應(yīng)為均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)不允許有片狀鐵素體。CA-6102發(fā)動機連桿毛坯采用整體模鍛,見下圖。圖2-1-1CA-6102發(fā)動機連桿毛坯圖與連桿分開自由鍛相比有如下優(yōu)點:1.提高勞動生產(chǎn)率和鍛件質(zhì)量。2.材料利用率高。3.成本低。為了保證連桿足夠的強度和避免缺陷(疲勞源),要求連桿毛坯100%的測量硬度和探傷。表2.1連桿主要結(jié)構(gòu)參數(shù)項目技術(shù)要求材料55熱處理要求調(diào)質(zhì)處理：HB226～271大小頭孔中心距190±0.05彎曲度0.15/305扭曲度0.3/305整體毛坯重量2680±100(g)成品大頭重量1498±7(g)桿身斷面工字形切口型式68°斜切口小頭尺寸孔徑寬度斜度(楔形)11°小頭襯套材料銅鉛雙金屬內(nèi)孔直徑26．026±0．007大頭尺寸孔徑寬度結(jié)合面

精度X方向兩止口寬度尺寸102±0.10X方向兩止口配對公差0.018兩結(jié)合斜面落差16±0.10兩結(jié)合斜面配對公差0.018止口至大頭孔理論中心51±0.03連桿桿

、蓋連桿體上螺紋孔M11×1．25－6H，位置度0.2連桿蓋上螺栓孔，位置度0.2連桿螺栓力矩100～120Nm機械性能試樣尺寸10×40延伸率≮15%橫斷面收縮率≮45%抗拉強度≮862MPa彎曲強度≮621MPa２.2基準(zhǔn)的選擇基準(zhǔn)按其作用不同可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。1、設(shè)計基準(zhǔn)：在零件圖上用以確定其他點、線、面的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計基準(zhǔn)。2、工藝基準(zhǔn)：零件在加工和裝配過程中所使用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同，又分為定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。（1）、加工時使工件在機床或夾具中占據(jù)正確位置所用的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。（2）、零件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸及位置的基準(zhǔn)，稱為測量基準(zhǔn)。（3）、裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中位置的基準(zhǔn)，稱為裝配基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)選擇的原則定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)考慮到基準(zhǔn)重復(fù)的原則，盡可能避免或減少因基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的誤差。ａ、粗基準(zhǔn)的選擇

在起始工序中，工件只能選擇未經(jīng)加工的毛坯表面定位，這種定位表面稱為粗基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)選擇得好壞，對以后各加工表面加工余量的分配，以及工件上加工表面和非加工表面間的相對位置均有很大的影響。因此，必須重視粗基準(zhǔn)的選擇。選擇粗基準(zhǔn)時要為后續(xù)工序提供必要的定位基面。具體選擇時應(yīng)考慮下列原則：（1）、具有非加工表面的工件，為保證非加工表面與加工表面之間的相對位置要求，一般應(yīng)選擇非加工表面為粗基準(zhǔn)。（2）、具有較多加工表面的工件在選擇粗基準(zhǔn)時，應(yīng)按下述原則合理分配各加工表面的加工余量。（3）、粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)盡量平整，沒有澆口、冒口或飛邊等其他表面缺陷，以使工件定位，夾緊方便。

（4）、一般情況下，同一尺寸方向上的粗基準(zhǔn)表面只能使用一次，否則因重復(fù)使用所產(chǎn)生定位誤差，會引起相應(yīng)加工表面間出現(xiàn)較大的位置誤差。ｂ、精基準(zhǔn)的選擇

在最終工序和中間工序中，應(yīng)采用已加工的表面定位，這種定位基面稱為精基準(zhǔn)。精基準(zhǔn)的選擇不僅影響工件的加工質(zhì)量，而且與工件安裝是否方便可靠也有很大關(guān)系。選擇精基準(zhǔn)的原則如下：

