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1、目 录1 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 国外现状11.3 国内现状11.4 课题研究的内容22 工艺规程与机床夹具32.1 工艺过程及其组成32.2 工艺规程32.2.1 工艺规程的概念和作用32.2.2 工艺规程的设计步骤32.3 机床夹具42.3.1 机床夹具的分类42.3.2 机床夹具的组成42.3.3 机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系53 连杆工艺规程设计63.1 连杆的结构特点与材料63.2 生产纲领63.3 连杆毛坯73.4 连杆技术要求83.4.1 工艺参数83.4.2 连杆各部位的技术要求对发动机的影响93.5 连杆工艺过程分析93.5.1 工序的安排93.5.2
2、 定位基准的选择103.5.3 加工经济精度和加工方法的选择113.6 工艺装备的选择123.6.1 机床选择123.6.2 刀具的选择123.6.3 量具的选择123.7 连杆工艺流程133.8 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差143.9 切削用量的选择163.9.1 切削用量的选择原则163.9.2 各加工方法对应的切削用量的选择过程173.10 工时定额183.10.1 工时定额的计算183.11 连杆的检验204 连杆端面铣夹具设计214.1 定位方案的确定214.2 定位元件的选定与定位误差的确定214.3.1 夹紧元件的选择224.3.2 夹紧力的计算224.4 夹具体的设
3、计234.5 定位元件尺寸及配合的选择234.5.1 固定式圆柱定位销234.5.2 菱形销234.5.3 支承板235 结论24附录25参考文献33致谢35. . .1 绪论1.1 选题的目的和意义随着汽车工业的发展，现代高性能的发动机对连杆的要求越来越高。连杆作为内燃机传递动力的主要运动件，其材质、毛坯及机械加工精度要求都十分严格1。连杆是柴油机的主要传动构件之一，其作用是把活塞和曲轴联接起来，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的回转运动，以输出动力2。连杆的加工精度将直接影响发动机的性能，而工艺的选择又是直接影响加工精度的主要因素。工艺是生产中最活跃的因素，既是构思和想法，又是实在的方法和手
4、段。工艺设计是生产加工中的核心内容之一。零件在工艺规程制定以后，就要按工艺规程顺序进行加工。加工中除了要机床、刀具、量具之外，大批量生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的联接装置，使工件相对与机车或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏也直接影响工件加工表面的位置精度3、4。近年来，机械工业，发动机零部件及其设计与制造过程的高质量、高效率、低成本、低能耗的要求已成为提高产品竞争力的唯一途径。传统、落后加工技术的生产模式已难以适应市场的变化，加工技术的变革成为必然的发展趋势和发展方向。许多新工艺打破常规，以构思新颖、效益显著为特点应运而生，满足了现代企业的要求5。1.2 国外现状目前连杆毛坯主
5、要有两种类型：整体式和体盖分开，其中整体式因有节材节能以及节省锻造模具等特点被广泛采用。国外连杆的加工工艺，已经越来越多的采用自动线生产。目前，国外很多生产厂家都建立了连续拉削自动线，采用计算机直接控制自动化机床，使连杆加工的自动化进入一个新的发展阶段6、7。自20世纪70年代以后，随着NC机床和加工中心在生产中的普遍使用，柔性成为现代制造业的主要发展之一。国际上对柔性夹具做过多种研究和探索，但目前没有找到在结构上、经济上、实用性上能与传统夹具中已有的一些夹具相匹敌的新型夹具8。1.3 国内现状我国除各大汽车厂及内燃机制造厂外，经“八五”技术改造，已经形成几家批量较大的连杆专业生产厂，但仍无法
6、满足日益发展的汽车及内燃机制造业对连杆的批量及精度要求9。福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会介绍了连杆批量生产中几种先进工艺：铸造连杆、粉末锻造连杆和锻钢连杆，传统的模锻和模铸连杆正面临着粉末锻造钢连杆和粉末一次烧结钢连杆挑战。就我们国家而言，粉末冶金锻造工业虽然有了一定的发展，但要提供大批量和高质量的粉末冶金锻件还不成熟10。湖南农业大学工程技术学院陈志亮老师在改进连杆工艺方案时对连杆的撑断工艺做了一个分析说明。采用这种工艺之后即使连杆盖、杆结合面精确相接，而且也减少了加工工序数11。在机械加工过程中夹具的使用非常广泛，它是降低工人劳动强度、扩大机床的工业范围、
7、保证产品质量、提高生产效率的重要手段12。夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。随着机床制造业的迅猛发展，在保证产品质量的前提下，柔性装备加工参数已今非昔比，生产节拍愈来愈短。往往关键件生产集中与几台加工中心组成的柔性短生产线上，提高了设备利用率13。1.4 课题研究的内容本课题在零件工艺设计的基础上，通过分析典型的连杆加工工艺方法与夹具原理，完成连杆的工艺和端面铣夹具设计。论文的具体研究的内容如下：（1）针对研究本课题的目的及意义，分析连杆的工艺和夹具的研究现状。（2）通过审查连杆零件的图纸，分析连杆零件的结构工艺性，确定其加工工
8、艺路线，选择满足各工序要求的工艺装备。（3）结合铣连杆端面的工艺特点，设计出合理的端面铣夹具。2 工艺规程与机床夹具2.1 工艺过程及其组成改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程（以下简称工艺过程）。机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀。毛坯一次通过这些工序就成为成品。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。安装是指将工件在机床上或夹具中定位、加紧的过程。为了完成一
