1、中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 I 页 共 II 页目 录1 绪论 .11.1 选题的目的和意义 .11.2 国外现状 .11.3 国内现状 .11.4 课题研究的内容 .22 工艺规程与机床夹具 .32.1 工艺过程及其组成 .32.2 工艺规程 .32.2.1 工艺规程的概念和作用 .32.2.2 工艺规程的设计步骤 .32.3 机床夹具 .42.3.1 机床夹具的分类 .42.3.2 机床夹具的组成 .42.3.3 机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系 .53 连杆工艺规程设计 .63.1 连杆的结构特点与材料 .63.2 生产纲领 .63.3 连杆毛坯 .7
2、3.4 连杆技术要求 .83.4.1 工艺参数 .83.4.2 连杆各部位的技术要求对发动机的影响 .93.5 连杆工艺过程分析 .93.5.1 工序的安排 .93.5.2 定位基准的选择 103.5.3 加工经济精度和加工方法的选择 113.6 工艺装备的选择 123.6.1 机床选择 12中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 II 页 共 II 页3.6.2 刀具的选择 123.6.3 量具的选择 123.7 连杆工艺流程 133.8 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 143.9 切削用量的选择 163.9.1 切削用量的选择原则 163.9.2 各加工方法对
3、应的切削用量的选择过程 173.10 工时定额 .183.10.1 工时定额的计算 .183.11 连杆的检验 .204 连杆端面铣夹具设计 214.1 定位方案的确定 214.2 定位元件的选定与定位误差的确定 214.3.1 夹紧元件的选择 224.3.2 夹紧力的计算 224.4 夹具体的设计 234.5 定位元件尺寸及配合的选择 234.5.1 固定式圆柱定位销 234.5.2 菱形销 234.5.3 支承板 235 结论 24附录 .25参考文献 .33致谢 .35中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 35 页1 绪论1.1 选题的目的和意义随着汽车
4、工业的发展，现代高性能的发动机对连杆的要求越来越高。连杆作为内燃机传递动力的主要运动件，其材质、毛坯及机械加工精度要求都十分严格 1。连杆是柴油机的主要传动构件之一，其作用是把活塞和曲轴联接起来，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的回转运动，以输出动力 2。连杆的加工精度将直接影响发动机的性能，而工艺的选择又是直接影响加工精度的主要因素。工艺是生产中最活跃的因素，既是构思和想法，又是实在的方法和手段。工艺设计是生产加工中的核心内容之一。零件在工艺规程制定以后，就要按工艺规程顺序进行加工。加工中除了要机床、刀具、量具之外，大批量生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的联接装置，使工件相对与机车或
5、刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏也直接影响工件加工表面的位置精度 3、4 。近年来，机械工业，发动机零部件及其设计与制造过程的高质量、高效率、低成本、低能耗的要求已成为提高产品竞争力的唯一途径。传统、落后加工技术的生产模式已难以适应市场的变化，加工技术的变革成为必然的发展趋势和发展方向。许多新工艺打破常规，以构思新颖、效益显著为特点应运而生，满足了现代企业的要求 5。1.2 国外现状目前连杆毛坯主要有两种类型：整体式和体盖分开，其中整体式因有节材节能以及节省锻造模具等特点被广泛采用。国外连杆的加工工艺，已经越来越多的采用自动线生产。目前，国外很多生产厂家都建立了连续拉削自动线，采用计算机直接
6、控制自动化机床，使连杆加工的自动化进入一个新的发展阶段 6、7 。自 20 世纪 70 年代以后，随着 NC 机床和加工中心在生产中的普遍使用，柔性成为现代制造业的主要发展之一。国际上对柔性夹具做过多种研究和探索，但目前没有找到在结构上、经济上、实用性上能与传统夹具中已有的一些夹具相匹敌的新型夹具 8。1.3 国内现状我国除各大汽车厂及内燃机制造厂外，经“八五”技术改造，已经形成几家中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 35 页批量较大的连杆专业生产厂，但仍无法满足日益发展的汽车及内燃机制造业对连杆的批量及精度要求 9。福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它