（1）、應(yīng)盡可能選用加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，避免基準(zhǔn)不重合造成的定位誤差。這一原則就是“基準(zhǔn)重合”原則。（2）、當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位，可以比較方便地加工其他各表面時，應(yīng)盡可能在多數(shù)工序中采用同一組精基準(zhǔn)定位，這就是“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。例如，軸類零件的大多數(shù)工序都采用頂尖孔為定位基準(zhǔn)，齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪的內(nèi)孔及基準(zhǔn)端面為定位基準(zhǔn)。（3）、有些精加工和光整加工工序應(yīng)遵循“自為基準(zhǔn)”原則。因為這些工序要求余量小而均勻，以保證表面加工的質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率。（4）、定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)便于工件的安裝與加工，并使夾具的結(jié)構(gòu)簡單。選擇基準(zhǔn)必須從零件整個工藝過程的全局出發(fā)，具體情況具體分析，當(dāng)有基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換情況時，要分析它對加工精度的影響,比如對一些零件其加工面多為圓面的，由于鑄造時難免有偏心，所以粗基準(zhǔn)的選擇將影響加工面和不加工面的相互位置關(guān)系，或影響到加工余量的分配，并且第一道加工工序首先要遇到粗基準(zhǔn)選擇的問題，因此正確選擇粗基準(zhǔn)對產(chǎn)品的質(zhì)量將有重要影響。２.3制定工藝路線制定零件機械加工工藝最主要的工作是擬定工藝路線。擬定工藝路線是制定工藝過程總體布局非常關(guān)鍵的一步，它與定位基準(zhǔn)的選擇有著密切關(guān)系。擬定工藝路線的主要任務(wù)是加工方法的選擇、定位基準(zhǔn)的選擇、加工階段的劃分及其工藝的安排等。２.3.1加工方法的選擇在對零件進行工藝分析的基礎(chǔ)上，即可對各個加工表面選擇相應(yīng)的加工方法。ａ、加工表面的技術(shù)要求:首先要根據(jù)零件各個加工完面的技術(shù)要求。選擇相應(yīng)的加工方法，確定各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟加工精度以及各加工方法所能達(dá)到的表面粗糙度。ｂ、加工材料的性質(zhì):選擇加工方法時，應(yīng)注意零件材料的機械性能和處理情況。ｃ、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性:選擇加工方法時，應(yīng)考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)或生產(chǎn)類型，根據(jù)生產(chǎn)批量大小合理地解決生產(chǎn)力和經(jīng)濟性之間的矛盾。如在單件或小批生產(chǎn)中，為了降低成本，一般采用通用機床和工藝裝備進行加工，在大批量生產(chǎn)中，則采用高效率的專用機床和組合機床。ｄ、生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況:即設(shè)備的精度狀況、設(shè)備的負(fù)荷以及工藝裝備和工人技術(shù)的水平。2.3.2加工階段的劃分1、加工階段的劃分零件表面的加工是一個由粗到精的過程，通過若干工序的加工逐步達(dá)到質(zhì)量的要求。對加工精度要求較高的零件，按工序性質(zhì)和內(nèi)容的不同，將工藝路線劃分為粗加工、半精加工和精加工等階段.各加工階段的基本要求如下：（1）、粗加工階段：粗加工階段是切除毛坯黑皮和大部分加工余量，為以后加工提供精準(zhǔn)基面，并留出均勻而合適的余量。（2）、半精加工階段：半精加工階段可提高精加工需要定位基準(zhǔn)的精確性和控制精加工余量，為主要表面的精加工創(chuàng)造條件。（3）、精加工階段:該階段主要為精度和粗糙度要求較高的表面進一步改善表面質(zhì)量，使零件加工表面達(dá)到技術(shù)要求。（4）、光整加工階段:光整加工階段的重點是保證獲得幾個重點表面的粗糙度或進一步提高精度。在實際生產(chǎn)中，對于剛性好、精度要求不高或加工余量不大的工件，就不一定要嚴(yán)格劃分階段，因為嚴(yán)格劃分階段不可避免地要增加工序的數(shù)目，使成本提高。而在機械加工工序中間，如果工件要進行熱處理，則又必然要把工藝路線分為熱處理前后兩個階段，這是因為熱處理往往要引起較大的變形，使加工精度和表面粗糙度下降，這時常需要靠熱處理后的機械加工予以修正。2、劃分加工階段的目的劃分加工階段的目的如下： （1）、保證加工質(zhì)量。粗加工時，切除較厚的金屬層，使工件發(fā)熱而產(chǎn)生熱變形，以及因較大的切削力、夾緊力而產(chǎn)生工件的彈性變形等原因，使加工精度不高且較粗糙，因此必須增加半精加工和精加工工序。（2）、合理使用設(shè)備。