连杆盖设计说明书及钻2—M12孔夹具设计

摘要

连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。

机械加工工艺是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保障。然而夹具又是制造系统的重要部分，工艺对夹具的要求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、自动化、标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。

关键字：连杆，加工工艺，夹具设计

目录

摘要............................................................................................................. I 第1章零件的工艺分析 (1)

1.1零件的功用、结构及特点 (1)

1.2 零件的工艺分析 (2)

第2章毛坯的选择 (3)

2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差 (3)

2.2 定毛坯的技术要求 (3)

2.3 绘制毛坯图 (3)

2.4 确定机械加工余量、工序尺寸及公差 (4)

第3章基准的选择 (5)

第4章拟订机械加工工艺路线 (6)

4.1 确定各表面的加工方法 (6)

4.2 拟订加工工艺路线 (6)

4.2.1工艺路线方案1 (6)

4.2.2工艺路线方案2 (7)

4.3工艺方案的比较与分析 (7)

第5章确立切削用量及基本工时 (8)

5.1工序2切削用量及其基本时间的确定 (8)

5.1.1 确定每齿进给量fz (8)

5.1.2 选择铣刀磨钝标准和耐用度 (8)

5.1.3确定切削速度和工作台每分钟进给量 (8)

5.1.4基本时间 (9)

5.2工序4切削用量及其基本时间的确定 (9)

5.2.1 确定进给量f (9)

5.2.2 确定切削速度V (9)

5.2.3 确定切削速度V (9)

5.2.4 基本时间的确定 (10)

5.3工序9切削用量及其基本时间的确定 (10)

5.3.1 确定每齿进给量f

(10)

z

5.3.2 选择铣刀磨钝标准和耐用度 (10)

5.3.3 确定切削速度和工作台每分钟进给量 (10)

5.3.4基本时间 (11)

5.4工序10切削用量及其基本时间的确定 (11)

(11)

5.4.1 确定每齿进给量f

z

5.4.2 选择铣刀磨钝标准和耐用度 (11)

5.4.3 确定切削速度和工作台每分钟进给量 (12)

5.4.4基本时间 (12)

第6章夹具体方案设计 (13)

6.1确定定位基准 (13)

6.2 确定夹具整体方案 (13)

6.2.1 方案的选择 (14)

6.3夹具定位误差分析 (14)

6.4夹紧力的计算 (14)

6.5切屑参数的设定 (15)

6.5.1钻孔切削用量 (15)

6.5.2确定进给量f (15)

6.5.3确定切削速度v (15)

6.6、钻孔基本时间的确定 (16)

6.7、定位误差分析 (16)

6.8 夹具精度分析 (16)

6.9 夹具总体设计 (17)

第7章夹具结构设计 (20)

7.1钻套 (20)

7.2夹具体设计 (20)

7.3压板 (21)

7.4夹紧机构 (22)

7.5刀具的选择 (23)

7.6夹具的设计及操作的简要说明 (24)

7.7结构特点 (24)

设计心得 (24)

参考文献 (25)

附录 (26)

第1章零件的工艺分析

1.1零件的功用、结构及特点

图1.1为连杆盖零件，材料为QT450-10铸件，生产纲领为6000 件／年。要求设计加工该零用的毛坯图或零件与毛坯合图1张，关键工序机械加工工艺过程卡片1套，主要工序的机械加工工序卡片３份，以及设计说明书1份。

图1.1零件图

连杆是柴油机的重要零件之一。连杆体和连杆盖通过螺栓连接成为一整体,其大头孔与曲轴相连,小头通过活塞销和活塞相连,将作用于活塞气体的膨胀压力传给曲轴,又受曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。

