连杆的加工工艺及夹具设计

1、编号 XXXXXXXX 职业技术学院职业技术学院毕毕业业论论文文题 目连杆的加工工艺及夹具设计学生姓名XXX学 号XXXXXX系 部机电工程系专 业机械制造与自动化班 级XXXXXX指导教师XXX 副教授 顾问教师XXX 副教授二一三年十一月摘 要摘摘 要要连杆作为传递力的主要部件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度。而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时

2、，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。随着汽车行业的发展，连杆的需求量在不断增加，也出现了许多不同的加工制造工艺。如何制定一套合理的加工工艺及专用夹具是我这次设计的主要内容。关键词关键词: :连杆 变形 加工工艺 夹具设计 AbstractA AbstractbstractAs a power transmission link of the main components of the power machine is widely used in various types of vehicles,

3、various types of diesel or petrol is an important machine parts. Link in the process of power transfer, under pressure from the cyclical high impact, inertia and bending strength. This link should have high strength and toughness and fatigue properties. At the same time, because it is an important e

4、ngine of the moving parts, and called for a high weight accuracy. With the development of the automotive industry, the link in the ever-increasing demand, there have been many different manufacturing process. How to develop a rational process, I was the main elements of the design.Keywords:Transmiss

5、ion shaft Processing technology Fixture design Heat Treatment目 录I 目目 录录摘摘 要要 .I IABSTRACTABSTRACT .IIII第一章第一章 绪论绪论 .1 11.1 问题的提出.11.2 本文研究的目的和研究内容.1第二章第二章 连杆结构工艺分析连杆结构工艺分析 .2 22.1 连杆的作用.22.2 连杆的结构.22.3 连杆的材料及保护措施.22.4 连杆的主要技术条件及要求.22.4.1 大、小头孔中心距.32.4.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度.32.4.3 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂

6、直度.32.4.4 螺栓孔的技术要求.32.4.5 小头衬套的技术要求.42.4.6 大、小头孔两端面的技术要求.42.4.7 有关结合面的技术要求.43.3 材料的可锻性.63.4 连杆的加工工艺过程及工艺方案.63.4.1 连杆的加工工艺过程安排.63.4.2 连杆的加工工艺过程设计.63.5.1 工艺过程的安排.93.5.2 定位基准的选择.93.5.3 确定合理的夹紧方法 .113.5.4 连杆两端面的加工 .113.5.6 连杆大小头孔的加工.113.5.7 螺栓孔的加工.123.5.8 连杆的检验.123.5.9 加工设备及工艺装备的选择.123.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题.

7、133.6.1 工序安排.133.6.2 定位基准.133.6.3 夹具使用.143.7 切削用量的选择原则.143.7.1 粗加工时切削用量的选择原则 .143.7.2 精加工时切削用量的选择原则 .153.8 加工余量、切削用量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.153.8.1 毛坯尺寸的确定.153.8.2 粗磨连杆大小两端面.173.8.3 钻、拉小头孔.173.8.4 切断整体锻件.173.8.5 精拉连杆体和连杆盖的两侧接合面及圆弧面 .173.8.6 锪连杆体和连杆盖的螺栓窝座.183.8.7 精加工螺栓孔.18目 录II3.8.8 粗、精镗大头孔.183.8.9 精镗小头青铜衬套孔.1

8、93.9 计算工序的工时定额.193.9.1 基本时间.193.9.2 辅助时间.203.9.3 作业时间.203.9.4 布置工作场地时间.203.9.5 休息和生理需要时间.203.9.6 单件工时.203.9.7 准备和终结时间.213.10 零件的修复.21第四章第四章 夹具设计夹具设计 .22224.1 精镗小头青铜衬套孔夹具.224.2 设计方案及设计思想.224.3 夹具的结构工艺.244.4 夹紧力的确定 .254.5 夹具的操作方法 .27第五章第五章 总结与展望总结与展望 .2828致致 谢谢 .2929参考文献参考文献 .3030第一章 绪论0第一章第一章 绪论绪论连杆是

