连杆铣削槽口工序专用夹具设计.doc

河南工业职业技术学院夹具课程设计

河南工业职业技术学院
“机械制造技术基础”课程设计
说明书

题目：连杆铣削槽口工序专用夹具设计

系 名 机械工程
专 业 机械设计与制造
班 级 机制3班
学 号 0101110326
姓 名 王帅旗
指导教师 刘吉彪

摘要

机械制造工艺学课程设计一般安排在完成了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后。这是进行毕业设计之前的一次综合性复习及理论联系实际的实践训练，对我们的大学生活及以后进入社会参加工作具有重要意义。从中有效地锻炼了我们提出问题、分析问题、解决问题的能力。

机械制造业是国民经济的支柱产业，现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。生产的发展和产品更新换代速度的加快，对生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，也就对机械加工工艺等提出了要求。

在实际生产中，由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等条件不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上用某一种加工方法就能完成的，而是需要经过一定的工艺过程。因此，我们不仅要根据零件具体要求，选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，一步一步地把零件加工出来。

由于能力有限，设计中尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

关键词：课程设计；机械制造业；加工方法；指导

目录

摘要 2
设计任务书 4
1 连杆的加工特性及其结构工艺性分析 5
1.1 连杆的加工特性 5
1.2 连杆的结构工艺性分析 5
2 加工件的加工工艺路线、关键工序的分析确定 5
2.1 毛坯材料的选择 5
2.2 制定工艺路线 6
2.3 关键工序分析 6
2.3.1 大小端面的加工 6
2.3.2 大小端孔的加工 6
2.3.3 槽口的加工 7
3 切削用量计算 7
3.1 选择刀具及切削用量 7
3.2 工序卡 9
4铣削槽口专用夹具设计 10
4.1工件的加工工艺分析 10
4.2确定夹具的结构方案 10
4.2.1确定定位方案，设计定位元件 10
4.2.2夹紧方案选择及夹紧机构设计 11
4.2.3夹具对定位方案的确定 12
4.3夹紧力计算和定位误差分析 13
4.3.1夹紧力计算 13
4.3.2定位误差分析 14
4.4确定夹具的主要尺寸、公差和技术要求 14
4.4.1夹具总图应标尺寸，公差 14
参考文献 15
附录 16

设计任务书
设计题目：　　连杆—1　　　零件批量生产机械加工工艺过程设计及
　　　　　 铣削槽口工序夹具设计
设计内容与要求：
1．制定 连杆—1 零件机械加工工艺规程，编制机械加工工艺过程卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；
2．对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；
3．确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；
4．确定主要工序的工序尺寸、公差和技术要求；
5．对两道工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量，计算时间定额；
6．设计　铣削槽口工序　夹具，绘制夹具装配图，进行必要的计算（如夹具元件结构尺寸计算，切削力、夹紧力、定位误差、导向误差计算等）；
7．对　王晓鹏　同学的设计进行校对；
8．编写设计说明书。
车间设备（与设计有关的设备）：
普通车床C6125，CM6125，C6132，C6140；数控车床CK6125，CK6132，CK6140；立式铣床X51K，X52K；卧式铣床X61W，X62W；工具铣床X8120,X61W；立式钻床Z5125；台式钻床Z4115；外圆磨床MG1416，MG1432；内圆磨床MG2110，MG2120；平面磨床M7120；卧式镗床T6150；锯床G605；插床B5025；拉床L6106

4

河南工业职业技术学院

连杆机加工工艺规程设计及铣削槽口工序专用夹具设计

1 连杆的加工特性及其结构工艺性分析
1.1 连杆的加工特性
连杆是发动机的五大件之一，是发动机重要的安全件。其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是将活塞的气体压力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小、强度高。连杆杆身是工字型截面，而且从大头到小头逐步变小。连杆的质量直接影响发动机的使用性能和安全性能。从结构上看连杆并不复杂，但连杆属于典型的不规则件且精度要求高，所以加工工艺比较复杂：磨削、钻、铰、镗、铣、衍磨等多种加工方法。
1.2 连杆的结构工艺性分析
连杆由连杆大头、杆身和连杆小头三部分组成。连杆机械加工的主要内容有小端孔、大端孔和与其垂直的两端平面，以及连杆杆身和螺栓孔。这些表面都要求达到一定的精度。同时为了提高疲劳强度，要求有较小的表面粗糙度数值，不允许有细微的伤痕或裂纹。高速机连杆杆身要求对全部非工作表面进行喷丸处理，圆角及过渡都应抛光。
连杆是一种杆类零件，外形细长、刚性差，因而在选择定位基准和夹压点时，应使其加工时的变形最小。故大多数工序都是采用大、小端孔的端面作为定位基准，并使夹紧力作用在端面上。这种定位方法简单，又避免因夹紧力和切削力的作用而使连杆发生变形。
2 加工件的加工工艺路线、关键工序的分析确定
2.1 毛坯材料的选择
连杆复杂的工作条件（承受拉力、压力和扭曲的多变负荷）及高的疲劳强度要求，决定了它的材料的选取和毛坯的制造方法。这里选择的材料为牌号是QT40—17，它能够满足上述要求，由于连杆的强度要求，故其毛胚的制造选择了铸造的方法。

