柴油機連桿工藝和工裝夾具設計

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本零件的作用是用來連接和傳遞運動和動力的，且要求較高。2.1.2零件的工藝分析 浦東由零件圖可知，主要加工表面有：（1）.尺寸55上表面 （2）.尺寸27左表面（3）.38的前后表面（4）.70的半圓孔（5）.基準面1（6）.基準面2（7）.基準面3各表面的相互位置精度要求有：（1）.孔210.2對尺寸55上表面的垂直度公差為0.05；（2）.70的同軸度公差為0.005；（3）.連桿體應該經(jīng)過調質處理，硬度為217293HB；由上述可知，各加工表面以尺寸55上表面、38前后表面為主，有較高的尺寸精度和較高的相互位置尺寸精度要求，因此，擬訂55上表面、38前后表面為主的工藝方案。為了保證各表面的相對位置精度要求，應以定位基準1、定位基準2、定位基準3為定位基準，便于實現(xiàn)基準重合和基準統(tǒng)一。2.1.3零件毛坯的選擇 零件材料為45剛，考慮到零件的經(jīng)濟性和綜合性能要求，可選擇鑄件，可以保證加工精度要求。2.1.4零件的定位基準面的選擇 基準面的選擇是工藝規(guī)程設計中重要的工作之一，基準面選擇的正確與否，可以使加工質量得到保證，使生產力得到提高，否則，不但加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批量報廢，使生產無法正常進行。（1）.粗基準的選擇 粗基準的選擇要保證粗基準定位所加工出的精基準有較高的精度，通過精基準定位使后續(xù)各被加工表面具有較高的均勻的加工余量，并與非加工表面保持應有的相對位置精度。在確定粗基準時，要保證相對位置精度要求和加工表面余量合理分配原則，在本零件中，先以基準面2為粗基準，加工18圓，然后加工20的表面，以18的孔和基準面1來加工70的上表面；在加工70的上表面時，要保證其表面的45度要求，在以此基礎上，加工70的半圓孔，要注意70的同軸度公差要求，要保證足夠的加工余量，然后對R13進行粗加工，在70的表面上鉆倆個孔2-10.2，要保證兩孔的軸線與70的上表面的垂直度。（2）.精基準的選擇 選擇精基準應考慮的主要問題是保證加工精度要求，特別是加工表面的相互位置精度要求，以及實現(xiàn)裝夾的方便、可靠、準確，要考慮到基準重合原則，基準統(tǒng)一原則，互為基準原則，便于裝夾原則。 在本零件中，我選擇了基準面 2作為精基準，以粗糙度要求為12.5來加工18的孔，在鏜18孔的時候，要保證其加工精度要求，然后以18孔來加工55上表面，55上表面是精度要求較高的表面，其粗糙度值為0.8um，為了保證55上表面的精度，用銑刀對55上表面進行銑削加工；尺寸38的前后表面加工要求較高，粗糙度值為0.8um，也需要進行銑削加工；在對孔10.2進行第二次加工時，要保證10.2的軸線與55上表面的垂直度公差為0.05um，同時，也需要注意的是，在加工70的半圓孔時，要注意同軸度公差為0.05um，同時也需要對基準面1進行加工，但要求精度不高，在加工尺寸38前后表面時，其寬度在38.1538.25之間，在70的半圓上，有一個小槽，在加工70時，也需要加工這個小槽，這樣加工是為了便于實現(xiàn)基準重合和基準統(tǒng)一，從而保證了零件的加工質量，并使夾具的設計和制造簡化！三 制定加工工藝路線擬訂零件的加工路線是制定工藝規(guī)程的總體布局，主要任務是選擇各表面的加工方法，及定位基準，確定加工順序，各工序采用的機床設備和工藝裝備等。該零件是大批量生產，可以采用機床配以專用夾具，并適當配置專用機床進行加工，工序以分散為主，某些工序可以適當集中應劃分加工階段，將粗加工和精加工分開；刀具和量具的選擇可以專用的與適用的相結合，根據(jù)以上分析，初步擬訂的工藝路線方案（一）如下：工序 鑄 調質熱處理 銑20的端面 鉆，精鏜18的孔 粗銑55上表面 銑基準面1 鉆2-10.2的孔 鏜2-10.2的 孔 粗銑38前后表面 精銑55上表面和38前后表面 鏜70的半圓和半圓上的小槽 檢查該方案符合分散原則，能將零件按照圖紙的技術要求加工出來，但經(jīng)過仔細分析，該方案需要改進，擬訂工藝路線方案（二）如下：工序 鑄 調質熱處理 鉆18孔 擴18孔 銑20的平面 銑55上表面和38的前后表面 磨55上表面和38的前后表面 粗銑70的半圓和小槽，倒角 精銑70的半圓和小槽，倒角 鉆2-10.2的 孔 鏜2-10.2的 孔 檢查兩種工藝路線的比較：上述的兩種加工工藝路線特點在于：第一種，由于工序分散加工比較繁瑣，但是步驟緊湊； 第二種，由于在55上表面和38的前后表面的精度用銑刀未必能夠達到，在第二種方案中添加了磨這道工序，可以使零件的加工質量得到有效的保證。