9、汽车发动机中的主要传动部件之一，连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂

10、的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。1.1 问题的提出问题的提出连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，就目前来看连杆存在的问题还是很多的，连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。传统连杆加工工艺中其材料一般采用 45 钢、40Cr 或 40MnB 等调质钢，硬度更高，合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期效果，很多汽车生产商不得不把自己

11、所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。1.2 本文研究的目的和研究内容本文研究的目的和研究内容在机器工业日益发达的今天，其在生产上的应用也越来越重要，并且它的需求量也越来越大，本论文就是研究其在生产过程中的机械加工以及生产工艺，从而培养综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力、分析解决能力，加深知识和所学课程之间的联系。综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，以求为其大批量的生产提供一定的技术参考，以满足市场对其日益增长的需求。主要内容是连杆的分析和加工方法的选择，连杆的加工方案的选择以及如何选择

12、毛坯。通过计算设计出加工连杆的加工时间及夹具，做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。第六章 总结与展望1第二章第二章 连杆结构工艺分析连杆结构工艺分析2.1 连杆的作用连杆的作用连杆是活塞式发动机内部的一个十分重要的零（部）件，它连接活塞和曲轴，传递力和转矩，从而实现发动机的运转，提供动力源。再经过一套完整的传动链，汽车可以稳定行驶。2.2 连杆的结构连杆的结构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曲轴装在一起。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。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可

13、以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都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质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小

14、头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有 5 个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。2.3 连杆的材料及保护措施连杆的材料及保护

15、措施连杆材料一般采用 45 钢或 40Cr、45MnB 等优质钢或合金钢。近年来也有采用球墨铸铁的。其毛坯用模锻制造，可以将连杆体和连杆盖分开锻造，也可以整体锻造，主要取决于锻造毛坯的设备能力和工艺性。为了减少磨损和磨损后便于修理，在连杆小头孔冲压入青铜衬套，大头孔中装有薄壁金属轴瓦。XXXX 职业技术学院毕业论文22.4连杆的主要技术条件及要求连杆的主要技术条件及要求连杆作为传递力的主要部件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要

16、求很高的重量精度。连杆的主要技术要求如图2-1 所示。衬套GB连杆重量分组色别标记图 2-1 连杆总装配图2.4.1 大、小头孔中心距大、小头孔中心距大小头孔间距尺寸公差0.05mm，满足气缸的压缩比；大小头孔对端面的垂直度允差为每 100mm 长度上不大于 0.01mm，减少曲轴颈边缘的磨损；2.4.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度大小头孔轴线应位于同一平面，其在连杆轴线平面内的平行度为0.020.04/100，在垂直连杆轴线平面内的平行度为 0.040.06/100，使气缸壁磨损均匀和曲轴颈边缘减少磨损；2.4.3 连杆大头孔两端面对

17、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，第五章 夹具设计3甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于 IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在 100 mm 长度上公差为 0.08 mm） 。2.4.4 螺栓孔的技术要求螺栓孔的技术要求两螺孔（定位孔）的位置精度，在两个垂直方向上的平行度为0.020.04/100,对接合面的垂直度为 0.10.2/100，目的为保证正常承载能力和大头孔轴瓦与曲轴颈的良好配合；2.4.5 小头衬套的技术要求小头衬套的技术要求小头衬套底孔尺寸公差为

18、IT7IT9 级，粗糙度 Ra3.2，小头衬套孔尺寸公差为 IT5 级，粗糙度 Ra0.4。为了保证与活塞销的精密装配间隙，小头衬套孔在加工后，以每组间隔为 0.0025mm 分组，便于分组装配，保证良好的配合。分组装配法是将相关尺寸公差放大若干倍，使其尺寸能够按经济精度加工，然后按零件的实际加工尺寸分为若干组，各对应组进行装配，以达到装配精度要求。因同组零件具有互换性，也称此法为分组互换法。这种方法在大批量生产中可降低零件的加工精度，而不降低装配精度，适用于成批、大量、生产中组成环数少而装配精度要求高的部件装配。2.4.6 大、小头孔两端面的技术要求大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两