2.2 制定工艺路线
连杆加工工艺过程见表1所列。
表1 连杆加工工艺过程
工序号
工序名称
1
铸造毛坯
2
粗铣大小、头两端面
3
粗镗大、小端孔
4
热处理
5
半精铣大、小两端面
6
精镗大、小端孔
7
划加工线
8
粗铣大头端槽口
9
半精铣大头端槽口
10
钻φ6孔
11
攻丝
12
去毛刺
13
发蓝处理
14
检查
2.3 关键工序分析
2.3.1 大小端面的加工
大小端孔常常先加工好，使其作为后续工序的定位基准。大小端面常用铣、磨以及拉削方法加工。加工时先以其中的一边端面为基准加工另一边端面，然后将连杆翻转180°，以加工过的端面作为基准加工另一端面。
2.3.2 大小端孔的加工
大小端孔常常为孔本身加工和其他表面的定位基准。大小端孔的加工精度和表面粗糙度要求都较高，通常分为粗、半精二次进行。
对于这种尺寸较小的连杆，模精度要求很高，一般只经过粗镗、半精镗、精镗 。小端孔的粗加工一般安排在大端孔粗加工前，这是由于小端孔在后续加工中将作为主要定位基准。镗孔时以杆身装夹，按孔的划线痕找正定位。
2.3.3 槽口的加工
槽口的定位以两端孔的的中心线为基准。以槽口的加工要求和精度，分为粗铣和半精铣两次进行。
在槽口的深度方面的工序基准是工件的相应端面。从基准重合的要求出发，定位基准选择此端面，但由于要在次端面上开槽，开槽时此面必须朝上，相应的夹具定位势必要设计朝下，这对定位、夹紧等操作和加工都不方便。因此，定位基准选在与槽相对的那个端面比较合适。由于槽深的尺寸公差为（0.2mm），而基准不重合造成的误差仅为0.1mm，所以这样选择定位基准是可以的。
在保证夹角45°±10′方面，工序基准是双孔中心线所在平面，所以定位件采用圆柱销和菱形销。以大端孔为主要定位基准，小端孔为次要基准。
3 切削用量计算
3.1 选择刀具及切削用量
选择高速钢圆柱铣刀，根据槽口要求，选铣刀直径=12mm，齿数为8
1. 选择切削用量
1) =5mm =3.2mm af=0.1mm
2) 决定进给量 根据查表取=0.10mm/z
(1) 选择车刀后到面最大磨损量为0.4mm，刀具寿命为T=120min。
(2) 查切削用量简明手册 表3.10，, ,
当，查切削用量简明手册 表3.9 修正系数为0.87，所以

