连杆加工工艺过程的编制说明书.docx

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连杆加工工艺过程的编制说明书

摘要

连杆是汽车发动机主要的传动机构之一，它将活塞与曲轴连接起来，把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动可逆的转化为曲轴的回转运动，以输出功率。

是为发动机提供安全可靠、经久耐用、节省能源、满足功用的一个重要零件，它对开发轻型、高速、大功率的柴油机有着密切的关系。

因此，连杆的合理结构设计、加工工艺性设计，保证连杆的加工质量，提高生产效率有这重要意义，它是保证柴油机产品质量的关键所在。

此说明书，对连杆零件进行了详细的分析。

设计出了零件加工的工艺规程。

在工艺规程中涉及到了连杆加工的加工工艺，加工设备的选择，加工余量的确定，毛坯的确定，机床、刀具的确定，夹具的设计一系列与连杆加工有紧密联系的因素。

通过对此次设计，学会对中等难度零件的工艺编制，及其特定工序的夹具设计。

关键词：

工艺；毛坯；夹具。

ABSTRACT

Theconnectingrodmoduleisinthedieselengineessentialmovementpowertransmissioncomponent.Itisaffectsthegasphysicalstrengthandsooneachkindofstrengthtransmitsonthepistongivesthecrank,alsotransformsthecrankrotarymotionintothepistonreciprocalmotionpart.Issafelyprovidesreliable,durable,theeconomicalenergy,satisfiedfunctionimportantcomponentsfortheengine,ittodevelopslightly,ishighspeed,thehighefficiencydieselenginehascloserelationship.Therefore,theconnectingrodreasonablestructuraldesign,theprocessingtechnologycapabilitydesign,guaranteedtheconnectingrodtheprocessingquality,enhancestheproductionefficiencytohavethisvitalsignificance,itisguaranteedthedieselengineproductqualitythekeyisat.Thisinstructionbooklet,hascarriedonthedetailedanalysistotheconnectingrodcomponents.

Designedthecomponentsprocessingtechnologicalprocess.Aseriesofinvolvedtheprocessingcraftinthetechnologicalprocesswhichtheconnectingrodprocessed,theprocessingequipmentchoice,theprocessingremainderdetermination,thesemifinishedmaterialsdetermination,theenginebed,thecuttingtooldetermination,thejigdesignwiththeconnectingrodprocessinghadthecloserelationthefactor.

Bytheendtimeofthedensign,learnthetechnicsweaveofmediumdifficultrypart,andtheholdingdesignoftheespeciallyworkingprocedure.

Keywords:

roughcast;craft;jig

目录

绪论1

1.零件的工艺分析3

1.1连杆的工作情况3

1.2连杆的结构特点3

1.3连杆机械加工的主要技术要求3

2.毛坯的确定5

2.1生产类型的确定5

2.2材料的选择5

2.3毛坯种类与方法的确定5

2.4确定毛坯尺寸公差和加工余量6

2.5毛坯主要加工表面的尺寸及公差的确定7

3.连杆工艺规程的编制9

3.1定位基准的选择9

3.2拟订工艺路线9

3.2.1选择表面加工方法9

3.2.2加工阶段的划分10

3.2.3加工工序的顺序安排10

3.2.4机械加工余量、工序尺寸及其公差的确定10

3.2.5加工设备与工艺装备的选择21

4.钻孔夹具设计25

4.1专用夹具设计方法的工艺分析25

4.1.1专用夹具的基本要求25

4.1.2专用夹具的设计步骤25

4.1.3夹具的选材25

4.1.4夹具体的热处理25

4.1.5问题的提出25

4.2.1工件自由度分析26

4.3确定夹具体结构26

4.4夹具零件及夹具的公差技术条件26

4.5螺栓、垫圈选择27

4.6夹具的工作原理27

4.7切削力及夹紧力的计算27

5部分工序的数控程序29

5.1数控编程29

5.11数控编程技术29

5.12数控编程的方法29

5.2部分工序的数控程序29

结论31

致谢32

参考文献33

文献综述34

绪论

本课题研究的主要內容是连杆加工工艺过程的编制以及在加工中用到的一些典型夹具的设计。

连杆是发动机的主要零件之一，它连接活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴；将活塞的往复运动变为曲柄的旋转运动，又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩缩气缸中的气体。