19、端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为 IT9，表面粗糙度 Ra 不大于 0.8， 小头两端面的尺寸公差等级为 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 0.8。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。2.4.7 有关结合面的技术要求有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，接合面的歪斜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，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响

20、到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm。2.4.8 其他技术要求其他技术要求为保证发动机运转平稳，对于连杆的重量及装于同一台发动机中的一组连杆重量都有要求, 连杆组内的质量差为2%。对连杆大头重量和小头重量都分别规定、涂色分组，供选择装配。XXXX 职业技术学院毕业论文4第三章第三章 连杆的工艺性分析连杆的工艺性分析3.1 连杆的材料连杆的材料连杆材料一般采用 45 钢或 40Cr、45Mn2 等优质钢或合金钢。表 3.1 45 钢、40Cr 和 45MnB 化学成分材料内所含化学成分（质量分数

21、）%牌号CSiMnPSCrNi45 钢0.420.500.170.370.500.800.0350.0350.0250.02540Cr0.370.440.170.370.500.80 0.801.1 45Mn20.420.490.170.371.401.80 表 3.2 45 钢、40Cr 和 45MnB 力学性能牌号热处理屈服点/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/% 断面收缩率/% 冲击吸收功/J 45 钢正火35560016403940Cr淬火回火9807859454745Mn2淬火回火88573594547第五章 夹具设计545 钢属于优质非合金结构钢（中碳钢） ，具有一定的塑性和韧性，

22、较高的强度，切削性能良好。经调质处理后具有良好的综合力学性能，用于制造受力较大要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如机床齿轮、主轴，发动机曲轴、连杆，丝杠等，应用十分广泛。综上，此次设计连杆材料选用 45 钢，毛坯尺寸精度要求为 IT11IT12 级。3.2 毛坯的选择毛坯的选择连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，因此，其毛坯采用模锻制造。考虑其生产类型、经济性、结构工艺性，整体锻造较好。毛坯为整体锻造，其外形精度高，省材料，简化工艺，便于组织生产、加工和运输。模锻是使金属坯料在冲压力作用下，在锻模模膛内变形从而获得锻件的工艺方法。在锻造过程中，由于金属塑性变形的

23、结果，使毛坯金属获得较细的晶粒，同时能压合组织内部的缺陷，因而提高了金属的力学性能和使用中的可靠性，一般可使强度提高 20%、韧性提高一倍左右。因此，凡承受重载荷、动载荷、高压力的零件多采用锻件作毛坯。与自由锻相比：模锻锻件的尺寸和精度比较高，机械加工余量较小，材料利用率高。可以锻造形状较复杂的锻件，锻件内部流线分布合理，适用于中小型锻件的大批量生产。3.33.3 材料的可锻性材料的可锻性可锻性是指金属在受到锻压后，可改变自己的形状而又不产生破裂的性能。碳钢随含碳量的增加可锻性下降。45 钢的含碳量在 0.420.50 之间，其热锻工艺特性：塑性高，变形抗力比较低，锻造温度范围宽。模锻件经修整

24、后一般还需要通过热处理，锻件热处理常采用正火（或退火），以消除过热组织或形变强化组织，细化晶粒，改善切削性能，提高锻件的力学性能。3.43.4 连杆的加工工艺过程及工艺方案连杆的加工工艺过程及工艺方案连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度的要求都很高，但刚度又较差容易产生变形。连杆的主要加工表面为大小孔、两端面、连杆盖与连杆体的接合面和螺栓孔等，次要加工表面为油孔、锁口槽、供作工艺基准的工艺凸台等。还有称重、去重、检验、清洗和去毛刺等工序。其中检验是主要的辅助工序，是保证产品质量的重要措施。3.4.1 连杆的加工工艺过程安排连杆的加工工艺过程安排连杆的加工顺序大致如下：粗磨（铣）上下端面钻、拉小头

