連桿的機(jī)械加工工藝及工裝設(shè)計(jì).doc

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網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題 目： 連桿的機(jī)械加工工藝及工裝設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)中心： 層 次： ?？破瘘c(diǎn)本科 專 業(yè)： 年 級(jí)： 年 春/秋 季 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 年 月 日 內(nèi)容摘要 在機(jī)械制造批量生產(chǎn)中根據(jù)加工零件的工藝要求，就需要使用不同的加工方式。本文所要講的連桿，其在柴油機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中頗為重要，由于連桿在柴油機(jī)中所占的重要地位，其加工的要求也較為精細(xì)，就例如在連桿加工中的形狀精度以及尺寸精度的要求就很高。連桿在加工過(guò)程中，由于其自身的剛度條件較差，故而就可能在加工中產(chǎn)生變形，使零件作廢，所以就需要在連桿的加工中將表面的粗加工及精加工分步而行，減小零件變形的可能性。零件加工技術(shù)要求的達(dá)成不僅僅需要在零件的加工中避免邊形，還需要在加工中逐步的去達(dá)成加工要求，從而制造出精細(xì)標(biāo)準(zhǔn)的連桿零件。 連桿作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要零件，其在柴油機(jī)中的作用就是將作用于柴油機(jī)活塞頭部的力傳遞給柴油機(jī)的曲軸，再通過(guò)曲軸所作用的力帶動(dòng)活塞擠壓活塞腔內(nèi)的柴油氣，從而不斷的重復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶來(lái)源源不斷的動(dòng)力。而發(fā)動(dòng)機(jī)所帶來(lái)的動(dòng)力是人們所不可缺少的，所以說(shuō)，連桿零件在機(jī)械制造行業(yè)中占有十分重要的地位。 關(guān)鍵詞：連桿；加工工藝；工裝設(shè)計(jì) 目 錄 內(nèi)容摘要 I 引 言 1 1 緒論 2 2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3 2.1年生產(chǎn)量和批量的確定 3 2.2零件分析 3 2.3 定位基準(zhǔn)的分析與選擇 4 2.3.1 基準(zhǔn)的概念 4 2.3.2 基準(zhǔn)選擇原則 4 2.3.3 定位基準(zhǔn)的選擇 4 2.4 工藝路線的制定 4 2.5 工藝卡的填寫(xiě) 4 3 夾具設(shè)計(jì) 6 3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 7 3.2定位元件選擇 7 3.3 夾緊元件的選擇 8 3.4夾緊力的計(jì)算 8 結(jié)語(yǔ) 11 參考文獻(xiàn) 12 引 言 連桿的組成有連桿體、連桿蓋、螺栓以及螺母等零件，作為柴油機(jī)的重要零件之一，其形狀參數(shù)以及尺寸參數(shù)都對(duì)柴油機(jī)的重量及形狀尺寸結(jié)構(gòu)等存在著很大的影響。故而，在連桿設(shè)計(jì)定型后的加工中需要去選擇適合的加工工藝及工裝設(shè)計(jì)，從而保證連桿零件的生產(chǎn)質(zhì)量及效果。連桿在諸多發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)質(zhì)量都很高，相對(duì)于國(guó)內(nèi)的諸多產(chǎn)品來(lái)說(shuō)非常的領(lǐng)先，除了設(shè)備問(wèn)題及設(shè)計(jì)問(wèn)題外大都是由于加工工藝及工裝設(shè)計(jì)間的差距所造成的。本課題就通過(guò)對(duì)連桿這個(gè)零件的研究與了解，對(duì)其工藝規(guī)程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)夾具也進(jìn)行了配套設(shè)計(jì)，從而使得所制造的連桿質(zhì)量能夠更上一層樓。 1 緒論 本次設(shè)計(jì)主要研究的是連桿工藝以及鉆孔夾具。在組合機(jī)床的設(shè)計(jì)中，夾具的設(shè)計(jì)是其中最為主要的一個(gè)部分，而夾具的設(shè)計(jì)是否合理，是被加工零件精度參數(shù)的最直接影響因素。