連桿夾具設計

前言本文主要論述的是連桿的加工工藝及連桿小頭孔加工的夾具設計。連桿是發(fā)動機的主要傳動件之一，在工作中，除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿的尺寸精度、位置精度、形狀精度的要求都很高。而連桿的剛性比較差，加工時容易變形。因此，在連桿加工工藝過程的安排時，需要把各個加工表面及孔的粗加工和精加工分開進行，逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應力的影響，并修正加工工后的變形，最后達到零件的工藝要求。關鍵詞：連桿變形夾具設計工藝要求第一章 工藝過程的制定第一節(jié) 零件圖樣的分析和零件圖的繪制（一）分析零件的功用及其在部件（或總裝）中的裝配位置連桿在發(fā)動機中的主要作用是傳遞力。其大頭孔與曲軸的曲柄連接，小頭通過活塞銷與活塞連接。其作用是將活塞受到的氣體壓力傳遞給曲軸，使曲軸做功。反過來又將曲軸的力矩傳遞到活塞上，驅動活塞壓縮氣體做功。連桿承受的是沖擊載荷，因此要求質量小、強度高。由于連桿既是傳力零件，又是運動桿件，所以不能單靠加大零件的尺寸來提高其承載能力，而是通過材料的合理選擇和結構的優(yōu)化設計來滿足其綜合性能要求。（二）分析零件的結構特征連桿由大頭、小頭和桿身等部分組成。大頭為開式結構，連桿體與連桿蓋用螺栓連接。大頭孔和小頭孔內(nèi)分別安裝軸瓦和襯套。為了減輕重量且使連桿具有足夠的強度和剛度，連桿的桿身為工字形，其外表面不進行機械加工。其大頭和小頭端面與桿身對稱。圖1為連桿簡圖，通過垂直于桿身軸線的平面作為連桿體和連桿蓋的結合面。為了減少活塞銷和連桿小頭孔的磨損及磨損后便于維修， 在連桿小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套。大頭孔內(nèi)裝有軸瓦，以減少大頭孔和曲柄的磨損。 軸瓦是通過直接在大頭孔內(nèi)澆注抗磨合金得到的。（三）分析零件的加工要求和加工表面的特征1小頭孔的精度連桿小頭孔的尺寸公差不低于IT7，表面粗糙度Ra值不大于μm，圓柱度公差等級不低于7級，小頭襯套的尺寸公差不低于IT6，表面粗糙度Ra值不大于.μm，圓柱度公差等級不低于6級.。大頭孔的精度大頭孔的軸瓦用巴士合金澆注，大頭底孔的尺寸精度為IT9，表面粗糙度Ra值不大于μm，圓柱度公差等級不低于6級。圖平行度在大小頭孔決定的平面的平行方向上，平行度公差值應不大于100：，垂直于上述平面的方向上，平行度公差值應不大于100:。中心距大、小頭孔的中心距將影響到發(fā)動機壓縮比，進而影響發(fā)動機的效率，所以連桿大、小頭孔的中心距偏差通常為±。有關螺栓孔的技術要求連桿在工作時受急劇變化的動載荷，這一動載荷又傳到連桿體和連桿蓋的兩個螺釘和螺母上。因此除了對螺釘、螺母的質量要求較高外，對于加工這兩個螺栓孔及斷面也有很高的技術要求，螺栓孔的公差等級應不大于IT8，表面粗糙度Ra的值不大于μm，兩螺栓孔在互相垂直的兩個方向的平行度公差不大于100：，螺栓孔兩斷面對螺栓孔軸心線的圓跳動應不大于 100:。有關結合面的要求在受到動載荷時，結合面的歪斜將導致連桿體和連桿蓋的錯位，使底孔座和軸瓦結合不良造成軸瓦磨損不均勻。結合面的平面度將影響到連桿體和連桿蓋結合的緊密程度，因而也會影響螺栓的受力情況，軸瓦的磨損情況，因此結合面采用撐斷工藝，使結合后更加緊密。大、小頭的厚度考慮到加工時的定位和加工過程中的運輸要求， 需要將大、小頭的厚度加工一致，均為33mm。在最后的工藝過程中，才將小頭孔加工至指定要求厚度。這樣更加有利于保證加工精度。第二節(jié) 毛坯制造方法的選擇毛坯制造方法的選擇，取決于零件的結構、尺寸大小、材料和生產(chǎn)量等條件。連桿的材料一般采用45鋼或40Cr、35CrMo并經(jīng)調制處理，以提高其強度及抗沖擊能力。我國有些工廠也有用球墨鑄鐵制造連桿的。鋼制連桿一般采用鍛造，在單間小批量生產(chǎn)時采用自由鍛造或簡單的胎膜進行鍛造，由于我們需要的是進行中批量的生產(chǎn)，所以我們采用模鍛。模鍛是，一般分兩個工序進行，即初鍛和終鍛。通常在切邊后進行熱矯正，中、小型的連桿，其大、小頭的斷面常進行精壓，以提高毛坯精度。模鍛生產(chǎn)率高，但需要較大的生產(chǎn)設備，在本課題中，我們采用45鋼作為毛坯材料并經(jīng)調制處理，最后采用模鍛來完成。第三節(jié) 擬定機械加工工藝過程（一）、選擇定位基準連桿的工藝特點是：外形較復雜，不易定位；大、小頭是由細長的桿身連接，剛度差，容易變形，尺寸公差、形狀和位置公差要求很嚴，表面粗糙度值小。這給連桿機械加工帶來了許多困難。