(3) 实际切削速度和每齿进给量
根据铣床X61W型万能铣床说明书，选择
(4)计算基本工时

式中L=ｌ+η+Δ，其中ｌ＝4×70ｍｍ=280mm，根据切削用量简明手册表3.25，η+Δ＝17mm
故 tm=(280+17)/85=3.49min

3.2 工序卡
连杆加工工艺工序卡见表2所列。
表2 连杆加工工艺工序卡

机械加工工艺过程卡
产品型号

产品名称
连杆
共 1 页
第 1 页
材料编号
QT40—17
毛坯种类
铸造
毛坯外
形尺寸

每毛坯
可制件数
1
备注

工
序
号
工序名称
工序内容
刀具
工艺
装备
工时/h
准终
单件
1

铸造毛坯

2
粗铣
大小端面 以加工面的对面为基准
立式铣刀
铣床

3
粗镗
粗镗大小头端孔 以端面为基准
镗刀
镗床

4
热处理
热处理检查

5
划线
划加槽口工线 以大小端孔为基准

6
半精铣
大小端面 以加工面的对面为基准
立式铣刀
铣床

7
精镗
精镗大小头端孔 以端面为基准
镗刀
镗床

8
粗铣
铣大头端槽口 以加工面的对面为基准
立式铣刀
铣床

9
精铣
半精铣大头端槽口以加工面的对面为基准
立式铣刀
铣床

10
钻孔
钻φ6孔
钻头
钻床

11
攻丝

12
去毛刺
去毛刺

13
表面处理
表面发蓝处理

14
检验
全面检查

4铣削槽口专用夹具设计
4.1工件的加工工艺分析
工件已加工过的大小头孔径分别为mm和mm，两孔中心距为80±0.05mm，大、小头厚度均为mm。如图1。

图1
在加工槽口时。槽口的宽度由刀具直接保证，而槽口的深度和位置则和设计的夹具有关。槽口的位置包括两方面的要求：
（1）槽口的中心面应通过mm的中心线，但没有在工序图上提出，说明此项要求精度较低，因此可以不作重点考虑。
（2）要求槽口的中心面和两孔中心线所在的平面的夹角为45°±10′。为保证槽口的深度mm和夹角45°±10′，需要分析与这两个要求有关的夹具精度。
4.2确定夹具的结构方案
4.2.1确定定位方案，设计定位元件
在槽口深度方面的工序基准是工件的相应端面。从基准重合的要求出发，定位基准最好选择此端面。但由于要在此端面上开槽，开槽时，此面必须朝上，相应的夹具定位势必要设计成朝下，这对定位、夹紧等操作和加工都不方便。因此，定位基准选在与槽相对的那个端面比较合适。由于槽深的尺寸公差较大（0.2mm），而基准不重合造成的误差仅为0.1mm，所以这样选择定位基准是可以的。
在保证夹角45°±10′方面，工序基准是双孔中心线所在的平面，所以定位工件采用一圆柱销和一菱形销最为简便。由于槽开在大头端面上，槽的中心面应通过孔的mm中心线，这说明大头孔还是槽口的对称中心面的工序基准。因此，应选择大头孔mm作主要定位基准，定位元件选择短圆柱销（限制两个自由度）。而小头孔mm作次要定位基准，定位元件选择菱形销（限制一个自由度），如图2.

图2

在每个工件上铣八个槽，除正反两面分别装卸加工外，在同一面的四个槽的加工也可采用两种方案：一是采用分度机构在一次装夹中加工，由于不能夹紧大头端，夹具结构比较复杂，但可获得较高的槽与槽间的位置精度；另一方案是采用两次装夹工件，通过两个菱形定位销分别定位（如图2），由于受两次装夹定位误差的影响，获得的槽与槽间的位置精度较低。鉴于本夹具设计中槽与槽间的位置精度要求不高（夹角45°±10′），故可采用第二种方案。
4.2.2夹紧方案选择及夹紧机构设计
本设计的夹紧机构采用螺钉压板较为合适。可供选择的夹紧部位有两个方案：一是压在大端上，需要两个压板（让开加工位置）；另一是压在杆身上，此时只需一个压板。前者的缺点是夹紧两次，后者的缺点是加紧点离加工面较远，而且压在杆身中部可能引起工件的变形。考虑到铣削力较大，故采用第一种方案（如4）。

图4
4.2.3夹具对定位方案的确定
夹具的设计除了考虑工件在夹具上的定位之外，还要考虑夹具如何在机床上定位，以及刀具相对夹具的位置如何确定。
对设计中铣床夹具，在机床的定位是以夹具体的底面放在铣床工作台面上，再通过两个定向键与机床工作台的T型槽相连接来实现，两定向键之间的距离应尽可能远些（如图5）。刀具相对夹具位置采用直角对刀块及厚度为5mm的塞尺来确定，以保证加工槽面的对称度及深度要求（如图5）。

图5

4.3夹紧力计算和定位误差分析
4.3.1夹紧力计算
根据单位切削力计算公式 查表得
故

根据切削力计算公式
得切削力为 =1069.2 故切削力取 1100N
根据夹紧力的计算公式，每个压板需给工件的夹紧力为
式中K为安全系数取K=1.6，f为工件与定位元件之间的摩擦因数，取f=0.5
故=1760N。取=1800N
即每个压板需给工件的压紧力为1800N时满足要求。

4.3.2定位误差分析
本设计中采用一圆柱销一菱形销定位工件，平面内定位销相对工件孔的移动定位误差由基准孔D和定位销d之间的配合间隙来决定，其移动定位误差为：
圆柱销 Δ==0.052+0.01+0.028=0.09mm
菱形销 Δ==0.023+0.01+0.054=0.087mm
两孔轴线连线的角度误差 =0.001
α=3′
满足定位精度要求。
4.4确定夹具的主要尺寸、公差和技术要求
如图5所示，在该夹具总图中需标注有关尺寸，公差及技术要求：
4.4.1夹具总图应标尺寸，公差
（1）夹具最大轮廓尺寸：268mm×220mm×80mm
（2）定位元件的定位尺寸及各定位元件间的位置尺寸为 、 及80±0.05。
（3）对刀元件的工作面与定位元件的定位面间的位置尺寸为11.5±0.02及11±0.02mm。
（4）夹具定向槽与夹具定向键的配合为 。
（5）夹具体与定位套的配合为φ25及φ18 。

参考文献
[1] 杨叔子．机械加工工艺师手册[M]．北京：机械工业出版社，2001．
[2] 张世昌，李旦，高航．机械制造技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2007．
[3] 吴拓．现代机床夹具设计 [M]．北京：化学工业出版社，2009．
[4] 王健石．机床夹具和辅具速查手册[M]．北京：机械工业出版社，2007．
[5] 王光斗，王春福．机床夹具设计手册（第三版）[M]．上海：上海科学技术出版社，2000．
[6] 孙已德．机床夹具图册[M]．北京：机械工业出版社，1984．

15