在各種加工過程中，根據(jù)加工階段的特性，選擇不同功率和特點的機床進行加工，有利于合理使用設(shè)備。（3）、粗加工階段便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，以確定后續(xù)工序能進行，避免浪費工時，減少費用。2.3.3擬定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點應(yīng)該是使零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度、技術(shù)要求都能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用專用機床配以專用夾具來加工，并盡量使工序集中，以便提高生產(chǎn)率。此外還應(yīng)該考慮到經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。1.連桿粗、精基準(zhǔn)的選擇。1)粗基準(zhǔn)的選擇。在選擇連桿的粗基準(zhǔn)時,應(yīng)滿足以下幾點要求:(1)連桿大小端孔圓柱面及兩端面應(yīng)與桿身縱向中心線對稱;(2)連桿大小端孔及兩端面應(yīng)有足夠而且盡量均勻的加工余量;(3)連桿大小端孔外形分別與大小端孔中心線對稱;為了滿足上述要求,CA-6102發(fā)動機連桿機械加工第一道工序為粗磨兩平面,因此連桿毛坯兩平面經(jīng)壓印后,尺寸保證在39.90.02,為了保證兩平面有比較均勻的加工余量,采用兩平面互為基準(zhǔn),如圖1-1。因加工是在同一臺磨床，通過工作臺回轉(zhuǎn)完成加工的，故調(diào)整h=A，（h：夾具定位面高度差A(yù)：加工余量）這樣既保證兩平面有足夠的加工余量（不出黑皮），又能很好的保證兩端面與連桿桿身縱向中心對稱。在加工連桿小端孔時以小端孔外形定位，如圖1-2。這樣可以保證加工后的孔與外形的同軸度誤差較小。2）精基準(zhǔn)的選擇。在設(shè)計CA-6102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端孔作為主要定位基準(zhǔn)，并用大端孔處指定的一側(cè)面作為另一定位基面。大、小端端面面積大、精度高、定位準(zhǔn)確、夾緊可靠，作為主要定位基準(zhǔn)面消除三個自由度，用小端孔定位（短銷定位）可直接控制大小端孔中心距，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。2．機械加工工藝過程的擬定。方案一：連桿加工的工藝流程是：粗磨大小頭兩端面→拉連桿大小頭側(cè)定位面→拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角→拉小頭兩斜面→粗拉螺栓座面，拉配對打字面、去重凸臺面及蓋定位側(cè)面→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角→清洗零件→精銑螺栓座面及R5圓弧→銑斷桿、蓋→小頭孔兩斜端面上倒角→加工螺栓孔→拉桿、蓋結(jié)合面及倒角→去配對桿蓋毛刺→清洗配對桿蓋→檢測配對桿蓋結(jié)合面精度→人工裝配→精磨連桿桿身兩端面→扭緊螺栓→打印桿蓋配對標(biāo)記號→粗鏜大頭孔及兩側(cè)倒角→半精鏜大頭孔及精鏜小頭襯套底孔→檢查大頭孔及精鏜小頭襯套底孔精度→壓入小頭孔襯套→稱重去重→精鏜大頭孔、小頭襯套孔→清洗→最終檢查→成品防銹。方案二：連桿加工的工藝流程是：粗磨大小頭兩端面→拉連桿大小頭側(cè)定位面→拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角→拉小頭兩斜面→粗拉螺栓座面，拉配對打字面、去重凸臺面及蓋定位側(cè)面→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角→清洗零件→零件探傷、退磁→精銑螺栓座面及R5圓弧→銑斷桿、蓋→小頭孔兩斜端面上倒角→精磨連桿桿身兩端面→加工螺栓孔→拉桿、蓋結(jié)合面及倒角→去配對桿蓋毛刺→清洗配對桿蓋→檢測配對桿蓋結(jié)合面精度→人工裝配→扭緊螺栓→打印桿蓋配對標(biāo)記號→粗鏜大頭孔及兩側(cè)倒角→半精鏜大頭孔及精鏜小頭襯套底孔→檢查大頭孔及精鏜小頭襯套底孔精度→壓入小頭孔襯套→稱重去重→精鏜大頭孔、小頭襯套孔→清洗→最終檢查→成品防銹。方案比較：由于要保證連桿有足夠的強度和避免缺陷（疲勞源），要求連桿毛坯100%的測量硬度和探傷；連桿桿和蓋裝配后不存在端面不一致的問題，故連桿兩端面的精磨不需要在裝配后進行，可在螺栓孔加工之前。方案一缺少測量硬度和探傷的工序，并且連桿兩端面的精磨放在裝配后進行，可放在螺栓孔加工之前。故選擇方案二。2.4機械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸的確定用材料去制造機器零件時，一般都要從毛坯切除一層層材料之后最后才能得到符合圖紙規(guī)定要求的零件。坯上留作加工用的材料層，稱為加工余量。加工余量又有總余量和工序余量之分。某一表面毛坯尺寸與零件設(shè)計尺寸之差稱為總余量，以Zo表示。該表面加工相鄰兩工序尺寸之差稱為工序余量Zi?？傆嗔縕0與工序余量Zi的關(guān)系可用下式表示：式中——加工余量；——工序余量；n——機械加工工序數(shù)；工序余量有單邊余量和雙邊余量之分。對于非對稱表面，其加工余量用單邊余量Zb表示：Zb＝la-lb

