三轴连杆零件的加工工艺规程及钻Φ35孔的专用夹具设计.doc

辽宁工程技术大学课程设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　25

辽宁工程技术大学

机 械 制 造 技 术 基 础

课 程 设 计

题 目：三轴连杆零件的加工工艺规程及钻Φ35孔的专用夹具设计

班　　级：　 机电07-3
姓　　名：　 刘治翔
指导教师：　（宋体四号字）
完成日期：　2010年7月8日

一、设计题目　　
三轴连杆零件的加工工艺规程及钻Φ35孔的专用夹具设计
二、原始资料
(1) 被加工零件的零件图 1张
(2) 生产类型:大批大量生产

三、上交材料
1．绘制零件图 1张
2．毛坯图 1张
3．编制机械加工工艺过程综合卡片 1套
4．编制机械加工工艺卡片（仅编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工艺卡片） 1套
5．绘制夹具装配图（A0或A1） 1张
6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。 1张
7．编写课程设计说明书（约5000-8000字）。 1份
四、进度安排
本课程设计要求在3周内完成。
1．第l～2天查资料，熟悉题目阶段。
2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法和机械加工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。
3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。
4．第11～13天，完成夹具总装图的绘制。
5．第14～15天，零件图的绘制。
6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。
7．第19天，完成图纸和说明书的输出打印。
8．第20～21天，答辩
五、指导教师评语

成 绩：
指导教师　　　　　　　

日　　期　　　　　　　

摘　要

设计内容：设计“三轴连杆”零件的机械加工工艺规程及工艺装备，并绘制出三轴连杆零件图、三轴连杆毛坯图、夹具装配图，夹具体零件图。填写机械加工工艺过程综合卡片、机械加工工艺卡片。编制课程设计说明书。
设计意义：本课程设计是重要的实践教学环节之一。是在完成生产实习，学完机械制造技术基础和其它专业课程之后进行的。通过该课程设计，将所学理论与生产实践相结合， 锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，在这个过程中我独立地分析和解决了零件机械制造的工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练，从而打下了良好的基础。
关键词：三轴连杆;课程设计;工艺规程；工艺装备；

Abstract

Design: Design " Three scrolls of connecting rod" parts of the machining process planning and process equipment, spare parts and to map out plans Three scrolls of connecting rod, Three scrolls of connecting rod rough map, fixture assembly, the fixture parts map. Complete machining process integrated card, a card processing machine. The preparation of curriculum design specification.
Design significance: the design of this course is an important aspect of the practice of teaching. Completed internship in the production, completion of machinery manufacturing and technological foundation and other professional courses conducted. The adoption of the curriculum design, will learn theory and practice of combining production, tempered his analysis, problem-solving abilities, in the process I am an independent analysis and solution of the manufacture of mechanical parts of the problem, design a machine for this fixture A typical technology equipment, improved structural design capability for future graduates to design their own future and will be engaged in the work of an adaptation training, thus laying a good foundation.
Key words: Three scrolls of connecting rod; curriculum design, technology point of order, technology and equipment;

目录
1 三轴连杆零件工艺性分析 7
1.1零件的工艺分析 7
1.2零件的技术要求 7
1.3审核零件的工艺性 8
1.4确定三轴连杆的生产类型 8
2选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 9
2.1选择毛坯 9
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 9
2.2.1公差等级 9
2.2.2锻件重量 9
2.2.3锻件形状复杂系数 9
2.2.4锻件材质系数 9
2.2.5零件表面粗糙度 9
2.3绘制三轴连杆锻造毛坯简图 11
3拟定零件工艺路线 12
3.1定位基准的选择 12
3.1.1精基准的选择 12
3.1.2粗基准的选择 12
3.2表面加工方法的确定 12
3.3加工阶段的划分 13
3.4工序的集中与分散 13
3.5工序顺序的安排 13
3.6确定工艺路线 14
4加工余量、工序尺寸和公差的确定（工序5） 15
5切削用量、时间定额的计算（工序5） 16
5.1切削用量的计算 16
5.2时间定额的计算 18
5.2.1基本时间的计算 18
5.2.2辅助时间的计算 19
5.2.3其他时间的计算 19
5.2.4单件时间的计算 19
5.2.5加工单件总时间的计算 19
6机床的夹具设计 20
6.1定位方案设计 20
6.1.1定位基准的选择 20
6.1.2定位误差的分析 20
6.2导向装置的设计 20
6.3夹紧装置设计 21
6.4夹具体的设计 21
6.5专用机床夹具总装配图绘制 22
7方案综合评价与分析 23
8体会与展望 23
9参考文献 25