定位基準的正確選擇對保證加工精度是很重要的。在機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定端面和大頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側的外表面作為另一基面。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。這樣就可以使各工序中的定位基準線統(tǒng)一起來，減少了定位誤差。具體的辦法是，如圖2所示：在安裝工件時，注意將成套編號標記的一面不與夾具的定位元件接觸，在精鏜小頭孔時，以定位基面為定位基準將其固定在夾具上，以大頭孔軸線為基準加工小頭孔。為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要配合。即在粗加工大、小頭孔前，粗銑端面，在精鏜大、小頭孔前，精磨端面。由于用大頭孔和端面作為定位基準，所以這些表面的加工安排的較早。在以大頭孔軸線作為基準加工小頭孔時，加工的工序為鉆孔、擴孔和鉸孔。這些工序對于較后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都比較大，如果在遇上工件本身的剛性較差，則對加工精度會有很大的影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整個工藝過程的加工精度有很大的影響。連桿的加工就是如此，在連桿的加工路線中，在精加工主要表面之前，先銑兩個端面，銑端面時，以連桿的大頭外形和桿身作為定位基準，這種定位方法使工件夾緊時變形較小，同時可以銑工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。同時，由于是以對稱面定位的，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。（二）、連桿主要表面的加工方法兩端面：粗銑、粗磨、半精磨、精磨。小頭孔：鉆孔、擴孔、鉸孔、精鏜、壓入襯套后再精鏜。大頭孔：粗鏜、半精鏜、澆注耐磨合金后精鏜、精細鏜。螺栓孔：鉆孔、擴孔、鉸孔。結合面：銑引段槽、撐斷。（三）、擬定零件機械加工藝路線表機械加工工藝路線公工序名稱工序內(nèi)容工藝裝序備1銑粗銑大、小頭孔兩端面，每面留1mm的余量X52K2半精銑半精銑大、小頭兩端面，加工余量為X52K3退磁將工件退磁，避免后續(xù)加工受影響4鉆以基面定位，在小頭孔端面鉆直徑為32mm的孔Z375锪以基面、小頭孔軸線锪锪小頭孔倒角6粗鏜以基面、大頭孔軸線粗鏜大頭孔表面，加工到直徑T68為65mm7車將大頭孔外表面車成圓形C6132打成套編在桿身和連桿蓋合適部位打成套編號號9粗銑在大頭外圓銑出螺栓孔端面X52K10精銑精銑螺栓孔平面使上下端面距離為90mmX52K鉆、擴、鉆、擴、鉸兩螺栓孔，使兩孔關于大頭孔中心對稱，Z37鉸且兩孔間的距離為77mm。中間檢測檢測加工尺寸是否達到要求，并去除加工內(nèi)應力。13粗磨以基面為基準，銑大、小頭孔端面，銑削余量為。M735014退磁將工件退磁，避免后續(xù)加工受影響15半精鏜以基面和大頭孔軸線為基準，半精鏜大頭孔內(nèi)表M7350面，加工余量為2mm16鉸鉸小頭孔，加工余量為，最終尺寸為H8Z3733k717去毛刺用銼刀挫掉毛刺18壓入襯套在小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套氣動壓床19銑在大頭孔過軸線切與桿身垂直的平面銑引斷槽X5320撐斷將連桿體和連桿蓋撐斷去全部毛用銼刀挫掉毛刺刺22倒角加工螺栓孔口450倒角Z305023裝配將連桿體和連桿蓋合裝。24精磨精磨大、小頭孔兩端面，是最終遲尺寸為M735025精鉸精鉸小頭孔襯套到33H8Z37k726精鏜精鏜大頭孔到68H8Z6827中間檢測檢測尺寸是否達到要求并去除加工內(nèi)應力28倒角大、小頭孔口到450斜角Z3050去全部毛去除全部毛刺刺30清洗在汽油溶液中清洗全部零件31探傷檢測零件是否損傷并檢驗硬度32入庫封裝入庫（四）、確定切削用量表 大頭孔兩端面加工余量及尺寸要求工序名稱工序余量要求精度工序尺寸及公差粗銑2IT1334±半精銑IT10±粗磨IT8±精磨IT7表小頭孔兩端面加工余量及尺寸要求工序名稱工序余量要求精度工序尺寸及公差粗銑2IT1334±半精銑IT11±粗磨IT8±精磨 IT7表 