因此，连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大的冲击特性。

发动机正常工作时，连杆大头约以3000r/min的转速旋转，线速度达10m/s，所以连杆在工作时，形成巨大的离心力。

由于连杆横向窜动和形位误差引起连杆受压时产生弯曲，是连杆很容易断裂，断裂是连杆的主要损伤形式，对于EQ6100-I型汽车发动机连杆，其断裂率约为0.5/1000。

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。

二、本次设计的内容

本设计主要是针对连杆工艺及钻孔夹具的设计。

夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。

在设计中，设计的主要思路是用工件以已加工端面为定位基准，夹具体的凸台和大端面孔为定位面，工件以气动夹紧，这样设计主要是为了解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点；气动夹紧采用空气作为动力源，资源丰富并且干净、清洁，对周围环境没有污染；不足是噪音比较大。

具体的设计思路是：

首先确定工件的已加工端面定位方式，通过夹具体的凸台、内孔，再用气动装置将其夹紧，这样连杆的六个自由度全部限制，实现了零件的定位夹紧，然后确定零件的夹紧方式。

在本次设计中采用的是手动夹紧方式；然后进行误差分析、夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。

第一章连杆的工艺分析

1.1连杆的工作情况

连杆在发动机的工作行程中将作用于活塞顶部的膨胀气体的压力传给曲轴，在进气、排气和压缩行程时，又受曲轴的驱动而带动活塞。

气体的压力在连杆内引起很大的压缩应力和纵向弯曲应力，活塞和连杆本身的惯性力则在连杆横断面上引起拉伸应力和横向弯曲应力，而且这些受力的情况是急剧地改变的，所以连杆工作条件的特征是承受接近于冲击性质的变动负荷。

因此，连杆不但应具有高的疲劳强度，而且本身的重量应尽量减轻，以降低由于连杆本身重量所产生的惯性力。

故制造连杆应使用优质钢材和设计合理的结构形式，在制造毛坯时应使金属纤维的方向合适排列。

1.2连杆的结构特点

连杆一般由连杆盖和连杆体两部分组成。

连杆体上有大头，小头和杆身。

为了使连杆有足够的强度和刚度而重量又要尽可能轻，所以杆身采用工字形断面。

为了减少活塞销和连杆小头孔的磨损及便于在磨损后进行修理，在连杆的小头孔中压入青铜衬套。

同样在大头孔内也衬有轴瓦以减轻连杆大头孔与曲轴轴颈之间的摩擦，这种轴瓦是可以互换的。

连杆盖与连杆体的接合面形式主要有两种：

一种是斜剖式的，这种连杆的大头外形尺寸较小，装配时能从气缸中通过，装配较方便。

另一种是直剖式的，即连杆盖和连杆体的接合面垂直于杆身的轴心线，如解放牌汽车发动机的连杆为直剖式的。

连杆盖和连杆体不能互换，因为是装在一起进行最后加工的。

有些连杆上有工艺凸台，作为机械加工时的辅助基准。

1.3连杆机械加工的主要技术要求

连杆的主要加工表面有：

大小头孔、上下平面、大头盖体结合面以及连杆螺栓孔等。

杆身的表面一般不进行机械加工。

机械加工的主要技术要求如下：

（1）大、小头孔精度：

a、大头孔：

大头孔镶有薄壁部分轴瓦，底孔尺寸公差为IT6级，粗糙度Ra0.8。

圆度、圆柱度0.01mm。

b、小头孔：

小头衬套底孔尺寸公差为IT7~IT9级，粗糙度Ra1.6。

小头衬套孔为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。

圆度、圆柱度0.008mm。

c、大小头孔轴线位于同一平面，其平行度不大于0.06mm，大小头孔间距尺寸公差0.05mm，大小头孔对端面的垂直度允差每100mm长度上不大于0.1mm。

（2）连杆大小头平面：

大头表面粗糙度Ra1.6，小头表面粗糙度Ra6.3

（3）两螺孔的平行度为0.15mm/100mm，两螺孔和定位孔对于接合面的垂直度为0.12mm/100mm，接合面对于连杆纵向中心线的不垂直度不得大于0.1mm/100mm。