式中：Zb—本工序的工序余量；

lb—本工序的基本尺寸；

la—上工序的基本尺寸。對于外圓與內(nèi)圓這樣的對稱表面，其加工余量用雙邊余量2Zb表示。對于外圓表面有：2Zb＝da-db對于內(nèi)圓表面有：2Zb＝Db－Da

由于工序尺寸有偏差，故各工序?qū)嶋H切除的余量值是變化的，因此工序余量有公稱余量（簡稱余量）、最大余量Zmax、最小余量Zmin之分，對于上圖所示被包容面加工情況，本工序加工的公稱余量：Zb＝la-lb

公稱余量的變動范圍：TZ＝Zmax—Zmin＝Tb＋Ta式中：Tb—本工序工序尺寸公差；

Ta—上工序工序尺寸公差。工序尺寸公差一般按“入體原則”標(biāo)注。對被包容尺寸(軸徑)，上偏差為0，其最大尺寸就是基本尺寸；對包容尺寸（孔徑、鍵槽）、下偏差為0，其最小尺寸就是基本尺寸。本連桿材料采用55鋼，硬度HBS為226-271，毛坯重量約為4千克，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用整體模鍛。根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸毛坯尺寸。毛坯最大尺寸：40.2（mm）毛坯最小尺寸：39.9（mm）粗磨后最大尺寸：38.975（mm）粗磨后最小尺寸：38.675（mm）半精磨后尺寸與零件尺寸相同，即38表2.1工序間尺寸及公差2.5確定切削用量及基本工時工序2：鉆小端孔mm（1）鉆孔，由《機械制造工藝手冊》P10-11，表10.2-6，選用直柄麻花鉆mm，硬質(zhì)合金鉆頭，選用機床：立式六軸組合機床Z064。切削深度a=1.5mm進給量f=0.41mm/r（見《切削手冊》表2.7）主軸轉(zhuǎn)速v=12.25m/min（見《切削手冊》表2.13及表2.14，按5類加工性考慮）n===155（r/min）按機床選取n=136r/min（按《工藝手冊》表4.2-2）所以實際切削速度v===10.68（m/min）切削工時t===43s式中：l=10mm，l=4mm，l=150mm。（2）擴孔mm。根據(jù)有關(guān)資料介紹，利用鉆頭進行擴鉆時，其進給量與切削速度與鉆同樣尺寸的實心孔時的進給量與切削速度的關(guān)系為f=（1.2-1.3）fv=（）v式中f、v——加工實心孔時的切削用量?，F(xiàn)已知f=0.56mm/r（《切削手冊》表2.7）v=19.25m/min（《切削手冊》表2.13）并令f=1.25f=0.7mm/r按機床取0.7mm/rv=0.4v=7.7m/minn==87.5（r/min）按機床選取88r/min所以實際切削速度為v==7.74（m/min）切削工時t==34s工序13：粗鏜大端孔所選刀具YG8復(fù)合鏜刀，選用機床為雙面金剛鏜床KX040。粗鏜內(nèi)孔mm，由《機械制造工藝手冊》P11-45，查得：（1）切削深度a=1.8mm；（2）進給量f=0.4-0.6mm/r，取0.5mm/r，切削速度v=35-60m/min，取50m/min；（3）主軸轉(zhuǎn)速n==247.13r/min，取247r/min。（4）切削工時t==25s工序25：精鏜大端孔及小端銅套孔所選刀具為YG6硬質(zhì)合金鏜刀，選用機床為英國精密鏜床742M。根據(jù)《機械制造工藝手冊》P11-45，表11.4-1，查得：（1）精鏜大端孔mm切削深度a=0.3mm；進給量f=0.2-0.4mm/r，取0.4mm/r；切削速度v=35-60m/min，50m/min；主軸轉(zhuǎn)速n==243.06r/min，取243r/min切削工時t==41s（2）精鏜小端銅套孔mm切削深度a=0.2mm；進給量f=0.2-0.4mm/r，取0.3mm/r；切削速度v=35-60m/min，40m/min；主軸轉(zhuǎn)速n==454.7r/min，取455r/min。切削工時t==12.4s第3章夾具設(shè)計3.1機床夾具概述夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，故機床夾具設(shè)計在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其重要的地位，機床夾具設(shè)計是一項重要的技術(shù)工作。機床夾具按通用化程度可分為兩大類：a、通用夾具——可適用于不同工件的需要，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用廣泛。b、專用夾具——為某工件的某工序?qū)ｉT制造的夾具，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作方便迅速。3.2機床夾具功能和組成在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。3.2.1機床夾具的功能機床夾具的主要功能是裝夾工件，使工件在夾具中定位和夾緊。(1)、定位：確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件的定位面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工面的尺寸和位置精度要求。