连杆铣槽夹具设计说明书(带cad图)

《专业课程设计》

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

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

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（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（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．

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