汽车连杆夹具毕业设计

1、目录1前 言12连杆零件的工艺规程设计22.1、连杆零件的分析22.1.1 连杆零件结构分析2零件加工表面及其加工要求32.1.3 零件材料的选择52.1.4 连杆的技术要求分析52.2确定毛坯类型及制造方法62.3工艺规程的定制72.3.1定位基准的分析72.3.2热处理工序的安排82.3.3加工工艺路线的拟定82.4确定加工余量及生产设备102.4.1 确定机械加工余量10选择机床设备及工艺设备133专用夹具的设计143.1精铣连杆两端面的夹具设计1431.1铣床夹具定位方案的确定143.1.2 铣床夹具的夹紧机构的确定153.1.3铣床夹具对刀装置的确定153.1.4 铣床夹具的结构分析

2、15总结18致谢19参考文献201前 言连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状复杂，制造难度大，而且批量大，直接影响发动机质量，本篇论文详细介绍了其加工方法的拟订和确立，并对加工中某工序所采用专用夹具进行设计。从工艺与专用夹具的方向进行了一定的探讨。制造工艺的发展情况随着科学技术的发展，各料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向高质量、高生产率和低成本方向发展。电火花、电解、超声波、种新材激光、电子束和离子束加工等工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的出现，提高了更新频繁的小批量零件和

3、形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，大大推进了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。目前，数控机床的工艺功能已由加工循环控制、加工中心，发展到适应控制。加工循环控制虽可以实现每个加工工序的自动化，但不同的工序中刀具的更换及工件的重新装夹，仍须人工来完成。加工中心是一种高度自动化的多工序机床，能自动完成刀具的更换，工件的转位和定位，主轴和进给量的变换等，使工件在机床上只安装一次就能完成全部加工。因此，他可以显著缩短辅助时间，提高生产率，改善劳动条件，适应控制数控机床是一种具有“随机应变”功能的机床，他能在加工中，根据切削条件的变化，自动

4、调整切削条件，是机床保持最佳状态下进行加工，因而有效提高加工效率，扩大品种，更好的保证了加工质量，并达到最大的经济效率。近年发展起来的以计算机为行动中心，完成加工、装卸、运输、管理的柔性制造系统，具有监视、诊断、修复、自动转位加工产品的功能，使多品种、中小批量生产实现了加工自动化，大大促进了自动化的进程，尤其是将计算机辅助设计与制造结合起来而形成的计算机集成制造系统，是加工自动化向智能化方向发展的又一关键性技术，并进一步朝着网络化、集成化和智能化的方向发展。夹具的发展趋势工艺装备的设计、制造、使用和管理，体现着一个企业的工艺技术水平，夹具设计与制造又是制造环境中的生产准备周期时间和加工成本的重

5、要因素，工装设计水平的高低，很大程度上反映出企业制造能力的高低。夹具设计与制造是机电产品设计与制造的一项重要步骤，传统的夹具设计制造时需大量的工时消耗和金属材料的消耗。目前，基于特征参数化技术已在机电产品设计与制造的各个阶段得到广泛的应用，夹具设计也必须向标准化、系统化、参数化方向发展。而且，为了适应我国加入WTO后机电产品的创新能力和尽快机电产品设计制造的全程仿真，快速组合夹具的发展正是适应了这种要求。 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。2连杆零件的工艺规程设计2.1、连杆零

6、件的分析 连杆零件结构分析本课题设计的零件是汽车发动机连杆（零件图如图1），从零件图的分析可以知道，零件的表面大都由一系列的规则的直线和圆弧组成，因此选择通用的加工方法即可。图1 连杆零件图为了减少连杆的惯性力，要求连杆的质量要尽可能的轻，所以连杆采用“工字形”截面，以便保证有较高的强度和刚度，又能够减轻连杆的质量。各部分的精度都要求比较高,在加工大、小头孔时，都有圆柱度和互相的平行度要求，加工时必须加以注意。两端面的加工有垂直度的要求，加工过程中可考虑设计专用夹具来适合加工需要。加工时根据尺寸精度选择合理的机床设备型号。零件主要加工表面零件主要尺寸及精度要求如图2 图2A.大头孔56（未装轴

