连杆铣夹具插件槽夹具.docx

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连杆铣夹具插件槽夹具

学院

毕业设计

题目

学院　　　　

专业

班级

学生

学号

指导教师

二〇一五年五月二十五日

摘要

连杆是发动机的主要传动部件，在现实生活中被广泛使用。

本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计，在加工工件时，我们为了保证其尺寸精度、位置精度和形位公差等准确我们一般都会用到夹具。

夹具的精度将直接影响到机械加工的质量，在机械加工时，好的夹具对产品有很大影响。

这次夹具设计包括铣槽夹具设计和插键槽夹具设计。

夹具对机械加工来说十分重要，它不仅可以减少加工时间、减少加工成本，同时还可以提高工作效率和减轻工作人员的工作量。

。

本次夹具设计过程中主要运用了CATIA三维软件对连杆夹具进行设计，通过CATIA三维造型可以更直观的对零件的修改与设计,并且保证零件设计的准确性，从而可以使自己和工作者更快、清晰的了解各零部件的结构，分布及配合。

关键词:

连杆，工艺规程，夹具设计，CATIA

Abstract

Connectingrodisthemaintransmissionpartsofengine,whichiswidelyusedinreallife.Thispapermainlydiscussestheprocessingtechnologyandfixturedesignofconnectingrod,themachiningprocessplanningisthemaintechnicaldocumentstoguidetheproduction,isthebasicfoundationofproductionorganizationandmanagement,isthebasicdataofnewandexpansionofthefactoryorworkshop.Allpersonnelengagedinmachinerypartsproductionstrictrequirementstocarryoutearnestly,onlyinthisway,canachieveoptimalquality,highyieldandlowcost.Thefixturedesignincludingslotmillingfixturedesignandkeywayfixturedesign.Jigisakindoftechnologyandindispensabletothemechanicalprocessingequipment,applicationisveryextensive.Itcanshortenprocessingtime,improvelaborproductivity;Reducetheproductioncost;Reducelaborintensity;Toensurestableandreliabletothemachiningaccuracyrequirements;Theactionsuchasexpandingthescopeofthemachinetooltechnology,sothefixturedesignisofgreatsignificance.

ThefixturedesignprocessmainlyUSEStheCATIA3dsoftwareforconnectingrodfixturedesign,byusingCATIA3dmodelingcanbemoreintuitiveforcomponentschangeswithdesign,effectivelyimprovetheprecisionofthedesignaccuracyanddesign,andimagedisplay.Makeoneselfandreadersfaster,clearunderstandingofthevariouspartsofstructure,distributionandcooperate.

Keywords:

connectingrod,processplanning,fixturedesign,CATIA

目录

摘要I

AbstractII

1前言1

2连杆零件机械加工工艺规程的编制2

2.1确定生产类型2

2.2零件的分析3

2.2.1连杆的作用3

2.2.2零件的工艺分析3

2.3选择毛坯及毛坯制造方法4

2.4工艺规程设计6

2.4.1定位基面的选择和定位分析6

2.4.2连杆零件表面加工工序的安排及加工方法的选择7

2.4.3制定工艺路线8

2.4.4选择加工设备及工艺装备8

2.5切削用量的计算9

2.6时间定额计算10

3夹具的设计11

3.1专用夹具设计方法的工艺分析11

3.1.1专用夹具的基本要求12

3.1.2专用夹具的设计步骤12

3.1.3机床夹具的组成13

3.1.4夹具的选材13

3.1.5夹具体的结构形式及基本要求13

3.2连杆铣槽夹具设计方案14

3.2.1问题的提出14

3.2.2定位方案及定位元件14

3.2.3夹紧方案及夹紧元件16

3.2.4对刀装置17

3.2.5切削力和夹紧力的计算18

3.2.6定位误差分析19

3.2.7装配的顺序安排19

3.3插键槽夹具的设计20

3.3.1问题的提出20

3.3.2定位方案及定位元件21

3.3.3加紧方案及夹紧元件22

3.3.4对刀装置23

3.3.5定位误差分析23

3.3.6夹紧力的计算23

3.3.7装配23

4结论25

参考文献26

致谢27

1前言

机械设计制造及其自动化毕业设计是我们临近毕业前必须做的，它不仅对我们所学所有专业课理论知识的检测，也对我们以后从事的工作能打下一定的基础。

这次我的设计题目是连杆铣夹具、插键槽夹具及其工艺设计，这需要我们充分利用我们在课堂上所学的专业知识进行分析连杆，然后通过各种渠道查取资料来解决夹具设计过程中遇到的一个又一个的问题，最后完成这次设计。

