机械毕业设计（论文）-连杆生产线连杆体精拉结合面夹具设计（全套图纸）.doc

中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 目 录 全套图纸加全套图纸加 153893706 1 前言.4 1.1 国内外夹具行业及机床夹具的现状 .4 1.1.1 国内夹具行业的现状.4 1.1.2 国外夹具行业的现状.4 1.1.3 机床夹具现状.4 1.2 设计的目的 .4 1.3 设计的意义 .5 1.4 任务来源 .5 1.5 设计原则 .5 1.6 设计主要资料 .5 1.7 设计工艺规程 .5 2 连杆体拉结合面夹具设计.6 2.1 连杆的加工工艺 .6 2.2 生产纲领的计算 .7 2.3 连杆体拉结合面夹具定位方式的选择 .7 2.4 拉削加工方案的选定 .7 2.5 切削力的计算及拉削方式的确定 .9 2.5.1 半精拉切削力的计算.9 2.5.2 精拉切削力的计算.11 2.6 拉削加工时间的计算 .12 2.7 气缸的选取 .12 2.8 夹紧机构间传动小轴的选择及校核计算 .13 3.总结.14 4.参考文献.15 5.致 谢.16 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 摘摘 要要 连杆是柴油机运动的主要关键件之一，它工作的稳定性、可靠性对柴油机的整机质量至 关重要，质量轻、精度高的连杆，有助于降低柴油机的能耗和噪声。该设计说明书首先 介绍了国内外夹具及机床夹具的现状、夹具设计的目的、意义、原则和一些设计所需要 的主要的资料，主要说明了连杆拉结合面夹具设计过程，其中包括连杆的加工工艺、生 产纲领的计算、连杆体拉结合面夹具定位方式的选择、拉削加工方案的选定、切削力的 计算及拉削方式的确定、拉削加工时间的计算、气缸的选取、夹紧机构间传动小轴的选 择及校核计算，最后简洁的总结设计所取得的结果及此次设计的优点，譬如采用了气动 夹紧装置，对以后夹具的发展方向给予一些建议。 关键词 连杆体精拉结合面；夹具设计；工艺分析 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 ABSTRACT Diesel engine connecting rod is the key piece of sports, it works the stability, reliability is critical to the quality of the diesel engine machine, light weight, high precision, connecting rod, help reduce energy consumption and engine noise. The design specification introduces the domestic and international fixtures and the status of jigs and fixtures, fixture design purpose, meaning, some design principles and key data needed, mainly to explain the combination of surface tension rod fixture design process, including the connecting rod Processing technology, the calculation of the production program, connecting rod body pull mode with the choice of surface fixture, broaching processing program selected, the calculation of cutting force and determine the way broaching, broaching the calculation of processing time, the cylinder selected folder Tight inter-agency drive the choice of a small shaft and checking calculations, the final design brief summary of the results achieved and the advantages of this design, such as using a pneumatic clamping device, fixture on the future direction of development to give some suggestions. Key words: connecting rod body with fine surface tension; fixture design; Process Analysis 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 4 1 前言 夹具最早出现在 18 世纪后期。