机械制造技术课程设计-连杆加工工艺及钻20孔夹具设计.docx

机械制造技术基础课程设计说明书设计题目:“连杆”零件的机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名：学号：专业：机械工程班级：指导老师：学院：202X年6月23日一、零件分析31.1 零件的作用31.2 零件的工艺分析313确定零件的生产类型3二、确定毛坯类型，绘制毛坯简图32.1 选择毛坯32.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量32.3 绘制连杆毛坯简图4三、工艺规程设计53.1 定位基准的选择53.2 拟定工艺路线53.3 加工设备及工艺装备的选用73.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定83.5 切削用量的计算93.6 时间定额的计算10四、专用夹具设计124.1 定位基准的选择124.2 定位元件的选择124.3 定位误差分析124.4 钻削力与夹紧力的计算124.5 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计144.6 夹紧装置的设计164.7 夹具设计及操作的简要说明17总结与致谢18参考文献19一、零件分析1.1 零件的作用题目所给的连杆是汽车发动机的重要元件。它的作用是将活塞受的力传递给曲轴，并使活塞的王府运动转变为曲轴的旋转运动，是发动机中最重要的配合副之一。1.2 零件的工艺分析根据任务书可知，“连杆”零件的材料是HT200。该材料具有一定的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件的主要加工面为：(1)尺寸直径20和30的左平面；(2)直径30的右端面；(3)直径32的圆柱表面；(4)直径30和20的圆孔；各表面的相互位置精度要求有：(1) 20孔中心线对30孔中心线的平行度公差为0.08mm；(2)左平面对巾20孔中心线的垂直度公差为0.1mm；(3)右端面对630孔中心线的垂直度公差为0.1mm；(4)下垂头中心线对30孔中心线的平行度公差为0.1mm；(5)零件材质为灰铸铁，需要热处理632处27长度上54HRC。1.3确定零件的生产类型根据任务书可知，该零件属于大批生产。二、确定毛坯类型，绘制毛坯简图2.1 选择毛坯零件材料选用HT200,此材料不光切削加工方面性能较好，而且几乎不产生热量,为了简化工艺和提高劳动利用率，可考虑采用工序集中原则。零件结构比较简单，以便能使零件具有更好的机械性能，采用铸造成型来保证零件工作可靠。从提高生产效率保证加工精度方面来说是有必要的。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1)铸件尺寸公差等级由表2.8查得铸件尺寸公差等级为CT8-10级,根据铸件作用和结构取CT9o2）铸件机械加工余量加工余量由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共10级，对成批和大批生产的铸件加工余量由表2.8查得为G级。2.3 绘制连杆毛坯简图表2.1连杆的机械加工余量及铸造毛坯尺寸公差（mm）加工表面零件尺寸机械加工余量毛坯公差毛坯尺寸连杆30孔303.01.824+0.9(30)连杆左平面243.01.730+0.85(24)连杆右端面273.01.833+0.9(27)连杆下垂头连接处123.01.618+0.8(12)连杆下垂头端面323.01.838+0.9(32)A-AA图3.1连杆零件毛坯简图三、工艺规程设计3.1 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后确定粗基准。1）精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准合一”原则，选择零件左视图中的左平面和“30孔中心作为精基准。2）粗基准的选择对于零件而言，尽量选择比加工表面为粗基准。而对于若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件右表面为粗基准。3.2 拟定工艺路线1）表面加工方法的确定根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查工艺人员手册，可得到表面和孔加工加工方法能达到的经济精度，确定连杆各表面的加工方法如下：表3.1连杆零件各表面加工方案加工表面尺寸及偏差mm尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m加工方案左平面ITll3.2粗铳-精铳右端面ITll3.2粗铳-精铳20孔20IT91.6钻喉30孔30IT91.6粗扩-精扩垂头端面32IT133.2粗铳-精铳垂头连接处R12IT133.2粗铳-精铳2）加工阶段的划分该连杆加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、精加工两个阶段。