7、瓦）大头孔上要装轴瓦，通过瓦与曲轴配合，配合间隙为0.270.079mm，为了保证良好的配合精度，减少冲击力的影响，大头孔的加工精度为IT6，圆柱度为0.003，表面粗糙度Ra为0.8m。B.小头孔34（未装铜套） 小头孔是与活塞销配合的表面，加工尺寸精度要求为IT5，圆柱度误差为0.007、表面粗糙度Ra1.6m。小头孔与活塞销的配合精度要求较高，如果配合间隙过小，会影响连杆与活塞销之间的运动传力效果，如果配合间隙过大，又会晃动，使得发动机在运行过程中发出敲击声，考虑到工作后的磨损量0.01mm，因此，安装时必须保证连杆小头孔与活塞销之间的配合间隙为0.00450.0095。C.大小头孔端面

8、 大、小头孔两端面与曲轴轴承座端面配合，其精度影响到安装和磨损，端面厚度公差为0.040mm，它与孔的垂直度误差为0.05。厚度尺寸为33mmD.大小头孔中心距及孔的中心线的平行度和扭曲变 大、小头孔的中心距影响到发动机的压缩比，即发动机的工作效率，所以规定了较高的要求，中心距为152+0.025，大、小头孔的中心线的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆颈产生边缘磨损，缩短发动机的使用寿命，所以规定平行度公差为0.025/100mm。大、小头孔中心线的扭曲对不均匀磨损的影响较小，一般规定扭曲度不大于0.03/100。这两项技术要求，对于结构刚性较差的连杆来说，

9、加工可能有些困难，但是为了保证发动机的使用寿命，必须达到这些要求，加工中应特别注意。E.连杆连接螺栓孔连杆在工作过程中，受到急剧的动载荷的作用，这一作用又传递到连杆和盖的两个连接螺母上。因此，除了对螺栓及螺母提出较高的技术要求外，对螺栓孔及两螺栓孔端面也有一定的要求，两螺栓孔在互相垂直的方向的平行度公差0.03mm，两螺栓孔与结合面的垂直度0.03mm，两螺栓孔的尺寸公差为0.017mm。连杆是发动机的重要零件，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。其好坏与优劣直接影响发动机的整体性能 在工作过程中，连杆受力较复杂：一方面承受气体的压力和往复运动的惯性力所产生的冲击性拉压交变载荷；同时

10、连杆摆动产生横向惯性力，导致其承受弯曲交变载荷。因其较长，所以要求连杆有足够的强度和剐度。在满足要求的前提下，尽量减小自身质量，以减少惯性力，保证发动机运转平稳，降低工作时的噪声和振动，因此材料选择的重要性显而易见。本次毕业设计课题所采用的是40Cr。并作调质处理,使硬度为HB235-277。以提高强度和抗冲击能力。 连杆的技术要求分析连杆上需进行机械加工的主要表面为:大,小头孔及其两端面,连杆与杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要技术要求如下: A、为了使连杆大, 小头运动副之间配合良好,大头孔的尺寸公差等级取为IT6,表面粗糙度应不大于0.8m。小头孔的尺寸公差等级取为IT5,表

11、面粗糙度不大于0.8m。对它们的圆柱度也相应规定了严格的要求。连杆大小头端面间距离的基本尺寸相同,但技术要求不同。大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面有配合要求,而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。故此,大头两端面间的尺寸公差等级为IT9,表面粗糙度不大于1.6m;小头两端面间的尺寸公差等级为IT12,表面粗糙度不大于12.5m。B、连杆大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比,故两孔中心距的尺寸公差等级应不低于IT 6。连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大,将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损,一般规定其垂直度公差等级不低于9级。C、为了使发动机在工作过程中运转