此次設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)以往手夾具動(dòng)夾緊時(shí)的夾緊力不同、精度系數(shù)低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、誤差大等不足進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)夾緊的夾具，整體思路就是以加工端面作為工件的定位基準(zhǔn)，以?shī)A具的大斷面孔和凸臺(tái)作為定位面，以空氣作為運(yùn)行的動(dòng)力源，具有環(huán)保、清潔、干凈等優(yōu)點(diǎn)。 具體設(shè)計(jì)思路:第一先確定已加工端面的定位方法，然后通過(guò)夾具的內(nèi)孔、凸臺(tái)，使用設(shè)計(jì)的氣動(dòng)夾具夾緊，這樣可以使六個(gè)連桿的活動(dòng)全部受到限制，從而夾緊零件，然后就可以確定零件的夾緊方法。 2 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2.1年生產(chǎn)量和批量的確定 1）已知生產(chǎn)綱領(lǐng)：2000件/年， 年生產(chǎn)量=生產(chǎn)綱領(lǐng) 每臺(tái)件數(shù) （1+1%儲(chǔ)備量）（1+1%廢品率） ＝20001（單缸柴油機(jī)）1.011.01 =2040件 月產(chǎn)量=年產(chǎn)量/12=170件 日產(chǎn)量=月產(chǎn)量/25.5=6.667 =7件 2）生產(chǎn)類型的確定： 查工藝人員手冊(cè)，年產(chǎn)量2000件的屬于中批生產(chǎn)。 3）批量的確定及生產(chǎn)間隔期 在一個(gè)零件總的加工時(shí)間及最長(zhǎng)工序時(shí)間確定的情況下，批量和生產(chǎn)間隔期相互制約，批量越大，生產(chǎn)間隔期越長(zhǎng)，生產(chǎn)率高，但資金周轉(zhuǎn)慢，批量越小，生產(chǎn)間隔期短，資金周轉(zhuǎn)快，但生產(chǎn)率低，所以要同時(shí)兼顧二者。 批量的確定： 除了要考慮生產(chǎn)間隔期外，還要考慮車間毛坯倉(cāng)庫(kù)的面積，如批量大，則占用車間面積過(guò)大，資金投入大，周轉(zhuǎn)慢，反之，如批量小，則毛坯的供給滿足不了加工需要，則出現(xiàn)停工，以至于設(shè)備的閑置，工人的浪費(fèi)。 考慮到以上的種種因素，定的批量時(shí)間為2天。 2.2零件分析 1． 零件作用：本零件作為柴油機(jī)活塞連桿用。 2． 零件材料：本零件材料為HT200。 3． 零件熱處理要求：由于本零件為鑄件，需要進(jìn)行時(shí)效處理。 4． 零件技術(shù)要求： 本零件需加工的表面為：兩端面、大頭凸塊兩側(cè)面、體與蓋的結(jié)合面、螺栓定位孔面，其中兩端面及結(jié)合面本身尺寸精度、表面粗糙度有較高要求，而且位置精度也有一定要求。（詳細(xì)見(jiàn)工件零件圖） 5． 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由連桿大頭、小頭及連桿組成。 6． 加工出該工件所用的加工方法主要有：平面加工及孔加工。 7． 零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：分析得知，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是大頭孔。 2.3 定位基準(zhǔn)的分析與選擇 8． 在制定零件加工工藝規(guī)程時(shí)，正確選擇定位基準(zhǔn)對(duì)保證加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理安排加工順序都有重要的影響。 2.3.1 基準(zhǔn)的概念 基準(zhǔn)是機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)概念，機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)時(shí)零件尺寸的標(biāo)注，制造時(shí)工件的定位，校驗(yàn)時(shí)尺寸的測(cè)量，一直到裝配時(shí)零部件的的裝配位置確定等，都要用到基準(zhǔn)的概念?；鶞?zhǔn)就是用來(lái)確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)，線或面。 2.3.2 基準(zhǔn)選擇原則 在加工起始工序中。