(2)、夾緊：工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。機床夾具的特殊功能主要是對刀和導(dǎo)向。(1)對刀：調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。(2)導(dǎo)向：如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具(鏜模)也具有導(dǎo)向功能。3.2.2機床夾具的組成a、定位元件或裝置：用以確定工件在夾具中的位置。b、刀具導(dǎo)向元件和裝置：用以引導(dǎo)刀具或用以調(diào)整刀具相對于夾具的位置。c、夾緊元件或裝置：用以夾緊工件。d、連接元件或裝置：用以確定夾具在機床上的位置并與機床相連接。e、夾具體：用連接夾具各元件及裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上。f.其它元件或裝置：除上述各部分以外的元件或裝置，如某些夾具上的分度裝置，防錯裝置，安全保護裝置等。下面通過一個專用夾具的實例來說明夾具的作用和組成：1.快換鉆頭2.導(dǎo)向套3.鉆模板4.開口墊圈5.螺母6.工件7.定位銷8.夾具體3.3機床夾具在機械加工中的作用在機械加工中，使用機床夾具的目的主要有以下六個方面。然而，在不同的生產(chǎn)條件下，應(yīng)該有不同的側(cè)重點。夾具設(shè)計時應(yīng)該綜合考慮加工的技術(shù)要求、生產(chǎn)成本和工人操作等方面的要求，以達(dá)到預(yù)期的效果。(1)、保證加工精度——用夾具裝夾工件時，能穩(wěn)定地保證加工精度，并減少對其它生產(chǎn)條件的依賴性，故在精密加工中廣泛地使用夾具并且它還是全面質(zhì)量管理的一個重要環(huán)節(jié)。夾具能保證加工精度的原因是由于工件在夾具中的位置和夾具對刀具、機床的切削成形運動的位置被確定，所以工件在加工中的正確位置得到保證，從而夾具能滿足工件的加工精度要求。(2)、提高勞動生產(chǎn)率——使用夾具后，能使工件迅速地定位和夾緊，并能夠顯著地縮短輔助時間和基本時間，提高勞動生產(chǎn)率。(3)、改善工人的勞動條件——用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當(dāng)采用氣壓、液壓等夾緊裝置時，可減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)。(4)、降低生產(chǎn)成本——在批量生產(chǎn)中使用夾具時，由于勞動生產(chǎn)率的提高和允許使用技術(shù)等級較低的工人操作，故可明顯地降低生產(chǎn)成本。(5)、保證工藝紀(jì)律——在生產(chǎn)過程中使用夾具，可確保生產(chǎn)周期、生產(chǎn)調(diào)度等工藝秩序。例如，夾具設(shè)計往往也是工程技術(shù)人員解決高難度零件加工的主要工藝手段之一。(6)、擴大機床工藝范圍——這是在生產(chǎn)條件有限的企業(yè)中常用的一種技術(shù)改造措施。如在車床上拉削、深孔加工等，也可用夾具裝夾以加工較復(fù)雜的成形面。3.4工件的定位3.4.1常用的定位方法和定位元件1.工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。夾具上常用的支承元件有以下幾種：（1）、固定支承固定支承有支承釘和支承板兩種型式。以下是支承板結(jié)構(gòu)：（2）可調(diào)支承在工件定位過程中，支承釘?shù)母叨刃枰{(diào)整時，可采用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)。（3）自位支承(浮動支承)在工件定位過程中，能自動調(diào)整位置的支承稱為自位支承，或稱浮動支承。（4）．輔助支承輔助支承用來提高工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性，不起定位作用。輔助支承有：螺旋式輔助支承;b.自位式輔助支承;c.推引式輔助支承2.工件以圓柱孔定位工件以圓柱孔為定位基面時，常用圓柱體和圓錐體作為定位元件。3.工件以外圓柱面定位。工件以外圓表面作為定位有兩種形式，一種是定心定位，一種是支承定位。工件以外表面定心定位的情況與工件以圓柱孔定位的情況相仿，只是用套筒或卡盤代替了心軸或柱銷，以錐套代替了錐銷。3.4.2工件的安裝方式為了在工件的某一部位上加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面，在機械加工前，必須使工件在機床上相對于工件占據(jù)某一正確的位置。通常把這個過程稱為工件的“定位”。工件定位后，由于在加工中受到切削力、重力等的作用，還應(yīng)采用一定的機構(gòu)將工件“夾緊”，使其確定的位置保持不變。工件從“定位”到“夾緊”的整個過程，統(tǒng)稱為“安裝”。