1.2 零件的工艺分析

连杆盖共有两组加工表面,他们之间有一定的位置要求。现分述如下：

1.以mm 81Φ内孔为中心的加工表面：这一组加工表面包括：mm 021

.00

8181+Φ的内孔及倒角,两个12M 的螺纹孔,与内孔中心相距尺寸为mm 021

.005.3+的平面,还有相距为mm 0

023.094+-的两平面,以及一段半径为

25R 的圆弧。 2.以m 20孔为中心的加工表面：这一组加工表面包括：2个023

.0020+Φmm 的内孔及其倒角,宽为15.005

.015++mm 的槽,相距尺寸为15

.0037+mm 的凹槽。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求,主要是：

a.连杆盖的端面相对021

.0081+Φmm 内孔中心的对称度公差为mm 3.0; b.宽为15

.005.015++mm 的槽相对连杆盖中心的对称度公差为

mm 2.0; c.023

.0020+Φmm 孔与021.0081+Φmm 内圆中心的连线相距为mm 85。 d.023.0020+Φmm 两孔与021.0081+Φmm 内圆的平行度公差为mm 2.0。

第2章毛坯的选择

2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差

（l）.因零件材料为铸铁件,要求的年产量为6000 件,属大批生产,左支座的轮廓尺寸不大,且有较多不需要切削加工的表面．所以毛坯制造选用砂型手工造型铸造成形。

（2）.连杆盖属特形零件,且加工过程中利用不加工表面进行定位的工序少,故零件毛坯选为粗铸件。铸件尺寸公差等级为 CT11,加工余量等级按H级。

2.2 定毛坯的技术要求

（1）.铸件经人工时效处理；

（2）.逐渐不允许有夹渣、气孔、疏松等缺陷；

（3）.材料为QT450-10。

2.3 绘制毛坯图

根据连杆盖零件图,在各加工表面上加上机械加工余量,绘制毛坯图,如图2。1。

图2.3.1毛胚图

2.4 确定机械加工余量、工序尺寸及公差

第3章基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。否则,加工工艺过程中回问题百出,更有甚者,还会造成零件的大批报废,是生产无法正常进行。

