钻扩铰连杆螺栓孔夹具设计说明书

1、课 程 设 计 说 明 书机 床 夹 具 设 计钻、扩、铰连杆大头孔与连杆盖的螺栓孔夹具 指 导 教 师学 院 名 称工程学院专业及班级机械设计制造及其自动化1班提 交 日 期答 辩 日 期月 【摘要】 连杆是发动机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其中一个加工环节的夹具设计。通过计算连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度，选择合适的夹具方案，设计出能保证加工精度的专用夹具。【关键词】 连杆 加工工艺 夹具设计目 录1 序言 12 零件设计具体内容12.1 零件的作用12.2 零件的工艺性分析 12.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度 12.2.2 大、小头孔轴心线在两个方向的

2、平行度22.2.3 大、小头孔中心距22.2.4 大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度22.2.5 大、小头孔两端面的技术要求22.2.6 螺栓孔的技术要求22.2.7 有关结合面的技术要求22.3 零件工艺路线的制定32.4 确定工序的加工余量、工序尺寸及公差72.4.1 大头孔端面加工余量72.4.2 大头孔外圆加工余量72.4.3 小头孔端面加工余量82.4.4 连杆体结合面加工余量82.4.5 螺栓座端面加工余量82.4.6 小头孔加工余量92.4.7 大头孔加工余量92.4.8 螺栓孔加工余量92.5 确定切削用及基本工时102.5.1 粗铣大小头孔两端面102.5.2 粗磨大头孔两端

3、面102.5.3 精磨大头孔两端面112.5.4 粗铣大头孔两侧面112.5.5 粗车大头孔外圆表面112.5.6 钻小头孔122.5.7 扩小头孔122.5.8 铰小头孔122.5.9 粗镗大头孔132.5.10 铣断杆盖132.5.11 粗铣连杆体结合面132.5.12 精铣连杆体结合面142.5.13 精磨连杆体结合面142.5.14 粗铣连杆体螺栓座端面142.5.15 半精铣连杆体螺栓座端面142.5.16 钻螺栓孔孔152.5.17 扩螺栓孔152.5.18 铰螺栓孔152.5.19 粗铣小头孔两端面162.5.20 半精镗大头孔162.5.21 精镗大头孔162.5.22 粗铣通

4、油槽162.5.23 粗铣轴瓦槽173 钻、扩、铰螺栓孔夹具设计173.1 问题的提出173.2 夹具结构方案的确定173.2.1 定位基准与定位元件的选择173.2.2 刀具导向装置的确定183.2.3 夹紧机构的确定183.2.4 其它装置和夹具体确定203.3 定位误差分析计算203.4 夹具操作介绍213.5 设计主要优缺点21参考文献22VI 1 序言机床夹具设计是学习完机械制造工艺学后的实践设计。这是我们机制专业在毕业设计之前最后一次对所有所学的课程知识的综合性应用；也是一次深入的整合性复习；同时还是一次理论与实践联系起来的训练。因此，机床夹具设计对于我们机制专业是十分重要的。连杆

5、是发动机的主要零件之一，它连接活塞和曲轴。连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状十分复杂，制造难度大，而且一次生产批量较大，直接影响发动机质量。本篇论文详细介绍了连杆的加工方法的拟定与确立，并对加工中对钻、扩、铰连杆大头孔与连杆盖的螺栓孔工序所采用的专业夹具进行设计。从工艺与专用夹具的方向进行了一定的探讨。希望能通过这次的课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练。从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为以后的工作打下良好的基础。2 零件设计具体内容2.1 零件的作用连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，作用是把活塞和曲轴联结起来，使活塞的往复直线运动变位曲柄的回转运动，以输出

6、动力。它把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体，因此它承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与驱逐装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。连杆盖和连杆体大头之间有一组垫片。连杆小头用活塞销与活塞连接。大头孔内压入青铜衬套，减少磨损，便于更换和维修。连杆杆身一般采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡。2.2 零件的工艺性分析连杆上需

7、进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆体和连杆盖切开后加工的是结合面和螺栓孔，而且螺栓孔是同时加工的；而两端面加工是之前就加工好的。2.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状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，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为IT7，表面粗糙度Ra应为0.8；大头孔的椭圆度和锥度公差为。小头孔公差等级为IT8，表面粗糙粗Ra应,0.8；小头孔的椭圆度和锥度公差为。2.2.2 大、小头孔轴心线在两个方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，从而造成气缸壁磨损不均匀，同