夹具（卡具）：从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、 方便、安全地安装工件的装置，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。 按使用特点可分为：万能通用夹具、专用性夹具、可调夹具、组合夹具。在机床上用于装夹工件的装 置称为机床夹具。 1.11.1 国内外夹具行业及机床夹具的现状国内外夹具行业及机床夹具的现状 1.1.1 国内夹具行业的现状 我国国内的夹具始于 20 世纪 60 年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空 工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹 具元件 800 万件的水平。20 世纪 80 年代以后，两厂又各自独立开发了适合 NC 机床、加工中心的孔 系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少 NC 机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大都由国内配套，节约了大量外汇。 1.1.2 国外夹具行业的现状 从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业， 专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中 的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心 的央具，通常为机床价格的 1110 一 1115，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具 技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入 wTO 和制造业全球一体化的趋势，特别是 电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前景。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 5 1.1.3 机床夹具现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左 右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业 都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专 用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具的 实际磨损量仅为 1020左右。 1.2 设计的目的设计的目的 设计设计一套连杆体拉结合面夹具，采用流水线加工，提高效率，减少废品，改善操作的劳动强 度，降低企业大批量生产成本，提高产品的竞争力。 1.3 设计的意义设计的意义 1、缩短辅助时间，提高劳动生产率 2、确保并稳定加工精度，保证产品质量 3、降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度，保证安全生产 4、机床的加工范围得到扩大 1.4 任务来源任务来源 （1）年生产纲领 25 万件/年 （2）连杆体和盖为分开铸造 （3）采用气动夹具设计 （4）组合专用机床生产线加工 1.5 设计原则设计原则 1、年生产纲领为 25 万件/年，因此按每年 10 个月，每个月工作 25 天，实行每天一班制，每个小 时的产量为 27.7 件。 2、采用气动夹具设计，可以节约时间，提高生产效率。 3、连杆盖和连杆杆采用分开锻造，所以连杆盖的加工需要单独的专用夹具。 4、由于大量生产，零件的要求精度高要采用组合机床、专用夹具，流水线加工。 1.6 设计主要资料设计主要资料 连杆的材料是 45 钢，硬度是 HB255293。连杆体结合面主要尺寸如下图： 图示 1-6-1 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 6 1.7 设计工艺规程设计工艺规程 10、连杆体粗铣大头两端面 20、连杆体粗铣小头两端面 30、连杆体粗精铣小端平台和大端工艺凸台 40、连杆体粗铣结合面 50，连杆体精铣两端面 60、连杆体精拉结合面 70、连杆体钻两孔 80、连杆体扩铰两孔 90、连杆体钻小头油孔及孔口倒角 100、连杆体攻两个螺纹孔 110、连杆盖粗铣两端面 120、连杆盖粗铣结合面 130、连杆盖精铣两端面 140、连杆盖精拉结合面 150、连杆盖粗精铣螺栓孔平面 160、连杆盖钻两孔 170、连杆盖扩铰两孔 180、连杆盖和连杆体装配 190、连杆粗镗大小端孔 200、连杆精镗大小端孔 210、连杆体与连杆盖打号分开 220、连杆体铣定位槽 230、连杆盖铣定位槽 240、连杆体与盖对号装配 2 连杆体拉结合面夹具设计 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 7 2.1 连杆的加工工艺连杆的加工工艺 连杆由大头、小头 和杆身等部分组成。