工件安裝的好壞是模具加工中的重要問題，它不僅直接影響加工精度、工件安裝的快慢、穩(wěn)定性，還影響生產(chǎn)率的高低。為了保證加工表面與其設(shè)計基準(zhǔn)間的相對位置精度，工件安裝時應(yīng)使加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)相對機床占據(jù)一正確的位置。在各種不同的機床上加工零件時，有各種不同的安裝方法。安裝方法可以歸納為直接找正法、劃線找正法和采用夾具安裝法等3種。（1）直接找正法：采用這種方法時，工件在機床上應(yīng)占有的正確位置，是通過一系列的嘗試而獲得的。具體的方式是將工件直接裝在機床上后，用百分表或劃針盤上的劃針，以目測法校正工件的正確位置，一邊校驗一邊找正，直至符合要求。

直接找正法的定位精度和找正的快慢，取決于找正精度、找正方法、找正工具和工人的技術(shù)水平。它的缺點是花費時間多，生產(chǎn)率低，且要憑經(jīng)驗操作，對工人技術(shù)的要求高，故僅用于單件、小批量生產(chǎn)中。此外，對工件的定位精度要求較高時，例如誤差小于0.01～0.05mm時，采用夾具難以達(dá)到要求（因其本身有制造誤差），就不得不使用精密量具，并由有較高技術(shù)水平的工人用直接找正法來定位，以達(dá)到精度要求。

（2）劃線找正法：此法是在機床上用劃針按毛坯或半成品上所劃的線來找正工件，使其獲得正確位置的一種方法。顯而易見，此法要多一道劃線工序。劃出的線本身有一定寬度，在劃線時又有劃線誤差，校正工件位置時還有觀察誤差，因此該法多用于生產(chǎn)批量較小，毛坯精度較低，以及大型工件等不宜使用夾具的粗加工中。