7、先进制造技术专题学术年会介绍了连杆批量生产中几种先进工艺：铸造连杆、粉末锻造连杆和锻钢连杆，传统的模锻和模铸连杆正面临着粉末锻造钢连杆和粉末一次烧结钢连杆挑战。就我们国家而言，粉末冶金锻造工业虽然有了一定的发展，但要提供大批量和高质量的粉末冶金锻件还不成熟 10。湖南农业大学工程技术学院陈志亮老师在改进连杆工艺方案时对连杆的撑断工艺做了一个分析说明。采用这种工艺之后即使连杆盖、杆结合面精确相接，而且也减少了加工工序数 11。在机械加工过程中夹具的使用非常广泛，它是降低工人劳动强度、扩大机床的工业范围、保证产品质量、提高生产效率的重要手段 12。夹具最早出现在 18世纪后期。随着科学技术的不断进
8、步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。随着机床制造业的迅猛发展，在保证产品质量的前提下，柔性装备加工参数已今非昔比，生产节拍愈来愈短。往往关键件生产集中与几台加工中心组成的柔性短生产线上，提高了设备利用率 13。1.4 课题研究的内容本课题在零件工艺设计的基础上，通过分析典型的连杆加工工艺方法与夹具原理，完成连杆的工艺和端面铣夹具设计。论文的具体研究的内容如下：（1）针对研究本课题的目的及意义，分析连杆的工艺和夹具的研究现状。（2）通过审查连杆零件的图纸，分析连杆零件的结构工艺性，确定其加工工艺路线，选择满足各工序要求的工艺装备。（3）结合铣连杆端面的工艺特点，设计出合理的端面铣
9、夹具。中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 3 页 共 35 页2 工艺规程与机床夹具2.1 工艺过程及其组成改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程（以下简称工艺过程） 。机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀。毛坯一次通过这些工序就成为成品。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。安装是指将工件在机床上或夹具中定位、加紧的过程。为了完成一定的工
10、序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，称为工位。在加工表面（或装配时的连接表面）和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。走刀是指刀具以加工进给速度相对于工件所完成的一次进给运动的工步部分 14。2.2 工艺规程2.2.1 工艺规程的概念和作用规定产品或零件部件制造过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等工艺文件称为机械加工规程。它是在具体生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法。工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺试验后制定的，反应了加工中的客观
11、规律。因此，工艺规程是指导工人操作和用于生产、工艺管理的主要技术文件，典型的工艺规程能缩短工厂的生产准备时间。2.2.2 工艺规程的设计步骤（1）阅读装配图和零件图了解连杆的用途、性能和工作条件，熟悉连杆在内燃机中的地位和作用。（2）工艺审查审查图纸上的尺寸，视图和技术要求是否完整，正确，统一；找出主要技术中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 35 页要求和分析关键的技术问题；审查零件的结构工艺性。（3）熟悉或确定毛坯（4）拟定机械加工工艺路线其主要内容有：选择定位基准，确定加工方法，安排加工顺序以及安排热处理，检验和其他工序等。（5）确定满足各工序要求的工艺
12、设备。（6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。（7）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸呢和公差。（8）确定切削用量。（9）确定时间定额。（10）填写工艺文件。2.3 机床夹具机床夹具是零件在机床上加工时用以装夹工件（和引导刀具）的一种工艺装备。其作用是正确确定工件与刀具之间的相对位置、并将工件牢固的加紧。使用夹具可以有效地保证加工质量，提高劳动效率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度。因此，夹具在机械制造中占有重要地位 15。2.3.1 机床夹具的分类机床夹具的种类和形式很多，可以按照不同的方法进行分类。若根据夹具使用特点来划分，则有通用夹具、组合夹具、专用夹具、成组夹具等。若按使用夹具的机床