1 三轴连杆零件工艺性分析
1.1零件的工艺分析
分析零件图可知，该三轴连杆的侧面端面及上下端面精度要求并不太高，其粗糙度在Ra6.3以上，故可用铣削加工。Φ25H6mm的孔的粗糙度为Ra1.6，所以采用钻-扩-粗铰-精铰的工艺过程在钻床上加工。Φ35H6mm的孔的粗糙度为Ra1.6，所以采用钻-扩-粗铰-精铰的工艺过程在钻床上加工。Φ90H6mm的孔的粗糙度为Ra1.6，所以采用粗镗-半精镗-精镗的工艺过程在钻床上加工。
各个内孔对精度要求较高，由于端面为平面，可防止钻头钻偏以保证加工精度。该零件除了内孔之外，其他加工表面精度要求均不高，因此以铣床的粗加工就可达到要求。

1.2零件的技术要求
根据三轴连杆零件图纸将该三轴连杆的全部技术要求列于表中。见表1-1。
表1-1 三轴连杆零件技术要求表
加工表面
尺寸及偏差（mm）
公差及精度等级
表面粗糙度Ra(um)
形位公差
三轴连杆R18下表面

IT13
6.3

三轴连杆R18上表面

IT13
6.3

三轴连杆下表面

IT13
6.3

三轴连杆上表面

IT13
6.3

三轴连杆下表面

IT13
6.3

三轴连杆上表面

IT13
6.3

孔

IT6
1.6

孔

IT6
1.6

孔

IT6
1.6

1.3审核零件的工艺性
分析零件图可知，三轴连杆的上下端面均要求切削加工，该零件除主要工作表面（三轴连杆上下端面、孔、孔、孔）外其余加工表面加工精度较低，通过铣削粗加工就可以达到， 虽然主要工作表面加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的公艺性较好。

1.4确定三轴连杆的生产类型
该三轴连杆的生产为大批生产。

2选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
2.1选择毛坯
由零件要求可知，不但要有高的抗拉、压强度和高的疲劳强度，而且要有足够的刚性和韧性，选择材料为45钢。为增强三轴连杆的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛胚选用锻件。该零件轮廓尺寸不大，且生产类型数大批生产，为提高生产率和锻件精度，采用模锻方法制造毛胚，毛胚拔模斜度为7º。

2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下的因素
2.2.1公差等级
由三轴连杆的技术要求，确定该零件的的公差等级为普通级。
2.2.2锻件重量
已知机械加工后的三轴连杆为45钢，密度为7.8克每立方厘米，估算体积为，506立方厘米，算得重量约为4Kg，由此可初步估计机械加工前的锻件的重量为4.5Kg
2.2.3锻件形状复杂系数
对三轴连杆进行分析计算，可大致确定锻件的包容体的长度、宽度和高度，即350mm，150mm，50mm。（详见毛坯图）;由公式（2-3）和（2-5）可以计算出锻件的复杂系数
所以锻件形状复杂系数为级
2.2.4锻件材质系数
由于该材料为45号钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属级。
2.2.5零件表面粗糙度
由零件图可知，该三轴连杆的各加工表面的粗糙度Ra大于或等于1.6um
根据上述因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于下表
表 三轴连杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量
锻件重量/Kg
包容体重量/Kg
形状复杂系数
材质系数
公差等级
4.5
20

普通级
项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
备注
厚度20

表2-11
2.0~2.2 取2

表2-13
厚度35

表2-11
2.0~2.2 取2

表2-13
厚度50

表2-11
2.0~2.2 取2

表2-13
孔径孔

表2-11
2.0

表2-14
孔径孔

表2-11
2.5

表2-14
孔径孔
孔径小于最小冲孔孔径，所以该孔为实体
中心距270

表2-12
中心距95

表2-12
2.3绘制三轴连杆锻造毛坯简图

3拟定零件工艺路线
3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
3.1.1精基准的选择
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，选择零件主视图中的下表面和孔中心线作为精基准。
3.1.2粗基准的选择
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件孔的外圆面为粗基准。
3.2表面加工方法的确定
连杆零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
备注
粗铣φ112圆盘两端面
IT13
6.3
粗铣
表1-8
粗铣φ50圆盘两端面
IT13
6.3
粗铣
表1-8
粗铣R18圆盘两端面
IT13
6.3
粗铣
表1-8
φ90孔
IT6
1.6
粗镗-半精镗-精镗
表1-7
φ35孔
IT6
1.6
钻-扩-粗铰-精铰
表1-7
φ25孔
IT6
1.6
钻-扩-粗铰-精铰
表1-7