（1）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,现选取81

内孔左右两边的凸台的上表面作为粗基准,在小端尾部用V型块,限制6个自由度,达到完全定位,然后进行车销。

（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。

第4章拟订机械加工工艺路线

4.1 确定各表面的加工方法

根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求,选定如下加工方法：大端端面：粗铣—精铣

螺纹孔下端面：粗铣－精铣

螺纹孔：钻—扩—铰

大端侧面：粗铣—半精铣

81

Φ孔：粗镗—半精镗—精镗—浮动镗刀块精镗

小端凹槽：粗铣—精铣

Φ孔：钻—扩—粗铰—精铰

21

21

Φ圆槽：镗

R圆弧：镗

Φ孔内的25

81

4.2 拟订加工工艺路线

4.2.1工艺路线方案1

工序1 铸造毛坯。

工序2 粗铣大端侧面,以螺纹孔定位。

工序3 精铣大端侧面,以螺纹孔定位。

工序4 粗铣螺纹孔下端面,以大端端面定位。

工序5 精铣大端端面。

工序6 钻、扩、12

Φ螺纹孔,以大端端面定位。

工序7 精铣小侧面,以螺纹孔定位。

Φ螺纹孔,以大端端面定位。

工序8 铰12

工序9 精铣螺纹孔下端面,以大端定位。

Φ孔,并倒角,以大端定位。

工序10 合连杆盖,粗镗81

工序11 钻20

Φ孔定位。

Φ孔,并倒角,以81

工序12 铰20

Φ孔,以大端定位。

工序13 镗21

Φ内槽,以81

Φ孔定位。

工序14 半精镗,精镗,浮动镗刀块镗81

Φ孔。

工序15 铰20

Φ孔,以大端定位。

工序16 粗、精铣上端凹槽,以20

Φ孔和大端侧面定位。

4.2.2工艺路线方案2

工序1 铸造毛坯。

工序2粗—精铣大小端侧面,两面互为基准（翻转几次）

工序3粗-精铣大端端面

工序4钻-扩-铰20

Φ孔，以大端端面定位

工序5 合连杆盖,粗镗81

Φ孔,并倒角,以大端定位。

工序6半精镗,精镗,浮动镗刀块镗81

Φ孔定位钻

Φ孔,并镗25

R圆弧,以20工序7 镗21

Φ孔定位。

Φ内槽,以81

工序8钻-扩-铰12

Φ螺纹孔，以20

Φ孔和大端侧面定位

工序9粗精铣螺纹孔下端台阶面，以20

Φ孔和侧面。

Φ孔81

工序10粗、精铣上端凹槽,以20

Φ孔和大端侧面定位。

4.3工艺方案的比较与分析

工艺路线一是按照工序分散的原则制定的,这样使得装夹次数增多,大大的降低了生产效率,对成批生产不适合,而且在选择粗基准的时候先加工侧面,给后面的加工带来了很大的误差。

工艺路线按照工序集中的原则,克服了路线一的缺点,在粗基准选择上比较合理,先加工大端端面,减少对后面的加工所带来的误差。

通过分析,最终选用路线2。

第5章 确立切削用量及基本工时

5.1工序2切削用量及其基本时间的确定

本工序为粗铣大小端侧面,所选用刀具为高速钢直齿三面刃铣刀。铣刀直

径mm d 200=,宽度mm L 200=,齿数mm Z 40=

5.1.1 确定每齿进给量fz

由[3]文献表9。4-1知道X62卧室铣床的功率为KW 5.7,工艺系统刚性为中等,细齿盘铣刀加工铸铁,查得z mm fz /30.0~15.0=。现取z mm fz /20.0=

5.1.2 选择铣刀磨钝标准和耐用度

由[3]文献表9.4-7查得铣刀刀齿后到刀面最大磨损量为mm 25.0~20.0,耐用度min 180=T

5.1.3确定切削速度和工作台每分钟进给量

根据[3]

文献表9。4-8中的公式计算：

v v v v v

p u e y z x p m q v z a f a T d C V =

（5-1）

式

中

53=v C ,25.0=v q ,1.0=v X ,4.0=v y ,3.0=v U ,1.0=v P ,2.0=m ,min 180=T ,

mm a p 5.1=,z mm fz /2.0=,mm a e 50=,24=z ,mm d 200=。

min /6.27m V =

1000/43.9/min n V d π== （5-2） 根据X62型卧式铣床主轴转速表,查[1]文献表4.2-9选择min /5.37r n =, 实际切削速度0.39/V m s =,工作台没分钟进给粮为180/min mz z n f f z mm ==。 根据X62型卧式铣床主轴转速表,查文献[1]表4.2-40选择mm f mz /150=则实际的

每齿进给量为0.17/z f mm z =

5.1.4基本时间

根据[1]文献表6.2-7,三面铣刀铣平面的基本时间为

12()/Mz T l l l f =++ (5-3) 式中,mm l 50=, mm l 301=, mm l 22=,

s T 32min 54.0==,182s 6==T T 总

5.2工序4切削用量及其基本时间的确定

5.2.1 确定进给量f

本工序为钻孔,刀具为直柄麻花钻,钻头直径18d 0=,HBS<200,根据[3]

文献

表5-127,75.0~61.0=f ,本孔加工要绞,2/75.0~2/61.0=f ,根据[1]文献表4.2-16,Z525立式钻床的进给量取z mm f /36.0=。

5.2.2 确定切削速度V

查[6]文献 3.1,min /35m V = 则min /639)18/(351000r n =??=π。 根据[1]文献表4.2-15 取min /545r n = 则实际速度min /8.30m V =。 钻孔基本时间的确定

12()/n T l l l f =++ （5-4）

式中, 43=l ,7)2~1(6.09)2~1()2/(1=+?=+=ctgkr D l ,02=l

29.15min 25.0==T

5.2.3 确定切削速度V

min /6.19~5.17)3/1~2/1(m V V ==钻 v

则5.281~6.186=n 根据[

1]

文献表 4.2-15 取min /272r n =实际速度

min /9.16m V =。

5.2.4 基本时间的确定

根据[1]

文献表6.2-5

s l l l l T 43f n

2

1=++=

(5-5) 式中2)2~1(590)188.19()2~1()2/(1=+?-=+-=ctg d D l ctgkr ,42=l s T 22=

5.3工序9切削用量及其基本时间的确定

本工序为粗铣螺纹孔下台阶端面,所选用刀具为高速钢直齿三面刃铣刀.