（3）采用夾具安裝法：夾具是機床的一種附加裝置，它在機床上相對刀具的位置在工件未安裝前已預(yù)先調(diào)整好，所以在加工一批工件時不必再逐個找正定位，就能保證加工的技術(shù)要求，既省工又省事，是高效的定位方法，在成批和大量生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。3.5工件的夾緊3.5.1夾緊裝置的組成在機械加工過程中，為保持工件定位時所確定的正確加工位置．防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動，一般機床夾具都應(yīng)有一個夾緊裝置，以將工件夾緊。夾緊裝置分為手動夾緊和機動夾緊兩類。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和功用，典型夾緊裝置由三部分組成(1)、力源裝置——它是產(chǎn)生夾緊力的裝置。通常是指動力夾緊時所用的氣壓裝置、液壓裝置、電動裝置、磁力裝置、真空裝置等。圖3—3中的氣缸1，便是動力夾緊中的一種氣壓裝置。手動夾緊時的力源由人力保證，它沒有力源裝置。(2)、中間傳力機構(gòu)——它是界于力源和夾緊元件之間的機構(gòu)。通過它將力源產(chǎn)生的夾緊力傳給夾紫元件，然后由夾緊元件最終完成對工件的夾緊。一般中間傳力機構(gòu)可以在傳遞夾緊力的過程中，改變夾緊力的方向和大小，并根據(jù)需要亦可具有—定的自鎖性能。圖3—3中的斜楔2，便是中間傳力機構(gòu)。(3)、夾緊元件——它是實現(xiàn)夾緊的最終執(zhí)行元件。通過它和工件直接接觸而完成夾紫工件，如固3—3的壓板40對于手動來緊裝置而言，夾緊機構(gòu)由中間傳力機構(gòu)和夾緊元件所組成。3.5.2夾緊裝置設(shè)計的基本要求（1)、夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。（2)、夾緊力的大小要可靠和適當(dāng)，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變，振動?。忠构ぜ划a(chǎn)生過大的夾緊變形。（3)、夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)提下，其結(jié)構(gòu)要力求簡單，以便于制造和維修。（4)、夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。3.5.3夾緊力確定的基本原則確定夾緊力的方向、作用點和大小時，應(yīng)依據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點、加工要求，并結(jié)合工件加工中的受力狀況及定位元件的結(jié)構(gòu)和布置方式等綜合考慮。1、夾緊力的方向（1)、夾緊力的方向應(yīng)有助于定位穩(wěn)定，且朝向主要定位基面。（2)、夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。（3)、夾緊力的方向應(yīng)是工件剛度較高的方向。2、夾緊力的作用點夾緊力的方向確定后，應(yīng)根據(jù)下述原則確定作用點的位置。（1）、夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。（2)、夾緊力的作用點應(yīng)選在工件剛度較高的部位。（3）、夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面。3、夾緊力的大小理論上，夾緊力的大小應(yīng)與作用在工件上的其它力(力矩)相乎衡；而實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛度、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等因素有關(guān)，計算是很復(fù)雜的。因此，實際設(shè)計中常采用估算法、類比法和試驗法確定所需的夾緊力。3.6銑6102發(fā)動機連桿拔桿臂的夾具設(shè)計下圖是連桿的零件圖，現(xiàn)需設(shè)計銑拔桿臂的銑夾具。圖3-4連桿的零件圖1.零件本工序的加工要求分析本工序的加工要求是銑實體平面，表面粗糙度為6.3。本工序之前，已將整體鍛件切開為連桿體和連桿蓋。本工序采用5mm標(biāo)準(zhǔn)銑刀在X51立式銑床上，一次裝六個零件進行加工。2.本工序加工的是拔桿臂的兩個端面，因此宜采用直線進給的銑夾具。3.擬訂定位方案和選擇定位元件（1）方案一：工件以外圓及端面在兩個定位板和兩個固定V形塊以及活動V形塊上定位，限制四個自由度。如圖a所示方案二：以小頭孔作為定位基準(zhǔn)，再選孔端面為定位基準(zhǔn)，限制工作臺五個自由度。如圖b所示。方案一由于V形塊的特性，所以容易保證大頭孔的對稱度要求，而且利用活動V形塊可以方便地調(diào)節(jié)零件的位置，擰螺母通過液性塑料夾緊所有工件，容易實現(xiàn)多件夾緊。方案二的不足之處是心軸與孔之間有間隙，不容易保證大頭孔的對稱度要求。心軸通過兩端安裝在支座的V形槽上，并通過M16螺栓鉤形壓板及錐面壓緊，銑刀不容易加工。（2）定位誤差計算。由于基準(zhǔn)重合由于定位面與V形塊為兩點接觸，則=0.=（0+0.032）mm=0.032mm〈因此定位精度足夠。