3.3加工阶段的划分
该三轴连杆上下表面加工质量要不高，可将对上下表面加工阶段划只分为粗加工一个阶段。该三轴连杆各个内孔加工质量要较高，需要分为粗加工，精加工两个阶段
在粗加工阶段。首先将精基准（下表面和孔）准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣三轴连杆底面以及上表面， 然后粗铣连杆上的槽的内侧面和底面；由于三个孔的精度较高，需要按照要求钻-扩-粗铰-精铰孔和孔以及粗镗-半精镗-精镗孔；

3.4工序的集中与分散
选用工序集中原则安排三轴连杆的加工工序。该三轴连杆的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。

3.5工序顺序的安排
1) 遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——下端面和孔。
2) 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
3) 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。
4) 遵循“先面后孔”原则，先加工主要表面，后加工孔；先加工上下端面，然后加工三个孔。

3.6确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了三轴连杆的工艺路线。
三轴连杆工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床装备
刀具
量具
1
粗铣φ112圆盘两端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
2
粗铣φ50圆盘两端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
3
粗铣R18圆盘两端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
4
粗镗-半精镗-精镗φ90孔
四面组合钻床
扩孔钻
卡尺、塞规
5
钻-扩-粗铰-精铰φ35孔
立式钻床Z550
麻花钻、铰刀
卡尺、塞规
6
钻-扩-粗铰-精铰φ25孔
立式钻床Z550
麻花钻、铰刀
卡尺、塞规
7
清洗
清洗机

8
终检

塞规、百分表、卡尺等

4加工余量、工序尺寸和公差的确定（工序5）
根据课程设计要求，这里只作工序5加工余量和工序尺寸公差的确定。
第5道工序的加工过程：
查表2-28，则精铣余量Z精铣=0.07，粗铰余量Z粗铰=0.18，扩孔余量Z扩孔=1.75，钻孔余量Z钻孔=2。
查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度为，
所以，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为粗铣（8mm）；精铣（10 mm），它们之间的相互关系如图1-2所示。钻孔为IT12=0.25mm，扩孔为IT11=0.16mm，粗铰为IT11，精铰为IT6=0.016mm。
工序尺寸偏差按“如体原则”标注，则总结为下表

φ35的加工过程
钻孔
扩孔钻
粗铰
精铰
基本尺寸
33
34.75
34.93
35
公差等级
IT12
IT11
IT11
IT6
加工后尺寸

所以，该工序各工步的工序尺寸及公差之间的相互关系如下图所示

5切削用量、时间定额的计算（工序5）
5.1切削用量的计算
（1）钻孔工步
1）背吃刀量=2mm
2）进给量 由表5-22，选取每转进给量 f=0.3~0.6mm/r，再根据立式钻床Z550的技术参数表4-9，取f=0.4mm/r。
3)切削速度 由表5-22查得，因为工件为45号钢，v=18~25m/min，取v=20 m/min，带入公式得参照表4-9所列Z550型立式钻床的主轴转速取n=185r/min。实际转速为

（2）扩孔工步
1）背吃刀量=1.75mm
2）进给量 由表5-23，选取每转进给量 f=0.60mm/r，再根据立式钻床Z550的技术参数表4-9，取f=0.62mm/r。
3)切削速度 由表5-24查得，因为工件为45号钢，v=53.4m/min，取v=53.4m/min，带入公式得参照表4-9所列Z550型立式钻床的主轴转速取n=500r/min。实际转速为

（3）粗铰工步
1）背吃刀量=0.18mm
2）进给量 由表5-31，选取每转进给量 f=0.4~0.6mm/r，再根据立式钻床Z550的技术参数表4-9，取f=0.4mm/r。
3)切削速度 由表5-31查得， v=1.2~5m/min，取v=5m/min，带入公式得参照表4-9所列Z550型立式钻床的主轴转速取n=47r/min。实际转速为

（4）精铰工步
1）背吃刀量=0.07mm
2）进给量 由表5-31，选取每转进给量 f=0.4~0.6mm/r，再根据立式钻床Z550的技术参数表4-9，取f=0.4mm/r。
3)切削速度 由表5-31查得， v=1.2~5m/min，取v=5m/min，带入公式得参照表4-9所列Z550型立式钻床的主轴转速取n=47r/min。实际转速为

5.2时间定额的计算
5.2.1基本时间的计算
1）钻孔 查表5-41，=35 mm， =3 mm =1.6mm（按=59°）
f=0.4 mm/r, n=185 r/min
带入