25、孔拉大孔两侧面切开磨接合面配对加工螺栓孔装配合件精加工合件大小孔光整加工称重去重检验，标记分组成品入库 XXXX 职业技术学院毕业论文6连杆小头孔压入衬套后常以金刚镗孔作为最后精加工工序，大头孔常以珩磨作为底孔的最后精加工工序。3.4.2 连杆的加工工艺过程设计连杆的加工工艺过程设计连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制订合理的加工工艺过程。如表 3.3 所示：表 3.3 连杆机械加工工艺过程工序工序名称工序内容工艺装备1铣铣连杆大、小头两平面,每面留磨量0.5mmX52K2粗磨以

26、一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面。 （下同）M73503钻与基面定位，钻、扩、铰小头孔Z30804铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸mm 两侧面，保证对称（此平01. 099面为工艺用基准面）X62W 组合机床或专用工装5扩以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为60mmZ30806铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身及上盖分别打标记。X62W 组合机床或专用工装锯片铣刀厚 2mm7铣以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体和盖结合面，保直径方向测量深度为27.5mmX62 组合夹具或专用工装8磨以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的结合面M735

27、09铣以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖mm 8mm 斜槽10. 005. 05X62 组合夹具或专用工装10锪以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面mm,R11mm,保证尺30012。R寸mm25. 022X62W第五章 夹具设计711钻钻 210mm 螺栓孔Z305012扩先扩 212mm 螺栓孔，再扩 213mm 深 19mm 螺栓孔并倒角Z305013铰铰 212.2mm 螺栓孔Z3050续表 3.314钳用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其扭力矩为 100120N.m15镗粗镗大头孔T6 816倒角大头孔两端倒角X62W17磨精磨大小头两端面，保证大端面厚度

28、为mm170. 0232. 038M713018镗以基面、一侧面定位，半精镗大头孔，精镗小头孔至图纸尺寸，中心距为mm1 . 0190可调双轴镗19镗精镗大头孔至尺寸T211520称重称量不平衡质量弹簧称21钳按规定值去重量22钻钻连杆体小头油孔6.5mm,10mmZ302523压铜套双面气动压床24挤压铜套孔压床25倒角小头孔两端倒角Z305026镗半精镗、精镗小头铜套孔T211527珩磨珩磨大头孔珩磨机床28检检查各部尺寸及精度XXXX 职业技术学院毕业论文829探伤无损探伤及检验硬度30入库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

29、要加工表面为轴瓦锁口槽、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。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三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（端面、小头孔和大头外侧面） ；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最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及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分，合装

30、之前的工艺路线属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。3.5 连杆的机械加工工艺过程分析连杆的机械加工工艺过程分析3.5.13.5.1 工艺过程的安排工艺过程的安排如前所述，连杆的精度要求是很高的。但是下列两个原因都影响加工精度：（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形；（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力的重新分布。因此在安排工艺过程时，就需要把各主要的粗精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，粗加工安排在后面。这是由于粗加工 工序的切削余量大，因此切削力、夹紧必然大，

31、加工后容易变形。粗精加工分开后，粗加工产生的变形可以在精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样步减少加工余量、切削力及内应力的作用，步修正加工后的变形，就能最后这到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下：（1）两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨（2）小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗（3）大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨第五章 夹具设计9一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。3.5.23.5.2 定位基准的选择定位基准的选择在连杆机械加工工艺过程中，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，并用大头处指定一侧的外

32、表面作为另一基面。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。这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。具体的办法是，如图 3.4 所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑） 。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销” 。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。图 3-1 连杆的定位方向为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面

33、。由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。在第一道工序中，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。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺XXXX 职业技术学院毕业论文10路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序。在

34、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，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，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。3.5.33.5.3 确定合理的夹紧方法确定合理的夹紧方法既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着