13、来划分，则分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具、组合机床夹具等。若按夹具加紧动力源的不同来划分，则有手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具等 16、17 。2.3.2 机床夹具的组成通常，夹具的组成部分如下：（1）定位装置定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，常用的定位元件有支承钉、定位销、V 型块等。其定位作用，保证在加工时工件相对于夹具的位置，可用六点定位原理来分析其限制的自由度。中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 35 页（2）加紧装置将工件加紧，以保证在加工时保持所限制的自由度。（3
14、）导向元件和对刀装置导向和对刀装置的作用是确定刀具相对于夹具的位置，或引导刀具进行加工，常用的对刀、导向刀具有刀块钻套。（4）连接元件连接元件可把各种元件连接连在一起并固定在机床上，如铣床夹具的定位键。（5）夹具体各元件都装在夹具体上，并保证各元件之间的相对位置，且精度要求较高。（6）其他元件及装置如动力装置的操作系统等。2.3.3 机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系夹具体加紧元件定位元件连接元件 其他元件 导向元件工件机床 刀具辅助工具图 2-1 机床夹具与机床、工件、刀具之间的关系中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 35 页3 连杆工艺规程设计3.1
15、连杆的结构特点与材料连杆是汽车发动机的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀压力传递给曲轴，又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由小头、杆身和大头构成 18。连杆小头的形状取决于活塞销的尺寸及其与连杆小头的连接方式，小头孔内压入青铜套，以减少小头孔与活塞销的磨损。连杆杆身断面为工字型，刚度大、质量轻、适于模锻。连杆杆身一般都采用从大头刀小头逐步变小的工字型截面形状，为保证发动机运转均衡。连杆大头用连杆螺栓和螺母与曲柄轴颈装配在一起，孔内装有薄壁轴瓦。钢质瓦背内表面浇有一层耐磨合金；大头接合面多为平切口，为便于从气缸中装卸。小头、大
16、头与杆身采用较大圆弧过渡，逐渐变化，以获得足够的强度和刚度，其形状复杂而不规则，对孔本身及孔与平面之间的位置精度一般要求较高；杆身断面不大，刚度较差，易变形，尺寸精度和位置精度以及粗糙度要求都很高。连杆螺栓承受交变载荷，在加工方面要精细加工过度圆角，消除应力集中，以提高抗疲劳强度 19。连杆体和连杆盖由优质合金钢或中碳钢如 45、40Cr、42CrMo 或 40MnB 等模锻或辊锻而成。连杆螺栓通常用优质合金钢 45Cr 或 35CrMo 制造。一般经喷丸处理以提高连杆组零件的强度。本课题研究的连杆体、连杆盖的材料都为 45Mn，连杆螺栓采用 40Mn。因钢中珠光体含量多，其强度和硬度较高，淬
17、火后的硬度可显著增加。它不仅强度、硬度较高，其兼有较好的塑性和韧性，即它的综合性能优良20。3.2 生产纲领生产纲领的大小对生产组织和和零件加工工艺过程起着重要作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选的工艺方法和工艺装备。零件的生产纲领可按下式计算： %)1(baQnN生产纲领中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 35 页生产台数Q零件数量n备品率%a废品率b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。如图连杆产品年生产量为 5000 台，设其备品率为为 25%，机械加工废品率为0.2%，每台产品中连杆零件的数量为 1 件，
18、先由公式计算如下：%)(1baQnN50)2.05= 件/年.62则连杆零件的年生产纲领为 6262.5 件/年，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型和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。大量生产类型的特征如下：(1)零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配和调整法。(2)毛坯的制造方法和加工余量：广泛采用金属模机器造型，模锻或其其他有效方法,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
19、术要求：对调整工的技术水平要求较高，对操作工的技术水平要求较低。3.3 连杆毛坯根据连杆的材料，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。连杆零件并不复杂，因此毛坯可以与零件的形状尽量接近。连杆毛坯的锻中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 8 页 共 35 页造工艺方案主要有两种：一是将连杆和连杆盖分开锻造；其二是将体和盖整体锻造。整体锻造或分开锻造的能力取决与锻造设备的能力，整体锻造需要有较大的锻造设备。从锻造后的材料组织来看：分开锻造的连杆盖纤维是连续的图 3-1，因此具有较高的强度；而整体锻造的连杆经过铣切之后连杆盖的金属纤维是断裂的图 3-2，因而削