首先将精基准（连杆左平面和孔）准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铳连杆右端面，钻”20孔和粗铳垂头端面及连接处,；在精加工阶段，完成左右端面的精铳加工和垂头端面及连接处。3）工序的集中与分散选用工序集中原则，安排连杆的加工工序。该连杆的生产类型为大量生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不断可以缩短辅助时间，而且由于一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。4）工序顺序的安排（1）机械加工工序遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准一一连杆左右端面和630孔、620孔;表3.2连杆零件机械加工工序安排（初拟）工序号工序内容简要说明10粗、精铳左平面先基准后其他，先粗后精20粗、精铳右端面先基准后其他，先粗后精30粗、精铳垂头端面及连接处先主后次，先粗后精40钻、钱20孔先面后孔50粗、精扩30孔先面后孔60检查遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面；遵循“先面后孔”原则，先加工主要表面，后加工孔；先加工左右端面，后加工两个孔；最后加工垂头端面及连接处。（2）热处理工序为改善工件材料的切削性能和消除毛坯应力而安排热处理工序和为消除切削加工过程中工件的应力而安排的热处理工序，例如退火，人工时效等，通常安排在初加工之前；为改善工件材料力学性能而采用的热处理工序，例如淬火，渗碳淬火等，通常安排在半精加工和精加工之间进行。在淬火处理之前，应将铳槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的加工进行完毕，以防工件淬硬后无法加工。（3）辅助工序粗加工连杆左右端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该连杆工序的安排顺序为：基准加工一一主要平面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精加工。5）确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定连杆的机械加工工艺路线，表3.3o表3.3连杆机械加工工艺路线（修改后）工序号工序内容定位基准10铸造20退火30粗、精铳左平面55外圆轮廓表面40粗、精铳右端面左平面50粗、精铳垂头端面及连接处左平面，655外圆轮廓表面60钻、较620孔左平面，655外圆轮廓表面70粗、精扩小30孔左平面，中20孔80去毛刺90清洗100终检3.3加工设备及工艺装备的选用由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。表3.4连杆工艺路线及设备、工装的选用工序号工序内容加工设备工艺装备10铸造20退火30粗、精铳左平面立式铳床X51端铳刀、游标卡尺40粗、精铳右端面立式铳床X51端铳刀、游标卡尺50粗、精铳垂头端面及连接处立式铳床X51端铳刀、游标卡尺60钻、较孔20立式钻床Z525像刀、卡尺、塞尺70粗、精扩孔30立式钻床Z525扩孔钻、卡尺、塞尺80去毛刺钳工台平铿90清洗清洗机100终检塞规、卡尺、千分表等3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定工序30粗、精铳左平面查表得左平面的精加工余量Z精为Imm。已知该面的总余量Z总为3mm。故粗加工余量Z粗=(3-1)mm=2mmo粗铳左平面工序中以655外圆轮廓端面定位，左平面至620孔右端面的工序尺寸即为设计尺寸X精=24mm。求解尺寸链，由X粗=X精+Z精,则粗铳左平面工序尺寸X粗二(24+1)mm=25mmo查表面加工方法相关表格，得粗铳加工公差等级为ITlrTr13,rn,其公差T精=0.16mm,所以X粗=(25±0.08)mm。校核精铳余量Z精：上述尺寸链中，Z精是封闭环，由竖式计算法(下表)计算可得：Z精=1.0±0.08mm表3.5余量Z精校核表mm环的名称基本尺寸上偏差下偏差X粗（增环）25+0.08-0.08X精（减环）2400Z精1+0.08-0.08校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。工序30粗、精铳左平面工序加工余量、工序尺寸及公差见下表。表3.6工序30粗、精铳左平面工序加工余量、工序尺寸及公差mm加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸粗铳铳2ITllX粗=25±0.08精铳左平面铳1X精=243.5切削用量的计算工序30：粗、精铳左平面1）背吃刀量的计算粗铳左平面时，粗铳走刀一次，背吃刀量为粗加工余量，ap=2mm;精铳左平面时，精铳走刀一次，背吃刀量为精加工余量，ap=lmm.2）进给量的选择X51型立式铳床功率为4.5kW,查表高速钢端铳刀粗铳平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，粗铳的每齿进给量fz取为0.2mmz.