连杆铣槽夹具设计项目说明指导书带cad图.doc

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《专业课程设计》

题 目∶
连杆铣削槽口专用夹具设计
学 院∶
机械工程
专业班级∶

姓 名∶

学 号∶

指导老师∶

12 月

目录
1 连杆加工特征及其结构工艺性分析 1
1.1 连杆加工特征 1
1.2 连杆结构工艺性分析 1
2 加工件加工工艺路线、关键工序分析确定 1
2.1 毛坯材料选择 1
2.2 制订工艺路线 1
2.3 关键工序分析 2
2.3.1 大小端面加工 2
2.3.2 大小端孔加工 2
2.3.3 槽口加工 2
3 切削用量计算 3
3.1 选择刀具及切削用量 3
3.2 工序卡 4
4铣削槽口专用夹具设计 5
4.1工件加工工艺分析 5
4.2确定夹具结构方案 6
4.2.1确定定位方案，设计定位元件 6
4.2.2夹紧方案选择及夹紧机构设计 7
4.2.3夹具对定位方案确实定 8
4.3夹紧力计算和定位误差分析 9
4.3.1夹紧力计算 9
4.3.2定位误差分析 10
4.4确定夹具关键尺寸、公差和技术要求 10
4.4.1夹具总图应标尺寸，公差 10
参考文件 11
附录 11

1 连杆加工特征及其结构工艺性分析
1.1 连杆加工特征
连杆是发动机五大件之一，是发动机关键安全件。其大头孔和曲轴连接，小头孔经过活塞销和活塞连接，其作用是将活塞气体压力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩气缸中气体。连杆受是冲击动载荷，所以要求连杆质量小、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。连杆质量直接影响发动机使用性能和安全性能。从结构上看连杆并不复杂，但连杆属于经典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、衍磨等多个加工方法。
1.2 连杆结构工艺性分析
连杆由连杆大头、杆身和连杆小头三部分组成。连杆机械加工关键内容有小端孔、大端孔和和其垂直两端平面，和连杆杆身和螺栓孔。这些表面全部要求达成一定精度。同时为了提升疲惫强度，要求有较小表面粗糙度数值，不许可有细微伤痕或裂纹。高速机连杆杆身要求对全部非工作表面进行喷丸处理，圆角及过渡全部应抛光。
连杆是一个杆类零件，外形细长、刚性差，所以在选择定位基准和夹压点时，应使其加工时变形最小。故大多数工序全部是采取大、小端孔端面作为定位基准，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作用而使连杆发生变形。
2 加工件加工工艺路线、关键工序分析确定
2.1 毛坯材料选择
连杆复杂工作条件（承受拉力、压力和扭曲多变负荷）及高疲惫强度要求，决定了它材料选择和毛坯制造方法。这里选择材料为牌号是QT40—17，它能够满足上述要求，因为连杆强度要求，故其毛胚制造选择了铸造方法。

2.2 制订工艺路线
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
检验
2.3 关键工序分析
2.3.1 大小端面加工
大小端孔常常先加工好，使其作为后续工序定位基准。大小端面常见铣、磨和拉削方法加工。加工时先以其中一边端面为基准加工另一边端面，然后将连杆翻转180°，以加工过端面作为基准加工另一端面。
2.3.2 大小端孔加工
大小端孔常常为孔本身加工和其它表面定位基准。大小端孔加工精度和表面粗糙度要求全部较高，通常分为粗、半精二次进行。
对于这种尺寸较小连杆，模精度要求很高，通常只经过粗镗、半精镗、精镗 。小端孔粗加工通常安排在大端孔粗加工前，这是因为小端孔在后续加工中将作为关键定位基准。镗孔时以杆身装夹，按孔划线痕找正定位。
2.3.3 槽口加工
槽口定位以两端孔中心线为基准。以槽口加工要求和精度，分为粗铣和半精铣两次进行。
在槽口深度方面工序基准是工件对应端面。从基准重合要求出发，定位基准选择此端面，但因为要在次端面上开槽，开槽时此面必需朝上，对应夹具定位势必需设计朝下，这对定位、夹紧等操作和加工全部不方便。所以，定位基准选在和槽相正确那个端面比较适宜。因为槽深尺寸公差为（0.2mm），而基准不重合造成误差仅为0.1mm，所以这么选择定位基准是能够。
在确保夹角45°±10′方面，工序基准是双孔中心线所在平面，所以定位件采取圆柱销和菱形销。以大端孔为关键定位基准，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，依据槽口要求，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 依据查表取=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
依据铣床X61W型万能铣床说明书，选择
(4)计算基础工时