12、平稳,各缸连杆在往复运动中的惯性力应大致相同。因此对连杆大小头质量及总质量要求相当严格。对于6缸发动机中的6根连杆，要求重量尽量相同，以使其运动中的惯性相等而互相平衡。所以加工后按大小质量分组进行装配。要求连杆重量为1100+30G，同一台机中各连杆总成质量差为6G分组要求如下表1：表1组别ABCD E质量（G）>1070-1076>1076-1082>1082-1088>1088-1094>1094-1100组别FGHIJ质量（G）>1100-1106>1106-1112>1112-1118>1118-1124>1124-1130

13、此外，连杆的毛坯都要求通过锻造来改变金相组织。对于连杆体和盖分开锻造的毛坯，锻造工艺较整体锻造要简单，金属纤维呈连续型式，使大头具有较高的强度，不易产生变形，但分开锻造使材料消耗增加，机械加工虽然省去了切开工序，但结合面加工余量较大，两侧平面加工也需要分开进行，故机械工艺较整体锻造复杂。整体锻造在切开体和盖的工序之后，金属纤维呈断裂状，强度减弱，加工后变形较大，但比整体锻造节省材料，提高了金属的利用率，生产效率高，便于组织生产，特别适合于大批大量生产。连杆锻坯有两种形式,一种是体和盖分开模锻,另一种是一体模锻。整体模锻的毛坯相对于分体模锻而言,虽然有锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题,但由于

14、整体锻造的毛坯具有材料损耗少,锻造工时少,模具少等优点,故成为连杆毛坯的一种主要形式。连杆是一种难以锻造成形的锻件，最大截面与最小截面之比很大，杆部细长为工字形，厚度尺寸公差较小所以连杆成型要求有较高的锻造水平。连杆材料为40Cr。其毛坯锻造工序过程为；切料一加热一道辊锻制坯一予锻、终锻一切边、冲孔一余热淬火一回火一抛丸一测硬一冷校正一探伤一压印一检查入库。根据连杆锻件图规定，毛坯错差不大于lmm；表面缺陷深度不太于0.8mm 锻件残余飞刺不大于0.8mm；表面抛丸清理；调质硬度为374.0dHBS；特殊要求：两端头部放在同一平面检查时，其间隙不大于0.5mm。连杆件外形复杂而刚性较差,它的技

15、术要求又很高,故恰当地选择机械加工中的定位基准是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。在连杆的实际加工中,一般都对连杆进行完全定位,多数情况下,选用连杆大小头端面作为主要定位基准,使零件的支承面积大,定位稳定,装夹方便。同时选择小头孔和大头连杆体的外侧面作为一般定位基准,从而限制了连杆的六个自由度。选用连杆的端面和小头孔作为定位基准,不仅便于在加工中实现基准统一,更重要的是使连杆的重要技术要求中加工过程中实现基准重合,以减小定位误差。 对于一些要求高或加工中不易保证的技术要求,在精加工时也可以采用自为基准的原则进行加工,或采用互为基准的原则进行加工,或由机床精度直接保证。在制造连杆毛坯时,在杆身

16、一侧作出定位标记, 在对大小头端面进行粗加工时,选取没有凸起标记的一侧为粗基准来加工。紧接着以已加工过的端面为基准来加工第二个端面。显然,第一个端面的精度(如平面度)要比第二个端面高,在以后的加工中,当然用第一个端面做精基准为好。加工连杆时要保证小头孔的壁厚均匀,所以在拉小头孔时,选大、小头孔的两个端面作为基准。 在加工中，先加工出大、小头孔两端面，可以为后续的精加工做好准备，既满足加工要求，方便加工，又符合统一基准选择的要求，提高了加工精度。 加工过程中经常进行热处理，以改善其机械性能。但是热处理会引起零件较大的变形，需通过后续的加工工序来消除。该零件的热处理主要是为了增加强度，所以为消除粗