零部件工艺与夹具设计在生产中的实用性比较强，工艺文件是指导工人进行生产的必须文件，夹具能够提高生产率，减轻工人的劳动强度。

在设计过程中，正确使用机械设计手册、国家标准，设计图样必须符合国家标准规定。

对连杆细细研讨后，连杆在汽车上的发动机上用到很多，所以得保证它的质量很好，才能用很长时间。

连杆类零件属于批量生产，加工工序比较集中，根据相应的技术要求和结构工艺特性，选择毛坯材料、毛坯的制造方法和各表面的加工方法、及其相应的加工用设备，正确划分加工阶段，确定零件加工的基准，粗拟工艺路线；详情毛坯巨细、各面工序详情、加工余量等，弄出机器加工工艺进程卡片和机器加工工序卡片。

这些都是对夹具设计的准备工作，只有这样才能保证设计的夹具准确性、精确性。

在前半部分的设计主要是针对连杆的分析和研究，包括功能和过程的分析，确定在这个过程中我们最需要的是确定连杆是怎样加工出来的。

和同学一起讨论，去图书馆借书查看，以及去找老师询问，最后，慢慢的仔细的去看一些手册，最终策划出大体的过程及步骤。

该工艺与夹具设计过程分为四个阶段：

准备。

做出详细的夹具有关结构方案，弄出所需草图。

做出所需夹具总图。

做出夹具的部分零件图。

想怎么样子去加工，我们需要的那些工序，把需要弄出的尺寸定下来。

对于拨叉的前面的大部分，基本上得靠人仔细研究，整理思路，认真思考，还有毛坯的基本的形状还有各个基准，对零件的分析十分必要。

本次设计的后半部分则主要是对零件图、夹具图、总装图的画制。

在绘图过程中充分运用了所学的计算机辅助知识，利用CATIA三维设计软件对零件进行准确的绘制，提高了我的绘图能力，使我深深的体会到了学有所用，并使自己变的更加自信，对以后的学习和工作有很大帮助。

在设计中我设计的是专用夹具，它是针对某一特定工序而设计的，一套是铣连杆8x25mm槽而设计的，另一套则是插键槽而设计的，因为只为这一道工序设计夹具，所以该夹具有很强的针对性。

