连杆零件加工工艺及专用钻床夹具的设计论文文档格式.docx

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2.2.1零件本工序的加工要求分析16

2.2.2确定夹具类型17

2.3拟订定位方案和选择定位元件17

2.4绘制夹具总装图19

结束语20

参考文献22

前言

工作对于每一位即将毕业的毕业生来说都是非常重要的，它对我们以后走上工作岗位很有帮助。

对于我们机电专业来说，在以后的工作中经常要做关于夹具的设计工作，在这里，我以连杆零件为例，对它的工艺过程和夹具进行设计。

做毕业设计可以把以前所学的知识加以综合运用，起到巩固学到的知识的作用，从而提高分析，解决问题的能力。

因此，认真的完成毕业设计是很有必要的。

机械制造工艺规程的制定需选择机械加工余量，机械加工余量的大小，不仅影响机械零件的毛坯尺寸，而且也影响工艺装备的尺寸，设备的调整，材料的消耗，切削用量的选择，加工工时的多少。

因此，正确的确定机械加工余量，对于节约金属材料，降低刀具损耗，减少工时，从而降低产品制造成本，保证加工质量具有十分重要的意义。

在这次设计过程中，广泛的收集各种资料及标准，课程设计中另一个重要的设计为专用夹具的设计。

专用夹具的设计是为了特殊加工工序的技术要求的加工。

各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。

第1章连杆零件机械加工工艺规程的编制

1.1计算生产纲领，确定生产类型

生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。

零件生产纲领可按下式计算。

N=Qn（1+a%）（1+b%）

根据教材中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。

图1-1，为某产品上的一个连杆零件。

该产品年产量为5000台。

设其备品率为25%，机械加工废品率为0.2%，每台产品中该零件的数量为1件，现制定该连杆零件的机械加工工艺规程。

图1-1连杆零件工件

N=Qn（1+a%）（1+b%）

=5000*1*（1+25%）（1+0.2%）

=6262.5件/年

连杆零件的年产量为6262.5件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与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。

大量生产的工艺特征：

零件的互换性：

具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。

1.毛坯的制造方法和加工余：

广泛采用金属模机器造型，铸或其他商效方法。

毛坯精度高，加工余量小。

2.机床设备及其布置形式：

广泛采用商效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。

3.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。

4.对工人的技术要求：

对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。

1.2零件的分析

（1）加工表面的尺寸精度和形状精度。

（2）主要加工表面之间的相互位置精度。

（3）加工表面的粗糙度及其他方面的表面质量要求。

（4）热处理及其他要求。

连杆零件的图样的视图正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。

但基准孔Φ14H8mm要求Ra1.6μm比较高，需要绞孔。

本零件的两大小头孔的加工并不困难。

根据零件的技术要求，其大小头孔的两中心的平行度要求比较高，达Φ0.08mm，因此在加工时应设计一夹具来保证两孔中心的平行度要求。

另外就是该零件的油槽加工，分析该小孔是做油孔之用，位置精度不需要太高，只要钻至沟槽之内，即能使油路畅通就行。

再就是铣小头孔上十字形通槽，需要设计一夹具来加工。

1.3选择毛坯及毛坯制造方法

（1）根据零件用途确定毛坯类型。

（2）根据批量（生产纲领）确定毛坯制造方法。

（3）根据手册查定表面加工余量及余量公差。

根据技术要求，零件材料为ZG310—570，即铸造碳钢。

如表2-1。

按GB/T5613—1995规定，铸钢牌号用“铸”和“钢”两字汉语拼音首位字母“ZG”后加工两组数字表示。

毛坯的制造方法：

根据毛坯的材料，生产类型，生产纲领及零件的复杂程度，毛坯可采用铸成型。

零件并不复杂，因此毛坯可以与零件的形状尽量接近。

两孔可不必锻出，直接加工。

通过查加工余量表，得两端面的总加工余量为3mm，毛坯尺寸可以通过加工余量确定。

ZG310—570表示бs≥310MPa，бB≥570MPa的铸钢。

铸造碳钢的碳质量分数一般为0.15%—0.6%，其铸造性能比铸造铁差，但力学性能比铸造铁好。

主要用于制造形状复杂，力学性能要求高，而在工艺又很锻压等方法成形的比较重要的机械零件，例如机车车辆的车销和联轴器等。

铸造碳钢的牌号，化学成分，力学性能见表1-1。

表1-1铸造碳钢热处理及机械性能

主要化学成分W%

主要特性

用途举例

CSiMnPS

不大于

0.400.500.900.040.04

有较好强度、塑性、焊接、性能尚好。

轨刚机架模具、箱体、缸体连杆、曲轴等。

正火或退火温度[℃]

回火温度[℃]

870—890

620—680

σb[N/mm²

]

σs[N/mm²

δs[%]

φ[%]

аk[J/cm²

570

310

15

21

30

选择毛坯铸的主要依据：

铸可锻造形状复杂的毛坯，尺寸精度较高，尺寸偏差0.1mm~0.2mm，表面粗糙度Ra为12.5μm，毛坯的钎维组织好，强度高，生产率较高，但需要专用锻模及锻锤设备。