17、加工的内应力，降低粗加工的难度连杆主要表面的加工工序安排。 连杆的主要加工表面为大,小头孔和两端面, 较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面, 次要加工表面为、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。 连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按杆的分全可分为三个阶段;第一个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。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准(两端面的加工);第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面,包括小头孔的加工,两侧面的加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗精加工等;第三分阶段则主要是最

18、终保证连杆各项技术要求的加工, 包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工以及大头孔,小头孔的精加工。如果按主要表面的粗,精加工来划分连杆的加工阶段的话,可以按连杆合装前后业分,合装之前的工艺路线属于主要表面的粗加工阶段,合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工,精加工阶段。连杆加工工艺方案的选择选择工艺为传统的生产工艺，即连杆分离面的加工“切断法”。发动机连杆分离面加工的传统方法也称作有屑切削法即在对整体毛坯连扦的两端面及大、小头孔进行加工之后。用切削的方法(铣削或锯削)将整体连杆切断分成连杆体和连杆盖两个零件。然后再用拉削磨削或精铣的方法。对连杆体及连扦盖这两个零件的分离面分别进行精加工

19、，以满足设计的尺寸、表面粗糙度、平面度和垂直度的要求-这是一种带切屑的切削加工方法， 一般可称为切断法(CUT OFF)根据前面的加工工序分析，这里对连杆的工艺,拟定了两条工艺路线进行分析比较,以便从中选择。 A、方案一: B.方案二: 0模锻毛坯0模锻毛坯5调质处理5调质处理10铣大小头两端面10拉小头孔15拉小头孔15粗磨大小头两端面20拉大头孔两侧面20拉大头孔两侧面25打标记号25切断30钻螺栓孔30精拉大头孔半圆面及结合面35精加工螺栓孔35磨结合面40钻油孔40锪螺栓座面45切断45钻油孔50精拉结合面、半圆面50钻,扩,铰螺栓孔55磨结合面55去毛刺,清洗60锪螺栓孔窝座60装配

20、螺栓并拧紧65清洗、合面65粗镗大头孔70粗磨大小头孔两端面70精磨大小头两端面75半精镗大头孔75半精镗,精镗大头孔及小头孔80挤压铜套80压铜套,倒角85倒角85精镗小头衬套孔90精磨两端面90去毛刺,清洗95精镗大头、铜套孔95终检100终检100称重分组 由上可知，因为连杆的技术要求高而刚性又较差,各主要加工表面需经多次加工才能达到图纸要求，目的是使残余内应力有时间重新分布而使零件及早变形，两工艺都注重了工艺的可行性，可以达到工艺要求。以下针对两方案进行比较分析：方案A中考虑到了精基准选择时应遵循统一基准原则。首先将两侧面这个后续工序中的精基准面先加工出来,然后再加工小头孔,而且加工时

21、先把没有凸起标记的一侧面为粗基准，加工标志面，然后在翻转磨另一面，这样两端面互为基准。方案B先把孔加工出来，整体上也可以符合加工要求，但一般原则是按“先加工基准面,再加工其它表面”, “先加工平面,后加工孔”，两端面的接触面大，便于做粗基准，加工也方便，所以在粗基准的选择上还是A方案比较合适方案B的镗削大头孔在同一道工序中完成,这使得零件不能充分变形。而方案A也有些类似的方面，但是经过了几次反复的粗精加工，可以达到图纸要求，所以也无需加入更细致更烦琐的加工工序，这样节省了资金。方案A的螺栓孔是在切断之前加工的，这样和在一起加工，可以使连杆体和连杆盖的螺栓有位置精度的一致性。方案B中将螺栓孔的加

22、工放在切断之后,，这样分开加工，对于各孔的加工精度是提高了，但是位置度不是很好。在这方面两个加工方案各都有优劣。综上所述, 二种方案都各有千秋，前种方案优势明显一点，方案A工序安排较为合理，最终选择方案一作为该零件的加工路线， 确定机械加工余量 根据前面所述的加工方法及工艺路线的选择，查有关手册得出各面的加工余量如表2所示。对表面只需粗加工的，取所查数据的小值；表面需经粗加工和半精加工时，可取较大值。 表2 机械加工余量加工表面加工方 法经济精度 IT余量a （mm） Ra （m）总加工余量 （mm） 标志端面粗铣111.52.5-201.5粗磨8-90.30.63-101.8精磨70.32.

