内燃机连杆零件课程设计

1、目目 录录 摘 要.1 1、生产纲领，确定生产类型计算.2 2、零件的分析.3 2.1 加工表面的尺寸精度和形状精度.3 2.2 主要加工表面之间的相互位置精度.3 2.3 加工表面的粗糙度及其它方面的表面质量要求.3 2.4 热处理及其它要求.3 3、选择毛坯及毛坯制造方法.4 3.1 确定毛坯类型.4 3.2 确定毛坯制造方法.5 3.3 表面加工余量及余量公差的确定.5 4、工艺规程设计.5 4.1 定位基面的选择.5 4.2 定位方案的选择.5 5、连杆零件表面加工方法的选择.6 6、制定工艺路线.8 7、选择加工设备.10 7.1 选择机床.10 7.2 选择夹具.10 7.3 选择

2、刀具.10 7.4 选择量具.11 8、加工工序设计、工序尺寸及切削用量的计算.11 9、填写工序卡.15 附录.16 致 谢.19 参考文献.20 摘 要 本设计针对连杆零件的加工，通过对所给零件的工艺要求及图样的分析， 制定了合理的加工工艺规程、选择毛胚及毛胚制造方法、连杆零件表面加工的 方法、制定工艺路线。在这次设计过程中，广泛的收集各种资料及标准，课程 设计中另一个重要的设计为专用夹具的设计。 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅 助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加 大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具

3、，并可采 用高效夹紧机构，进一步提高生产率。 关键词：连杆零件 夹具 工艺规程 1 1 生产纲领，确定生产类型生产纲领，确定生产类型计算计算 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，以及所选用的工艺方法和工艺装备。零 件生产纲领可按下式计算。 n=qn（1+a%） （1+b%） （1-1） n-生产纲领 q-生产台数 n-零件数量 a-备品率 b-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 2-1 所示，为内燃机上的一个连杆零件。该产品年产量为 5000 台。设其 备品率为 25%，机械加工废品率

4、为 0.2%，每台产品中该零件的数量为 1 件，现 由公式 1-1 计算如下: n=qn（1+a%） （1+b%） =50001（1+25%） （1+0.2%） =6262.5 件/年 连杆零件的年产量为 6262.5 件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型 与生产纲领的关系查阅参考文献 ，确定其生产类型为大量生产。大量生产的工 艺特征如下： （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，模锻或其他有效 方法。毛坯精度高，加工余量小。 （3） 机床设备及其布置形式：广泛采用有效专用机床及自动机

5、床，按流水线 和自动排列设备。 （4） 工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，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：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 2 零件的分析零件的分析 需要加工的连杆零件图样的视图正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。 2.12.1 加工表面的尺寸精度和形状精度加工表面的尺寸精度和形状精度 本零件的两大小头孔的加工并不困难。根据零件的技术要求，其大小头孔 的两中心的

6、平行度要求比较高，达 0.08mm，因此在加工应设计一夹具来保证 两孔中心的平行度要求。 2.22.2 主要加工表面之间的相互位置精度主要加工表面之间的相互位置精度 该零件的油槽加工，分析该小孔是做油孔之用，位置精度不需要太高，只 要钻至沟槽之内，即能保证油路畅通。 2.32.3 加工表面的粗糙度及其它方面的表面质量要求加工表面的粗糙度及其它方面的表面质量要求 基准孔 14h8mm 要求 ra1.6m 比较高，需要绞孔。 2.42.4 热处理及其它要求热处理及其它要求 由于毛坯为模锻件，在机械加工之前，首先安排正火处理，以消除锻造应 力，改善金属组织，细化晶粒，改善切削性能。 图 2-1 连杆

7、零件图 3 3 选择毛坯及毛坯制造方法选择毛坯及毛坯制造方法 3.13.1 确定毛坯类型确定毛坯类型 根据零件用途和技术要求，零件材料为 zg310570，即铸造碳钢。 表 3-1 主要化学成分 w%主要特性用途举例 csimnps 0.400.500.900.040.04 有较好强度、塑性、 焊 接、性能尚好。 轨刚机架模具、 箱体、 缸体连杆、曲 轴等。 3.23.2 确定毛坯制造方法确定毛坯制造方法 根据毛坯的材料，生产类型，生产纲领及零件的复杂程度，毛坯可采用模 锻成型。零件并不复杂，因此毛坯可以与零件的形状尽量接近。两孔可不必锻 出，直接加工。 3.33.3 表面加工余量及余量公差的