大头为分开式结构，连杆体与连杆盖用螺栓连接。大头孔 和小头孔内分别安装轴瓦和衬套。 连杆加工的工艺流程是：拉大小头两端面粗磨大小头两端面拉连杆大小头侧定位面拉连 杆盖两端面及杆两端面倒角拉小头两斜面粗拉螺栓座面，拉配对打字面、去重凸台面及盖定位侧 面粗镗杆身下半圆、倒角及小头孔粗镗杆身上半圆、小头孔及大小头孔倒角清洗零件零件探 伤、退磁精铣螺栓座面及 R5 圆弧铣断杆、盖小头孔两斜端面上倒角精磨连杆杆身两端面 加工螺栓孔拉杆、盖结合面及倒角去配对杆盖毛刺清洗配对杆盖检测配对杆盖结合面精度 人工装配扭紧螺栓打印杆盖配对标记号粗镗大头孔及两侧倒角半精镗大头孔及精镗小头衬套 底孔检查大头孔及精镗小头衬套底孔精度压入小头孔衬套称重去重精镗大头孔、小头衬套孔 清洗最终检查成品防锈。 本组设计工艺安排：连杆体（盖）铣两面连杆体（盖）拉结合面连杆体（盖）钻两孔 精细大小头孔连杆体（盖）铣定位槽 2.2 生产纲领的计算生产纲领的计算 设计的要求是年生产纲领 N=20 万件，年生产纲领是指计划期为一年的生产纲领。生产纲领的大 小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度、所 选用的工艺方法和工艺装备及加工方案、加工方式的选择 由机械设计制造工艺学得知， 注： N零件的生产纲领（件/年） Q产品的年产量（台/年） n每台产品中生产零件的数量 %备品率 %废品率； 产品的年产量 Q=1 台；备品率 %=10%；废品率 %=2%。 带入公式得：n=133928.57，取 n133929. 一年的工作日为 300 天，一天一班制，工作时间为 7 个小时。 所以每个小时要求生产的零件为 84 件。 2.3 连杆体拉结合面夹具定位方式的选择连杆体拉结合面夹具定位方式的选择 根据六点定位原理以及一些参考资料，连杆的定位采用一个面、一个短销和一个支承钉。满足六 点位原理。具体定位方式选择如下图： N=Qn(1+%+%) 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 8 2.4 拉削加工方案的选定拉削加工方案的选定 方案一 如下图 此方案的当时想时没有考虑实际情况，被以下情况否定：1、拉削加工非常的不方便，对拉床的要 求比较高。一般的拉床为立式拉床。2、加紧和定位都比较困难。此方案的想法非常的不成熟。 方案二 如下图 图示 2-4-1 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 此方案的优点：1、容易加工，用立式机床就可以实现。 此方案的缺点：1、支承钉承受的压力比较大，要求比较高。2、不能保证很好的定位，影响加工 质量。 方案三 如下图 此方案避免了方案二的缺陷，支承钉能实现很好的定位。不足之处就是自动加紧装置的安装不方 便。但是综合比较三种方案，第三种方案相对比较合理。所以选用第三个方案。 2.5 切削力的计算及拉削方式的确定切削力的计算及拉削方式的确定 拉刀的选取 图示 2-4-2 图示 2-4-3 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 拉刀是用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端 依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求 的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等,生产率很 高。拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。 推刀常用于校准热处理后的型孔。拉刀的结构和刀齿形状与拉削方式有关。拉削方式通常分为分层拉 削和分块拉削两类。 根据加工材料及其强度，参考金属机械加工工艺手册 ，选取拉倒的材料为 w18cr4v。后角为 。拉削进给量为 0.030.12。精拉切削速度为 5m/min。半精拉切削速度为 7m/min。拉削半精拉和10 精拉同时进行。 2.5.1 半精拉切削力的计算半精拉切削力的计算 如果是分层拉削，根据金属工艺学切削原理和刀具可知 拉刀的齿距 P=(1.251.5),L 为加工面的长度。由图 1-6-1 得，L=38mm.计算得 p=8.02mm。可L 得拉刀接触的齿数 z=L/p=38/8.02=4.747.由于宽度不是均匀分布，所以取 z=4. 根据连杆拉结合面尺寸图可知 连杆体拉结合面的长度 为 46mm。