式中L=ｌ+η+Δ，其中ｌ＝4×70ｍｍ=280mm，依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
佳木斯大学
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
热处理检验

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
全方面检验

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

图1
在加工槽口时。槽口宽度由刀具直接确保，而槽口深度和位置则和设计夹含相关。槽口位置包含两方面要求：
（1）槽口中心面应经过mm中心线，但没有在工序图上提出，说明此项要求精度较低，所以能够不作关键考虑。
（2）要求槽口中心面和两孔中心线所在平面夹角为45°±10′。为确保槽口深度mm和夹角45°±10′，需要分析和这两个要求相关夹具精度。
4.2确定夹具结构方案
4.2.1确定定位方案，设计定位元件
在槽口深度方面工序基准是工件对应端面。从基准重合要求出发，定位基准最好选择此端面。但因为要在此端面上开槽，开槽时，此面必需朝上，对应夹具定位势必需设计成朝下，这对定位、夹紧等操作和加工全部不方便。所以，定位基准选在和槽相正确那个端面比较适宜。因为槽深尺寸公差较大（0.2mm），而基准不重合造成误差仅为0.1mm，所以这么选择定位基准是能够。
在确保夹角45°±10′方面，工序基准是双孔中心线所在平面，所以定位工件采取一圆柱销和一菱形销最为简便。因为槽开在大头端面上，槽中心面应经过孔mm中心线，这说明大头孔还是槽口对称中心面工序基准。所以，应选择大头孔mm作关键定位基准，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），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，在同一面四个槽加工也可采取两种方案：一是采取分度机构在一次装夹中加工，因为不能夹紧大头端，夹具结构比较复杂，但可取得较高槽和槽间位置精度；另一方案是采取两次装夹工件，经过两个菱形定位销分别定位（图2），因为受两次装夹定位误差影响，取得槽和槽间位置精度较低。鉴于本夹具设计中槽和槽间位置精度要求不高（夹角45°±10′），故可采取第二种方案。
4.2.2夹紧方案选择及夹紧机构设计
本设计夹紧机构采取螺钉压板较为适宜。可供选择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。前者缺点是夹紧两次，后者缺点是加紧点离加工面较远，而且压在杆身中部可能引发工件变形。考虑到铣削力较大，故采取第一个方案（如4）。

图4
4.2.3夹具对定位方案确实定
夹具设计除了考虑工件在夹具上定位之外，还要考虑夹具怎样在机床上定位，和刀具相对夹具位置怎样确定。
对设计中铣床夹具，在机床定位是以夹具体底面放在铣床工作台面上，再经过两个定向键和机床工作台T型槽相连接来实现，两定向键之间距离应尽可能远些（图5）。刀具相对夹具位置采取直角对刀块及厚度为5mm塞尺来确定，以确保加工槽面对称度及深度要求（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
依据单位切削力计算公式 查表得
故

依据切削力计算公式
得切削力为 =1069.2 故切削力取 1100N
依据夹紧力计算公式，每个压板需给工件夹紧力为
式中K为安全系数取K=1.6，f为工件和定位元件之间摩擦因数，取f=0.5
故=1760N。取=1800N
即每个压板需给工件压紧力为1800N时满足要求。

4.3.2定位误差分析
本设计中采取一圆柱销一菱形销定位工件，平面内定位销相对工件孔移动定位误差由基准孔D和定位销d之间配合间隙来决定，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
两孔轴线连线角度误差 =0.001
α=3′
满足定位精度要求。
4.4确定夹具关键尺寸、公差和技术要求
图5所表示，在该夹具总图中需标注相关尺寸，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）定位元件定位尺寸及各定位元件间位置尺寸为 、 及80±0.05。
（3）对刀元件工作面和定位元件定位面间位置尺寸为11.5±0.02及11±0.02mm。
（4）夹具定向槽和夹具定向键配合为 。
（5）夹具体和定位套配合为φ25及φ18 。

参考文件
[1] 杨叔子．机械加工工艺师手册[M]．北京：机械工业出版社，．
[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，．
[3] 吴拓．现代机床夹具设计 [M]．北京：化学工业出版社，．
[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，．
[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，．
[6] 孙已德．机床夹具图册[M]．北京：机械工业出版社，1984．

附录
附录一：工序卡
附录二：工序卡
附录三：机械加工工艺过程卡
附录四：零件图