小頭孔加工余量及尺寸要求工序名稱工序余量要求精度工序尺寸及公差鉆孔32IT1132±擴孔IT10±鉸孔IT733k7H8表大頭孔加工余量及尺寸要求工序名稱工序余量要求精度工序尺寸及公差粗鏜5IT1065±半精鏜2IT967±精鏜IT8±精細鏜IT868H8表螺栓孔加工余量及尺寸要求工序名稱工序余量要求精度工序尺寸及公差鉆孔5IT1111±擴孔IT9±鉸孔IT9120+（五）、計算確定工時定額（參考文獻 1）1大頭端面加工（a）粗銑背吃刀量：ap=3mm進給量：根據(jù)表5—7選取機床功率5~10kw工作系統(tǒng)的剛度為中等選取fz=~z切削速度：根據(jù)表5—9選取d/z=125/14選取fz=v=m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—15選X52K銑床按機床選取n=118r/min則實際切削速度V=nπD/1000=min基本時間：l=100mml1=ae(dae)=50mm2fMzzl=2~5mm=nfZ=ztj=(l+l1+l2)/fMz=（b）半精銑粗糙度：根據(jù)表5—8選取Ra=μm取f=~rfz=~z切削速度：根據(jù)表5—9選取選取d/z=125/14選取fzv=50m/min=則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—15選X52K銑床按機床選取n=150r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：l=100mml1=50mm2=ae(dae)l=2~5mmfMz=nfzZ=105mm/ztj=(l+l1+l2)/fMz=c）粗磨大頭端面背吃刀量：ap=工件運動速度：根據(jù)表5—35選取v=20m/min磨削寬度ae=80mm進給量f=r磨削速度：則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表5—10選M7350磨床按機床選取n=90mm/r則實際切削速度V=nπd/1000=m/minfr0=rjbr0z=t=zk/nf（d）精磨背吃刀量：ap=工件運動速度：根據(jù)表5—35選取v=25m/min磨削寬度ae=80mm進給量f=r磨削速度：則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表5—10選M7350磨床按機床選取n=100r/min則實際切削速度V=nπd/1000=minfr0=rtj=zbk/nfr0z=2小頭端面加工（a）粗銑背吃刀量：ap=3mm進給量：根據(jù)表5—7選取機床功率5~10kw工作系統(tǒng)的剛度為中等選取f=~zz切削速度：根據(jù)表5—9選取d/z=80mm/10mm選取fz=zv=min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—15選X52K銑床按機床選取n=190r/min則實際切削速度V=nπD/1000=min基本時間：l=80mml1ae(dae)=28mm2=2~5mmfMzzZ=z=l=nftj=(l+l1+l2)/fMz=（b）半精銑粗糙度：根據(jù)表5—8選取Ra=μm取f=~fz=~1mm/z切削速度：根據(jù)表5—9選取選取d/z=80mm/10mm選取fz=zv=m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—15選X52K銑床按機床選取n=235r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：l=80mml1ae(dae)=28mm2=l=2~5mmfMz=nfzZ=ztj=(l+l1+l2)/fMz=（c）粗磨大頭端面背吃刀量：ap=工件運動速度：根據(jù)表5—35選取v=20m/min磨削寬度ae=80mm進給量f=r磨削速度：則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表5—10選M7350磨床按機床選取n=130mm/r則實際切削速度V=nπd/1000=m/minfr0=r基本時間：tjbr0z==zk/nf（d）精磨背吃刀量：ap=工件運動速度：根據(jù)表5—35選取v=25m/min磨削寬度ae=80mm進給量f=r磨削速度：則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表5—10選M7350磨床按機床選取n=160r/min則實際切削速度V=nπd/1000=minfr0=r基本時間：tjbr0z==zk/nf3加工小頭孔（a）鉆小頭孔加工孔徑： 32mm切削用量：f=~r切削速度：根據(jù)表