铣刀直径mm d 200=,宽度mm l 12=,齿数24=z .

5.3.1 确定每齿进给量z f

由[3]文献表9.4-1知道X62卧室铣床的功率为kw 5.7,工艺系统刚性为中等,

细齿盘铣刀加工铸铁,查得z mm f z /3.0~15.0=.现取z mm f z /20.0=.

5.3.2 选择铣刀磨钝标准和耐用度

由[3]文献表9.4-7查得铣刀刀齿后到刀面最大磨损量为mm 25.0~20.0,耐用度min 180=T .

5.3.3 确定切削速度和工作台每分钟进给量

根据(5-1)计算： 式

中

,53=v c 25.0=v q ,1.0=v x ,4.0=v y ,3.0=v u ,1.0=v p ,2.0=m ,min 180=T ,

8.1=p a ,z mm f z /2.0=,m e m a 50=,24=z ,mm d 200=。

min /6.27m v =

根据(5-2)计算：

min /9.431000r n d

v

==

π

根据X62型卧式铣床主轴转速表,查文献[1]表4.2-9选择

min /5.37r n =,实际切削速度s m v /39.0=,工作台没分钟进给粮为

min /180mm z f f n z mz ==。

根据X62型卧式铣床主轴转速表,查[1]文献表4.2-40选择min /150mm f mz =, 则实际的每齿进给量为z mm f z /17.0=。

5.3.4基本时间

根据[1]

文献表6.2-7,三面铣刀铣平面的基本时间为

Mz

2

1f l l l T ++=

（5-6）

式中 2,30,5021===l l l

s T 32min 54.0==

5.4工序10切削用量及其基本时间的确定

本工序为粗铣上端槽,所选用刀具为高速钢直齿三面刃铣刀.铣刀直径

mm d 200=,宽度mm L 10=,齿数24=Z .

5.4.1 确定每齿进给量z f

由[3]文献表9.4-1知道X52型立式铣床的功率为7.5KW,工艺系统刚性为中等,细齿盘铣刀加工铸铁,查得z mm f z /30.0~15.0=.现取z mm f z /20.0=。

5.4.2 选择铣刀磨钝标准和耐用度

由[3]文献]表9.4-7查得铣刀刀齿后到刀面最大磨损量为mm 25.0~20.0,耐用度min 180=T 。

5.4.3 确定切削速度和工作台每分钟进给量

根据(5-1)计算： 式中

,53=v C 25.0=v q ，1.0=v X ，4.0=v y ,3.0=v U ,1.0=v P ,2.0=m ,180=T T,

40=p a ,2.0=z f ,40=e a 24=Z ,200=d . min /2.24m V = 根据(5-2)计算：

min /5.381000r d

V

n ==

π 根据X62型卧式铣床主轴转速表,查[1]文献表4.2-9选择min /5.37=n ,实际切削速度s mm v /6.23=,工作台每分钟进给粮为

min /180mm Z f f n z m z ==

根据X62型卧式铣床主轴转速表,查[1]文献表4.2-40选择min /150mm f m z =,则实际的每齿进给量为z mm f z /17.0=。

5.4.4基本时间

根据[1]文献表6.2-7,三面铣刀铣平面的基本时间为 Mz

f l l l T 2

1++=

(5-7)