8、时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的不平行度允差为0.03:100，在垂直于连杆轴心线方向的不平行允度为0.06:100。2.2.3 大、小头孔中心距大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以其尺寸为。2.2.4 大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求；规定其不垂直度允差0.3:100。2.2.5 大、小头孔两端面的技术要求大

9、头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra为，两端面对大头孔中心线的跳动在半径38上允差。小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra为。2.2.6 螺栓孔的技术要求连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这动载荷传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓和螺母上。因此除了螺母和螺栓的技术要求要高外，对于安装着两个动力螺栓孔及端面也要有一定的要求。规定螺栓孔按IT7级公差等级和表面粗糙度Ra应为加工；二螺栓孔对剖分面的不垂直度为0.15:100。2.2.7 有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，接合面的歪斜会使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均

10、匀磨损。因此，结合面的不平度允差为，结合面对孔的偏移允差为，接合面对孔的不平行度以及对连杆纵向中心线的不垂直度允差为0.3:100。2.3 零件工艺路线的制定连杆的机械加工路线是围绕着主要表面加工来安排的，分为三个阶段；第一阶段为粗基准的加工。第二阶段为连杆体和盖切开前的加工，第三个阶段为连杆体和盖合装后的加工。根据分析，对连杆的工艺拟定了两条工艺路线进行分析比较，以便从中选择。 （1）工艺路线方案一: 工序1 锻造 工序2 粗铣大小头孔端面 工序3 粗磨，精磨大头孔端面 工序4 退磁 工序5 粗铣大头侧面 工序6 钻、扩、铰小头孔 工序7 铣小头孔倒角 工序8 粗镗大头孔 工序9 粗铣、半精

11、铣螺栓座端面 工序10 钻、扩、铰两螺栓孔 工序11 铣两螺栓孔口的倒角工序12 粗铣小头孔端面 工序13 半精镗大头孔 工序14 精镗大头孔 工序15 铣大头孔倒角 工序16 去小头孔内毛刺 工序17 粗铣小头孔通油槽 工序18 压入小头孔衬套 工序19 精镗小头孔衬套孔 工序20 铣开连杆体与连杆盖 工序21 铣连杆体轴瓦槽工序22 铣连杆盖轴瓦槽 工序23 去全部毛刺 工序24 清洗 工序25 检验 工序26 探伤 工序27 入库 （2）工艺路线方案二:工序1 锻造工序2 粗铣大小头孔端面工序3 粗磨，精磨大头孔端面 工序4 退磁 工序5 粗铣大头侧面工序6 钻、扩、铰小头孔工序7 铣小

12、头孔倒角工序8 粗镗大头孔 工序9 铣开连杆体与连杆盖工序10 粗铣、精铣连杆体结合面工序11 精磨连杆体结合面工序12 粗、半精铣连杆螺栓座端面工序13 粗、半精铣连杆盖螺栓座端面工序14 粗铣、精铣连杆盖结合面工序15 精磨连杆盖结合面工序16 钻、扩、铰两螺栓孔工序17 铣两螺栓孔孔倒角工序18 铣连杆体轴瓦槽工序19 铣连杆盖轴瓦槽工序20 粗铣小头孔端面工序21 半精镗、精镗大头孔工序22 铣大头孔倒角工序23 去小头孔内毛刺工序24 粗铣小头孔通油槽工序25 压入小头孔衬套工序26 精镗小头孔衬套孔工序27 去全部毛刺工序28 清洗工序29 检验工序30 探伤工序31 入库上述两个

13、工艺方案的特点于：方案一是先加工螺栓孔再铣开连杆体与连杆孔，方案二是先铣开连杆体与连杆孔再加工螺栓孔。两个方案比较可以看出，方案一能够很保证螺栓孔对大头孔轴心线的垂直度和螺栓孔对连杆轴线的对称度，而且减少了不少工序。但是先加工螺栓孔，再铣的时候，会受力产生形变，造成螺栓孔的圆度等误差。而方案二先铣开连杆体与连杆孔再加工螺栓孔，这样避免受力形变的影响，还能保证结合面的很好的结合在一起。因此我决定采用方案二，然后加上一些细工序，最后的加工路线如下：工序工序名称工序内容工艺装备1锻造辊锻机、锻压机2粗铣大小头孔端面以连杆大头外形及连杆身的对称面作基准铣大、小头两端面X52K3粗磨，精磨大头孔端面先一