大批量生产，适于锻造碳素钢，合金钢。

锻件加工表面直线度，平面度公差。

铸件长度为160mm，热处理为调质时，直线度和平面度公差的普通级为1.1mm，精密度为0.7mm。

1.4工艺规程设计

1.4.1定位基面的选择

定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。

基面选择得正确、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。

在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题：

（1）以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行。

（2）为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面。

（3）是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面。

精基面的选择：

根据精基面的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准。

1.4.2连杆零件表面加工方法的选择

零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，还须考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求，慎重决定。

本零件的加工面有：

大小头孔两端面，小头孔外圆，大小头孔，十字形槽，大小孔端槽及螺纹孔。

零件各表面加工顺序的确定

①机械加工顺序安排

根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特点，先安排大小头孔两端面的加工，接着安排钻大小头两孔，再就是铣十字型通槽，再钻大头端Φ6mm、Φ8mm的孔，攻M8的螺纹，铣大头端槽，最后钻大头端Φ5mm的油孔。

②热处理工序的安排

由于毛坯为铸件，在机械加工之前，首先安排正火处理，以消除锻造应力，改善金属组织，细化晶粒，改善切削性能。

③辅助工序的安排。

检验工序：

在热处理工序后安排中间检验工序，最后安排终结检验。

1.4.3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）选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各个方面工艺因素的影响。

一般是根据主要表面的技术条件先确定终加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再确定其他次要表面的加工方法。

（2）在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中的大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工序及其他辅助工序。

（3）排加工路线图表。

当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较大的差别，先在列出连杆零件大量生产时的工艺路线。

1.4.4选择加工设备及工艺装备

（1）根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，合理确定机床种类及规格。

（2）根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。

（3）根据工件材料和切削用量以及生产率的要求，选择刀具，应注意尽量选择标准刀具。

（4）根据批量及加工精度选择量具。

由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辐以少量专用机床的流水生产线。

工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。

1.5加工工序设计、工序尺寸及切削用量的计算

（1）用查表法确定工序余量。

（2）当无基准转换时，工序尺寸及其公差的确定应首先明确工序的加工精度。

（3）当有基准转换时的工序尺寸及其公差应由解算工艺尺寸链获得。

（4）确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。

当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。

有基准转换时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。

单件小批生产时，一般可由操作工人自定，大批生产条件下，工艺规程必须给定切削用量的详细数值，选择的原则是确保质量的前提下具有较高的生产率和经济性，具有选用可参考各类工艺人员手册。

⑴工序10粗铣及半精铣大小头孔两端面

查有关手册平面加工余量表，得半精加工余量Z为1mm，已知端面总余量Z总为3mm，故粗加工余量Z粗=（3-1）mm=2mm。

如表2-2所示，半精铣右端面以左端面定位，工序尺寸为：

表1-2钻、扩、大头端Φ30H11mm的孔的加工余量表

加工表面

加工方法

余量

公差等级

工序尺寸

Φ30H11

钻孔

14.1

—

Φ28.2

扩孔

0.9（单边）

H11

Φ30+0.13

参考Z25140机床技术参数表，

取钻孔Φ30H11mm的进给量取f=0.4mm/r。

参考有关资料，得钻孔Φ28.2mm的切削速度Vc=0.445m/s=126.7m/min。

由此可算出转速为：

n=1000v/Πd=1000*26.7/3.14*28.2r/min=301.5r/min

按机床实际转速取n=300r/min，则实际切削速度为：

Vc=∏dn/1000=3.14*28.2*300/1000=26.56m/min

查有关资料得：

Ff=9.81*42.7dof0.8KF（N）

M=9.81*0.021dof0.8KM（N·

M）

所以Φ30的Ff和M如下：

Ff=9.81*42.7*28.2*0.40.8*1N=5675.4N

M=9.81*0.021*28.2²

*0.40.8*1N·

M=78.71N·

M

扩Φ30H11mm的孔，参考机床实际进给量取f=0.4mm/r。

参考有关资料

扩孔切削速度为钻孔时的1/2—1/3，故取扩孔时=1/2*26.56m/min=13.28m/min。

n=1000v/Πd=1000*13.28/3.14*30r/min=140.98r/min

按机床实际转速取n=400r/min。

⑷确定铣槽时的工序尺寸。

粗铣就可达到零件图样的要求，则该工序尺寸：

槽宽4mm、8mm、深12mm。

其工序余量既等于总余量12mm。

⑸钻大头端Φ12mm深20的孔及攻M8的螺纹：

本工序用钻孔就可以达到零件的图样要求。

本工序的切削用量及其余次要工序设计略。

图1-3半精铣右端面以左端面定位

X小精=61-0.5mm,

X大精=23mm

则粗铣右端面工序尺寸

X小精为62mm,X大精为24mm。

查教材表3－16平面加工方法，得粗铣加工公差等级为IT11~13，取IT11，其公差T小精=0.13mm，T大精=0.19mm，所以X小精=（62±

0.065）mm,X大精=（24±

0.095）mm，如表2-3。

Z小精=X小精min−X小精max=[（62−0.13）−（61+0）]mm=0.87mm

Z大精=X大精min−X大精max=[（24−0.19）−23]mm=0.81mm

故余量足够。

查阅有关资料手册，取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/z;