8、确定表面加工余量及余量公差的确定 通过查加工余量表，得两端面的总加工余量为 3mm，毛坯尺寸可以通过加 工余量确定。选择毛坯模锻的主要依据：模锻可锻造形状复杂的毛坯，尺寸精 度较高，尺寸偏差 0.1mm0.2mm，表面粗糙度 ra 为 12.5m，毛坯的钎维组 织好，强度高，生产率较高，但需要专用锻模及锻锤设备。大批量生产，适于 锻造碳素钢，合金钢。锻件加工表面直线度，平面度公差。模锻件长度为 160mm，热处理为调质时，直线度和平面度公差的普通级为 1.1mm，精密度为 0.7mm。 4 4 工艺规程设计工艺规程设计 4.14.1 定位基面的选择定位基面的选择 定位基面的选择是拟定零件的机械

9、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、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。 在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题： (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准，应采用哪一个表面作为粗基面。 (3)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。 精基面的选择：根据精基面的选择原则，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。 4.24.2 定位方案的选择定位方案的选择 在连杆机械加工工艺过程中

10、，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小 头孔作为主要基面，并用大头孔处指定一侧的外圆面作为另一基面。这是由于 端面的面积大，定位比较稳定；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。 这样就使各工序的定位基准统一起来，减少定位误差，在加工时需主意以下三 点： (1) 根据零件图，连杆零件的大小头孔有一端面（即右端面）在一个平面 上，因此可以同时加工出来，但另一端面（即左端面）不在一个平面上，这对 作为定位基准面来说是不利的。因此，在加工时需主意其定位方案的合理性。 (2)小头孔外圆作为基面，所以小头孔外圆表面的加工安排得比较早。在小 头孔与大头孔作为定位基面前的加工工序且钻孔、扩孔、铰孔，这些工

11、序对于 加工后的孔与孔的平行度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度，因此， 在加工时应注意，选用合理的定位方案。 (3)在铣连杆零件大小头孔两端面中，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，因此第一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。在粗铣中工件如何定位呢？一 个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身，以铣 好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯表面不平整，连杆的刚性差，定 位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

12、复变形， 影响后续工序的定位精度。 5 5、连杆零件表面加工方法的选择、连杆零件表面加工方法的选择 零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表 面粗糙度的要求，还须考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各 种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要 求，慎重决定。 5.15.1 零件各表面的加工方法零件各表面的加工方法 此零件的加工面有：大小头孔两端面，小头孔外圆，大小头孔，十字形槽， 大小孔端槽及螺纹孔。 表 5-1 加工面公差等级粗糙度加工方法 大小头孔两端面 -ra3.2m 粗铣及半精铣 30h11 的大头孔 h11ra6.3m 钻

13、孔及扩孔 小头端 10 的 小孔 - 钻床加工 14h8 的小头端 不通孔 h8ra1.6m 粗铣 十字形通槽 -ra12.5m 粗铣 大头端 12 深 20 的孔及螺纹孔 -ra12.5m 先钻后攻丝 大头端 4mm 的小槽 -ra12.5m 粗铣 大头端 5 的油 槽 -ra12.5m 钻床加工 5.25.2 零件各表面加工顺序的确定零件各表面加工顺序的确定 机械加工顺序安排 根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特点，先安 排大小头孔两端面的加工，接着安排钻大小头两孔，然后铣十字型通槽，再钻 大头端 6mm、8mm 的孔，攻 m8 的螺纹，铣大头端槽，最后钻大头端 5mm

14、 的油孔。机械性能 表 5-2 bn/mmsn/mms%kj/cm 570310152130 按 gb/t56131995 规定，铸钢牌号用“铸”和“钢”两字汉语拼音首位 字母“zg”后加工两组数字表示，第一组数字表示屈服点的最低值，第二组数 字表示抗拉强度的最低值。zg310570 表示 s310mpa，b570mpa 的铸 钢。铸造碳钢的碳质量分数一般为 0.15%0.6%，其铸造性能比铸造铁差，但 力学性能比铸造铁好。主要用于制造形状复杂，力学性能要求高，而在工艺又 很锻压等方法成形的比较重要的机械零件，例如汽车的变速箱壳，机车车辆的 车销和联轴器等。铸造碳钢的牌号，化学成分见表 2-1