根據(jù)以上兩種工藝路線方案的分析比較，可以從兩個工藝路線方案中，結合成為一個較為合理的工藝路線方案，其具體工藝路線如下：工序 鑄 調質熱處理 鉆.擴.鏜18的孔 銑20的平面 精銑55上表面和38的前后表面 鉆2-10.02 的孔 鏜2-10.02 的孔 磨55上表面和38的前后表面 粗銑70的半圓 精銑70的半圓 檢查四 .機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定連桿體零件的材料是45剛，硬度為217293HB，為大批量生產，所以采用鑄造的形式。根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：1 內孔18的加工鉆孔17擴孔17.85鏜孔182Z=1.5mm 2 尺寸55上表面和38的前后表面的加工(1) .按照,取加工精度后,鑄件復雜系數(shù)S3,則三個表面的單邊余量為2.03.0mm，取Z=2.0mm，鑄件的公差按工藝手冊，材質系數(shù)取M1，復雜系數(shù)為Sn1，則鑄件的上偏差為+1.3mm，下偏差為-0.7。(2) .磨削余量：單邊0.2mm，磨削的公差既零件的公差，為-0.1mm(3) .銑削余量：銑削的公稱余量（單邊）為Z=2.0-0.2 =1.8mm銑削公差: 現(xiàn)規(guī)定本工序的加工精度為IT11級,因此,可知本工序的公差為-0.2mm。由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差，因此，所規(guī)定的 加工余量其實是其名義上的加工余量，實際上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。3 .210.2的加工毛坯為實心，不沖出孔，參照工藝手冊，來確定加工余量的分配：（1） .鉆孔9.8（2） .鏜孔10.2所以 Z=0五 .確定切削用量及基本工時 5.1 工序 鉆.擴.鏜18的孔5.1.1 鉆18的孔根據(jù)有關資料介紹，利用鉆頭進行擴孔時，其進給量與切削速度，與鉆同樣尺寸的實心孔時的進給量，與切削速度之間的關系為： f=(1.2-1.8)f鉆V=(12-13)V鉆式中: f鉆 V鉆加工實心孔時的切削用量現(xiàn)已知， f鉆=0.56mm/r（切削手冊） v鉆=19.25mm/min（切削手冊）并 f=1.35 f鉆 =1.35*0.56 =0.76 mm/r 按機床選取 f=0.76 mm/r v=0.4 v鉆 =0.4*19.25 mm/r =7.7 mm/min ns=1000v/3.14D =1000*7.7/3.14*41 =59r/min按機床選取nw=58 r/min所以實際切削速度為： V=3.14*41*58/1000 =7.47m/min切削工時： l1=7mm l2=2 mm l=150 mm t=150+7+2/0.76*59 =3.55 min5.1.2 擴18孔根據(jù),查得擴孔擴18孔時的進給量,并根據(jù)機床規(guī)格選 f=1.24mm/r擴孔時的切削速度，根據(jù)其他有關資料，確定為： V=0.4 v鉆其中v鉆為用鉆頭鉆同樣的尺寸實心孔時的切削速度故 V=0.4*19.25 =7.7r/min n=1000*7.7/3.14*43 =57r/min按機床選?。?nw=58 r/min切削工時： l1=3mm l2=1.5 mm t=150+3+1.5/58*1.24 =2.14min5.1.3 鏜18的孔 機床： CA6140夾具： 專用夾具刀具： 鏜刀量具： 塞規(guī)切削用量： ap=18-17.5/2 =0.25mm f=0.2mm/r Vs=15m/min ns=1000*15/3.14*18 =265r/min根據(jù)機床選取： n=270r/min v=3.14*18*450/1000 =25.4m/min切削工時： L=l+l1+l2=55mm T1=55/0.2*450 =0.6min5.2 工序 銑20的平面 fz=0.08mm/齒切削速度：參考有關手冊，確定： V=0.45m/s=27m/min采用高速剛鑲齒三面刃銑刀 dw=225mm 齒數(shù)Z=20 則 ns=1000V/3.14 dw =1000*27/3.14*225=38r/min現(xiàn)采用X63臥式銑床，根據(jù)使用說明書取 nw=37.5r/min故實際切削速度為： V=3.14 dw nw/1000 =3.14*225*37.5/1000 =26.5m/min當 nw=37.5r/min時，工作臺的每分鐘進給量fw應為： fw=fzz/ nw=0.08*20*37.5 =60mm/min 5.3 工序 精銑55上表面和38的前后表面 在精銑55上表面和38的前后表面時，需要保證尺寸38。所以選 fz=0.05mm/齒(參考切削手冊)切削速度： V=0.65m/s=39m/min(參考切削手冊)采用高速剛鑲齒三面刃銑刀dw=225mm 齒數(shù)Z=20 則 ns=1000V/3.14 dw =1000*39/3.14*225 =55.2 r/min現(xiàn)采用X63臥式銑床，根據(jù)使用說明書取 nw=56r/min故實際切削速度為： V=3.14 dw nw/1000 =3.14*225*56/1000 =39.564m/min當 nw=56r/min時，工作臺的每分鐘進給量fw應為： fm=fzz/ nw=0.08*20*56 =56mm/min查資料：剛好有fm=56mm/min，故選用該值。切削工時：由于是精銑，整個銑刀要銑過整個工件，利用作圖法，可得出銑刀的行程： L=l+l1+l2=105mm則機動工時為： tm= l+l1+l2 /fm=105/56 =1.875min5.4 工序 鉆2-10.02 的孔 在鉆10.2時，應保證兩孔的中心距和與70的垂直度。確定進給量f： 根據(jù)切削手冊表2.7，當剛的剛度800Mpa d0=10.2時f=0.390.47mm/r由于本零件在加工70.2時，孔屬于低剛度零件故進給量*系數(shù)0.75則f=(0.390.47)*0.75 =0.290.35mm/r根據(jù)雙軸鉆床說明書取f=0.25mm/r切削速度：V=1.8m/min 所以ns=1000V/3.14 dw =1000*18/3.14*25 =229r/min根據(jù)機床說明書取nw=195r/min 故實際切削速度為： V=3.14 dw nw/1000 =3.14*225*195/1000 =137.76m/min切削工時： L=l+l1+l2=45mm Tm1= l+l1+l2 /fnw =45/195*0.25 =0.92min 5.5 工序 鏜2-10.02 的孔在鏜210.2孔時，要保證210.2孔的粗糙度為6.3um。選用機床： T740金剛鏜床單邊余量： Z=0.1mm，一次鏜去余量0.1mm進給量： f=0.1mm/r根據(jù)有關手冊，確定鏜床的切削速度為： V=1000m/min則nw=1000V/3.14D =1000*100/3.14*10.2 =3122.268r/min由于T740鏜床主軸轉速為無級調速，故以上轉速可以作為加工時的使用的轉速。切削工時： 當加工一個孔時 l1=15mm l2=5mm l=25mm t=25+15+5/3122*0.1 =0.14min所以 加工兩個孔時的機動時間為： t=0.14*2=0.28min5.6 工序 粗銑70的半圓 fz=0.08mm/齒（參考切削手冊表3-3）切削速度： 參考有關手冊來確定： V=0.45m/s=27m/min采用高速剛鑲齒三面刃銑刀 dw=225mm 齒數(shù)z=20 則 ns=1000V/3.14 dw =1000*27/3.14*225 =38r/min現(xiàn)采用X63臥式銑床，根據(jù)使用說明書取 nw=37.5r/min故實際切削速度為： V=3.14 dw nw/1000 =3.14*225*37.5/1000 =26.5m/min當 nw=37.5r/min時，工作臺的每分鐘進給量fw應為： fw=fzz nw=0.08*20*37.5 =60mm/min查資料：剛好有fm=60mm/min，故選用該值。 