这种夹具适合批量大，生产复杂的工件，并且结构紧凑，操作方便，可以提高效率，增加加工精度。

2连杆零件机械加工工艺规程的编制

2.1确定生产类型

某零件的生产类型是根据零件的年生产纲领来划分的，零件的年生纲领由下式计算：

N=Qn（1+a）（1+b）

式中N—零件的年产纲领（件/年）；

Q—产品的年产量（台/年）

n—每台产品中该零件的数量（件/台）

a—备品率（％）

b—废品率（％）

这次我的设计题目是连杆铣夹具、插键槽夹具及其工艺设计，零件是连杆，根据市场调查，该产品年产量为4000件。

根据经验一般它的备品率为b=26%，机械加工废品率一般为a=0.3%，n=1件/台，把数据带入上述公式中，则零件的年生产纲领为：

N=Qn（1+a）（1+b）

=4000*1*（1+26%）（1+0.3%）

=5055件/年

通过计算连杆零件年生产量为5055件，又根据市场调查，连杆零件在4kg以下，查表可知该产品属于轻型零件，根据零件的生产类型与生产纲领的关系查表可知：

大批生产量5000～50000件，所以可知连杆的生产类型为大批生产。

连杆零件图如下：

图2.1连杆零件图

2.2零件的分析

2.2.1连杆的作用

 对于本次毕业论文的课题是连杆铣夹具、插键槽夹具及其工艺设计。

由于考虑到连杆的工作环境和功能，导致连杆必须要求具有很高的钢性和韧性。

对于现代的连杆用到的地方。

它不仅要承受一定的弯曲应力，同时，拉应力也是不可忽视的。

在学习中，连杆一直被看做是一种桥梁的作用。

因为它是主动件和从动件传递力的杆件，有时候同时承受惯性力和被纵向力所干扰。

2.2.2零件的工艺分析

连杆的主要加工表面有：

大头端孔及小头端两孔，连杆上下端面，小头端连杆槽，键槽。

连杆杆身一般不进行机加工，只需要喷丸处理就可以了。

（1）大头端孔精度大头孔尺寸公差为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2。

（2）小头端大小孔精度大孔尺寸公差为IT8级，小孔尺寸公差为H7级，表面粗糙度都为Ra3.2。

（3）上下端面精度表面粗糙度为Ra3.2

（4）连杆8x25mm的槽表面粗糙度为Ra12.5

根据所给的连杆零件图，经过分析，然后利用CATIA三维设计软件画出连杆零件实体如，如下所示：

图2.2连杆实体图

2.3选择毛坯及毛坯制造方法

零件毛坯的确定，选择时需要考虑多方面因素，主要有以下几个方面因素：

（1）零件的材料设计图纸选用材料是毛坯选择考虑的重要因素。

如设计图纸选用的是铸铁或铸钢时，毛坯应选用铸件；

（2）零件的力学性能要求通常是选择毛坯种类的主要考虑因素。

如当零件受力情况复杂，力学性能要求较高时，选用钢材锻件毛坯；

（3）零件的形状及尺寸零件的形状复杂程度和零件的尺寸也是选择毛坯种类的重要因素，如形状复杂的零件宜选用铸件毛坯，当零件尺寸较小时，宜选用锻件；

（4）零件毛坯的生产条件毛坯的选择还要考虑企业现有的设备情况以及技术条件；

（5）经济型制造综合考虑，在满足各种技术要求下，尽可能减少加工费用；

（6）可能性的采用新的工艺和材料这样可以提高零件加工效率工，减少加工工作量,提高零件的机械性能，改善可加工性。

连杆在工作中承受惯性力、纵向力等所干扰，受力情况比较复杂。

这要求它具有要一定的强度，因此连杆材料选用的是45钢，根据零件图的技术要求可知，连杆为大批生产，经过仔细分析最后选用锻件作为毛坯。

根据零件图技术要求，在设计中我选用的毛坯材料为45钢，即碳素调质钢。

其含合金元素较少，淬透性较差，合金调质钢经调制后强度比碳钢高，工艺性能较好。

并且45钢有较高的力学性能，因此耐磨，还有很好的切削性能，利于加工。

毛坯的制造方法：

毛坯的选择有两种：

一：

使毛坯形状与尺寸和零件接近；

二：

使毛坯的形状尺寸与零件相差较大。

选择出正确的毛坯的制造方法十分重要，它不仅影响着毛坯的制造时所花的费用以及工人的工作量，还影响着机械加工成本及工作人员的工作量。

为了节省加工费用、加工时间以及金属材料，大多数选择第一种毛坯制造方法。

第一种制造方法有模锻和铸造两种毛坯制造形式，根据零件的材料、生产类型、零件的复杂程度及零件工作的条件和综合力学性能要求，最后确定毛坯选用模锻的方式进行生产。

通过对零件图分析可知，零件结构不是复杂，因此毛坯可以选择第一种制造方法，即与零件的形状接近，锻造毛坯时三个孔不用锻造出来，可以在钻床上加工出来。

通过查加工余量表，最后确定两端面的总加工余量为5mm。

进而确定了毛坯的总厚度为23mm,连杆的侧面根据零件的技术要求可知，是由不去除材料获得的，所以没有加工余量，利用CATIA三维设计软件画出连杆毛坯实体，如下图所示：

图2.3连杆毛坯

2.4工艺规程设计

2.4.1定位基面的选择和定位分析

基准机械加工中是最基本的，如果选择基准时不合理，即便以后全都正确，也会对工件的加工精度影响，致使工件不合格造成浪费。

通常说到基准，常常指的是定位基准、工序基准和测量基准。

定位基准的选择对零件的加工十分重要，如果选的不正确，零件的加工精度达不到，不仅影响零件的加工质量，还影响它的寿命。

选择精基面时，要首先应考虑是定位基准与设计基准重合的问题，以减少误差，提高生产率。

我们选的那个粗基准，就是我们经过查看他是否有飞边，还有类似的浇口，或者好多的不好地方，像定位这种必须选择可靠地面来做基准，不可以经常反复的用。

通过分析连杆的零件图，可知，连杆属于异形零件，结构较复杂，刚性比较差，是否合理的选择出后面加工的定位基准，对确保达到零件的加工精度要求是非常重要的。

在连杆的加工过程中，需要对连杆进行定位，来保证它正确的的加工位置。

定位一般按照六点定位原理，就是用定为元件限制连杆的自由度。

经过分析研究，选用连杆端面作为主要定位基准，因为能够使零件的支撑面积大进而定位稳定可靠，装夹也方便。

在夹具的实际设计过程中，连杆的两端面被用来作为主要的定位基准，所以一般情况下，根据加工顺序的原则，安排在加工工序的前头，而两端面的加工方法就是以没有加工过的一个端面为粗基准定位，加工另一个端面，接着以已加工过的端面做精基准，加工未加工的端面，这也符合互为基准原则。