14、端面定位，粗磨另一端面，翻身，以另一端面定位。粗磨完成后继续精磨M74754退磁退磁机5粗铣大头孔侧面以大头孔端面定位，铣大头孔侧面X62W6粗车大头孔外圆以大头孔端面和侧面定位，车大头孔外圆C620-17钻、扩、铰小头孔以大头孔端面定位，钻、扩铰小头孔Z30808铣小头孔倒角以大头孔端面和小头孔定位，铣倒角，一边铣完铣另一边Z30809粗镗大头孔以大头孔端面定位，粗镗大头孔，并保证大小孔中心距T6810铣开连杆体与连杆盖铣断杆盖，以大头孔端面和小头孔定位X62W11粗铣、精铣连杆体结合面铣连杆体结合面，以大头孔端面，小头孔定位X6212精磨连杆体结合面磨连杆体结合面，以大头孔端面，小头孔定位

15、M747613粗、半精铣连杆螺栓座端面铣连杆体螺栓座端面，以大头孔端面和结合面定位X6214粗、半精铣连杆盖螺栓座端面铣连杆盖螺栓座端面，以大头孔端面和结合面定位X6215粗铣、精铣连杆盖结合面铣连杆盖结合面，以大头孔端面定位X62W16精磨连杆盖结合面磨连杆盖结合面，以大头孔端面，小头孔定位M747617钻、扩、铰两螺栓孔以大头孔端面和大、小头孔定位，钻、扩、铰两螺栓孔Z308018铣两螺栓孔孔倒角以大头孔端面和小头孔定位，铣两螺栓孔孔倒角Z308019铣连杆体轴瓦槽以大头孔端面定位，铣轴瓦槽X6220铣连杆盖轴瓦槽以大头孔端面定位，铣轴瓦槽X6221粗铣小头孔端面以大头孔端面定位，粗铣小头

16、孔端面X6222半精镗、精镗大头孔以大头孔端面定位，镗大头孔T6823铣大头孔倒角以大头孔端面和大头孔定位，铣大头孔倒角Z308024去小头孔内毛刺25粗铣小头孔通油槽以大头孔端面和小头孔定位，粗铣小头孔通油槽X6226压入小头孔衬套油压机27精镗小头孔衬套孔以大头孔端面和小头孔定位，精镗小头孔衬套孔T6828去全部毛刺29清洗30检验按图纸要求检查各部尺寸及精度31探伤探查零件无损伤及检验硬度32入库2.4 确定工序的加工余量、工序尺寸及公差2.4.1 大头孔端面加工余量工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/精磨0.1IT71.64

17、0粗磨0.5IT93.240.2 粗铣2.4IT1212.541.2毛坯（模锻）462.4.2 大头孔外圆加工余量工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/粗车2.05IT212.589.9毛坯（粗车）94粗车2IT1212.594 毛坯（模锻）982.4.3 2.2.3 大、小头孔中心距工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/粗铣5.1IT1212.530粗铣2.9IT1212.540.2毛坯（模锻）462.4.4 连杆体结合面加工余量工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/m

18、m标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/精磨0.1IT60.8200精铣0.5IT73.2200.1粗铣3IT1212.5200.52.4.5 螺栓座端面加工余量工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/半精铣0.5IT93.231粗铣2.5IT1212.531.5毛坯（模锻）342.4.6 小头孔加工余量工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/铰0.1IT70.837扩3.4IT93.236.8钻15IT1212.520毛坯（模锻）02.4.7 大头孔加工余量工序名

19、称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/精镗0.1IT70.861半精镗0.4IT93.260.8粗镗2IT1212.560毛坯（模锻）562.4.8 螺栓孔加工余量工序名称工序间余量/mm工序工序基本尺寸/mm标志工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/铰0.1IT73.212扩0.9IT96.311.8钻5IT1212.510毛坯（模锻）02.5 确定切削用及基本工时2.5.1 粗铣大小头孔两端面 加工要求：铣连杆大、小头孔两平面，粗铣余量单面2.4mm，表面粗糙度12.5选用X52K铣床，,铣刀选择硬质合金端铣刀铣刀直径D=10