35、力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在端面上定位

36、夹紧，避免可能产生的变形。3.5.43.5.4 连杆两端面的加工连杆两端面的加工如果毛坯精度高，可以不经粗铣而直接粗磨。精磨工序应安排在精加工大小孔之前，以保证与端面的相互垂直度要求。粗磨和精磨应在不同的机床上进行。如工艺路线中：是在双轴立式平面磨床上进行两头孔端面的精磨工序（图3.5）。磨床上有两根主轴，分别装有高速旋转的砂轮 1 和 2，砂轮 2 比砂轮 1略低一些，可分别调整磨削深度，磨削连杆的不同端面。所以、工位的定位基面不是等的，第工位比第工位高，其高出量就是一端面的加工余量。第五章 夹具设计11工位回转工作台工位砂轮1砂轮2图 3-2 磨削连杆两端面示意图3.5.63.5.6 连杆

37、大小头孔的加工连杆大小头孔的加工大小头孔加工既要保证本身的精度、表面粗糙度要求，还要保证相互位置和孔与端面垂直度要求。小头底孔径由钻孔、倒角、拉孔三道工序而成。钻孔用外圆定位、心夹具，以保证壁厚均匀。小头孔经倒角后在立式拉床上拉孔，然后压入青铜衬套，再以衬套内孔定位，在金刚镗床上精镗内孔。如工艺路线方案二中：工序 26 加工过程中定位加紧方式为镗孔前大头孔以内涨心轴定位，小孔插入菱形假销，并使端面紧贴支承面后将工件夹紧。抽出假销进行精镗小头衬套孔。大头孔经切开后，这时连杆体和连杆盖的圆弧均不成半圆，故在工艺路线方案二中：工序7 精拉连杆体和连杆盖的侧面及接口面时，同时拉出圆弧面。此后，大头孔的

38、粗镗、精镗、珩磨工序都是在配套合装后进行的。3.5.73.5.7 螺栓孔的加工螺栓孔的加工对于整体锻造的连杆，螺栓孔的加工是在切开后，接合面经精加工后进行的。这样易于保证螺栓孔与接合面的垂直度。因其精度要求较高，一般需要经钻扩镗铰等加工工序。工艺路线方案二中在工序安排上分二个阶段，第一阶段是在连杆体和连杆盖分开状况下的加工（工序 9、工序 1113）；第二阶段是在连杆体和连杆盖合装后的加工（工序 14）。3.5.83.5.8 连杆的检验连杆的检验连杆加工工序长，中间又插入质检处理工序，因而需经多次中间检验、最终检验项目和其它零件一样，包括尺寸精度，形状精度和位置精度以及表面粗糙度的检验，只不过

39、连杆某些要求较高而已。由于装配的要求，大小头孔要按尺寸分组，连杆的位置精度测量要在检具上进行。如大头孔轴心线在两个相互垂直方向上的平行度，可采用图 4 所示的XXXX 职业技术学院毕业论文12方法进行。在大头孔中塞入心轴搁在等高垫铁上，使大头心轴与平板平行。将连杆置于直立位置时（a）,在小头孔心轴上距离为 100mm 处测量高度的读数差，即为大小头孔在连杆轴心线方向的平行度误差值；工件置于水平位置时（b）同样方法测出来的读数差值，即为大小孔在垂直连杆轴心线方向的平行度误差值。连杆还要进行探伤检查其内在质量。3.5.93.5.9 加工设备及工艺装备的选择加工设备及工艺装备的选择机床设备与工艺装备

40、是零件加工的物质基础，是加工质量和生产率的重要保障。为了合理的选择加工设备和工艺装备，必须对各种机床的规格、性能、生产率、经济性和工艺装备的种类、精度、规格、可靠性等进行详细的了解。总的原则是根据零件的生产类型与加工要求，使所选择的加工设备及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。连杆属于大批量生产产品，加工技术要求较为严格，尺寸公差精度要求高，应多采用高效专用机床、组合机床流水线与随机专用夹具，并考虑工序集中原则，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。组合机床是按系列化、标准化、通用化原则设计的通用部件，以及按被加工工件形状和加工工艺要求而设计的专用部件所组成的高效专用机床。专用组合机床