2.4.2连杆零件表面加工工序的安排及加工方法的选择

通过分析连杆零件图可知，连杆的个各加工表面都有一定的技术加工要求，像孔的加工要求有公差等级要求、表面粗糙度要求等，还有孔与孔之间的位置关系要求。

根据它们选择正确的加工方法，达到零件的加工精度，所以连杆零件各表面的加工方法确定需要认真仔细分析好零件图，这十分重要。

同时还考虑加工所花的费用以及加工的生产率，最后经济型的保证零件的加工质量。

通过分析连杆零件图可知，加工面有：

连杆两端面，，大小头端三孔，小头端8x25mm的槽，宽为6mm的键槽

零件各表面加工顺序的确定：

（1）机械加工顺序安排

A先粗后精，具体到哪一个加工工步，需要根据加工要求确定。

首先进行粗加工，是为了及早发现毛坯的缺陷，好及时进行修补，实在不行就报废，然后安排半精加工，最后再安排精加工，是为了保护表面少受损伤；

B先把主要的加工表面加工出来，然后在加工其他次要的表面；

C开始加工零件的时候，应该先把精基面加工出来，这样可以为以后加工做好定位，从而保证零件的加工质量；

D一般情况下，先加工平面，后加工孔[3]。

这样可以保证孔和面的加工精度

根据上述的加工顺序原则、连杆的加工精度要求以及定位基准的要求，首先安排连杆两端面的加工，然后安排铣小头端8x25mm槽，接着就是钻、扩、铰Φ18mm、Φ12mmΦ8mm三孔，最后插小头端槽宽为6mm的键槽。

（2）热处理工序的安排

经过对连杆零件的分析研究，最后选择的连杆毛坯为锻件，应该在机械加工之前，要进行时效处理，主要是来去除锻造时产生的内应力，以改善金属组织，提高毛坯的性能要求。

（3）辅助工序的安排。

在热处理完后需要进行检验，看是否达到性能要求，最后加工完成后在进行最后的检验，看零件是否合格。

连杆加工表面加工方法的选择：

①两端面加工方法的选择

连杆端面的加工可以用铣床加工，也可以选择刨床或磨床加工，其中铣削和磨削的加工精度较高，刨的加工精度较低，经过对连杆零件的分析研究，连杆的两个端面的表面粗糙度为Ra6.3，为了保证连杆的加工精度要求，先进行粗加工，选用铣削；然后进行精加工，选用磨削。

选用铣削

②孔的加工方法的选择

孔一般都是用钻床加工的，如果达不到要求可以再用钻头扩一下，再铰一下，也可以用镗床加工的，如果孔的加工精度要求很高，一般，镗孔才可以满足加工要求，在连杆孔的加工中，大、小头孔的加工精度要求比较高，所以选择了用钻头钻孔、扩孔，最后铰孔的方式保证精度要求。

③槽的加工方法的选择

连杆小头端8x25mm的槽，表面粗糙度为Ra12.5，可用铣床粗铣出来，而槽宽为6mm的键槽，表面粗糙度为Ra3.2，可用插床精加工出来。

2.4.3制定工艺路线

制定工艺路线主要是确定加工方法和划分加工阶段。

（1）在分析研究零件图的基础上选择各加工表面的加工方法，首先根据零件每个加工表面的技术要求，主要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，经过综合考虑各个方面因素的影响，来确定加工方法。