23、1另一端面粗铣111.52.5-203.6粗磨8-90.30.63-103.9精磨70.34.2小头孔拉削101.50.8大头孔拉削101.51.5半精镗1112.5-102.5精镗磨0.10.63-52.6铜套孔精镗磨0.10.63-50.1结合面拉削101.51.5精磨70.34.2侧面拉削101.51.5确定毛坯尺寸钢质模锻件的机械加工余量按JB383485确定，确定时根据估算的锻件质量，加工精度及锻件的形状复杂系数。（1） 锻件质量 根据零件成品重量1.1Kg,锻件估算为1.5Kg（2） 加工精度 各表面为一般加工精度F1（3） 锻件的形状复杂系数S： S=m锻件/m外廓包容体 假设锻

24、件的最大包容体为长220mm,宽90mm,高40mm. m外廓包容体=220×90×40×7.85= 6.22Kg m锻件=1.5KgS=1.5/6.22=0.241查表可知，锻件的形状复杂系数为S3，属于较复杂级别。（4）根据锻件质量、F1、S3，查表JB3834-85可得：厚度方向的单边余量为：1.52.0mm水平方向的单边余量为：1.52.0mm即锻件各端面的单面余量为：1.52.0mm。两孔的单向的余量为：2.0mm确定毛坯的尺寸上面所查得的加工量适用于机加表面Ra1.6m；Ra1.6m 的表面，余量要适当的放大。分析本零件，可知零件的各表面粗糙度Ra1.

25、6m的有两端面而两孔Ra1.6m，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量即可。又由于加工时要把大头孔切断，所以留有切断的厚度最后确定毛坯的尺寸。 毛坯尺寸如下：大头孔 51.4mm 小头孔 34mm 宽 84mm厚度 37.2mm确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件重量、形状复杂系数、分模线形状种类及锻件精度等级从有关表中查得。本零件的锻件重量为1.5Kg，形状复杂系数是S3，材料为40Cr。由此查表得，锻件材质系数为M2,采用平直分模线，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可以从表JB3834-85查得。 最后确定毛坯尺寸如图3图3 毛坯尺寸图选择机床设备及工艺设备机床的选择 机床

26、的选择工件的对加工质量，生产率和经济性有很大的影响，为使所选的机床能满足工序的要求，必须综合考虑机床的工作精度、加工精度、功率、机床工作区的尺寸等因素。 根据以上的图示的分析，现有的生产设备及零件自身的尺寸、形状、位置精度的要求，各工序机床选择如表3所示表3工序工序名称机床设备切削刀具量具00锻造热模锻压机10铣削X5012端面铣刀游标卡尺0200/0.0215拉削CS-503拉刀游标卡尺0200/0.0220拉削L4322-4拉刀游标卡尺0200/0.0230钻孔Z3050麻花钻游标卡尺0200/0.0235钻孔组合机床麻花钻塞规40钻孔Z3050麻花钻游标卡尺0200/0.0245切断X6

27、025锯片铣刀游标卡尺0200/0.0250拉削L4322-4拉刀游标卡尺200/0.0255磨削MS64100A砂轮游标卡尺0200/0.0260锪窝座组合机床锪钻游标卡尺0200/0.0270磨削MS74100A砂轮游标卡尺0200/0.0275镗孔T6112镗刀游标卡尺0200/0.0280挤压Y741-1090磨削MS74100A砂轮游标卡尺0200/0.0295镗孔T6112镗刀塞规3专用夹具的设计3.1精铣连杆两端面的夹具设计连杆端面是整个连杆加工过程的主要定位基准,应首先加工出来。由零件图可知,连杆大小头端面厚度的基本尺寸是相同的,但其精度要求不同。若在铣大小头端面时,也按不同的