41、可实现多刀切削，自动化程度较高，生产效率也较高，加工精度稳定，制造成本低。第五章 夹具设计13等高垫铁大孔心轴小孔心轴垂直平板(b)(a)图 3-3 连杆大小头孔在两个相互垂直方向平行度的检验通过对零件的机械加工工艺过程的分析，同时对两个工艺路线方案进行比较，考虑工厂的具体条件等因素，如设备、能否借用工装夹具、量具等。本次设计选择工艺路线方案二对零件进行机械加工。根据工艺路线方案二制定出详细的机械加工工艺规程，如下：毛坯为整体模锻件，清理后进行调质处理，以消除锻件在锻造过程中产生的内应力，改善机械加工性能，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间进行加工。3.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题连

42、杆加工工艺设计应考虑的问题3.6.13.6.1 工序安排工序安排连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素：（1）连杆的刚度比较低，在外力作用下容易变形；（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力。因此在连杆加工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。3.6.23.6.2 定位基准定位基准精基准：以杆身对称面定位，便于保证对称度的要求，而且采用双面铣，可使部分切削力抵消。XXXX 职业技术学院毕业论文14统一精基准：以大小头端面，小头孔、大头孔一侧面定位。因为端面的面积大，定位稳定可靠；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。3.6.33.6.3 夹具使用夹具使用应具备

43、适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制 7 个自由度（其是长圆柱销限制 4 个，长菱形销限制2 个） 。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。3.7 切削用量的选择原则切削用量的选择原则正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作

44、用。3.7.13.7.1 粗加工时切削用量的选择原则粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：Zw V.f.ap.1000式中：Zw单位时间内的金属切除量（mm3/s）V 切削速度（m/s）f 进给量（mm/r）ap切削深度（mm）提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是

45、：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度 ap，其次选择一个较大的进给量度 f，最后确定一个合适的切削速度 V。选用较大的 ap和 f 以后，刀具耐用度 t 显然也会下降，但要比 V 对 t 的影响小得多，只要稍微降低一下 V 便可以使 t 回升到规定的合理数值，因此，能使 V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大 ap可使走刀次数减少，增大 f 又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。（1）切削深度的选择：第五章 夹具设计15粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确

46、定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。（2）进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。（3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率

47、，则应适当降低切削速度。3.7.23.7.2 精加工时切削用量的选择原则精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。（1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。（2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。（3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降

48、，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度 ap和进给量 f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度 V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。3.8 加工余量、切削用量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定加工余量、切削用量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定3.8.13.8.1 毛坯尺寸的确定毛坯尺寸的确定连杆是活塞式发动机内的一个重要零件，确定其材料为 45 钢。由于产品的形状结构为细长的变截面非圆形杆件，生产类型是大

49、批量生产，所以毛坯选用XXXX 职业技术学院毕业论文16模锻整体锻造成形。该种锻件的尺寸公差等级 CT 为 IT11IT12 级。故取 CT 为 IT11 级。 可用查表法确定各表面的总余量，但是由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。现将调整后的毛坯主要尺寸及公差如表 3.4 所示：表 3.4 连杆毛坯主要尺寸及公差（mm）主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差 CT大头孔径65.5362.51小头孔径29.5大头端面高37.952401小头端面高37.832401大头侧面宽度10831112连杆长度266102762由此，即可绘制出零件的毛坯图

50、（见图 3-4） 。4014012762111232169.50262.502第五章 夹具设计17图 3-4 连杆锻件毛坯图3.8.23.8.2 粗磨连杆大小两端面粗磨连杆大小两端面该工序选用双轴立式平面磨床对连杆大小两端面进行粗磨。粗磨平面的基准面是毛坯底平面、小头外圆和大头一侧。磨第一面至尺寸，磨第二面015. 02 .39至尺寸，表面粗糙度到 Ra6.3。016. 06 .38由毛坯尺寸公差和本工序的加工尺寸，计算可得磨削时的余量为 0.8mm 和0.6mm。 取平面磨削砂轮速度为=20m/s ; sv选取工作台纵向进给量=2mm/st , 磨削深度=0.3mm/dst。afpa3.8.