20、弱了强度。但整体锻造可以提高材料的利用率，加工时装夹也比较方便。故一般只要不受连杆盖形状和锻造设备的限制，均尽可能采用连杆的整体锻造。所以有以上理论基础，本设计过程采用整体模锻的毛坯连杆 15。图 3-1 纤维连续 图 3-2 纤维断裂3.4 连杆技术要求3.4.1 工艺参数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，连杆体与连杆盖的结合面，连杆两端面等。本课题研究的连杆的技术参数如下表 3-1：表 3-1 连杆的主要技术要求材料 45Mn杆身断面 工字型端面切口形式 平切口大小头孔中心距 05.124m孔径 8.0加工精度 6IT表面粗糙度 25.1大头孔圆柱度 m04孔径 1.3
21、8小头孔加工精度 5IT中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 9 页 共 35 页表面粗糙度 m32.0圆柱度两端面 两端面距离 052.3.4.2 连杆各部位的技术要求对发动机的影响（1）大小头孔的轴中心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以在连杆轴线方向的平行度公差较小。两孔中心线在连杆的轴向方向的平行度在100mm 的长度上公差为 0.03mm。（2）大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求： 。12405._m（3）大小头两端面的间距离的基本尺寸相同
22、，表面粗糙度 Ra 相同都不大于0.8m，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之间没有配合要求。（4）连杆在工作过程中受到急剧的动载荷作用，这一动载荷又传递到两岸体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此对螺栓及螺母提出了较高的技术要求。（5）结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。所以本设计要求结合面的平行度的公差为 0.03mm。3.5 连杆工艺过程分析3.5.1 工序的安排（1）机械加工工序的安排先基面后其它：选作精加工基准的表面应安排在工艺过程的一开始，以便 1为后续工序的加工提供精加工
23、基准；先粗后精：整个零件的加工工序，应是粗加工工序在前，相继为半精加工、 2精加工及光整加工工序；先主后次：先加工零件主要工作面及装配基准面，然后加工次要表面。由 3于次要表面的加工工作量比较小，而且与主要表面有位置精度要求，因此要放在中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 10 页 共 35 页主要表面的主要加工结束之后，最后进行精加工。但是也要视具体情况而定，当次要表面的加工劳动强度较大时，为了减少由于加工主要表面产生废品造成工时损失，主要表面的精加工工序也可安排在次要表面加工之前进行；先面后孔：由于连杆的端平面的尺寸较大，用它定位比较稳定，因此选此 4平面作为精加工基
24、准，先加工端平面，然后以端平面定位加工孔，有利于保证孔的加工精度。（2）辅助工序的安排辅助工序种类很多，包括工件的检验、去毛刺及清洗工序等，其中检验工序对保证产品质量有极其重要的作用。（3）连杆主要工序的安排在连杆的加工中主要有两个因素影响加工精度：一是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。二是连杆是模锻件，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。而连杆的加工属于大批量生产加工，因此工艺路线多为工序分散，大部分工序用高生产率的组合机床和专用机床。主要加工分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，这样，粗加工产生的变形在在半精加工中得到修正，半
25、精加工产生的变形在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求。3.5.2 定位基准的选择在加工时用于定位的基准，称为定位基准。定位基准是或得零件尺寸的直接基准，占有很重要的地位。定位基准还可进一步的分为：粗基准、精基准，另外还有附加基准。（1）粗基准的选择原则：选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的毛面做粗基准； 1选重要表面为粗基准； 2选不加工表面为基准。 3（2）精基准的选择原则：基准重合原则； 1基准单一原则； 2互为基准原则； 3中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 11 页 共 35 页自为基准原则。 4（3）连杆基准的选择：粗基准的选择：为了保证小头孔的