15、，力学性能见表 2-3 热处理工序的安排 由于毛坯为模锻件，在机械加工之前，首先安排正火处理，以消除锻造应 力，改善金属组织，细化晶粒，改善切削性能。 表 5-3 热处理 正火或退火温度回火温度 870890620680 辅助工序的安排。 检验工序：在热处理工序后安排中间检验工序，最后安排终结检验。 6 6、制定工艺路线、制定工艺路线 当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较大的差别，先在列出连杆零 件大量生产时的工艺路线。 工序 1：铣连杆零件大小头孔两端面 方案 1：大头两端面一起铣，再加工小端的两端面。 此方案采用的定位方案是以连杆的大头外形及连杆杆身的对称面定位， 这 种定位方法使工件在

16、夹紧时变形小，同时可以铣工件的两端面，使一部分切削 力相互抵消，易于得到平面度较好的平面。同时由于是以对称面定位，毛坯在 加工后的外形偏差也比较小。 方案 2：大头孔小头孔，右端底平面一起铣，再分别铣大小头孔左端面， 钻小头端孔，此方案采用的定位方案是：以小头孔外圆面用 v 形块定位及以大 头孔左端定位，加工右端面，加工好后以右端底平面定位及小头孔外圆定位。 加工另一端，及钻小头孔。采用此种方案可以在定位基准不变的情况下同时加 工几个面，即减小因基准不重合而产生的误差。 通过以上两种方案优缺点的比较，从定位基准和减小误差角度考虑，我选 择方案 2。 工序 2：钻小头端 10mm 的通孔，再扩钻

17、孔，铰孔至 14h8mm 深 40mm。 工序 3：钻大头端 30mm 的通孔，然而扩 30h11mm 的孔。 工序 4：粗铣宽 4mm，8mm 的十字形通槽。 工序 5： 钻大头端 6mm 的通孔，再用 12mm 的钻头从左端钻至深 20mm 处，攻右端 m8 的螺纹，深 20mm。 工序 6：粗铣大头端 4mm 的槽。 工序 7：钻 5mm 的油孔。 表 6-1孔加工方案 序号加工方案经济精度 (公差等级表示) 经济表面粗糙度 rm 适用范围 方案 1 铣端面 it78 12.5端面 1 方案 2 铣钻 it361.66.3 端面及一般不淬 火的面(端铣表 面粗糙度 r值 较小) 2钻扩铰

18、 it341.63.2 加工未淬火的钢 及铸铁的实心毛 坯 3钻扩it7 6.312.5 大量生产,较小 的平面(精度因 刀具而定) 4粗铣 it910 12.5 主要用于精度要 求不高的加工表 面 5钻攻螺纹it3 0.81.6 螺纹加工的精度 要求 高 6粗铣it66.3 表面精度要求 不高加工面 7钻it8 6.312.5 加工位淬火的钢 或铸铁.孔径小 于 1520 7 选择加工设备选择加工设备 7.17.1 选择机床选择机床 根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，确定机床种类及规格。 （1）工序 1：是粗铣和半精铣。本零件外轮廓尺寸不大。精度要求不是很高， 选用 x5025。 （2

19、）工序 2，3，5，7：可以在立式钻床上加工。可选用 z5140 立式钻床。 （3）工序 4：可以在立式铣床上加工，可选用 x5025。 （4）工序 6：可用卧式铣床加工出。可选用 x6026。 7.27.2 选择夹具选择夹具 根据质量、效率和经济性选择夹具种类。本连杆零件除加工十字型槽与钻 12mm 孔，攻 m8mm 螺纹需设计专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。 7.37.3 选择刀具选择刀具 根据工件材料和切削用量以及生产率的要求，选择刀具，应注意尽量选择标 准刀具。 （1）铣十字型槽选错齿三面刃铣刀，零件要求铣刀深度为 12mm。铣刀直径 应为 110150mm。 因此， 所选铣刀