半精拉削每齿进给量为l 0.1mm，根据金属机械加工工艺手册查得：每齿进给量为 0.1mm 的拉刀切削刃每 1 毫米长度的单 位切削力 F 为 32.5 公斤力。 以下的力都是以公斤力为单位，根据金属机械加工工艺手册查得：公斤力和牛顿的换算关系 为每公斤力等于 9.807 牛顿。 所以拉削力= Fz=4632.54=5980（公斤力） l Fl 取安全系数 n 为 1.5。 =n=1.55980=8970 （公斤力） 总 F l F 因为拉刀后角为。由拉刀的结构，计算得10 平行连杆接合面的力=cos=8970cos=8833.7(公斤力） t F 总 F10 垂直连杆接合面的力=sin=8970sin=1557.7(公斤力） F 总 F10 所以所需夹紧力为=/2f=1557.720.155192.3（公斤力） j F F 夹具的夹紧装置是靠夹板施加的压力产生的摩擦力来实现夹紧，查资料可知摩擦系数 f 为 0.15。 采用铰链增力机构，支承端的臂长为 100mm，压紧端的臂长为 60mm。 1 l 2 l 所以所需气缸力为=/f=1557.760(1000.15)=6230.8（公斤力） 。 q F F 2 l 1 l 由于拉削力太大，所需要的夹紧力太大。即使使用了增力机构尽管相对力小些。但是气缸的选取 比较困难，因此采用分层的拉削方式行不通。 采用分块拉削 根据金属工艺学切削原理和刀具可知： 拉刀的齿距 P=(1.451.9), 由图 1-6-1 得，L=38mm.计算得 p=10.45mm。可得拉刀接触的齿数L z=L/p=38/8.02=4.747.由于宽度不是均匀分布，所以取 z=4. 一 分两块拉削，即 =23mml 拉削力= Fz =2332.53=2242.5（公斤力） l Fl 取安全系数 n 为 1.5。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 11 = n=1.52242.5=3363.75（公斤力） 总 F l F 因为拉刀后角为。10 所以平行连杆接合面的力=cos=3363.75cos=3312.7（公斤力） t F 总 F10 垂直连杆接合面的力=sin=3363.75sin=584.2 (公斤力） F 总 F10 所以所需夹紧力为=/2f=584.220.151827.3（公斤力） j F F 夹具的夹紧装置是靠夹板施加的压力产生的摩擦力来实现夹紧，查资料可知摩擦系数 f 为 0.15。 采用铰链增力机构，支承端的臂长为 100mm，压紧端的臂长 60mm。 所以所需气缸力为=/f=292.160(1000.15)=1168.4（公斤力） 。 q F F 2 l 1 l 夹紧力比较大，加紧比较困难。 二 分四块拉削 即 =12mml 拉削力= Fz=1232.53=1170（公斤力） l Fl 取安全系数 n 为 1.5。 = n=1.51170=1755（公斤力） 总 F l F 因为拉刀后角为。10 所以平行连杆接合面的力=cos=1755cos=1728.4（公斤力） t F 总 F10 垂直连杆接合面的力=sin=1755sin=304.8（公斤力） F 总 F10 所需夹紧力为=/2f=304.820.151016（公斤力） 。 j F F 采用铰链增力机构，支承端的臂长为 100mm，压紧端的臂长 60mm。 所需气缸力为=/f=152.460(1000.15)=609.6（公斤力） 。 q F F 2 l 1 l 这种加工方法所需气缸力相对较小，因此此拉削方式可以使用可以选用。 2.5.2 精拉切削力的计算精拉切削力的计算 如果是分层拉削，根据金属工艺学切削原理和刀具可知 拉刀的齿距 P=(1.251.5), L 为加工面的长度。由图 1-6-1 得，L=38mm.计算得 p=8.02mm。L 根据上边连杆体结合面图可知 连杆体拉结合面的长度为 46mm。精拉削每齿进给量为 0.03mm， 根据金属机械加工工艺手册查得：每齿进给量为 0.03 的拉刀切削刃每 1 毫米长度的单位切削力为 16.1 公斤力。 所以拉削力= Fz=4616.14=2962.4（公斤力） 。 l Fl 取安全系数 n 为 1.5。 = n=1.52962.4=4443.6（公斤力） 总 F l F 因为拉刀后角为。10 所以平行连杆接合面的力=cos=4443.6cos=4376.1（公斤力） t F 总 F10 垂直连杆接合面的力=sin=4443.6sin=771.7（公斤力） F 总 F10 夹具的夹紧装置是靠夹板施加的压力产生的摩擦力来实现夹紧，查资料可知摩擦系数 f 为 0.15。 如果采用铰链增力机构，支承端的臂长为 100mm，压紧端的臂长 60mm。 所以所需气缸力为=/f=771.760(1000.15)=3086.8（公斤力） 。 q F F 2 l 1 l 由于所需要的夹紧力也太大。气缸的选取也比较困难，即使用增力机构也很难减少所需的夹紧力。 因此采用分层的拉削方式也行不通。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 12 采用分块拉削 根据金属工艺学切削原理和刀具可知 拉刀的齿距 P=(1.451.9), 由图 1-6-1 得，L=38mm.