切削工時：由于是粗銑，整個銑刀不要銑過整個工件，利用作圖法，可得出銑刀的行程： L=l+l1+l2=105mm則機動工時為： tm= l+l1+l2 /fm=105/60=1.875min 5.6 5.7 工序 磨55上表面和38的前后表面在加工此程序時，要保證38的尺寸。5.7.1 選擇砂輪：見工藝手冊第三章中磨料的選擇表，結果為： WA46KV6P350*40*127其含義為： 砂輪磨料為白剛玉，粒度為46號，硬度為中軟1級，陶瓷結合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為： 350*40*127（D*B*d）5.7.2 切削用量的選擇砂輪的轉速n砂=1500r/min(見機床說明書) V砂=27.5m/s軸向進給量： fa= 0.5B=20mm（雙行程）工件速度： vw= 10m/min徑向進給量：fr=0.015mm/雙行程5.7.3 切削工時：當加工1個表面時： t1=2L62bk/1000v fa fr(見工藝手冊表6.2-8)式中 L加工長度96mm B加工寬度38mm Z單面加工余量0.2mm K系數(shù)1.10 V工作臺移動速度m/min fa工作臺往返一次砂輪軸向進給量mm fr工作臺往返一次砂輪徑向進給量mm所以 t1 =2*96*38*1.1/1000*10*20*0.015 =2.67min當加工兩個端面時tm=2.67*2=5.34min 5.8 工序 精銑70的半圓 在精銑70的半圓時，要保證與2-10.2的孔的軸線的垂直度，保證其公差帶要求。在所選的銑刀為立銑刀，有34個刀齒組成。根據(jù)切削手冊表3-3： fz=0.05m/齒切削速度： 參考有關資料，確定 V=0.56m/s=33.6m/min Dw225mm Z=4則 ns=1000V/3.14 dw =1000*33.6/3.14*225=47.5r/min現(xiàn)采用X63臥式銑床，根據(jù)使用說明書取 nw=47r/min故實際切削速度為： V=3.14 dw nw/1000 =3.14*225*47/1000 =32.2m/min當 nw=37.5r/min時，工作臺的每分鐘進給量fw應為： fw=fzz nw=0.05*4*47=9.4mm/min切削工時： tm= l+l1+l2 /fm=70/9.4 =7.44min 六 .夾具設計為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。經(jīng)討論，決定將設計第道工序鉆2-10.2的鉆床夾具，本夾具將用于雙軸鉆床。6.1 問題的提出本夾具主要用于2-10.2孔，70半圓孔對于兩個孔2-10.2都有一定的技術要求，但在加工本工序時，兩孔尚未加工，而且這兩個端面在工序時還要進行加工，因此，在本工序加工時，主要應該考慮如何提高生產率，降低勞動強度，而精度則不是問題。6.1.1 夾具的設計1 .定位基準的選擇由零件圖可知，70對2-10.2有垂直度要求，其設計基準為2-10.2的中心線，為了使定位誤差為零，應該選擇以兩個10.2的孔為定位的自動定心夾具，但這種自動定心夾具在結構上過于復雜，因此，這這是只選用10.2兩孔為主要定位基面。 為了提高加工效率，為了縮短輔助時間，準備用氣動夾緊。2 .切削力及夾緊力的計算刀具： 采用硬質合金鉆頭 F=CfapXFfzaeUYfz/d0qfnWf（見切削手冊表3-28）其中 Cf=650Ap=3.1mmXF=1.0fz=0.08mmd0=225mm Wf=0Ae=40（在加工面上測量近似值）Uf=0.86Qf=0.86Z=20Yf=0.72所以F=650*3.1*0.08*40*20/225 =1456N 在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內。