26、壁厚均匀，在钻削小头孔时，选小头孔 1不加工的外圆面作为粗基准。在毛坯制造时往往在杆身的一侧做出定位标记(凸起球面)，以大、小头端面定位时就能区别两个端面。粗加工大、小头两端面时，先选取没有凸起标记一侧的端面为粗基准来加工另一端面，然后以加工过的端面为精基准加工没有凸起标记一侧的端面，在以后的大部分工序都以此端面作为精基准。这样可以保证两端面的厚度和两端面的平行度，并使作为精基准的端面有较好的表面质量。精基准的选择：在整个加工过程中，各工序尽量保持基准统一，选用连杆端 2平面(没有凸起标记一侧的端面)、经过钻削的小头孔及连杆大端经过加工的侧面作为辅助定位基准。3.5.3 加工经济精度和加工方法
27、的选择所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。由连杆技术要求知连杆大小头孔的加工经济精度和表面粗糙度从而可以确定大小头孔的加工方法。对于连杆两端面的的技术要求和表面粗糙度也可以确定连杆两端面的加工方法。（1）连杆两端面的加工 ：连杆两端面精度等级 IT9、表面粗糙度 0.8，工序安排：铣两端面粗磨两端面精磨两端面。将精磨放在精加工小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的几个精度。精磨在平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产效率低一些，但精度较高。（2）连杆大、小头孔的加工 ：连杆大小头孔的加工是连杆加工过程中关键的工序，尤其是大头孔的加工是连杆各部位加工中要求
28、最高的部位，直接影响连杆成品的质量。一般加工有两种方法。第一种方法：大头孔的粗加工在连续式拉床加工，小头孔的粗加工采用钻、扩加工，设备为组合机床。第二种方法：大头孔粗加工在专用机床镗，小头孔的粗加工用台钻加工。大小头孔的半精镗在金刚镗床加工。大头孔的粗加工在精密镗床上加工，小头孔为挤光工艺。大头采用珩磨加工工艺 21。这种方法精度较高，中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 12 页 共 35 页但效率较低。由以上两种的方法进行比较后得出以下的工序过程：连杆小头孔的工序安排：钻小头孔粗镗半精镗精镗。 1连杆大头孔的工序安排：粗镗半精镗精镗珩磨。 2（3）连杆螺栓孔的加工 ：
29、螺栓孔的精度等级 IT7，采用钻、扩、铰、精铰工艺从而可以符合螺栓孔的技术要求。加工时以大头端面、小头孔以及大头侧面定位。（4）连杆体与连杆盖的铣开工序：杆盖结合面的表面粗糙度为 3.2，采用粗铣精铣及可以达到精度要求。结合面的尺寸精度和位置精度由夹具体本身的制造精度及对刀精度来保证。3.6 工艺装备的选择3.6.1 机床选择（1）机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；（2）机床的精度与工序要求的精度相适应；（3）机床的生产率与工件的生产类型相适应；（4）还应与现有设备条件相适应（设备类型，规格及精度状况，设备负荷状况及设备分布排列情况等） 。3.6.2 刀具的选择刀具的选择主要取决于工
30、序所采用的加工方法，加工表面的尺寸，工件材料，所要求的精度及表面粗糙度，生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用复合刀具。在大批量生产中，常常可以通过工序集中来提高机床的生产效率。由于复合刀具往往可以替代好多把常规刀具，并且往往是在工件的一次装夹下和刀具的一次工作行程中完成多道工序的加工，因此可以减少换刀次数，消除工件或刀具的重复定位误差，从而可显著减少辅助时间、提高加工精度和减少测量过程 22。3.6.3 量具的选择在实际生产中大批量的产品若采取用计量量具（如游标卡尺，千分表等有刻度的量具）逐个测量很费事。我们知道合格的产品是有一个度量范围的。在这个范围内的都合格，所以人
31、们便采取通规和止规来测量，以及其他各种量规和一些中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 13 页 共 35 页高生产率的专用检具。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选择极限误差选择。（1）选择孔用量具，可选用内径百分尺，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） 。3.7 连杆工艺流程连杆的机械加工路线主要是围绕着主要表面的加工来加工安排的，连杆的加工路线按连杆的合分可分为三个阶段：第一个阶段为连杆体和盖切开之前的加工，第二个阶段为连杆体
32、和盖切开后的加工；第三个加工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、小头孔和大头孔外侧面） ；第二阶段主要是加工除精基准以外的其他表面，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以及大、小头孔的精加工。则连杆的加工工艺流程大致如下表 3-2：表 3-2 连杆工艺流程工序号 工序内容 基准及技术条件 设备 夹具00 模锻05 粗、精铣两端平面 一端平面，两孔 立式铣床 X53 K 压板加紧10 粗磨两端平面 端平面互为基准 平面
