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1、1序言本课程设计题目是制定 S195 型柴油机发动机连杆零件的机械加工工艺规程，目的是希望能在降低生产成本的同时又可以制造出品质优良的产品，在最少的工序或加工时间中制造出满足形状、尺寸，精度、表面粗糙度等要求的产品。设计应在保证加工精度的同时，又利用工件装卸的合理夹具结构，并有一定使用价值。由于理论知识与实践经验有限，我将采用普遍性强的加工方法，但该零件的机械加工工艺规程可以适当采用较为先进的制造工艺方法和专用机床设备，刀具和量具。本课题的主要内容是分析零件的技术条件画出零件图及毛坯图。拟定合理的工艺路线，粗镗大头孔夹具草图等。本设计采用了连杆体和连杆盖分离制造，并制定相对合理的工艺路线。在夹
2、具设计部分，以大小孔端面、大小孔工艺凸台及小头孔为定位基准，符合定位原理并达到定位目的，夹具机构则采用螺旋夹紧机构，亦即达到夹紧效果。机械加工工艺规程设计是机械制造及其自动化专业学生在完成了机械制图、机械原理、机械设计、机械制造工艺学及公差与测量技术、金属工艺学、金属切削原理、切削刀具、机床等专业课程，并进行了专业课程设计后进行的一次实践设计过程，其主要目的有三。一是综合运用所学专业基础课及专业课程的理论和实际知识，使这些知识进一步巩固、深化发展，并使理论知识与生产实践互相结合起来；二是初步树立正确的设计思想，掌握一般机械设计的基本方法，训练设计构思和创新意识；三是通过计算、绘图、查阅手册和设
3、计资料，熟悉有关国家标准，认识标准和规范。2机械设计与制造的发展、应用及特点机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。1、机械设计与制造的发展及现状机械制造经历了石器时代、青铜器和铁器时代，20 世纪中期迈进了大批量生产时代。1988 年美国建立先进制造计
4、划（ATP） 、制造技术中心计划（MTC） ，标志着先进制造技术的提出。近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。（1）管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。（2）设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用 CAD
5、/CAM 技术的比例较低。转（3）制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。（4）自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元（FMC） 、柔性制造系统（ FMS） 、计算机集成制造系统（CIMS） ，实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。2、先进机械制造技术的特点3先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保
6、持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群，它是具有明确范畴的新的技术领域，是面向21 世纪的技术。先进制造技术并不限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效果，其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。目的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益。先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现
7、代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。在 20 世纪 70 年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。因此，市场竞争的核心是如何提高生产率。到了 20 世纪 80 年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。20 世纪 80 年代以来，市场的全球化有了进一步的发展， 发达国家通过金融
8、、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本。随着全球市场的形成，使得市场竞争变得越来越激烈，先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。因此，一个国家的先进制造技术，它的主体应该具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。3、机械设计与制造的发展趋势（1）全球化。一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的市场；另一方面，网络通讯技术的快速发展推动了企4业向着既竞争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间市
9、场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。（2）网络化。网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。（3）虚拟化。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产
10、过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。（4）自动化。自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。（5）绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程 、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装
11、、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行。5零件分析1、零件的功用连杆是柴油机的主要零件之一，其功用是将作用于活塞顶面的膨胀气体传给曲轴，从而使得活塞的往复运
12、动转变为曲轴的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆承受活塞销传来的气体作用力及本身摆动和活塞组往复运动时间的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆收到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆在质量尽可能小的条件下，有足够的刚度和承受温度的能力。若连杆的刚度不够，则可能产生的后果是：其大头孔失圆，导致连杆大头轴瓦因幽默破坏而烧损，连杆杆身弯曲，造成活塞与汽缸偏差等。2、零件的技术分析在发动机处于工作状态时，它把作用于活塞顶部膨胀气体的压力传给曲轴，推动曲轴旋转；在进气、排气和压缩行程中，又受曲轴的驱动，带动活塞压缩汽缸中的气体，整个过程连杆受到很大的压应力
13、和纵向弯曲应力。而连杆往复运动产生的惯性力，又使连杆承受拉应力。因此，连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。为了减少惯性力的影响，在保证连杆具有足够的强度和刚度的前提下，要尽可能减轻其重量，所以连杆采用了从大到小逐渐变小的“工”字型截面形状。3、零件的工艺分析各类连杆主要技术条件基本相似，仅在数值上有差别。下面具体介绍 S195柴油机的主要技术条件。（1）大、小头孔精度为了使大头孔与轴瓦及曲轴，小头孔与活塞销能密切配合，减小冲击的不良影响和便于传热。大头孔与小头孔的衬套孔均为 IT6 公差等级，大头孔表面粗糙度 0.8，大头孔的圆度公差为 0.005mm，直线平行度为 0.01mm。小头孔表面粗
14、糙度 6.3。小头孔的圆度公差为 0.007mm。（2）大小头孔轴线在两个互相垂直方向的平行度6两小轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞汽缸倾斜，从而造成汽缸壁磨损，所以两孔轴心线的在连杆轴方向的平行公差较小，而两孔轴心线在垂直于连杆轴承方向的平行度在 100mm 长度上公差为 0.03mm；在垂直于连杆轴线方向的平行度在 100mm 长度上为 0.06mm。（3）大小头孔的中心距小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到柴油机的效率，所以规定了比较高的要求：2100.03mm（4）大头两端面对大头孔轴心线的垂直度大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度影响到轴瓦的安装和磨损；同时，这个垂直度在
15、加工过程中将影响到加工小头孔两端时的定位精度，所以对它已提出了一定的要求：大头孔两端而对大头孔轴心线的垂直度在 100mm 长度上公差为 0.1mm。（5）有关螺栓孔的技术要求对 S195 型柴油机连杆，规定螺栓孔按 8 级公差等级和 2.5 表而粗糙度加工，两螺栓孔在互相垂直的两个方向的平行度在 100mm 长度为 0.15mm。7工艺过程设计1、选择毛坯连杆材料一般采用 45 钢或 40Cr 钢，近年来也有采用球墨铸铁，本次设计采用 45 钢。2、机械加工工艺规程的制定钢制连杆都用模锻制造毛坯，连杆毛坯的锻造工艺有两种方案：将连杆体和盖分开锻造或整体锻造。因为连杆盖中间有凹坑，这样就不能采
16、用整体锻造工艺。因为整体锻造是总以杆身对称面为分模面，此时连杆盖两端的筋就无法锻出，所以必须分开锻造。从锻造后材料的组织来看，分开锻造的连杆盖金属纤维是连续的，因此具有较高的强度，而整体锻造的连杆，经切开后，连杆盖的金属纤维是断裂的，因而削弱了强度。当然整体锻造要增加切开连杆的工序。但是，整体锻造可以提高材料利用率，减少结合面的加工余量。机械加工的装夹比较方便，而且只需要一套模锻，一次便可锻成，毛坯也只有一只，便于组织和管理生产。所以一般只要不受连杆盖形状和锻造设备的限制，尽可能采用连杆的整体锻造工艺。3、制定工艺规程要解决的几个主要问题（1）基准面的选择连杆机械加工工艺过程的大部分工序都采用统一的定位基准，即一个指定的端面，小头孔及工艺凸台。这样有利于保证连杆的加工精度。特别是作为技术要求的关键项目：连杆大；小头孔的尺寸精度。几何形状精度和相互位置精度，而且端面的面积大，定位比较稳定。由于连杆的外行不规则，为了定位需要，在连杆大头处作出工艺凸台（俗称工艺搭子面）作为辅助基面。连杆大，小头端面对称分布在杆身的两侧，由于大，小