51、33.8.3 钻、拉小头孔钻、拉小头孔该孔先由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆空拉刀拉削。在加工过程中钻孔用外圆定心夹具，保证小头孔壁厚均匀，孔经倒棱后在立式拉床上拉孔。钻孔：工序尺寸及公差为；45. 005. 03 .28拉孔：工序尺寸及公差为。05. 005 .29由毛坯尺寸公差和本工序的加工尺寸，计算可得钻削余量为 14.15mm，拉削余量为 1.2mm。取钻孔时的进给量=0.5mm/r ；钻削深度=14.15 ；afpa可得拉削时切削厚度为 0.01mm，拉削速度=5m/min；cv取钻孔时的切削速度=20m/min ；cv由此计算出转速为：min/2253 .2814. 32010001

52、000rndvc按钻床的实际转速取：n=275r/min,则实际切削速度为：=24m/min 。cv轴向力为 11085 N；转矩为 156.96 N.m;功率为 2.68 kw。3.8.43.8.4 切断整体锻件切断整体锻件该工序选用双面卧式组合铣床对整体锻件进行切断加工，加工过程中由大头侧面定位基准，选用高速钢锯片切断刀加工工件。已知锻件厚度约为 40mm,选取切断铣刀厚度为 35mm,铣刀直径为 100mm(可切断厚度为 50mm),每齿进给量=0.08mm/r；af取铣削速度=30m/min；cv3.8.53.8.5 精拉连杆体和连杆盖的两侧接合面及圆弧面精拉连杆体和连杆盖的两侧接合面

53、及圆弧面该工序选用卧式连续拉床对连杆体和连杆盖的两侧接合面及圆弧面进行拉削加工，工序余量为 1mm。XXXX 职业技术学院毕业论文18拉削：工序尺寸及公差为大头两侧宽mm；两孔中心距008. 0108mm；连杆盖高度mm；两圆弧面mm。3 . 01 . 05 .1903 . 01 . 05 .48013 .64可得拉削时切削厚度为 0.01mm，拉削速度=5m/min；cv3.8.63.8.6 锪连杆体和连杆盖的螺栓窝座锪连杆体和连杆盖的螺栓窝座该工序用双面卧式锪孔组合机床对连杆体和连杆盖的螺栓窝座进行加工，选用高速钢锪孔钻头。连杆体：窝座尺寸 25mm ;连杆盖：窝座尺寸 29mm ;取锪孔

54、加工的切削用量为:进给量=0.10mm/r；af切削速度为：=24m/min;cv由此可计算出主轴转速:min/3062514. 32410001000rndvc3.8.73.8.7 精加工螺栓孔精加工螺栓孔该工序采用五工位组合机床对连杆体和连杆盖的螺栓孔进行精加工，选用11.4H10、12.5、13 的高速钢钻头，YT30 镗刀，12.2 H7mm 的机用铰刀对尺寸要求不同的孔进行加工：第一工位：将连杆体和连杆盖在夹具中定位并夹紧(标记向上)放在工作台指定位置；第二工位：扩连杆盖上螺栓孔 12.5mm 深度 19mm ；第三工位：阶梯扩连杆体和连杆盖的螺栓孔，尺寸分别为 13mm 深度19m