20、0mm，铣刀齿数Z=6。（1） 由于粗铣余量单面2.4mm，切削量较小，故选铣削深度，一次走刀（2） 每齿进给量选（3） ，（4） 基本时间：2.5.2 粗磨大头孔两端面 加工要求：磨连杆大头孔两平面，粗磨余量单面0.5mm，表面粗糙度3.2选用M7475磨床，砂轮尺寸。（1）磨削深度。 （2）径向进给量选 轴向进给量选 （3），（4） 基本时间： （z=0.1 k=1 z=8）2.5.3 精磨大头孔两端面 加工要求：磨连杆大头孔两平面，粗磨余量单面0.1mm，表面粗糙度1.6选用M7475磨床，砂轮尺寸。（1）磨削深度。 （2）径向进给量选 轴向进给量选 （3），（4）基本时间： （z=0.

21、1 k=1 z=8）2.5.4 粗铣大头孔两侧面 加工要求：铣连杆大头孔两侧面，粗磨余量单面4mm，表面粗糙度12.5选用X62W铣床，铣刀齿数Z=3，铣直刀径D=20mm。 （1）铣削深度 （2）进给量选 （3），（4） 基本时间： 2.5.5 粗车大头孔外圆表面加工要求：粗车和外圆表面，精度等级IT12，表面粗糙度12.5选用C620-1卧式车床，刀具，。1） 粗车外圆（1）切削深度，一次走刀完成（2）进给量选（3），（4）基本时间：2） 粗车外圆（1）切削深度，一次走刀完成（2）进给量选（3），（4）基本时间：2.5.6 钻小头孔 加工要求：钻小头孔，余量单面17.5mm，表面粗糙度12

22、.5选用Z3080钻床，钻头直径D=30mm。 （1）切削深度 （2）进给量选 （3），（4）基本时间： 2.5.7 扩小头孔 加工要求：扩小头孔，余量单面0.9mm选用Z3080钻床，钻头直径D=36.8mm。 （1）切削深度 （2）进给量选 （3），（4） 基本时间： 2.5.8 铰小头孔 加工要求：铰小头孔，余量单面0.1mm选用Z3080钻床，钻头直径D=37mm。 （1）切削深度 （2）进给量选 （3），（4） 基本时间： 2.5.9 粗镗大头孔 加工要求：镗大头孔，余量单面2mm选用T68镗床，一次镗去全部余量 （1）切削深度 （2）进给量选（3）（4）（4）基本时间： 2.5.1

23、0 铣断杆盖 加工要求：铣断连杆，粗磨余量单面4mm，表面粗糙度12.5选用X62W机床，铣刀直径D=63mm，铣刀齿数Z=6。 （1）切削深度 切削宽度 铣刀齿数Z=24 （2）进给量选 （3），（5） 基本时间： 2.5.11 粗铣连杆体结合面 加工要求：半精铣连杆体结合面，半精铣余量单面0.5mm，表面粗糙度3.2选用X62W机床，铣刀直径D=75mm，铣刀齿数Z=6。 （1）切削深度 切削宽度 （2）进给量选 （3），（4）基本时间： 2.5.12 精铣连杆体结合面 加工要求：半精铣连杆体结合面，半精铣余量单面0.5mm，表面粗糙度3.2选用X62W机床，铣刀直径D=75mm，铣刀齿数

24、Z=6。 （1）切削深度 切削宽度 （2）进给量选 （3），（4）基本时间： 2.5.13 精磨连杆体结合面 加工要求：精连杆体结合面，精磨余量单面0.1mm，表面粗糙度0.8选用M7476磨床，砂轮尺寸。（1）磨削深度。 （2）径向进给量选 轴向进给量选 （3），（4）基本时间： （z=0.1 k=1 z=8）2.5.14 粗铣连杆体螺栓座端面 加工要求：粗铣连杆体螺栓座端面，粗铣余量单面2.5mm，表面粗糙度3.2选用X62机床，铣刀直径D=19mm，铣刀齿数Z=3。 （1）切削深度 切削宽度 （2）每齿进给量选 （3），（4）基本时间： 2.5.15 半精铣连杆体螺栓座端面 加工要求：半