28、要求加工,会增加夹具制造与机床调整的复杂性。故在加工中使大小头端面处在同一平面上,简化了后续工序的夹具结构,减少了机床的调整工作。31.1铣床夹具定位方案的确定 根据六点定位原理,对本道工序的加工定位采用完全定位。其中,选用连杆的大小头孔端面作为主要定位基准,使零件的支承面积大,定位稳定,装夹方便。同时也符合精基准选择时应注意的基准重合原则。这个面定位共消除了3个自由度。再次,选用连杆大、小头孔上下顶面作为第二定位基准,压紧定位不仅便于在加工过程中实现基准统一,而且装夹方便,端面与大头孔中心线的垂直度要求也能很好的保证,两端面的距离要求在加工中实现基准重合,从而减少加工误差。另外,采用互为基准

29、反复加工的办法,对连杆的两个端面进行加工。在定位元件的选择上,为满足六个自由度完全定位要求,分别对三个定位元件进行设计：（1）首先在第一定位面,考虑到夹具加工性及夹具在使用过程中出现的磨损,故采用圆形支承板进行定位。支承板用螺钉安装在夹具底板上,然后再加工支承板面，保证与机床的平行度要求。支撑板不但可以很容易地保证支承面对夹具底板面的平行度,而且这样磨损后还可以替换降低夹具的制造费用。（2）其次在第二定位面,为消除两个自由度,故采用固定V形块和活动V形块进行定位。以消除最后一个自由度。具体请见图4。 图4 定位图3.1.2 铣床夹具的夹紧机构的确定夹紧装置是夹具的重要组成部分。因此在夹具设计过

30、程中,必须保证定位时获得的正确位置,并使夹紧可靠,适当,操作方便安全。而且结构力求简单,紧凑,并尽可能地多采用标准件。 根据夹紧力的作用方向应有利于工件准确定位的原则,在铣削侧面时,为保证端面与大头孔中心线的垂直度要求,故将夹紧力作用方向定在与定位销中心线相垂直的方向上。这个方向与工件刚度最大的方向也相一致,使工件减少变形。为了适合大批生产的要求，所以本设计采用了气动夹紧机构，而且采用两个一起加工，既满足了大批量生产的要求，而且操作方便，又节省了时间提高了生产率 。3.1.3铣床夹具对刀装置的确定对刀装置用以确定夹具相对于刀具的位置。铣床夹具的对刀装置主要由对刀块和塞尺构成。本道工序是铣平面,

31、故采用用于加工平面的高度对刀块。3.1.4 铣床夹具的结构分析根据工件,定位元件,夹紧装置和对刀块在总体上的配置来确定夹具体的外形尺寸。夹具体上安装有平面定位元件(两个支承板，每个支承板分为三段以便屑。),固定V形块、活动V形块和圆形平面对刀块。三者组合共同作为该夹具的定位元件.对于支承板和对刀块都有较高的尺寸和位置精度要求.其中,支承板与工件接触的平面与夹具体底座平行。所有的支承板与夹具体都采用普通螺丝钉进行联接，一旦支承板受磨损，可拆换。至于活动V形块，因在加工过程中它必须要沿着工件长度方向左右移动。为了保证夹紧后良好的对中性，故在夹具体上沿着V形块的两侧安装了两块移动导向板。导向板与工件接触的内表面与夹具横向轴线应保持较高的平行度。导向板的定位采用圆柱销。夹紧结构也较为方便，采用汽缸推动夹紧机构，当工件被放在夹具体的支承板平面上后，通过气动装置，推动压板，压板在推动活动V形