由本工序表面粗糙度Ral2.5m,查表高速钢端铳刀精铳平面进给量，每齿进给量f取为0.08mmzo3）切削速度的选择计算粗铳左平面由本工序采用高速钢端铳刀，dw=80mm,齿数Z=I0。查高速钢端铳刀铳销速度相关表，确定铳销速度Vc=40mmin,则100Ov1000X40ns=：=159.15rmin11d11×80由本工序采用X51型立式铳床，查表取nw=160rmin,故实际铳销速度11dnw11×80×160vc=_CCC=-=40.2mmin10001000/当nw=160rmin时，工作台的每分钟进给量fm应为00=000=O.2×1O×16O=32O三三查表确定机床的进给量为300mmmino精铳左平面查高速钢端铳刀铳销速度相关表，确定铳销速度Vc=57.6mmin,则100Ov1000X57.6由本工序采用X51型立式铳床，查表取nw=210rmin,故实际铳销速度11dnw兀X80X210vc=_CCC=-=52.78mmin10001000/当nw=210rmin时，工作台的每分钟进给量frn应为fm=fzn=0.08×10×210=168mmmin查表确定机床的进给量为160mmmio表3.7粗、精铳左平面切削用量表加工表面背吃刀量apmm每齿进给量fz(mmmin)每分钟进给量fm/(mmmin)切削速度Vc/(mmin)主轴转速n/(rmin)粗铳左平面20.230040.2160精铳左平面10.0816052.782103.6时间定额的计算工序60：钻、较小20孔1切削用量本工序为钻、扩、三20mm的孔。较刀选用619.95的标准高速钢较刀，r0=0,a0=8o,kr=5o较孔扩削用量：确定进给量f根据参考文献三表10.4-7查出f表=0.651.4.按该表注释取较小进给量，按Z525机床说明书，取kO.72。确定切削速度V和转速n根据表10.4-39取V表=14.2,切削速度的修正系数可按表10.4-10查出，kmv=loapr15.8115=3.oyap2×0-0.104故K=0.87故V表'=14.2X0.87Xl=12.35mmin100oV'表100oXI2.35右.=248.6r/min11×15.81根据Z525机床说明书选择n=275rmin.这时实际的较孔速度V为:11dm"义15.81x2755.=13.65m/minV=woo100O根据以上计算确定切削用量如下:钻孑L：d=15mm,f=0.3mmr,n=400rmin,v=18mmin半精较：d=15.85mm7f=0.5mmGn=574rmin,v=25.8mmin精较：d=15.95mm,f=0.72mmr7n=275rmin7v=13.65mmin时间计算:L钻孔基本工时:I/+Zi+/2m=rfnf式中，n=4007f=0.3J=27.5mmJl=l2=5mm27,5+5+5三0.31min-m-400×0.3半精较基本工时:Ddr.15.8515/_、Y_-ctgkr+(12)=ctg45+(12)=1.752.75=22L=27.5mm7n=530rmin,f=0.5mm,Xll=3mm,I2=4mm,27,5+3+4三0.126min-m-530×0.53.精校基本工时:Dd15.8515.85ALC八c、CrrCrc-ctgkr+(12)=ctg45+(12)=2.773.77=22取ll=4mm,I2=2mm.1=27.5mm27,5+4+2三0.185min275×0.7四、专用夹具设计4.1 定位基准的选择在加工中20孔工序时，30孔以及端面已经加工到要求尺寸。因此选用和中30孔及中30孔下表面加的作为定位基准。选择中30孔限制了工件的2个自由度，选择端面定位时，限制了3个自由度。V型块限制旋转自由度，工件以一面一销定位时，夹具上的定位元件是：一面一芯轴。4.2 定位元件的选择本工序选用的定位基准为一面一销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面一销。因此进行定位元件的设计主要是芯轴销与V型块。4.3 定位误差分析机械加工过程中，产生加工误差的因素有很多。在这些因素中，有一项因素于机床夹具有关。使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。为了满足工序的加工要求，必须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定的工序公差。本夹具选用的定位元件为一面一销定位。其定位误差主要为：销与孔的配合0.020mm,钻模与销的误差0.02mm,钻套与衬套0.029三由公式e=(H2+h+b)×maxHmax=(O.0202+0.011+0.0292)1/2=0.06mme=0.06X30/32=0.020611可见这种定位方案是可行的。4.4 钻削力与夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻、较加工，钻削力较大。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献9得：钻削力F=26jQhbO6钻削力矩T=IoDTH%式中：D-20mmHB=HBma-(HBmax-HBmin)=255-(255187)=232mdx3maxmin/3'，f=0.15mmr1.