（4）大头孔止口侧面的平行度为0.015mm/100mm，其对称度0.05mm/100mm。

为保证柴油机正常运转平稳，对于连杆的重量以及装于同一台柴油机中的一组连杆重量都有要求，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。

第二章毛坯的确定

第三章连杆工艺规程的编制

3.1定位基准的选择

在大批量生产中，工件加工时广泛采用专用夹具装夹，连杆加工中可作为定位基面的表面有：

小头孔、上下两平面、大小头孔两侧面等，这些表面在加工过程中不断地转换基准，由初到精逐步形成。

（1）粗基准的选择

为保证工件上两端面的加工余量均匀，根据粗基准选择原则，先选毛坯两侧面任一面为基准面加工另一侧面。

连杆加工粗基准选择要保证其对称性和孔的壁厚均匀，例如：

钻小头孔钻模是以小头外圆定位，来保证孔和外圆的同轴度，使其壁厚均匀，镗大头孔时的定位基准为一底平面、小头孔和大头孔一侧面定位点。

而镗小头孔时可选一底平面、大头孔定位点和小头孔外圆等。

（2）精基准的选择

由于大、小头端面面积大、精度高、定位准确、夹紧可靠，所以大部分工序选用其一个指定的端面（消除三个自由度）和小端孔（消除两个自由度），以及大端孔处指定的一个侧面作为精基准。

这不仅使基准统一，而且还减少了定位误差（基准重合）

（3）确定合理的夹紧方案

连杆相对刚性较差，要十分注意加紧力的大小、方向及着力点的选择，根据选择夹紧装置的要求，在不破坏工件正确定位的前提下，应能保持与工件的正确位置。

夹紧适当、可靠，并使机构操作方便、安全、省力。

3.2拟订工艺路线

3．2．1选择表面加工方法

零件材料为45钢，毛坯为模锻制造，孔的直径较大，尺寸精度、形状精度要求较高，两孔位置精度要求严格，大小头孔加工既要保证孔本身的精度、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。

根据各个加工表面的技术要求，其零件各部分的加工方法（参考《机械制造技术基础课程设计指导教程》表1—6～10）如下：

连杆两侧端面：

粗铣——精铣——粗磨——精磨

大头孔：

半粗镗——粗镗——倒角——精镗——细镗——珩磨

小头孔：

钻孔——倒角——粗镗——精镗

小头孔端面：

粗铣——精铣

大头孔剖分面及止口：

粗铣——精铣

螺纹孔：

钻孔——扩孔——倒角——冷挤压螺纹

定位销：

钻孔——扩孔

油孔：

钻孔——倒角

因为端面与大小头孔的垂直度要求较高，大小头孔的加工主要靠端面作为定位基准面，因为端面精度要求较高，铣削不易达到。

故铣后还要安排精磨加工工序，以保证孔与端面的相相互垂直度要求。

大小头孔孔径都较大，毛坯锻造就应有预留孔，来节省材料，节约成本。

工件为高精度零件，后期都安排了高精度加工方案。

钻孔用外圆定心夹具，以保证壁厚均匀，小头孔经倒角后再在卧式镗床上进行镗孔。

接合面主要与小头孔有较高位置精度，因此以小头孔和一侧平面为定位基准。

对于连杆体与盖分开锻造的连杆，螺栓孔是接合面经精加工后进行的，这样易于保证连杆和连杆盖的配合符合要求。

因其精度要求较高。

3．2．2加工阶段的划分

该件精度要求较高，加工应划分粗加工、精加工和精整三个阶段，在粗加工和精加工阶段，平面和孔交替反复加工，逐步提高精度。

为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度和各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。