只能用毛坯上未曾加工過(guò)的表面作為定位基準(zhǔn)，則該表面稱為粗基準(zhǔn)。利用已加工過(guò)的表面作為定位基準(zhǔn)，則稱為精基準(zhǔn)。 2.3.3 定位基準(zhǔn)的選擇 在連桿的加工中，主要定位基準(zhǔn)的選擇是在小孔進(jìn)行精銑之后選擇小孔以及一個(gè)基面作為主要的定位基準(zhǔn)，并用大頭處指定一側(cè)外表面為另一定位基面。 2.4 工藝路線的制定 （1）兩端面的加工 （2） 身蓋分開(kāi)面加工 （3）小頭孔加工 （4）大頭孔加工 其中工藝過(guò)程設(shè)計(jì)大致采用：鍛造→調(diào)制→粗加工→檢驗(yàn)→入庫(kù) 在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為大量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 2.5 切削用量的確定 正確的對(duì)切削用量進(jìn)行選擇，不僅僅能夠提高切削效率，還能夠保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)保證加工質(zhì)量，具有相當(dāng)重要的作用。 （1）切削深度的選擇，在進(jìn)行加工時(shí)的切削深度應(yīng)根據(jù)加工的粗精留下的余量確定。通常希望加工余量不要留得太大，否則，當(dāng)吃刀深度較大時(shí)，切削力增加較為顯著，從而就影響加工質(zhì)量。 （2）進(jìn)給量的選擇，在進(jìn)行加工時(shí)限制進(jìn)給量提高的主要因素就是表面粗糙度。在進(jìn)給量增大時(shí)，雖有利于斷屑，但殘留面積的高度會(huì)增大，從而導(dǎo)致切削力上升，表面質(zhì)量下降。 （3）切削速度的選擇，切削速度提高時(shí)，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當(dāng)切削速度受到工藝條件限制而不能提高時(shí)，才選用低速，以避開(kāi)積屑瘤產(chǎn)生的范圍。 3 夾具設(shè)計(jì) 夾具是根據(jù)機(jī)床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門(mén)設(shè)計(jì)的，它是用于實(shí)現(xiàn)被加工零件的準(zhǔn)確定位、夾壓、刀具的導(dǎo)向，以及裝卸工件時(shí)的限位等作用的。 組合機(jī)床的工作常常是多刀、多面和多工序同時(shí)加工，會(huì)產(chǎn)生很大的切削力和振動(dòng)，因此組合機(jī)床佳句必須具有很好的剛性和足夠的夾壓力，以保證在整個(gè)加工過(guò)程中工件不產(chǎn)生任何位移。同時(shí)，也不應(yīng)該對(duì)工件產(chǎn)生不容許的變形，組合機(jī)床的夾具是保證加工精度（尺寸精度、幾何精度和位置精度等）的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整都必須有嚴(yán)格的要求，使其能持久的保持精度。此外，組合機(jī)床夾具應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)定位和夾壓的自動(dòng)化，并有動(dòng)作完成的檢查信號(hào)，保證切屑從加工空間自動(dòng)排出，便于觀察和檢查，以及再不從機(jī)床上拆除夾具的情況下，能夠更換易損件和維護(hù)調(diào)整。 在組合機(jī)床上加工時(shí)，必須使被加工零件對(duì)刀具及其導(dǎo)向保持正確的相對(duì)位置。這是靠夾具的定位支承系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，定位支承系統(tǒng)除用以確定被加工零件的位置外，還要承受被加工零件的重量和夾緊力，有時(shí)還需承受切削力。 定位支承系統(tǒng)主要由定位支承、輔助支承和一些限位元件組成，定位支承是指在加工過(guò)程中維持被加工零件的一定位置的元件。輔助支承是僅用作增加被加工零件在加工過(guò)程中的剛度及穩(wěn)定性的一種活動(dòng)式支承元件。 由于支承元件直接與被加工零件相接觸，因此其尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和布置都直接影響被加工零件的精度，其設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問(wèn)題： （1） 合理布置定位支承元件，力求使其組成較大的定位支承平面，最好使夾緊力的位置對(duì)準(zhǔn)定位支承元件，當(dāng)受工件結(jié)構(gòu)限制不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，也應(yīng)使定位支承元件盡量接近壓緊力的作用線，并應(yīng)使夾壓力的各力中心處于定位支承平面內(nèi)。 （2） 提高剛度，減小定位支承系統(tǒng)的變形，應(yīng)力求使定位元件（定位銷）不受力。 （3） 提高定位支承系統(tǒng)的精度及其元件的耐磨性，一邊長(zhǎng)期保持夾具的定位精度。 可靠的排出定位支承部件的切屑，使切屑不堵塞和粘附在支承定位系統(tǒng)上，對(duì)保證定位的準(zhǔn)確性和工作可靠性有很大的影響。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能不使切屑落到定位支承系統(tǒng)上，當(dāng)切屑有可能落在其上，必須采取有效的排屑和清理措施。 夾具體的設(shè)計(jì)： 夾具體是夾具的最大和最復(fù)雜的元件，而且也是承受符合最大的元件。在它上面安裝定位元件、夾緊元件，對(duì)刀元件和導(dǎo)向元件，及其它的一切元件和機(jī)構(gòu)并通過(guò)它將夾具安裝在機(jī)床上。工件的加工精度與夾具體本身的精度有很大關(guān)系，而且在加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削力，慣性力等及工件的自重作用在夾具體上，都可能影響工件的加工精度。因此，設(shè)計(jì)夾具體應(yīng)考慮以下問(wèn)題： 1) 有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性，特別是位置精度直接影響工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。 2) 夾具體要有足夠的強(qiáng)度和剛度，使夾具體能承受在加工過(guò)程中產(chǎn)生的作用力而不止變形和發(fā)生振動(dòng)。 3) 夾具體的機(jī)構(gòu)要緊湊形狀要簡(jiǎn)單，同時(shí)要有足夠的空間位置，保證夾具的其它元件和機(jī)構(gòu)安裝方便，更換易損元件容易以及裝卸工件方便。 4) 夾具體的結(jié)構(gòu)工藝性要好以便于制造，并注意消除內(nèi)應(yīng)力避免變形。 5) 夾具體的中心要低，安裝在機(jī)床上能穩(wěn)固和安全，為了安裝后得到穩(wěn)定，底面的中部一般都挖空，同時(shí)應(yīng)根據(jù)機(jī)床連接部分的機(jī)構(gòu)形狀來(lái)確定夾具體連接部分的形狀和結(jié)構(gòu)。 6) 在滿足剛度和強(qiáng)度的前提下，夾具體應(yīng)盡量輕，不重要的部位，可以挖空以減輕重量，便于裝卸。 7) 夾具體采用鑄造件，由于鑄造可得到各種復(fù)雜的外形，剛性好還能吸振，但需進(jìn)行時(shí)效處理以消除內(nèi)應(yīng)力。 3.1 定位基準(zhǔn)的選擇 第一道工序，采用毛坯端面基準(zhǔn)。由毛坯零件圖可知，通過(guò)兩孔四點(diǎn)定位，再加上下部?jī)牲c(diǎn)定位，能夠?qū)⒚鞣€(wěn)穩(wěn)固定在機(jī)床上，不會(huì)產(chǎn)生位移，符合六點(diǎn)定位原理。 3.2定位元件選擇 定位元件的選擇有4條原則： （1） 定位元件要有較高的精度； （2） 定位元件要有較高的耐磨性； （3） 定位元件要有足夠的剛度和硬度； （4） 定位元件要有良好的工藝性。 對(duì)于本工序而言，定位銷可設(shè)計(jì)為固定銷，這樣定位方便穩(wěn)定，裝置不復(fù)雜，直接將定位銷打入孔中即可，當(dāng)定位銷時(shí)間長(zhǎng)了有磨損時(shí)，可以直接換掉即可。 3.3 夾緊元件的選擇 選擇夾緊元件主要有3條原則： 1）夾緊元件結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，制造要容易，體積小，重量輕，并且要有足夠的強(qiáng)度； 2）夾緊動(dòng)作迅速，操作方便，使用安全，有足夠的夾緊行程和裝卸工作的空間； 3）夾緊力要適當(dāng)。 對(duì)于本道工序而言，夾緊力要求不大，而定位面的面積比較大，為了保證夾緊可靠，夾緊機(jī)構(gòu)采用了螺紋夾緊機(jī)構(gòu),此套機(jī)構(gòu)是利用螺紋直接夾緊工件,結(jié)構(gòu)緊湊,所占空間位置較小,便于裝卸工件。 3.4夾緊力的計(jì)算 對(duì)于加工頂面，夾緊力向下的分力與切削力垂直，夾緊力的向里的分力與定位元件給的支持力抵消。