55、m；11.4H10mm ； 第四工位：镗连杆体和连杆盖的螺栓孔 12H10 mm；第五工位：铰连杆体和连杆盖的螺栓孔 12.2H7 mm。取螺栓孔加工的切削用量为:进给量=0.60mm/r；切削速度为：=18m/min。afcv由此可计算出主轴转速 n=477r/min,可取机床实际主轴转速 n=530r/min。3.8.83.8.8 粗、精镗大头孔粗、精镗大头孔该工序采用金刚镗床对连杆大头孔进行加工，加工时为提高孔的加工精度和表面质量，应采用较小的切削深度和进给量，同时提高切削速度。可获得较高的尺寸精度（0.0030.005mm）和很高的表面质量（表面粗糙度一般为Ra=0.161.25）。使

56、用硬质合金刀 YT30 对大头孔进行镗削。加工中应保证孔间距及孔径的尺寸公差，孔内表面质量。孔径尺寸：粗镗 mm ；精镗 mm05. 065013. 005 .65第五章 夹具设计19两孔中心距：mm075. 0190经尺寸计算可知，镗孔时的加工余量为 0.25mm,取镗孔时的切削用量为：镗刀进给量为 0.06 mm/r；镗削深度为 0.2mm; 切削速度为：=160 m/min。由以上数据可利用公式计算出镗削时的主轴转速cvn=778r/min。实际生产中参照机床主轴转速具体设定。 3.8.93.8.9 精镗小头青铜衬套孔精镗小头青铜衬套孔该工序采用金刚镗床对连杆小头青铜衬套孔进行精镗加工，

57、以大头孔中心轴定位，保证两孔中心间距，小头青铜套孔的最终尺寸公差为：mm，表007. 0003. 028面粗糙度 Ra=0.4。同时保证小头青铜套孔的圆柱度为mm；小头青铜套孔与025. 0大头孔中心轴线的平行度为 0.03mm；小头青铜套孔中心轴线与小头孔端面的垂直度为 0.01mm。经尺寸计算可知，镗孔时的加工余量为 0.25mm,取镗孔时的切削用量为：镗刀进给量为 0.06 mm/r；镗削深度为 0.2mm; 切削速度为：=120 m/min。由以上数据可利用公式计算出镗削时的主轴转速cvn=1365 r/min。实际生产中参照机床主轴转速具体设定。 3.9 计算工序的工时定额计算工序的

58、工时定额工时定额是指在一定生产条件下规定生一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。它是安排生产计划、进行成本核算、考核工人完成任务情况的主要依据。制定合理的工时定额是调动工人积极性的重要手段，可以促进工人技术水平的提高，从而不断提高生产率。零件机械加工工序的工时定额，在使用中应定期修订，以使其保持平均先进水平。根据设计要求，选定工序路线中的一道工序进行工时计算，下面对工序 2钻小头孔通孔进行工时定额计算：45. 005. 03 .283.9.13.9.1 基本时间基本时间基本时间 Tb 是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间，对机械加工而言是指从工件上

59、切除材料层所消耗的时间。基本时间可按公式求得：得钻孔工序基本时间的计算公式为： fnllltfwm1式中：； .3cot2ymfkdl421l 取：40mm . 3 . 0.5 mm/r . 275 r/minwl1lfnXXXX 职业技术学院毕业论文20 49.11359cot15.143)cot(211823 .28fl所以： = 0.40 minfnllltfwm1Ta =2=20.40 =0.80 minmt3.9.23.9.2 辅助时间辅助时间辅助时间 Ta 是为了实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间，这些辅助时间包括：装夹和卸下工件、开动和停止机床、改变切削用量、进退刀

60、具、测量工件尺寸等。开停机床： 0.015 min升降钻杆： 0.015 min主轴运转： 0.02 min清除切屑： 0.04 min测量工件： 0.10 min装卸工件： 1.0 min所以辅助时间：Ta =( 0.015 + 0.015 + 0.02 + 0.04 + 0.10 + 1.0 )min = 1.19 min3.9.33.9.3 作业时间作业时间基本时间和辅助时间的总和称工序作业时间 TB，即直接用于制造产品或零部件所消耗的时间。TB =Tb+Ta=( 0.80 + 1.19 )min = 1.99 min3.9.43.9.4 布置工作场地时间布置工作场地时间布置工作场地时间