计算得 p=10.45mm。可得拉刀接触的齿数L z=L/p=38/10.45=3.636.由于宽度不是均匀分布，所以取 z=3. 一 分两块拉削 即 =23mml 拉削力= Fz=2316.13=1110.9（公斤力） l Fl 取安全系数 n 为 1.5。 =n=1.51110.9=1666.35（公斤力） 总 F l F 因为拉刀后角为。10 所以平行连杆接合面的力=cos=1666.35cos=1641.1（公斤力） t F 总 F10 垂直连杆接合面的力=sin=1666.35sin=289.35（公斤力） F 总 F10 所需夹紧力为=/2f=289.3520.15964.5（公斤力） 。 j F F 夹具的夹紧装置是靠夹板施加的压力产生的摩擦力来实现夹紧，查资料可知摩擦系数 f 为 0.15。 采用铰链增力机构，支承端的臂长为 100mm，压紧端的臂长为 60mm。 1 l 2 l 所需气缸力为=/f=144.67560(1000.15)=578.7（公斤力） 。 q F F 2 l 1 l 这种加工方法所需气缸力相对较小，因此此拉削方式可以使用可以选用。 根据以上数据可知，半精拉和精拉都要选用分块拉削的加工方法。 2.6 拉削加工时间的计算拉削加工时间的计算 根据金属机械加工工艺手册查得：精拉切削速度为 5m/min。半精拉切削速度为 7m/min。 半精拉的时间为=10041163.4s。 c T 精拉的时间=80283=1.92s。 j T 装卸时间各 10s 。 =3.4+1.92+2030s。 总 T 2.7 气缸的选取气缸的选取 气缸是气动夹具的动力部件。常用的有活塞式和薄膜式两种结构形式。根据进气方式，他们可分 为单向作用和双向作用；按气缸的使用和安装方式，又可分为固定的、摇摆的和回转的气缸三种。一 般气动铣床夹具和钻床夹具，夹紧时活塞杆仅做直线运动，因此多采用固定的气缸。为了使位置紧凑， 可把气缸直接嵌入家具体内，但是这种气缸的结构尺寸不能过大 100150mm。 根据上述计算数据，半精拉和精拉所需的夹紧力分别为在网上选取气缸，气缸列表如下图： FA 前法兰型（QGS）气缸外形尺寸: 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 13 缸 径 ABAMBEEEFGKKLMMRTFUFWWH 327223047G1/81026M101.2594123264801626 409243553G1/41028M121.25105163672902030 509324062G1/41228M161.51062045901102537 639324075G3/81232M161.512120501001252537 8012404594G3/81632M201.512825631261542946 100144055112G1/21637M201.513825751501853551 125165460140G1/22042M27216032901802204165 160187280180G3/42045M362180451152302806080 200227280220G3/42550M362180451352703206595 250268495280G12550M4221905016533039080105 3202896105350G13055M4822106320040047090120 根据上图，选取缸径为 100mm 的气缸，行程定位 40mm。 2.8 夹紧机构间传动小轴的选择及校核计算夹紧机构间传动小轴的选择及校核计算 由于连杆间连接小轴截面两侧所受力大小相等，方向相反，且相互平行，连杆之间的运动使小轴 发生相对错动的变形。因此连杆主要是受剪切力，挤压应力影响相对比较小，所以应按剪切力进行设 计。当半精拉时所承受的压力为= 1016（公斤力） ，当精拉时所承受的压力为=964.5（公斤力） 。 y F y F 所以选按半精拉时所承受的压力为=1016（公斤力） ，来进行设计轴。 y F 由机械设计得剪切许用应力=52Mpa T 所以按剪切强度设计，由材料力学得， 小轴直径 d=11.08mm 。T y F /2 根据上述数据，如果选小轴的直径为 12mm。 按其剪切应力校核，由材料力学得， 受连杆间连接小轴的剪切应力为=/A A 为小轴的受剪面积。即 A=，r 为小轴半径。 T s F 2 r 因为小轴是双面受剪，所以 =/2=508，=/A =5089.807/=44.05=52Mpa s F y F T T s F 2 6 T 满足剪切强度要求。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 14 3.总结总结 这次连杆拉结合面夹具使我理论结合实际的一次尝试，是所学课程可以很好的消化， 并且是自己有了理论结合实际的实际经验。这次设计优点是使用了气压气动夹紧装置。 节省了很多时间，更适合用于批量生产，大大提高劳动效率。本设计的加工精度、夹具 的定位都不是很高。近年来