半精铣的每转进给量f=0.05mm/z,粗铣走刀1次，ap=2mm;

半精铣走刀1次，ap=1mm。

取粗铣的主轴转速为150r/min，取半精铣的主轴转速为300r/min，又前面已选定铣刀直径D为Φ50mm，故相应的切削速度分别为：

粗加工Vc=πDn粗/1000=3.14*50*150/1000m/min=23.55m/min

半精工Vc=πDn粗/1000=3.14*50*300/1000m/min=47.1m/min

表1-3加工端面的工步余量和工序尺寸及公差

工序边余量/mm

工序尺寸及公差/mm

表面粗糙度/um

小头孔右端面

21

62±

0.065　61±

0.037

6.33.2

大头孔右端面

24±

0.09523±

0.026

小头孔左端面

59±

0.06558-0.5

大头孔左端面

21±

0.09520±

⑵工序20：

钻、扩、铰Φ10的孔到Φ14H8

Φ14H8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=（14/2-0.9-0.1）=6mm。

参考Z25140机床技术参数表，取钻孔Φ14H8的进给量f=0.3mm/r，参考有关资料得钻孔Φ12的v=0.435m/s=26.1m/min。

由此算出转速为：

n=1000v/Πd=1000*26.1/3.14*12r/min=692.68r/min

按机床实际转速取n=630r/min，则实际切削速度为：

Vc=∏dn/1000=3.14*12*630/1000m/min=23.74m/min

扩孔Φ13.8mm，参考有关资料，并参考机床实际进给量，取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*23.74m/min=11.87m/min。

n=1000v/Πd=1000*11.87/3.14*13.8r/min=273.93r/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。

n=1000v/Πd=1000*18/3.14*14r/min=409.46r/min。

按机床实际转速取为n=400r/min。

则实际切削速度为：

Vc=∏dn/1000=3.14*14*400/1000m/min=17.58m/min。

工序30：

钻、扩大头端Φ30H11mm的孔。

Φ30H11mm的孔，扩余量参考有关手册取Z扩=0.9mm。

由此可算出Z钻=（30/2-0.9）=14.1mm。

1.6时间定额计算

1.计算工序20的时间定额

（1）机动时间。

参考有关资料，得钻孔的计算公式为：

Tj=（l+l1+l2）/fn

L1=D/2cotkr+（1~2）

L2=1~4，钻盲孔时l2=0。

对钻Φ12mm的孔有：

L1=D/2cotkr+（1~2）=[12/2cot（118°

/2）+1.5]mm≈5.1mm

L=40mm，取l2=0mm。

参考有关资料，得扩孔的计算公式为：

L1=（D-d1）/2cotkr+（1~2）

扩盲孔和铰盲控时l2=0。

对扩孔Φ13.8mm有：

L1=（D-d1）/2cotkr+（1~2）=[（13.8-12）/2cot60°

+1.5]mm≈2mm

将以上数据及前面已选定的f及n代入公式得：

Tj=（40+2+0）/0.3*300min≈0.47min

对铰孔Φ14mm有：

L1=（D-d1）/2cotkr+（1~2）=[（14-13.8）/2cot45°

+1.5]mm≈1.6mm

Tj=（40+1.6+0）/0.3*400min≈0.35min

（2）总机动时间Tj（既基本时间tb）为：

Tb=（0.24+0.47+0.35）=1.06min。

2.计算工序30的时间定额

（1）机动时间。

参考有关资料得钻孔的计算公式为：

对钻Φ28.2mm的孔有：

L1=D/2cotkr+（1~2）=[28.2/2cot（118°

/2）+1.5]mm≈9.96mm

L=21.5mm，取l2=3mm。

Tj=（21.5+9.96+3）/0.4*300min≈0.29min

扩盲孔时l2=0。

对扩孔Φ30mm有：

L1=（D-d1）/2cotkr+（1~2）=[（30-28.2）/2cot60°

Tj=（21.5+2+3）/0.4*140min≈0.47min

（2）总机动时间Tj（既基本时间tb）为：

Tb=（0.29+0.47）=0.76min。

第2章连杆零件的夹具设计

2.1机床夹具设计的基本要求和一般步骤

2.1.1对专用夹具的基本要求

1.保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2.提高生产效率

应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

3.工艺性好

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。

4.使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

2.1.2专用夹具设计步骤

1.明确设计任务与收集设计资料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。

其内容主要是了解工件的结构特点、材料；

确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

2.拟订夹具结构方案与绘制夹具草图

确定工件的定位方案，设计定位装置。

确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

确定和设计其它装置及元件的结构形式。

如分度装置、预定位装置及吊装元件等。

确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。

绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

1.进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。

有动力装置的夹具，需计算夹紧力。

当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。

2.审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。

3.绘制夹