4.確定夾緊方案參考夾具資料，采用活動V形塊和固定V形塊夾緊連桿的大小頭孔。5.夾緊力的計算由《切削用量手冊》P155，表22，查得：圓周力F=（5-1）C=491，x=1.0，y=0.75，u=1.1，w=0.2，q=1.3，a=3，a=0.2，a=100，n=150，d=32，Z=10將以上參數(shù)帶入式（5-1），計算結(jié)果：F=12386.4N軸向力一般為圓周力的0.4-0.6，取0.5，F(xiàn)=3085N扭矩M=帶入數(shù)據(jù)，得M=619.3N.m功率P=帶入數(shù)據(jù)，得P=9.76Kw下面計算單銑頭切削時的夾緊力：設(shè)夾緊力為W，V形塊的反力為N，摩擦力為f，3-6-1受力分析圖f=N*u=W*cos45*uFW=5401N5.確定對刀裝置根據(jù)加工要求，采用GB/T2242-80直尺對刀塊，塞尺符合GB/T2244-80，基本尺寸及偏差2mm。6.繪制夾具總圖圖3.6.2所示為本夾具的總裝圖樣。3-6-2銑連桿拔桿臂兩個端面的加工3.7精鏜6102連桿小頭孔的夾具設(shè)計CA-15連桿加工大小頭孔（鏜孔）的工藝方案很多（國內(nèi)很多廠家均采用），是以珩磨后的大端孔定位（塑料心軸夾緊定位），小頭（襯套孔）用活動定位銷定位，如圖3-7-1所示。在加工中活動定位銷退出后，工作臺進給進行小端襯套孔的加工，以次來保證連桿大小端孔中心距，兩孔在兩個相互垂直方向的平行度。這樣加工出來的零件很難保證兩孔位置精度要求，現(xiàn)分析如下：圖3-7-1鏜連桿小端孔的加工示意圖1.調(diào)整螺釘2.塑料3.心軸4.油缸5.夾具本體6.棱形銷7.夾爪8.工件9.鏜刀桿10.鏜頭11.墊鐵12.支座（一）連桿兩孔的中心距是靠夾具與鏜頭的相互位置保證的，當(dāng)機床未到熱平衡狀態(tài)時，因為夾具與鏜頭受熱變形不一致，導(dǎo)致連桿大小端孔中心距變化很大。（二）連桿以大端孔定位（相當(dāng)于長銷定位），這樣心軸的軸心線與連桿大端孔軸心線一致（理想狀態(tài)）；當(dāng)心軸與鏜桿不平行時，連桿小端襯套孔就與大端孔不平行，因是大批大量生產(chǎn)，要在一個夾具上分別安裝兩個連桿，調(diào)整時分別進行，難度較大。連桿大端孔在珩磨后有幾何誤差，故心軸與大端孔不能很好貼合，使加工后連桿平行度誤差方向無規(guī)律。其次在小端襯套孔加工前小端孔與大端孔中心距有誤差，小端孔與定位端面有垂直誤差等，將造成加工襯套孔鏜余量不夠。通過以上分析，現(xiàn)通過改進設(shè)計一套夾具如圖3.7.2所示。連桿用大小頭孔及大端面為定位基準(zhǔn)面。大頭孔用液性塑料心軸11定位，小頭孔用削邊銷6定位，端面采用布質(zhì)膠木板13定位。當(dāng)液壓缸9中的活塞桿向右移動時，頂桿12擠壓液性塑料，塑料心軸11中間薄壁部分向四周作均勻細(xì)微膨脹，使連桿定位并夾緊。而后兩個小液壓缸14中的活塞桿15有一斜面，從而使V形卡爪16向外伸出而夾緊連桿。最后，削邊銷6向左退出后即可加工連桿小頭孔。由于兩個V形卡爪對稱安裝，浮動夾緊，所以連桿小頭孔的位置在削邊銷退出后不會發(fā)生改變。圖3-7-2鏜連桿小端孔的加工示意圖圖3-7-2鏜連桿小端孔的加工示意圖3.8制訂夾具公差與技術(shù)條件1、制訂夾具公差與技術(shù)條件的依據(jù)(1)產(chǎn)品圖紙，制訂夾具公差時主要依據(jù)零件圖，當(dāng)零件圖不能把零件的性能與要求表示清楚，或零件裝配后還要加工時，則除了參考零子圖外，還要參考部件裝配圖，即參考裝配后的尺寸、公差和技術(shù)條件。有時還要知道零件的重量。(2)工藝規(guī)程，如果由于工藝上的需要而改變零件的某些公差時，夾具公差應(yīng)根據(jù)工藝規(guī)中規(guī)定的公差來制訂。(3)設(shè)計任務(wù)書，在設(shè)計任務(wù)書中，不僅提出了定位、夾緊、生產(chǎn)率等一般設(shè)計要求，而且對設(shè)計中的一些特殊問題也作了說明。因此，制定夾具公差時應(yīng)予以考慮。2、制訂夾具公差和技術(shù)條件的基本原則（1）機械加工中，由于各種因素的影響(例如機床誤差，夾緊誤差，刀具誤差，熱變形，彈性變形，內(nèi)應(yīng)力等因素引起的誤差)使工件產(chǎn)生了加工誤差，為了保證工件的加工精度，必須控制上述誤差。制訂夾具公差時要保證夾具的定位，制造和調(diào)整誤差的總和滿足誤差計算不等式;一般不超過工序誤差的三分之一。（2）為了增加夾具的可靠性和延長夾具的壽命，必須考慮夾具使用中的補償磨損問題。因此，在考慮工廣現(xiàn)有設(shè)備條件和技術(shù)條件水平的同時，在不增加制造難度的前提下，應(yīng)盡量把夾具公差帶定得小一些，以保證工件的加工精度、增大夾具的磨損公差以延長夾具的使用壽命。（3）夾具中與工件尺寸有關(guān)的尺寸公差，不論工件尺寸公差是單向的還是雙向的，都應(yīng)化為雙向?qū)ΨQ分布的公差。例如，工件尺寸公差為50+0.10應(yīng)化為50.050.05，并以工件的平均尺寸作為夾具的基本尺寸。然后根據(jù)工件公差規(guī)定該尺寸的制造公差。（4）夾具中的尺寸公差和技術(shù)條件應(yīng)表示清楚，不要互相矛盾和重復(fù)。凡注有公差的部位，一定要有相應(yīng)的檢驗基準(zhǔn)。（5）在夾具制造中，為了避免加工困難，提高夾具的精度，一可采用調(diào)整、修配或就地加