33、磨床 M7350 磁力吸盘15 钻小头孔 端平面，小头外圆找正 钻床 Z3080 钻夹具20 小头孔倒角 端平面，小头外圆 立式铣床 压板25 粗镗小头孔 端平面，小头外圆 镗床 镗夹具30 车大头外圆 小头孔，端平面 车床 车夹具35 粗镗大头孔 端平面，大头侧面 专用镗床 T68 镗夹具40 半精镗大小头孔 端平面， 镗床 镗夹具45 粗铣螺栓孔端平面 卧式铣床 铣夹具50 精铣螺栓孔端平面 卧式铣床 铣夹具中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 14 页 共 35 页55 切开连杆体与连杆盖60 铣连杆大头分开面 统一原则 铣床 铣夹具65 粗铣连杆盖结合面 连杆盖：
34、端平面，螺栓 孔平面 铣床 铣夹具70 钻、扩、铰两螺栓孔， 定位孔 端平面，螺栓孔平面 立式钻床 钻模75 精铣结合面 同工序 11 卧式铣床80 精磨两端平面续表 3-2工序号 工序内容 基准及技术条件 设备 夹具85 精镗小头孔 端平面，连杆大头孔90 精镗大小头孔，铜套 孔 端平面，连杆小头孔 镗床 T211595 钻小头油孔 钻床100 倒角，压入铜套 压床105 滚压铜套孔110 珩磨大头孔 珩磨机床115 检验、探伤120 入库3.8 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差确定加工余量的方法主要有三种：计算法、查表法和经验法。工序尺寸的确定有两种情况:第一种情况为工序基准与设计
35、基准重合；第二种情况为工序基准与设计基准不重合。当工序基准与设计基准不重合时，工序尺寸的确定需通过尺寸链计算来解决。当工序基准与设计基准重合时，工序尺寸与设计尺寸和加工余量有关，前后两道工序的工序尺寸仅相差工序加工余量。工序尺寸的计算可从最后一道工序开始逐步向前推算。工序尺寸的公差一般按经济精度加工。各工序的加工余量和加工工序基本尺寸确定如下论述：（1）连杆小头孔工序安排：钻小头孔粗镗半精镗精镗。用查表法确定加工余量。（2）由工艺手册查得各工序余量为：精镗余量为 ；半精镗余量为 ；粗镗余量为 。则总的加工余m1.0m5.0m8.0中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 15
36、 页 共 35 页量为 。m4.1805.1（3）由于精镗后小头孔的基本尺寸是 ，其他各工序的基本尺寸依次为：m8半精镗： ；9.1708粗镗： ；m45.钻小头孔： 。6.（4）由工艺手册查得确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：精镗后为 IT5， 为 （连杆零件的设计要求） ；半精镗后选定为 IT8，Ra32.0为 ；粗镗后选定为 IT11， 为 ；钻小头孔后选定为 IT12， 为Ram2.3Ram3.6Ra。根据上述经济加工精度查公差表，将查得公差数值按“入体原则”标注51在工序基本尺寸上23。所谓“入体原则”就是对于包容尺寸（孔的直径、槽的宽度） ，其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为
37、零。为清楚起见，把上述计算和查表结果汇总于下表 3-3表 3-3 加工小头孔的工序间尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定工序间 工序间工序名称 工序间余 量/mm 经济精度/mm表面粗糙度Ra/ m工序间尺寸/mm 尺寸，公差/mm表面粗糙度Ra/ m精镗 0.1 IT5 0.32 18 1808.0.32半精镗 0.5 IT8 3.2 18-0.1=17.9 27.0913.2粗镗 0.8 IT11 6.3 17.9-0.5=17.4 17.4 1.6.3钻 1.75 IT12 12.5 17.4-0.8=16.6 16.68.012.5（2）大头孔的加工工序为：粗镗半精镗精镗珩磨。其加工
38、工序的基本尺寸的确定也同小头孔的方法一样。表 3-4 加工小头孔的工序间尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定工序间 工序间工序名称 工序间余 量/mm 经济精度/mm表面粗糙度工序间尺寸/mm 尺寸，公差/mm表面粗糙度中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 16 页 共 35 页Ra/ m Ra/ m珩磨 0.06 IT6 1.25 41 41018.1.25精镗 0.1 IT7 1.6 41-0.06=40.4 40. 25.01.6半精镗 0.2 IT8 3.2 40.4-0.1=40.3 40. 39.3.2粗镗 0.2 IT11 6.3 40.3-0.2=40.