由于生产纲领为大批生产，并考虑部分相互位置精度要求较高，且加工设备多以通用机床为主，因此采用工序集中。

3．2．3加工工序的顺序安排

因为连杆属于平面轮廓尺寸较大的零件，所以采用“先面后孔”的原则，因为平面定位比较稳定，可靠。

根据“先面后孔”的原则在工艺过程的开始先将上述定位基准面加工出来，在每个加工阶段均先加工平面，再加工平面上的孔，以保证加工质量。

具体工艺路线的拟定

毛坯：

模锻、调质处理

工序：

工艺方案一：

1.铣两平面

2.磨两平面

3.钻小头孔

4.扩小头孔

5.铣大头定位点

6.粗铣接合面及止口

7.半边镗大头孔

8.精铣接合面

9.精铣止口

10.钻螺纹底孔、冷挤压螺纹

11.合装

12.粗镗大头孔

13.大头孔倒角

14.钻油孔

15.油孔倒角

16.拆装连杆、连杆盖

17.精磨两平面

18.精镗大小头孔

19.拆杆盖

20.铣瓦槽

21.细镗大头孔

22.珩磨大头孔

23.铣小头端面

24.小头孔倒角

工艺方案二：

1.钻小头孔

2.扩小头孔

3.铣两平面

4.磨两平面

5.铣大头定位点

6.粗铣接合面及止口

7.半边镗大头孔

8.精铣接合面

9.精铣止口

10.钻螺纹底孔、冷挤压螺纹

11.合装

12.粗镗大头孔

13.精镗大小头孔

14.大头孔倒角

15.钻油孔

16.油孔倒角

17.拆装连杆、连杆盖

18.精磨两平面

19.拆杆盖

20.铣瓦槽

21.细镗大头孔

22.珩磨大头孔

23.铣小头端面

24.小头孔倒角

工艺方案三：

连杆体的加工:

工序1粗、精铣两端面

工序2磨两端面

工序3钻、扩小头孔

工序4粗镗小头孔

工序5小头孔倒角及去毛刺

工序6粗铣连杆体工艺凸台侧面

工序7精铣工艺凸台及结合面

工序8铣连杆体结合面

工序9钻连杆体两螺钉孔

工序10冷挤压螺纹

工序11精镗小头孔至图样尺寸。

工序12钻连杆体大头油孔、小头油孔

工序13精磨侧面及结合面只要求尺寸及精度

工序14去除毛刺

工序15清洗

连杆盖的加工:

工序1粗、精铣两端面

工序2磨两端面

工序3精铣结合面

工序4钻沉头孔

工序5精镗沉头孔

工序6精磨结合面到要求尺寸及精度

工序7去毛刺

工序8清洗

工序9终检

连杆总成的加工:

