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1、滨州学院专业课程设计说明书题目：连杆合件工艺工装设计姓 名：张超超 学 号：1214090431专业方向：机械制造指导老师：孙胜伟 完成时间：2016.01.05 1 绪论1.1 课程设计的目的连杆合件是企业产品的关键零件之一，要求生产量比较大。为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。本课题以此为背景，要求学生根据企业生产需要和连杆合件零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具和加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。1.2 课程设计要求设计要求学生在对连杆合件的加工要求、零件
2、的结构工艺性进行认真分析的基础上，首先对零件的加工工艺规程做出优化设计，并对其关键工序之一进行加工用组合机床设计。具体任务及要求如下：（1）调查研究、查阅文献资料；（2）连杆合件加工要求、零件的结构工艺性分析；（3）连杆合件加工工艺规程设计；（4）连杆合件关键工序的组合机床设计；（5）必要的设计计算与分析；（6）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。 设计技术要求包括：（1）生产纲领：40000 件/年；（2）夹具采用专用夹具；（3）组合机床采用液压驱动滑台；（4）每次加工一个零件。1.3 解决方案和技术路线本设计是连杆合件加工工艺及关键工序工装设计，并在此基础上选择关键工序之一加工用组合
3、机床设计，因此需要研究和解决以下几个问题：（1）连杆合件加工工艺工装设计；（2）关键工序之一的加工用组合机床设计。 进行连杆合件加工工艺及关键工序工装设计时，应首先熟悉连杆合件的零件图，依据“先加工基准面，后加工其他表面”、“先加工平面，后加工孔”、“先加工主要平 面，后加工次要平面”、“先安排粗加工，后精加工” 1，再结合工件的实际情况来 安排工艺路线。工艺装备包含：刀具、量具、夹具、辅具。工艺装备的选用及设计得 依据工序及工件的实际情况。进行关键工序之一的加工用组合机床设计时，应首先了解机床的构成，依据机床 设计的原则，工件、夹具的具体情况，本工序的加工要求，查阅相关资料来设计机床，并完成
4、三图一卡的制作。2 工艺设计2.1 主要技术依据2.1.1 生产纲领，生产类型生产纲领为 40000 件/年，属大批量生产 。大批量生产的工艺特征：（1）零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法；（2）毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，模锻或其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小；（3）机床设备及其布置形式：广泛采用专用机床及自动机床，按流水线排列设备；（4）工艺装备：广泛采用专用夹具，专用组合机床，专用刀具，专用量具或自 动检验装置，靠调整法达到精度要求；（5）对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低；（6）工艺文件
5、：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡；（7）成本：较低；（8）生产率：高；（9）工人劳动条件：较好。2.1.2 连杆的功用及主要结构参数连杆是汽车发动机的主要传动件之一。连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。它受到很大的燃气燃烧爆发力和惯性力的作用，因此必须具有足够的强度和刚度 。 连杆主要参数如表 如表。表 主要参数表项目 技术要求材料 QT450-10连杆小头孔尺寸 F 20 0+ 0.023 mm连杆大头孔尺寸 F 101+0.021 mm0厚度 43 - 0.0.3620 mm连杆大小头孔中心距 85 0+ 0.1 mm连杆体螺纹
6、2-M12-6H连杆体两止口宽度 94 0- 0.023 mm连杆盖螺栓孔 F12mm连杆盖两止口宽度 94 0+0.035 mm2.1.3 毛坯的选择及制备（1）根据零件用途确定毛坯类型；（2）根据批量确定毛坯制造方法；（3）根据手册确定表面加工余量及余量公差。根据技术要求，零件材料为 QT45010，即球墨铸铁， 主要特性较普通铸铁韧性和抗拉强度大大提高，又具有铸铁的流动性好，收缩性好。用途不仅能代替铸钢,甚至能代 替锻钢做成曲轴,齿轮等重 要零件. 抗蚀性能也优于普 通铸钢,做阀门、减压阀根据毛坯的材料，生产类型，生产纲领及零件的复杂程度，连杆毛坯采用金属型铸造成型。零件并不复杂，因此毛
7、坯可以与零件的形状尽量接近，而且采用连杆体连杆盖整 体铸造，之后经加工分离再分别加工。连杆盖、连杆体上的螺栓螺纹孔可不铸造出来 而直接加工。大头孔直（根据机械加工工艺手册 (第 2 版) 第一卷 表 3.223）连杆端面加工总余量：（1.5+1） 2 = 5；连杆毛坯厚度：48mm。 （根据机械加工工艺手册 (第 2 版) 第二卷） 连杆长度：155mm；连杆大头孔圆形部分：70.6mm。2.2 工艺分析工艺分析的目的：一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗 糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出
8、合理的工艺规程 7 。（1）零件材料：QT45010。球墨铸铁切削性能较差，宜采用高速钢（较低切削 参数下）、硬质合金钢刀具（较高切削参数下）以降低成本。刀具几何参数可根据不 同刀具类型依据相关手册查取；（2）零件的表面组成：两端面，大小两个通孔，螺纹、螺栓孔，键槽，倒角， 连杆体、连杆盖结合面；（3）主要表面分析：20mm 的小头孔表面、70.6mm 的大头孔表面为零件最重要 的工作面；（4）主要技术要求：小头孔精度要求为 IT7、粗糙度要求 Ra1.6m，大头孔精 度要求为 IT6、粗糙度要求 Ra1.6m，大小头孔中心距为 70.6 +0 0.1 mm。大小头孔之一为零件上的重要基准，两