5—22選

v=min則主軸轉速n=1000V/πd=min基本時間：

根據(jù)表4—6選Z37鉆床 n=710r/min則實際切削速度V=nπd/1000=70m/minL=33mm l1=d/2cotkr+(1~2)= l2=(1~4)=2mmtj=L/fn=（b）擴小頭孔加工孔徑：進給量：f=r切削速度：根據(jù)表 5—24選 v=min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—6選Z37鉆床 n=710r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：L=33mm l1=(D-d)/2cotk+(1~2)=tj=L/fn=（c）鉸小頭孔加工孔徑：

33mm進給量：根據(jù)表 5—31選切削速度：根據(jù)表 5—31

f=~rv=~5m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—9選Z550鉆床 n=32r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：L=33mm l1=(D-d)/2cotk+(1~2)=tj=L/fn=大頭孔加工（a）粗鏜選用硬質合金刀切削用量：根據(jù)表5—30f=~r切削速度：根據(jù)表5—30v=40~60m/min選取v=50m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—10選T68鏜床n=300r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：L=33mml1pr+(2~3)=2=a/tankl=(3~5)=4mmtj=L/fn=（b）半精鏜選用硬質合金刀切削用量：根據(jù)表5—30f=~r切削速度：根據(jù)表5—30v=80~120m/min選取v=90m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—10選T68鏜床n=450r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：L=33mml1pr+(2~3)=2=a/tankl=(3~5)=4mmtj=L/fn=c）精鏜選用硬質合金刀切削用量：根據(jù)表5—30f=~r切削速度：根據(jù)表5—30v=8~20m/min選取v=15m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—10選T68鏜床n=90r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：L=33mml1pr+(2~3)=2=a/tankl=(3~5)=4mmtj=L/fn=d）精細鏜選用硬質合金刀切削用量：根據(jù)表5—28f=~r切削速度：根據(jù)表5—28v=60~90m/min選取v=85m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—10選T68鏜床n=400r/min則實際切削速度V=nπd/1000=min基本時間：L=33mml1pr+(2~3)=2=a/tankl=(3~5)=4mmtj=L/fn==5螺栓孔加工（a）鉆螺栓孔加工孔徑： 11mm切削用量：f=~r切削速度：根據(jù)表 5—22選 v=min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—6選Z37鉆床 n=900r/min則實際切削速度V=nπd/1000=70m/min基本時間：l=90mm l1=d/2cotkr+(1~2)= l2=(1~4)=2mmtj=L/fn=b）擴小頭孔加工孔徑：進給量：f=r切削速度：根據(jù)表 5—24選 v=min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—6選Z37鉆床 n=1120r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：L=90mm l1=(D-d)/2cotk+(1~2)=tj=L/fn=（c）鉸小頭孔加工孔徑：12mm進給量：根據(jù)表5—31選f=~rr切削速度：根據(jù)表5—31v=~5m/min則主軸轉速n=1000V/πd=min根據(jù)表4—9選Z550鉆床 n=89r/min則實際切削速度V=nπd/1000=m/min基本時間：L=90mml1=(D-d)/2cotk+(1~2)=tj=L/fn=總輔助時間：tbtj~==作業(yè)時間：tw=tj+tb=布置工地時間：tsw~==t休息與生理需要時間：tr=tw~=單件工時定額：tt=tjbsr=+t+t+t6批量計算本課程設計采用中批量生產(chǎn)，年產(chǎn)量為10000輛汽車，該汽車為四缸發(fā)動機。生產(chǎn)綱領：N=Qm(1+a)(1+b)=73920Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量m—一件產(chǎn)品中相同零件的數(shù)目a——零件的備品率n——零件的廢品率批量：n=N/M=1540 M——零件全年投入批次第二章 專用機床夾具設計第一節(jié) 專用機床夾具結構設計前，應考慮的一些問題（一）、專用機床夾具結構的機械化程度和生產(chǎn)綱領相適應。在大批量生產(chǎn)時，應采用機械化程度較高的氣動、液動或其他高效、省力的夾緊裝置，以縮短裝載工件的輔助時間和減輕工人的勞動強度。而中批量生產(chǎn)時，為使經(jīng)濟行良好，因受生產(chǎn)條件的限制，應盡可能使夾具結構簡單，多采用手動夾緊機構。本課題為中批量生產(chǎn)汽車發(fā)動機連桿，故采用手動夾緊機構。（二）、專用機床夾具零件標準化程度高。為縮短夾具設計時間，提高夾具設計質量和降低夾具制造周期及成本，夾具設計時應盡可能采用結構成熟的標準夾緊機構，標準夾具元件和標準件。（三）、夾具結構應具有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性。為保證加工要求和夾具本身的精度不受破壞，以及加工中夾具不發(fā)生振動等，夾具結構應具有較高的剛度和強度，夾具安裝在機床工作臺上應該具有良好的穩(wěn)定性。所以夾具體底面輪廓尺寸與夾具高度應適當成比例。（四）、裝夾工件要方便、操作要安全。夾緊機構的操作手柄放在右側，防止基金機構的活動件與機床、刀具相碰撞。（五）夾具元件、零件制造和夾具裝配工藝性良好。第二節(jié) 專用機床夾具設計步驟（一）、專用機床夾具結構方案設計1定位方案選擇與分析（a）分析第一類自由度：在加工小頭孔時，需要限制的第一類自由度為沿方向的移動和轉動、沿 z軸的轉動。