20、： 十字型通槽宽 4mm 时， 铣刀规格为 d=16mm，d=50mm，l=4mm，齿数 z=12。宽 8mm 时，铣刀规格为 d=16mm,d=50mm，l=8mm，齿数 z=12。 （2）铣大小头两端面时，铣刀选 a 类可转位面铣刀直径为 50mm。 （3）钻 10 mm 的小头端孔至尺寸 14h8 mm，选用锥柄麻花钻，锥柄扩孔 复合钻，扩孔时倒角。选用锥柄机用绞刀。 （4）钻、扩 30h11mm 的大头端孔：选用锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻， 扩孔时倒角。钻 6 mm 的大头端孔，再用 12 mm，的钻头钻至深 20 mm，选 用锥柄麻花钻。 （5）攻 m8mm 的螺纹：选用机用丝锥。

21、（6）钻 5mm 的大头端油孔：用 5mm 直柄麻花钻。 7.47.4 选择量具选择量具 本零件属大量生产，一般均采用量具，选择量具的方法有两种：一是按计 量器具的不确定度选择；二是按计量具的测量方法极限误差选择。 （1）选择加工孔用量具，可选内径百分尺，选分度值为 0.01mm。 （2）选择加工槽所用量具，选用分度值为 0.02mm,测量范围为（0150mm) 由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，除少量专用机床 的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。 8 8 加工工序设计、工序尺寸及切削用量的计算加工工序设计、工序尺寸及切削用量的计算 单件小批生产时

22、，一般可由操作工人自定，大批生产条件下，工艺规程必 须给定切削用量的详细数值，选择的原则是确保质量的前提下具有较高的生产 率和经济性，具有选用可参考各类工艺人员手册。 1.工序 1 粗铣及半精铣大小头孔两端面 查有关手册平面加工余量表，得半精加工余量 z 为 1 mm，已知端面总余 量 z 总为 3 mm，故粗加工余量 z粗=（3-1）mm=2 mm。 如图 8-1 所示，半精铣 右端面以左端面定位，工序尺寸为： x小精=61-0.5 mm, x大精=23mm 则粗铣右端面工序尺寸 x小精为 62mm,x大精为 24mm。查教材表 316 平面加工方法，得粗铣加工公 差等级为 it1113，取

23、 it11，其公差 t 小精=0.13mm，t 大精=0.19mm，所以： x小粗 x小粗 z小精 x小精 x大精 z大精x大精 图 8-1 x 小精=（620.065）mm, x 大精=（240.095）mm。 加工端面的工步余量和工序尺寸及公差/mm 表 8-2 加工表面工序边余量/mm工序尺寸及公差/mm 表面粗糙度/um 粗 半精粗 半精粗 半精 小头孔右端面 2 1 620.065 610.037 6.3 3.2 大头孔右端面 2 1240.095 230.0266.3 3.2 小头孔左端面 2 1590.065 58-0.56.3 3.2 大头孔左端面 2 1210.095 200

24、.0266.3 3.2 校核精铣余量 z精 z小精=x小精 min x小精 max=（620.13）(61+0)mm=0.87mm z大精=x大精 min x大精 max=（240.19）23mm=0.81mm 故余量足够。 查阅有关资料手册，取粗铣的每齿进给量 fz=0.2mm/z;半精铣的每转进给 量 f=0.05mm/z,粗铣走刀 1 次，ap =2mm;半精铣走刀 1 次，ap=1mm。取粗铣的 主轴转速为 150r/min，取半精铣的主轴转速为 300r/min，又前面已选定铣刀 直径 d 为 50 mm，故相应的切削速度分别为： 粗加工 vc=dn 粗/1000=3.1450150

25、/1000m/min=23.55m/min 半精加工 vc= dn 粗/1000=3.1450300/1000 m/min=47.1 m/min 2.工序 2：钻、扩、铰 10 的孔到 14h8 14h8 的孔钻、扩、铰余量参考有关资料手册 z 扩=0.9mm，z 铰=0.1 mm，由此可推算出 z 钻=（14/2-0.9-0.1）=6 mm。 钻、扩、铰 10 的孔到 14h8 的加工余量 ，参考 z25140 机床技术参数 表，取钻孔 14h8 的进给量 f=0.3 mm/ r，参考有关资料得钻孔 12 的 v=0.435m/s=26.1m/min。由此算出转速为： n=1000v/d=1

26、00026.1/3.1412 r /min=692.68 r /min 按机床实际转速取 n=630 r /min，则实际切削速度为： vc=d n/1000=3.1412630/1000 m/min= 23.74m/min 查有关资料得：加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸和深度 如表 8-3 所示： 表 8-3 加工表面加工方法余量等级工序尺寸深度 14 钻孔 6it111240 14h8 扩孔0.9（单 边 it10（58m ） 13.8+0.05840 14h8 铰孔0.1（单 边 it8（27m） 14+0.02740 钻 12 mm 的孔 ff 和 m 如下： ff=9.8142.