户=26x5xO.1508×23206=1201.7NT=IoX519×O.1508×23206=3003Nmm本套夹具采用移动压板夹紧，移动压板主要靠移动压板上的螺母来实现夹紧。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：WK=KF安全系数K可按下式计算有：K=K0K1K2K3K4K5K6式中：KoL为各种因素的安全系数，查参考文献20表1-2-1可得：KC=I.2xl.0xl.0xl.0xL3xl.0xl.0=1.56Kp=1.2×1.2×1.05×1.2×1.3×1.0×1.0=2.36Kf=1.2×1.2×1.0×1.2×1.3×1.0×1.0=2.25所以有：%=KCC=1193.08(N)M=KP心=766.37(N)W=KfFf=1359.90()螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：叽=°/丫痴+rztgoc+%)式中参数由参考文献20可查得：/=6.224=2.769=90。2=9050'1=2。29其中.L=120(mm)Q=80(N)螺旋夹紧力：W。=4748.2(N)该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件，受力简图如下：54120图移动压板受力简图由表1-2-26得：原动力计算公式I%即*=W0Lr1/=4748.2×33×89%9032.75(N)由上述计算易得：WK>>叫由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。4.5 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据参考文献11表2-1-47可查得钻套孔径结构如图2.14所示。图2.14快换钻套钻套结构参数如表2.9所示。表2.9CD2J2In1nIia公称尺寸允差CN0012+0.018+0.007180L1200°根据参考文献11表2-208可得衬套选用固定衬套其结构如图2.120所示。图2.120固定衬套其结构参数如表2.10所示。表2.10dHDCG公称尺寸允差公称尺寸允差20+0.034+0.0112018+0.023+0.0120.202根据参考文献11夹具U型槽的结构如图2.11所示。主要结构尺寸参数如表2.11所示。表2.11螺栓直径dDD1L121430204.6夹紧装置的设计夹紧装置采用移动的A型压板来夹紧工件,采用的移动压板的好处就是加工完成后,可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出。根据参考文献11移动压板（GB21720-80）,其结构如图2.17所示。R=bP图移动压板主要结构尺寸参数如表所示表LBbIITKHh4m12030113620081141.20124.7夹具设计及操作的简要说明本套夹具用于加工中20孔。定位采用常见的一面一销定位方案。以中30孔下表面（一面）及其内孔（带大端面的长圆柱销），下平台（固定定位销）来实现完全定位。主要考虑工件便于取出夹紧装置采用移动压板夹紧。工件加工完成后，移动压板向后退一定距离，工件就可以很方便的取出。工件装夹时，先将工件放到带大端面的长圆柱销，然后将移动压板前移，压在工件上，将螺栓拧紧就可以进行加工了。加工完成以后将移动压板退出一定距离，就可以把工件直接取出。总结与致谢经过了为期三个月的不懈努力，我终于顺利完成了学院安排的这次课程设计。这次课程设计的主要任务是根据零件的特性，为连杆零件设计铳床夹具。通过这次设计，我在课堂中所学到的机械知识得到了进一步的应用于扩展，也完善了自己的机械知识体系。在设计过程中，培养了我的综合运用所学知识的技能和解决技术问题的能力。同时，我也遇到了许多问题，通过同组人员的互相帮助和全班同学的集思广益，还有在老师的帮助下顺利地完成了这次课程实际的任务。在这里，我首先要感谢我的老师在我的课程设计过程中给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多难题，让我可以吧设计做的更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且开阔了视野，提高了自己的设计能力。同时，在课程设计中，老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识储备、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及诲人不倦的师者风范是我终身学习的楷模。老师们高深精湛的造诣和严谨求实的治学精神，将永远激励着我。在此，谨向老师们致以衷心的感谢！参考文献1尹成湖等编。机械制造技术基础课程设计指导书，高等教育出版社。【2】艾兴等编。切削用量简明手册，机械工业出版社。【3】吕明等编。机械制造技术基础第三版，武汉理工大学出版社。【4】廖念钊等编。互换性与技术测量第六版，中国质检出版社。【5】李益明主编。机械制造工艺设计简明手册，机械工业出版社。【6】大连理工大学工程图学教研室编。机械制图第六版，高等教育出版社。