39、1 40.116.06.3（3）两端面的加工工序为：粗、精铣两端面粗磨两端面精磨两端面。其加工工序的基本尺寸的确定如表 3-5表 3-5 加工两端面的工序间尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定工序间 工序间工序名称单边工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/ m工序间尺寸/mm 尺寸，公差/mm表面粗糙度Ra/ m精磨 0.2 IT9 0.8 22 22 052.0.8粗磨 0.3 IT10 1.25 22+0.4=22.4 22.4 084.1.25精铣 1.0 IT11 6.3 22.4+0.6=23 23 13.6.3粗铣 2.0 IT12 23+1.0=24 24模锻 24+2
40、.0=26 26 2以上列表中的确定值只是理论上的数字，加工余量受加工时多种因素的影响，包括曲轴毛坯的表面质量、前一工序的尺寸公差、前一工序的形状与位置公差以及本工序加工时的安装误差等。所以加工时，要尽量避免这些因素对加工精度造成的影响24。3.9 切削用量的选择3.9.1 切削用量的选择原则切削速度、进给量和切削深度是金属切削过程的最基本参数，它们直接影响切削过程的优劣。所以合理的选择切削用量，对于保证加工质量、降低生产成本和提高生产效率具有重要意义。切削用量的基本原则是：首先应尽可能大的切削深度；其次要在机床动力和刚度允许的条件下同时又满足已加工表面粗糙度要求中 北 大 学 2010 届
41、毕 业 设 计 说 明 书第 17 页 共 35 页的情况下，选取尽可能大的进给量；最后根据公式 确定最佳切削nmpvcfaTC速度。选定切削用量具体数值时还需要附加的一些约束条件。选择合理的切削用量要考虑加工的性质，即要考虑粗加工、半精加工、精加工三种情况。各切削用量的选择原则具体如下：（1）切削深度的选择原则：在粗加工时，尽可能一次切除粗加工全部加工余量，即选择切削深度的值等于粗加工余量值，对于粗大毛坯，如切除余量大时，由于受工艺系统刚性和机床功率的限制，应分几次走刀切除全部余量，但应尽可能减少走刀次数，在半精加工时，如单面余量 时，则应分两次走刀切除，hm2第一次取（ ） ，第二次取 （
42、 ） ，如 ，则可以324hpa314hm2一次切除，在精加工时，应一次切除精加工余量，即 。pa（2）进给量的选择原则 ：由于切削面积 ，所以，当 确定以后，dAfpa决定 ，而 决定了切削力的大小，所以选择进给量的时要考虑切削力，其次dAfd的大小还影响已加工表面的粗糙度。f（3）切削速度的选定：当 和 确定以后， 可按公式或查表选定。计算公paf式为： cyxmpCKTfa（ ， ）x/n/可查表y、 、 、为切削速度修正值K（各项可查表）rrMst BKK3.9.2 各加工方法对应的切削用量的选择过程（1）钻、扩、锪、铰、镗削加工时切削用量的选择钻削用量的选择包括确定钻头直径、进给量和
43、切削速度。应尽可能的选择较中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 18 页 共 35 页大直径的钻头，大的进给量，在根据钻头的寿命选取合适的钻削速度，以提高钻削的效率。所选取的钻头直径应尽可能一次钻出所要求的孔。钻孔时背吃刀量为孔的半径，扩孔、铰孔时的背吃刀量为扩（铰）孔后与扩（铰）之前的半径之差。（2）铣削加工时切削用量的选择根据加工余量来确定铣削背吃刀量。粗铣时为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。半精铣时，背吃刀量一般为0.52mm；精铣时背吃刀量一般为 0.11mm 或更小。（3）磨削加工时切削用量的选择磨削速度一般采用普通速度，即磨削
44、速度一般小于等于 35m/s。磨削用量的选择步骤是先选择较大的工件速度，再选择轴向进给量，最后选择径向进给量。各工序的切削用量选择结果在工时定额的计算过程中具体给出。3.10 工时定额3.10.1 工时定额的计算（1）时间定额的概念和作用时间定额：指在一定的生产条件下，完成一道工序所需消耗的时间。作用如下：是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制、规划生产面 1积的重要根据。合理制订时间定额对保证产品质量、提高劳动生产率、降低生产成本都有 2重大作用。是工艺规程的重要组成部分（科学管理） 。 3（2）技术时间定额的组成基本时间 1 基t直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面形