x、y（b）選擇和設計定位元件：根據(jù)夾具對工件定位的可能性，對工藝上給定的定位基準進行分析其可行性。最終決定采取圓形定位柱（圖 ）V型塊（圖 ）和夾具體上的大平面作為定位元件。其中定位柱限制工件沿 x、y方向的移動和轉動，V型塊限制沿z軸的轉動夾具體上的大平面作為輔助支撐，用來保證零件在加工過程中的剛度和穩(wěn)定性。（c）定位精度的分析與計算：在 制 造 夾 具

體

時 的

技 術 要

求 如 下圖夾具體的尺寸：260+mm35+170+定位銷的尺寸：26+mm580在加工過程中小頭孔的圓度有機床刀具保證，中心距有夾具保證。檢驗中心距定位誤差：基準不重合誤差 jb=0基準位移誤差jy=++=<根據(jù)檢驗的夾具的定位誤差小于零件的實際誤差，所以夾具設計符合要求。導向、對刀元件的選擇與設計根據(jù)加工表面的形狀和加工要求，在夾具適當位置處設置導向元件（鉆小頭孔時的鉆套）。其結構簡圖如下（3）夾緊機構的設計根據(jù)工件的工作特點，加工要求和對夾緊力的要求，應合理選擇或設計夾緊機構的尺寸大小。在本課程設計中，夾具夾緊機構尺寸，按照經(jīng)驗方法確定。其生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，所以夾緊機構選擇為手動夾緊。其結構簡圖如圖所示。圖4）確定機床夾具與機床間的正確位置的保證方法和連接方式為保證工件的加工要求，不僅要使工件相對于機床夾具定位元件等要占有正確的位置，而且還應使機床夾具相對于機床也要占有正確的位置。在加工連桿的小頭孔時，鉆床夾具與機床件的正確位置主要靠鉆套軸線與鉆床主軸軸線重合保證的，其具體過程如下：首先在鉆床主軸上固定安裝一個杠桿式千分表，找正鉆套內(nèi)孔與鉆床主軸同心。鉆套位置確定后，用螺旋壓板壓緊在鉆床工作