工序1将连杆体、盖对号组装

工序2粗、精镗大头孔至图样尺寸，倒角

工序3将连杆体、盖拆分

工序4铣连杆体、盖斜槽

工序5去除毛刺

工序6检测

工序7入库

三个工艺方案的比较与分析：

三个方案在工序安排上基本相同，只是在一些细节上有些差异。

第一点：

在前几道工序中，根据先加工基准面原则，三个方案都是为了得到定位精基准。

两端面和小头孔都是作为以后工序的定位基准因此应先加工。

第一方案中前两道工序先加工平面来得到定位基准面，然后在钻床上加工出孔。

因为两个端面一次铣出可以有较好的平行度，然后用端面定位用钻模的钻套定中心，用钻模板直接夹紧，能得到较好的孔与端面垂直度。

方案二先在钻床上将孔加工出，然后再加工平面。

这也是为了得到定位基准，而且先加工孔能够很好的得到孔与作为粗基准的两端面垂直度要求。

方案一对于方案二的优点在于加工两平面时不需要其他面作为定位基准，而是以两个面互为基准，粗加工和精加工相结合，可以进一步提高加工精度，使两端面平行度得到保证。

方案二中孔加工需要有端面作为定位基准面，在未加工时两端面是作为粗基准定位的，难免会出现位置精度误差。

方案一中孔的加工过程是以加工后的两端面为定位基准面，是精基准，大大降低了由于定位面的误差而导致的位置精度误差。

并且方案一符合“先面后孔”的加工原则，因此比较合理。

第二点:

在方案一中精镗大小头孔排在精铣两平面后面而方案二是直接将精镗大小头孔排到粗镗的后面，提到了精铣两平面的前面。

通常在加工精度比较高的零件时，为达到起精度要求选择面和孔交叉加工。

方案一就是依据这个原则进行设计的。

而方案二中是以工序集中为原则考虑的，将孔在粗加工后直接进行精加工，这样虽然能减少装夹时间，减少重新装夹定位引起的误差，但其定位面仍是粗加工状态，无法避免

其精度对尺寸精度的影响。

方案三：

整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，需将整体连杆大头孔锻成椭圆形。

相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，分体锻造能够减少一定的工序，加工效率高。

综合考虑应选择加工工艺方案三。

3.2.4机械加工余量、工序尺寸及其公差的确定

a）图：

由图可知：

P8为加工完成要保证的尺寸，即P8＝65mm

由图可知工序尺寸链为：

P7＝P8＋Z8,查表2－36可得：

Z8＝0.25mm,所以P7＝（65＋0.25）mm＝65.25mm，由于P7是精磨加工过程中保证的尺寸，查表1－20可知，精磨加工的经济精度可达到－IT7，因此确定该工序尺寸公差为IT7,其公差为0.03mm。

所以P7＝（65.25±0.015）mm；

b）图：

由图可知工序尺寸链为：

P6＝P7＋Z7，查表2－36可得：

Z7＝0.25mm,所以P6＝（65.25＋0.25）＝65.5mm,由于P6是在粗磨加工中保证的尺寸，查表1－20可知，精细加工的经济精度等级可以达到－IT8，因此确定该工序尺寸公差为IT8,其公差为0.046mm,所以P6＝（65.5±0.023）mm。

c）图：

由图可知工序尺寸链为：

P5＝P6＋Z6，查表2－36可得：

Z6＝1.5mm,所以P5＝（65.5＋1.5）mm＝67mm，由于P5是粗磨加工过程中保证的尺寸，查表1－20可知，磨加工的经济精度可达到－IT8，因此确定该工序尺寸公差为IT8,其公差为0.046mm。

所以P5＝（67±0.023）mm；

d）图：

由图可知工序尺寸链为；P4＝P5＋Z5，查表2－36可得：

Z5＝1.5mm,所

以P4＝67＋1.5＝68.5mm,由于P4是在精铣加工中保证的尺寸，查表1－20可知，精铣加工的经济精度等级可以达到－IT8，因此确定该工序尺寸公差为IT8,其公差为0.4mm,所以P4＝（68.5±0.2）mm。

为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核：

1）余量Z8的校核，在图a所示的尺寸链中Z8是封闭环，所以

Z8max＝P7max－P8min＝[（65.25＋0.015）－（65－0.50）]mm＝0.765mm

Z8min＝P7min－P8max＝[（65.25－0.015）－（65－0.35）]mm＝0.585mm

2）余量Z7的校核，在图b所示的尺寸链中Z7是封闭环,所以

Z7max＝P6max－P7min＝[（65.5＋0.023）－（65.25－0.015）]mm＝0.318mm

Z7min＝P6min－P7max＝[（65.5－0.023）－（65.25＋0.015）]mm＝0.212mm

3）余量Z6的校核，在图c所示的尺寸链中Z6是封闭环，所以

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