45、态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。 12ltifn中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 19 页 共 35 页式中 加工长度（ mm） ；l刀具的切入长度（mm） ；1刀具的切出长度（mm） ；2l进给次数；i进给量（mm/r） ；f机床主轴转速（r/min） 。n各种不同情况基本时间的计算公式可参考有关手册，针对具体情况予以确定。(2)辅助时间 辅t为实现工艺过程而必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。包括：装卸工件、开动和停止机床、改变切削用量、测量工件尺寸、进刀和退刀等辅助动作的时间。确定辅助时间有两种方法：一种是在大批大量生产中，可先将各辅助动作分解，然后查表确定
46、各分解动作所需消耗的时间，并进行累加；一种是在中小批生产中，可按基本时间的百分比进行估算，并在实际中修改百分比使之趋于合理。(3)布置工作地时间 布 置t工人照管工作地（如调整或更换刀具、调整或润滑机床、清理切屑、收拾工具、摆放工件等）所消耗的时间，称为布置工作地时间。又称工作地点服务时间，一般按操作时间的 27来计算 。布 置t(4)休息和自然需要时间 休工人在工作班内，为恢复体力和满足自然需要所消耗的时间，称为休息和自然需要时间，一般按操作时间的 2来计算。(5)准备与终结时间 准 终t工人为了生产一批产品和零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间称为准备与终结时间。准备和结束工作包括：在
47、加工前熟悉工艺文件、领取毛坯、安装刀具和夹具、调整机床和刀具等必须准备的工作，加工一批工件终了后需要拆中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 20 页 共 35 页下和归还工艺装备、擦机床、发送成品等结束工作。当工件的数量 n 很大时，/n 就可忽略不计。准 终t3单件时间和单件工时定额计算公式将上面所列的各项时间组合起来，就可以得到各种时间定额(1)工序时间的计算公式 tt基 辅工 序(2)单件时间的计算公式 ttt基 辅 布 置单 件 休(3)单件工时定额的计算公式 (/)ttn定 额 准 终 单 件在大量生产中，每个工作地点完成固定的一个工序，所以在单件工时定额中没有
48、准备与终结时间，即： tt定 额 单 件4计算工时定额时间定额是在一定生产条件下，规定生产产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额是安排生产计划、成本计算的主要依据，在设计新厂时，是计算设备数量、布置车间、计算工人数量的依据。其包括基本时间、辅助时间、布置工作地时间、休息与生理需要时间、准备与终结时间。切削机动工时计算公式： 10mpplAldtnfaf式中 每次进给的行程长度（ mm） ；l转速(r/min)；切削深度（mm） ；pa切削速度（m/min） 。v各主要工序工时定额的具体计算见附录一。3.11 连杆的检验连杆在机械加工中要进行多次中间检验，加工完毕后还要进行最终检验。检中 北
49、 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 21 页 共 35 页验项目按图样上的技术要求进行，一般分为下述三类：(1)观察外表缺陷及目测表面粗糙度。(2)检验主要表面的尺寸精度。连杆大小头孔的直径尺寸用内径千分测量，这样同时也可以测出孔的圆度。(3)检验主要表面的位置精度。在大小头孔中插入心轴；大头的心轴搁在等高垫铁上，使大头心轴与平板平行（用千分表在大头心轴的左右两端测量） ；把连杆置于直立位置，然后在小头心轴上距离 100mm 处测量高度的读数差，这就是大、小头孔在连杆轴线方向的平行度误差。中 北 大 学 2010 届 毕 业 设 计 说 明 书第 22 页 共 35 页4 连杆端面铣夹具设计本课题主要针对连杆端面铣夹具进行分析与设计。连杆是一个刚性较差的工件，应十分注意加紧力的大小、方向及着力点位置的选择，以免因受加紧力的作用而产生变形，降低加
