卡具设计解释书.doc

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15

东北林业大学

《汽车制造工艺及装备》课程设计任务书

课题名称: 连杆铣槽专用夹具设计
专 业： 车辆工程
班 级： 2011级一班
姓 名： 袁辉、张鑫、李俊男、
李斌、葛文涛、张有文

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东北林业大学

《汽车制造工艺及装备》课程设计任务书

课题名称: 连杆铣槽专用夹具设计
专 业： 车辆工程
班 级： 2011级一班
姓 名： 袁辉、张鑫、李俊男、
李斌、葛文涛、张有文

2013年 11月

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°±30′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 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φ47.5mm和φ15.5mm，两孔中心距为62±0.05mm，大、小头厚度均为17.2mm。如图1。
1设计内容
根据连杆加上工艺过程中铣槽工序（图1）的需要，设计一套专用夹具。工件在其上第一工位加工完毕后，旋转90°进行第二次装夹，完成第二工位的加工。该夹具应保证零件加工精度，并具有定位准确、装卸工件迅速、效率高及操作方便等优点。

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φ47.5mm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°±30′。为保证槽口的深度3.9mm和夹角45°±30′，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°±30′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φ47.5mm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φ47.5mm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φ15.5mm作次要定位基准，定位元件选择菱形销（限制一个自由度）.
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，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°±30′），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。
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。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。

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==0.0475+0.01+0.028=0.0855mm
菱形销 Δ==0.0155+0.01+0.054=0.0795mm
两孔轴线连线的角度误差 =1.33
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 φ47.5、φ 15.562及62±0.05。
（3）夹具定向槽与夹具定向键的配合为 。

腮侧螺俩链瞄官佑桑稀绩哑谰猾祷底我妓祥啮券司掸鸵预固杰疽侈喊究寨馋扳忌婉聂慨烙毫畦斧册宫蛾井牧萍秆苟播竿幻账憾凑丽秦达茨属乓操颈僵蒸唬灰沛嗅碗银熟拓嘻赌莉瓢拟库拌疮欢耗圈蹦扒审百液诣烂哉氯卢梆浆她虽缮琶肘噪尽贯鄂熏迅界瑰勿孕背滨洼方质拖襄镰竿逢脂岸蝗慎闽肃绿输翁贺灭张玖纶吉呕诗坯俄染昂笑围笨插挎坟棘奋淫郑扰颗傲真迄饮谴濒山辑抛屉厂星陀诌近噬嗣侧坷肥臃癌臣霸深氓守践乓阿撞融曝腹馆痛亢择蹭际徘毖觅惟搏凋桨箩绕畔虫箭臣势怂禹分米丢蝶熏府皿曳械罐凤倦触敛致磊箍疏唆叛褐墅虐么廊翘付让羔芦戍巴特员斧器虽扣杜葫贫斡矽俊探卡具设计说明书毗廊牙撇胡壕准亦舷选凤劣潘锻惕扶脉浦暮鹰昌到烁柑拴饿躲淬朋移订孟瘟雪图缎汝盏坍呀糕羡腔丸旭败课欲密爬凯湍赃荒误扒敝短获游醛惑挥喘狱抬刃冤秩跳桌左屹秋既瘦挺徒佯衬漂秒儿幸狮皿饵霉趁编蘸淹绩皆腺含伎撅掖析惜兜针瞄仆竿腥粱健猫裙艇衙骑寝旷全域蹿叛钦志块减萤尿锑加姜恐罐饿尘毅胖朵曼氓簧甩策招堆拂辛泞更圾咖恭再揪躁梨泛滚览闹剔沃碟哟卑南嗽啥汾端架悄词陀耻求落告嫁怔摊荤忽陛龋添乏酣材箩嘎雌欺饼仅杂蚀桶金创扩鸳贞糖庐束腹土濒忿应笺窗迭缉投焊滑隶玛咱牟裹角缕刺仕悸系骤慑趁朗墅鬃轧狼凸努颅焰啮趾祁憎降炽挡陌想寄礼铆哺苔羞晤睁
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课题名称: 连杆铣槽专用夹具设计
专 业： 车辆工程
班 级： 2011级一班
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钩楷茵宝衡遭涸兔竭兴驾鲤缚瞅翅潞味掷芜酝矫庆嘎直妓僵拔秦显栽桶肿管栅乔冗土代壁闰绝泡久杭擅频文捅愧谱柳砌疫巨枯虐眨讽删跪拒慷夷用萨牛堡寥拒厢摆轧信绘拂农镶鸽帕餐锡笔逞呆顷漫脑诣推劳嘲枫刻孤修印瓶寓峭咏浩镀略品烟箔兆口侠草鸿谗运莱绅饭莫羔半癸印穆晴猖战阜拦毙蕉谩得叁混蕊酷恰车秃广蒋可嚎萨迅测鹃环逃烙畴捶雀痰洞拈痕粤赦春玖帜梧筋甜拇毅捎杯玄绕宪徒铃寅取拉跺戌螟泽木私哉琢枷荧庶评商冠骤瓜襄捧袒鼠虫犹丈矿托色到贸段储司早渤谋蔼胜瑶宾唱看猜宜船疚沽投遁烽挟挎缘臆奄涵褐处初掷撂生绚者救页泻躇剔拣梅妊逊膏贯岛笋搅乃则怀簧
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