9、侧端面也为重要基准；（5）零件总体特点：连杆合件由连杆体和连杆盖两部分组成。2.3 加工方案加工零件时应注意以下几个内容：（1）加工表面的尺寸精度和形状精度；（2）主要加工表面之间的相对位置精度；（3）加工表面的粗糙度及其他方面的表面质量要求；（4）热处理及其他技术要求。在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形；（2）连杆是铸件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力,并引起内应力重新分布。因此，在安排工艺时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安 排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工
10、工序的切削余量 大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。2.3.1 定位基准的选择定位基准的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工 作。基面选择得正确与否、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率 8 。在选择定位基准时，需要考虑以下三个问题：（1）以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度，使整 个机械加工工艺过程顺利地进行；（2）为加工上述精基面或统一基
11、准，应采用哪一个表面作为粗基面；（3）是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面。 粗基面的选择：根据粗基面的选择原则及零件的特点来选择。 精基面的选择：选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准 8 。在连杆机械加工工艺过程中，加工小头孔时，工序选用连杆的一侧端面作为主要 基准。加工连杆盖时，选用连杆盖的一个指定的端面、连杆盖上的大头孔及连杆盖侧 面作为基准。加工连杆体时，选用连杆体的一个指定端面、连杆体小头孔及连杆体侧 面作为基准。加工大头孔时，选用连杆体的一个指定端面、连杆体小头孔及连杆侧面 作为基准。这是由于：端
12、面的面积大，定位比较稳定；用连杆盖上的孔定位可直接控 制大小孔的中心距；连杆侧面限制转动。这样就使各工序的定位基准统一起来，减少 定位误差。（1）根据零件图，连杆零件的两端面都在一个平面上，这对作为定位基准面来说是有利的；（2）连杆体上的小头孔作为基面，因此小头孔的加工应安排得比较早。这样宜 于保证大小头孔的中心距要求；（3）在铣连杆合件端面的工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧 的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加 工精度会有很大影响，因此此道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的 加工精度常有深远的影响。在本道工序中以毛坯大头端定位，
13、在小头处夹紧，同时铣 削两侧端面。但是由于毛坯表面不平整，连杆的刚性差，夹紧时工件可能变形，粗铣 后端面似乎平整了，一放松，工件又恢复，变形，影响后续工序的定位及加工。以连 杆的连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工 件的两侧端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。毛坯在加工 后的外形偏差也比较小。本连杆的结合面带有止口。连杆结合面结构种类较多，有平 切口和斜切口，还有键槽形、锯齿形和带止口的。从使用性能上看，重复定位精度高，在拧紧螺钉时，可自动滑移消除止口间隙；从工艺性上看，定位可靠，连杆成品经拆 装后大头孔径圆度变化小。螺栓孔和结合面分别先后
14、加工，为达到互换性装配要求， 加工精度应相应提高。2.3.2 工艺路线方案的确定制定工艺路线主要是确定加工方法和划分加工阶段 。（1 ）选择加工方法应以零件加工表面的技术条件（主要是加工面的尺寸精度、 形状精度、表面粗糙度）为依据，并综合考虑各个方面工艺因素的影响，一般是根据 主要表面的技术条件先确定终加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再确定其他次要表面的加工方法；（2）在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中 的大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工序及其他辅助工序；（3）设计安排加工路线图表。 特别当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较
15、大的差别。 方案 1：工序 I：制备毛坯工序 II：同时铣连杆大小头孔两侧端面 工序 III：钻、扩、铰连杆小头孔 工序 IV：分离连杆体和连杆盖工序 V：铣连杆体结合面工序 VI：铣连杆盖结合面工序 VII：加工连杆体的螺纹工序 VIII：加工连杆盖的螺栓孔工序 IX：人工装配连杆体和连杆盖 工序 X：粗镗、半精镗大头孔工序 XI：精镗大头孔及大头孔内键槽 工序 XII：镗削小头孔内槽工序 XIII：铣小头孔 R67mm 的槽 工序 XIV：倒角，检验方案 2：工序 I：制备毛坯工序 II：同时铣连杆大小头孔两侧端面 工序 III：钻、扩、铰连杆小头孔 工序 IV：分离连杆体和连杆盖工序 V
16、：铣连杆体和连杆盖结合面 工序 VI：加工连杆体的螺纹 工序 VII：加工连杆盖的螺栓孔工序 VIII：人工装配连杆体和连杆盖 工序 IX：粗镗、半精镗大头孔工序 X：精镗大头孔及大头孔内键槽 工序 XI：镗削小头孔内槽工序 XII：铣小头孔 R67mm 的槽 工序 XIII：倒角，检验方案 1、 2 的差别仅仅是连杆端面铣削方式的不同。方案 2 中先粗加工两侧端面， 在连杆体和盖装配好后再进行一次精加工，此方案的不足在于精加工时条件不满足，难以进行精加工。方案 1 中在连杆体和盖分离之前同时进行两侧端面粗、精加工，虽然在装配后可能影响到端面平面度，但考虑到连杆为一体铸造，且端面采取两侧同时 加工，力可以相互抵消，同时连杆体和盖的结合面要求也较高，因此可以采用此方案。通过比较选择方案 1 。2.3.3 加工质量的保证措施（1）合理定位夹紧方法连杆是一个刚性比较差的工件，应该十分注意夹紧力的大小、作用力的方向及着 力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生的变