2）扩孔 查表5-41，=35 mm， =3 mm =4.9 mm（按=60°）
f=0.62 mm/r, n=500 r/min
带入

3）粗铰 查表5-41，=35 mm， =3 mm =2.3 mm（按=15°）
f=0.4 mm/r, n=47 r/min
带入

4）精铰 查表5-41，=35 mm， =3 mm =1.1 mm（按=15°）
f=0.4 mm/r, n=47 r/min
带入
5.2.2辅助时间的计算
根据经验公式，辅助时间与基本时间的关系为 =（0.15～0.2）,本例取=0.15，则各工步的辅助时间为：
第一次钻孔工步：=0.15×1.3=0.2s
扩孔工步：=0.15×7.8=1.17s
粗铰工步：=0.15×126.6=19s
精铰工步：=0.15×122=18.3s
5.2.3其他时间的计算
除了作业时间之外，每件工序的单位时间还包括布置工作地点时间、休息时间与生理需要时间和准备与终结时间。由于是大批生产，分摊到每个工件的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作时间是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%～4%,在此均取3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）+×(+)计算，他们分别为：
钻孔工步：+=6%×（0.2+1.3）=1 s
扩孔工步：+=6%×（1.17+7.8）=10.3s
粗铰工步：+=6%×（19+126.6）=154.3s
精铰工步：+=6%×（18.3+122）=148.7s
5.2.4单件时间的计算
钻孔工步：=0.2+1.3+1=2.5s
扩孔工步：=1.17+7.8+10.3=10.3s
粗铰工步：=19+126.6+154.3=154.3s
精铰工步：=18.3+122+148.7=148.7s
5.2.5加工单件总时间的计算
T=2.5+10.3+154.3+148.7s=315.8

6机床的夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

6.1定位方案设计
6.1.1定位基准的选择
工件定位基准是利用已经加工的三轴连杆内孔Φ90和一个端面为主要定位基准面,采用V型块定位，两个V型块限制了5个自由度，因为是要钻通孔，竖直方向的自由度可以不用限制，可以保证加工的准确性。
6.1.2定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为V形块。因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。
△j=0.707δd=0.707×0.022mm=0.0156mm
即定位误差△d=0.0156mm

6.2导向装置的设计
根据工序7的加工工步：钻-扩-粗铰-精铰。与加工所用的刀具与机床，采用可换钻套与衬套想配合的方式作为钻刀的导向装置。
可换钻套的选取：根据经验公式H=（1～2.5）d可以确定钻套的高度为35～87.5。再根据表9-9可以选取相应的钻套。
衬套的选取：根据所选的可换钻套，选取与之配合的衬套。
排屑间隙的确定：根据经验公式h=（0.7～1.5）d可以确定排屑间隙为24～52.5，选取24。
根据定位装置与可换钻套与衬套，设计钻模板。

6.3夹紧装置设计
根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用活动V型块夹紧机构，通过拧固定手柄压紧螺钉实现对工件的上表面夹紧。压板夹紧力主要作用是防止工件在切削力的作用下产生震动。

6.4夹具体的设计
根据定位方案、导向装置、夹紧装置的要求，并考虑结构公益性和清除切削等要求，设计夹具体，具体见夹具体图。

6.5专用机床夹具总装配图绘制

7方案综合评价与分析
此套方案，从机械加工工艺规程设计到夹具体的设计，都是在分析零件的功能与工艺性的基础上展开的。工艺规程制定合理、规范，有很强的实用性。夹具体的设计，从定位方案的设计，到导向装置与夹紧装置的设计，也是以零件为基本，所以做到合理。
总之，这套方案合理、规范，使用性强。

8体会与展望
三周的课程设计就快结束，本作品也接近尾声，回想整个设计过程感觉收获满满的，我们终于走出了课本能够真正的自己动手设计充分的实现了理论与现实相结合，感觉很不容易但还是成功的完成了任务。本次设计要非常感谢老师大力支持和热心的帮助，您的帮助我们看在眼里记在心里，在此对老师说声您辛苦了。
机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它是我全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。培养了自己编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计做了一些必要的准备。通过本课程设计自己的收获如下：
1 培养了自己综合运用机械制造工艺学及相关专业课程（工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、金属切削加工及装备等）的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力
2 根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会了拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计。
3 使自己提高了应用有关手册、标准、图表等技术资料的能力，掌握了从事工艺设计的方法和步骤。
4 进一步培养了自己机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等的基本技能。。
5 培养了自己解决工艺问题的能力，为今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下了良好的基础。
所以，非常感谢学校能够给我们提供这样的机会，在这样的条件下我想我们的动手能力会越来越强，但由于本人的能力有限本次设计终会有一些不足之处希望老师给与修改点评，再次表示感谢。

9参考文献
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