式中43=l ,821=l ,22=l ,

51min 85.0==T

第6章夹具体方案设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。

根据工艺决定设计凸台上两个12.5孔的夹具。可选用525

Z型号立式钻床。选用直柄麻花钻(GB/T6135.3-1996),扩孔采用直柄扩孔钻（GB/T1141-1984）。6.1确定定位基准

本工序为钻并扩12

Φ的两孔，以20

Φ为定位基准。

6.2 确定夹具整体方案

方案一；

采用V型块的定位方案，一个下方20

Φ小孔固定，上方用一压板压紧，用支撑板定位端面。

图6.2.1方案一

方案二；

采用ф20孔型块在在下方定位，上方用ф80的孔定位。

图6.2.2 方案二

6.2.1 方案的选择

方案一与方案二是从不同的方向对孔进行加工，但方案一中的压紧端面是进行过加工的，而方案二中的钻孔上端面没有加工。本着先面后孔的原则，故方案一实用。

6.3夹具定位误差分析

由于每一个工件的尺寸和表面形状上存在着公差范围内的差异，夹具定位元件也有一定的制造误差，结果会使每个具体表面相对于理想位置产生位置变动量，产生定位误差。

定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。这个变动量相对于基本尺寸而言是个微量，因而可将其视为冒个基本尺寸的微分。找出以工序基准为端点的在加工尺寸方向上的冒个基本尺寸，对其进行微分，就可以得到定位误差。

6.4夹紧力的计算

夹紧装置是夹具德尔重要组成部分。在设计夹紧装置时应注意；

1、在夹紧过程中应保持工件定位时所获得的正确位置。

2、夹紧力大小适当。

3、夹紧装置应操作方便、省力、安全。

4、夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。 切削力：

C C KF F =

查参考[2]文献得

,14,83.0,65.0.0.1,30=====Z UF YF XF CF 65.0,0.1,30===F F F Y X C ,

0.1=F X ,65.0=F Y ,83.0=F U ,14=Z

,0,500==F W d 8,3.3,83.0===p e F a a q N F C 17.68=

夹紧力：

查参考[1]文献表6.3-6简单螺旋夹紧机构的类型与夹紧力的计算得12=M 的螺旋压紧力为C F W N W >>=,1005,故采用螺旋夹紧有效。

6.5切屑参数的设定

6.5.1钻孔切削用量

本工序为钻mm 122Φ?的通孔。单边切屑余量为mm 11。

6.5.2确定进给量f

本工序为钻孔，钻孔使用直柄麻花钻(GB/T6135.3-1996)，根据[3]文献 2.32钻头的直径为200,00.120<<=HBS d ,根据[3]文献 2.7，6.1~05.0=f ，根据

[3]文献 2.32，选取Z3025钻床的主轴进给量00.1=f 。

6.5.3 确定切削速度v

根据[3]文献 2.30,切削速度0v v

v M p v v

C d Z v K T a X fy =

，1=f f=1 ， 9.4v C =，

0.25v Z = 0=Xv 0.4v y = ,125.0=m .

Tv K =0.1 1.0mv K = 0.9sy K = 1.0tv K = 0.84xy K = 1.0lv K = 0.756V TV mv sv tv xv lv K K K K K K K ==

0 5.88/min v v

v M

p v v

C d Z v K m T a X fy =

= 010001000 5.88

170.2/min 3.1411

v n r d ?=

==π? 则

根据[3]文献 2.32,取min /200r n = 实际

0 3.1411200 6.9/min 10001000

d n v m π??=

==

6.6、钻孔基本时间的确定

根据[1]文献表6.2-7，三面铣刀铣平面的基本时间为：

n

f l l l T 2

1++=

(6-1) 0,7)2~1(6.0)2~1()2/(,43211==+=+==l ctgk D l l

s T 29.15min 25.0==

6.7、定位误差分析

由于每一个工件的尺寸和表面形状上存在着公差范围内的差异，夹具定位元件也有一定的制造误差，结果会使每个具体表面相对于理想位置产生位置变动量，产生定位误差。

定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。这个变动量相对于基本尺寸而言是个微量，因而可将其视为冒个基本尺寸的微分。找出以工序基准为端点的在加工尺寸方向上的冒个基本尺寸，对其进行微分，就可以得到定位误差。

6.8 夹具精度分析

使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有；

1、定位误差工件安装在夹具上位置不准确或不一致。

2、家具制造与装夹误差包括夹具制造误差、夹紧误差、导向误差。

3、加工过程误差在加工过程中由于工艺系统的几何误差、受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差。

6.9 夹具总体设计

图6.9.1 转配图主视图