27、7120.381 n=1910.12 n m=9.810.021120.381 nm=11.27 nm 扩孔 13.8 mm，参考有关资料，并参考机床实际进给量，取 f=0.3 mm/ r， （因扩的是盲孔，所以进给量取得较小）参考有关资料，扩孔切削速度为钻 孔是的 1/2-1/3，故取扩孔时=1/223.74m/min=11.87 m/min。 由此算出转速为： n=1000v/d=100011.87/3.1413.8 r /min=273.93 r /min 按机床实际转速取 n=300 r /min。 参考有关资料，取铰孔的切削速度为 vc=0.3 m/s=18 m/min。由此算出转

28、速为： n=1000v/d=100018/3.1414 r /min =409.46 r /min 按机床实际转速取为 n=400 r /min。则实际切削速度为： vc=d n/1000=3.1414400/1000 m/min=17.58 m/min 3.工序 3：钻、扩大头端 30h11 mm 的孔 30h11 mm 的孔，扩余量参考有关手册取 z 扩=0.9 mm。由此可算出 z 钻 =（30/2-0.9）=14.1 mm ，钻、扩、大头端 30h11 mm 的孔的加工余量表 ： 表 8-4 加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸 30h11 钻孔 14.128.2 30h11 扩孔0.

29、9（单边） h1130+0.13 参考 z25140 机床技术参数表，取钻孔 30h11mm 的进给量取 f=0.4 mm/ r。参 考有关资料，得钻孔 28.2 mm 的切削速度 vc=126.7m/min。由此可算出转速 为： n=1000v/d=100026.7/3.1428.2 r /min=301.5 r /min 按机床实际转速取 n=300 r /min，则实际切削速度为： vc=dn/1000=3.1428.2300/1000=26.56 m/min 查有关资料得： ff=9.8142.70.48 n m=9.810.0210.48 nm 所以 30 的 ff 和 m 如下：

30、m=9.810.02128.20.481=78.63 nm ff=9.8142.728.20.481=5670.05 n 扩 30h11 mm 的孔，参考机床实际进给量取 f=0.4 mm/ r。参考有关资料，扩 孔切削速度为钻孔时的 1/21/3，故取扩孔时=1/226.56m/min =13.28 m/min。 由此可算出转速为： n=1000v/d=100013.28/3.1430 r /min=140.98 r/min 按机床实际转速取 n=400 r /min。 4.确定铣槽时的工序尺寸。 粗铣就可达到零件图样的要求，则该工序尺寸：槽宽 4mm、8mm、深 12mm。其工序余量既等于

31、总余量 12 mm。 加工时应注意事项： （1）用查表法确定工序余量。 （2）当无基准转换时，工序尺寸及其公差的确定应首先明确工序的加工精 度。 （3）当有基准转换时的工序尺寸及其公差应由解算工艺尺寸链获得。 （4）确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后 工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工 的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。有基准转换时，工序尺寸应 用工艺尺寸链解算。 单件小批生产时，一般可由操作工人自定，大批生产条件下，工艺规程必 须给定切削用量的详细数值，选择的原则是确保质量的前提下具有较高的生产 率和经济性，具有工艺人员可参考的各类手册。 9 9 填写工序卡填写工序卡 填写机械加工工艺过程卡： 工序卡片是用于指导工人进行生产的更为详细的工艺文件，在大批量生产 的关键零件的关键工序才使用。 （1）简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图表达。简图也可以只画出与加工 部位有关的局部视图，除加工面、定位面夹紧面、主要轮廓面，其余线条可省 略，以必需、明了为度。 （2）被加工表面用粗实线（或红线）表示，其余均用细实线。 应标明本工序的工序尺寸，公差及粗糙度要求。 （3）定位、夹紧表面应以规定的符号标明。