計(jì)算加緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)，根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大型工件還應(yīng)考慮工件重力，運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。 W=WK 式中 W——實(shí)際所需夾緊力 W——在一定條件下，由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力（N） K——安全系數(shù) 安全系數(shù)K可按下式計(jì)算： K==2.84 ——考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，取1.4 ——加工性質(zhì)，取1.2 ——刀具鈍化程度，取1.3 ——切削特點(diǎn)，取1.0 ——夾緊力的穩(wěn)定性，取1.3 ——手動(dòng)夾緊時(shí)的手柄位置，取1.0 ——僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時(shí)工件與支承面接觸的情況，取1.0 切削力： F=419Df0.8Kp =90526 N 切削扭矩： M=0.21D2f0.8Kp =5194.136NM 由夾緊力公式： W=QL／rztgφ1+rztg(ω+φ2) =36735.321N Wk=WK=104328.312N Wk > F 故而，機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力足夠 結(jié)語(yǔ) 通過(guò)對(duì)連桿零件的機(jī)械加工工藝及其工裝設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了諸多的在課堂上難以學(xué)到的機(jī)械加工的知識(shí)，大致就有以下的三個(gè)方面： 首先，連桿零件的外形較為復(fù)雜，其制造技術(shù)要求相對(duì)較高，加工的剛度較差，容易在加工中產(chǎn)生邊形。這就需要我們不僅僅能夠正確的掌握定位基準(zhǔn)的選擇、切削用量、精度控制等專業(yè)知識(shí)，還應(yīng)當(dāng)要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)態(tài)度，因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程繁瑣，要仔細(xì)認(rèn)真才能夠更好地完成。 其次，就是關(guān)于夾具的設(shè)計(jì)方法及步驟：定位基準(zhǔn)的選擇、定位元件的選擇、夾緊元件的選擇以及夾緊力的計(jì)算等等。在以前的課堂學(xué)習(xí)中，只是通過(guò)課本與老師的講解才了解了一些關(guān)于夾具方面的專業(yè)知識(shí)，而通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我在網(wǎng)絡(luò)上查閱了諸多的相關(guān)資料，從而對(duì)夾具相關(guān)知識(shí)有了更多的了解，讓我的專業(yè)知識(shí)能力得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 最后，在本次的設(shè)計(jì)之中，我將這幾年來(lái)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了溫習(xí)，也掌握了諸多學(xué)習(xí)之外的專業(yè)知識(shí)。在設(shè)計(jì)中，將我所掌握的知識(shí)進(jìn)行了整合，讓我所學(xué)的知識(shí)得到了全面的整合，對(duì)我之后的學(xué)習(xí)與工作有著極大的幫助。 除了以上的三個(gè)方面，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我還熟悉了資料的查閱途徑，接觸到了大量的專業(yè)相關(guān)書(shū)籍，可謂是收獲良多。在此我要感謝在設(shè)計(jì)中給我?guī)椭睦蠋熍c同學(xué)們，為我解決了諸多的問(wèn)題，對(duì)本次設(shè)計(jì)起到了至關(guān)重要的作用。 參考文獻(xiàn) [1]丁儒琳，陳家彬.汽車廠實(shí)習(xí)教程.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,92-101. 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