25、精铣连杆体螺栓座端面，半精铣余量单面0.5mm，表面粗糙度3.2选用X62机床，铣刀直径D=20mm，铣刀齿数Z=3。 （1）切削深度 切削宽度 （2）每齿进给量选 （3），（4）基本时间： 2.5.16 钻螺栓孔孔 加工要求：钻螺栓孔，余量单面5mm，表面粗糙度12.5选用Z3080钻床，钻头直径D=10mm。 （1）切削深度 （2）进给量选 （3），（4）基本时间： 2.5.17 扩螺栓孔 加工要求：扩螺栓孔，余量单面0.9mm，表面粗糙度3.2选用Z3080钻床，钻头直径D=11.8mm。 （1）切削深度 （2）进给量选 （3），（4）基本时间： 2.5.18 铰螺栓孔 加工要求：铰螺栓

26、孔，余量单面0.1mm，表面粗糙度0.8选用Z3080钻床，钻头直径D=12mm。 （1）切削深度 （2）进给量选 （3），（4） 基本时间： 2.5.19 粗铣小头孔两端面 加工要求：铣连杆小头孔两平面，粗铣余量单面5.1mm，表面粗糙度12.5选用X52K铣床，铣刀直径D=50mm，铣刀齿数Z=4。 （1）故选铣削深度，3次走刀完成。 （2）每齿进给量选 （3），（4）基本时间：2.5.20 半精镗大头孔 加工要求：镗大头孔，余量单面0.4mm选用T68镗床，一次镗去全部余量。 （1）切削深度 （2）进给量选（3）（4）（5）基本时间： 2.5.21 精镗大头孔 加工要求：镗大头孔，余量单

27、面0.1mm选用T68镗床，一次镗去全部余量 （1）切削深度 （2）进给量选（3）（4）（5）基本时间： 2.5.22 粗铣通油槽 加工要求：铣连通油槽，粗铣余量4.7mm，表面粗糙度12.5选用X62铣床，铣直刀径D=50mm，铣刀齿数Z=4。 （1）铣削深度 铣削宽度4mm （2）每齿进给量选 （3）， （4）基本时间： 2.5.23 粗铣轴瓦槽 加工要求：铣连杆轴瓦槽，粗铣余量10mm，表面粗糙度12.5选用X62铣床，铣直刀径D=50mm，铣刀齿数Z=4。 （1）铣削深度，两次走刀，铣削宽度6mm （2）每齿进给量选 （3），（4）基本时间： 3 钻、扩、铰螺栓孔夹具设计3.1 问题的

28、提出由连杆材料为45钢，大批量生产。根据设计任务的要求需设计钻、扩、铰螺栓孔夹具。刀具为直柄麻花钻，直柄扩孔刀和直柄铰刀。本夹具主要作来钻、扩、铰螺栓孔，二螺栓孔对剖分面的不垂直度为0.15:100。本工序是同时加工连杆体与连杆盖，夹紧时要将两工件夹好，避免出现错位。3.2 夹具结构方案的确定3.2.1 定位基准与定位元件的选择由加工工序可知，在加工螺栓孔之前，连杆的大头孔端面已经加工好，且表面粗糙要求较高。选大头孔端面，大、小头孔为基准。采用一面两孔组合定位，定位元件相应采用一面两销，因其中小头孔使用菱形销，大头孔采用圆柱销。取两销中心距为取圆柱销直径为查表得计算菱形销与其配合孔的最小间隙为

29、按h6确定菱形销的直径公差，最后得3.2.2 刀具导向装置的确定在钻床夹具中大多都具有刀具导向装置，习惯上称作钻模。钻模主要分为两部分。（1） 钻套是引导刀具的零件，用以保证被加工孔的位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。在该工序中，因为需要连续加工钻，扩，铰三个工步，因此选用快速钻套。（2） 钻模板用于安装钻套，因为采用立式钻床进行加工，因此采用固定式钻模板，使精度得到保证。3.2.3 夹紧机构的确定 夹紧机构选用带开口垫圈的螺母夹紧装置，即在圆柱销和菱形销上直接作出一端螺纹，用螺母和开口垫圈锁紧。在钻、扩和铰孔的加工中，钻孔所产生的切削力是最大的。因此把钻孔时的切削力求出来，就能估计出所需要的夹紧力，进行夹紧装置的设计。其中D是钻头直径，f为进给量，为修正系数，查表得。因为有两个夹紧力，大头孔上的与小头孔上的夹紧力，图1所示，在钻孔加工的时候，在力矩的作用下由使工件绕点转动的趋势，与之相平衡的是作用在工件上的总