9、定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，称为工位。在加工表面（或装配时的连接表面）和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。走刀是指刀具以加工进给速度相对于工件所完成的一次进给运动的工步部分14。2.2 工艺规程2.2.1 工艺规程的概念和作用规定产品或零件部件制造过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等工艺文件称为机械加工规程。它是在具体生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法。工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺试验后制定的，反应了加工中的
10、客观规律。因此，工艺规程是指导工人操作和用于生产、工艺管理的主要技术文件，典型的工艺规程能缩短工厂的生产准备时间。2.2.2 工艺规程的设计步骤（1）阅读装配图和零件图了解连杆的用途、性能和工作条件，熟悉连杆在内燃机中的地位和作用。（2）工艺审查审查图纸上的尺寸，视图和技术要求是否完整，正确，统一；找出主要技术要求和分析关键的技术问题；审查零件的结构工艺性。（3）熟悉或确定毛坯（4）拟定机械加工工艺路线其主要内容有：选择定位基准，确定加工方法，安排加工顺序以及安排热处理，检验和其他工序等。（5）确定满足各工序要求的工艺设备。（6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。（7）确定各工序的加工余量，
11、计算工序尺寸呢和公差。（8）确定切削用量。（9）确定时间定额。（10）填写工艺文件。2.3 机床夹具机床夹具是零件在机床上加工时用以装夹工件（和引导刀具）的一种工艺装备。其作用是正确确定工件与刀具之间的相对位置、并将工件牢固的加紧。使用夹具可以有效地保证加工质量，提高劳动效率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度。因此，夹具在机械制造中占有重要地位15。2.3.1 机床夹具的分类机床夹具的种类和形式很多，可以按照不同的方法进行分类。若根据夹具使用特点来划分，则有通用夹具、组合夹具、专用夹具、成组夹具等。若按使用夹具的机床来划分，则分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具、组合机
12、床夹具等。若按夹具加紧动力源的不同来划分，则有手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具等16、17。2.3.2 机床夹具的组成通常，夹具的组成部分如下：（1）定位装置定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，常用的定位元件有支承钉、定位销、V型块等。其定位作用，保证在加工时工件相对于夹具的位置，可用六点定位原理来分析其限制的自由度。（2）加紧装置将工件加紧，以保证在加工时保持所限制的自由度。（3）导向元件和对刀装置导向和对刀装置的作用是确定刀具相对于夹具的位置，或引导刀具进行加工，常用的对刀、导向刀具有刀块钻套。（4）连接元件连接元件可把各种元件连接连在一
13、起并固定在机床上，如铣床夹具的定位键。（5）夹具体各元件都装在夹具体上，并保证各元件之间的相对位置，且精度要求较高。（6）其他元件及装置如动力装置的操作系统等。2.3.3 机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系夹具体加紧元件定位元件连接元件其他元件导向元件工件机床刀具辅助工具图2-1机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系3 连杆工艺规程设计3.1 连杆的结构特点与材料连杆是汽车发动机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压力传递给曲轴，又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由小头、杆身和大头构成18。连杆小头的形状取决于活塞销的尺寸及
14、其与连杆小头的连接方式，小头孔内压入青铜套，以减少小头孔与活塞销的磨损。连杆杆身断面为工字型，刚度大、质量轻、适于模锻。连杆杆身一般都采用从大头刀小头逐步变小的工字型截面形状，为保证发动机运转均衡。连杆大头用连杆螺栓和螺母与曲柄轴颈装配在一起，孔内装有薄壁轴瓦。钢质瓦背内表面浇有一层耐磨合金；大头接合面多为平切口，为便于从气缸中装卸。小头、大头与杆身采用较大圆弧过渡，逐渐变化，以获得足够的强度和刚度，其形状复杂而不规则，对孔本身及孔与平面之间的位置精度一般要求较高；杆身断面不大，刚度较差，易变形，尺寸精度和位置精度以及粗糙度要求都很高。连杆螺栓承受交变载荷，在加工方面要精细加工过度圆角，消除应
15、力集中，以提高抗疲劳强度19。连杆体和连杆盖由优质合金钢或中碳钢如45、40Cr、42CrMo或40MnB等模锻或辊锻而成。连杆螺栓通常用优质合金钢45Cr或35CrMo制造。一般经喷丸处理以提高连杆组零件的强度。本课题研究的连杆体、连杆盖的材料都为45Mn，连杆螺栓采用40Mn。因钢中珠光体含量多，其强度和硬度较高，淬火后的硬度可显著增加。它不仅强度、硬度较高，其兼有较好的塑性和韧性，即它的综合性能优良20。3.2 生产纲领生产纲领的大小对生产组织和和零件加工工艺过程起着重要作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选的工艺方法和工艺装备。零件的生产纲领可按下式计算：生产纲领生产台数零件数量备品率废品率根据生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确定其生产类型。如图连杆产品