除此以外，还要考虑到零件的材料类型、生产类型（主要是考虑生产率和经济性的问题）、以及车间的现有设备情况和技术条件等

（2）各个加工表面的加工方法确定以后，就靠考虑这些加工表面加工的先后顺序，怎么安排才合理，才能保证零件的加工质量，满足使用性能。

安排后还要安排检验工序。

经过对连杆零件图的研究分析以及零件要满足的加工要求，最后确定得到了连杆加工的工艺路线，如下：

工序1　　锻造毛坯。

工序2人工时效温度（500°～550°）消除应力。

工序3铣。

以连杆端面互为基准，粗、半精铣两端面，尺寸铣至18

工序4磨，以连杆端面互为基准，磨两侧面至图纸要求。

工序5铣，以一端面、R16圆弧及斜面定位。

铣8X25mm槽至图纸尺

工序6钻以一端面R16、R10圆弧定位。

钻、扩、铰Φ18mm、Φ12mmΦ8mm3孔至图纸工序7插以Φ8端面，Φ8H8和Φ18H7两孔定位，插键槽至图纸要求

工序8检验。

按图纸要求检查各部分尺寸

工序9入库，涂油入库

2.4.4选择加工设备及工艺装备

（1）根据加工部位的形状，尺寸要求。

选出相应的机床，并根据夹具的大小，确定找出合理的机床的参数。

（2）根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。

（3）刀具的选择，主要是根据零件的材料类型和切削用量确定的，最好选用标准刀具，节省设计时间，提高生产率。

（4）根据零件的生产类型和加工要求选择量具

根据零件图上的技术要求可知连杆是批量生产，并且通过计算最后确定为大批生产，所以选用通用机床，流水线生产，进而提高生产率。

1.粗铣两端面。

考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，选择X52铣床。

选择直径D为125mm的硬质合金面铣刀，刀具材料为YT15，采用专用夹具和游标卡尺125×0.02mm；

2.精加工端面。

采用磨削方式即可满足工艺要求均使用M7132平面磨床，量具使用游标卡尺125×0.02mm；

3.大小头孔是连杆的主要的加工部位，钻大小头孔选用钻床Z5140，使用钻夹具，使用麻花钻Φ7.8mm、Φ11.8mm、Φ17mm。

扩孔钻Φ17.85mm、铰刀Φ12mm、Φ8mm、Φ18mm、量具使用塞规；

4.粗铣小头端8x25mm的连杆槽。

铣槽使用X62铣床，使用钻夹具，量具使用游标卡尺125×0.02mm

5.插键槽。

使用插床B5032，采用高速钢6mm插刀、游标卡尺125×0.02mm

2.5切削用量的计算

⑴工序03粗铣、精磨连杆两端面

查加工余量表可知，磨削时精加工余量为1mm，已经知道端面总加工余量为5mm，所以粗加工余量为5-1mm=4mm。

通过查阅铣削加工手册，粗加工时，铣刀的每齿进给量为fz=0.2mm/z；半精加工时铣刀的每转进给量为f=0.05mm/z,粗加工需要走刀1次，背吃刀量ap=4mm;半精加工需要走刀1次，背吃刀量ap=1mm。

根据工作人员的经验及查相关手册取粗铣的主轴转速为200r/min，取磨削的主轴转速为350r/min，已知选定铣刀直径D为Φ125mm，所以相应的切削速度分别为：

粗加工Vc=πDn粗/1000=3.14*125*150/1000m/min=58.88m/min

半精工Vc=πDn粗/1000=3.14*125*300/1000m/min=117.75m/min

（2）工序05：

铣8x25mm的槽

总加工余量为25mm，当工件加工精度较高或加工余量较大（大于8mm）时，可分两次或多次走刀，第一刀的吃刀量应尽可能大且使刀尖避开铸件的表面硬皮。

根据铣削用量的选择原则，选择尽可能大的铣削深度ap或宽度ae,查表选取铣削深度ap为5mm；粗铣时，进给量尽量选取的大些，查表取fz为0.2mm/z;铣削速度Vc是在铣削深度ap和每齿进给量fz选定后，在机床功率和刚性的允许的条件下，为保证合理的铣刀寿命和工件加工质量确定的。

查表取Vc为120m/min。

（3）工序06：

钻、扩、铰Φ17的孔到Φ18H7

Φ18H7的孔钻、扩、铰余量参考有关资料手册Z扩=0.9mm，Z铰=0.1mm，由此可推算出Z钻=（18/2-0.9-0.1）=8mm。

参考Z25140机床技术参数表，取钻孔Φ18H7的进给量f=0.3mm/r，参考有关资料得钻孔Φ17的v=0.435m/s=26.1m/min。

由此算出转速为：

n=1000v/Πd=1000*26.1/3.14*17r/min=488.94r/min

按机床实际转速取n=500r/min，则实际切削速度为：

Vc=∏dn/1000=3.14*17*500/1000m/min=26.69m/min

参考有关资料，根据实际生产的经验，扩Φ17.85mm的孔时，取进给量f=0.3mm/r，

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=1/2*26.69m/min=13.345m/min。

由此算出转速为：

n=1000v/Πd=1000*13.345/3.14*17.85r/min=238.76r/min。

按机床实际转速取n=300r/min。

参考有关资料，取铰孔的切削速度为Vc=0.3m/s=18m/min。

由此算出转速为：

n=1000v/Πd=1000*18/3.14*18r/min=318.47r/min。

按机床实际转速取为n=400r/min。

则实际切削速度为：

Vc=πdn/1000=3.14*18*400/1000m/min=22.608m/min。

钻、扩小头端Φ8H8mm、Φ