安全系數(shù) K=K1*K2*K3*K4其中K1： 基本安全系數(shù) 1.5K2： 加工安全系數(shù) 1.1K3： 刀具鈍化系數(shù) 1.1K4： 斷續(xù)切削系數(shù) 1.1所以 F=KFH =1.5*1.1*1.1*1.1*1456= 2906.904N選用汽缸斜鍥加緊機構，鍥角a=10，其結構形式選用型，則擴力比I=3.42,故由汽缸產生的實際夾緊力為：N汽=3900i=39003.42 =13338N此時N汽所需要5813.808N的夾緊力，故本來夾具可安全工作。6.2 定位誤差分析6.2.1 定位元件尺寸及公差的確定夾具的主要定位元件為10.2兩孔，該定位10.2兩孔的尺寸與公差規(guī)定為本零件在工作時應該有的公差。（1） 計算70+00.019的孔外端面銑加工后與兩孔210.2的最大垂直度誤差。零件兩孔與70+00.019的最大間隙為max=+0.019-0=0.019mm當定位孔的共度取100mm時，則上述間隙引起的最大傾角為0.019/100，此即為由于定位而引起的70+00.019 的半圓端對兩孔中心線而不起最大垂直度誤差。由70+00.019 孔要進行精加工，故上述垂直度誤差可以允許。6.3 夾具設計及操作簡要說明 如前所述，在設計夾具時，應注意提高該產品的生產率，為此，應該先著眼于機動夾緊而不采用手動夾緊。因此這是提高產品生產率的重要途徑。本道工序的銑床夾具就選擇該夾緊方式。本工序由于是粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢必要增大汽缸直徑，而這樣使整個夾具龐大。因此，應首先改進降低切削力；目前采取措施有三： 一 是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力； 二 是選擇一種比較理想的斜鍥機構，盡量增加該機構的擴展力。 三 是在可能的情況下，適當提高壓縮完全的工件壓力，以增加汽缸推力，結果本夾具總的感覺還比較緊湊。 定位方案的設計是夾具設計的第一步，也是夾具設計中的最關鍵一步。定位方案的好壞，將直接影響加工精度和加工效率。定位方案一經(jīng)確定，夾具的其他組成部分也大體隨之而定，因此，對于定位方案必須慎重考慮，以滿足設計的要求。由于定位元件的精度對加工精度影響很大，所以在設計定位元件時，其材料的選擇和技術條件應有較高的要求；定位元件與工件定位基準面或配合的表面，一般不低于IT8，常選IT7甚至IT6制造；定位元件工作表面的粗糙度值一般不大于Ra1.6um，常選Ra0.8 um和Ra0.4um；采用調整法和修配法提高裝配精度，以保證夾具安裝面的平行度或垂直度要求。定位方案的設計，不僅要求符合六點定位要求，而且應有足夠的定位精度；不僅要求定位元件的結構簡單，定位可靠，而且應容易加工和裝配。此外，還應對其熱處理性能，經(jīng)濟性等多方面進行分析，論證，才能確定最佳方案。本夾具是由定位塊，定位柱和定位板來實現(xiàn)連桿體加工時的定位的。在安裝工件時先擰松螺母24，使T型壓板松動，然后將工件裝上，擰緊即可。在機床工作時，雙軸通過鉆模板對工件進行加工，在鉆模板上，鉆套和襯套，襯套和鉆模板都有一定的配合公差要求。 參考文獻1.畢業(yè)設計指導書 青島海洋大學出版社出版2.機械制圖 高等教育出版社出版3.切削用量簡明手冊 機械工業(yè)出版社出版4.機械制造工藝簡明手冊 機械工業(yè)出版社出版5.機械夾具設計手冊 上海科技出版社出版6.CAD技術 電子出版社出版心得與體會在設計指導老師的正確指導下，本次設計任務已初步完成，對在本設計過程中的種因素，方案均作了適當?shù)目紤]，同時采取了相應的措施。在設計過程中，基本圍繞連桿體的設計步驟進行并力求使結構簡單，便于安裝，調整和維修，但由于設計者知識水平和實踐機會有限，所在設計過程中對課題的深度和廣度，難免有出現(xiàn)漏洞及不如意之處，加上時間有限，對整個升降機全部設計還有較多工作來做，這都需要在今后的工作中使自己更加努力學習，不斷完善自己，最終不斷促進自己。二個月的辛勤勞動結束了，在這段時間內使自己已經(jīng)受到一次嚴格、正規(guī)、有序的鍛煉，獲得了很多知識，從許多手冊，以及參考資料中汲取豐富的未曾學過的東西。在這里，我要感謝我的指導老師周梅芳教師，非常感謝她在我設計過程中的淳淳教導以及對有關問題的指點。本設計中難免有不足之處，敬望各位答辯老師多多諒解指正。24