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三孔連桿加工工藝及工裝設計 _______ 31
摘 要
本次設計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。
三孔連桿加工工藝規(guī)程及夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
關鍵詞：三孔連桿，加工工藝，工裝設計
ABSTRACT
This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.Three-hole processing technology of connecting rods and its the processing Φ 35H6 drill hole of jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.
Key words: three holes connecting rod, processing technology, jig design
目 錄
1 緒論………………………………………………………………………...1
2 三孔連桿的設計…………………………………………………………...2
2.1 三孔連桿零件圖……………………………………………………………………2
2.2 零件的工藝分析……………………………………………………………………2
2.3 毛坯的選擇…………………………………………………………………………3
2.4 選擇毛坯……………………………………………………………………………4
2.5 確定毛坯的制造流程，確定毛坯的形狀…………………………………………4
2.6 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量……………………………………………5
2.7 繪制鍛件毛坯簡圖…………………………………………………………………6
2.8 機械加工工藝規(guī)程的制定…………………………………………………………6
2.9 定位基準的選擇……………………………………………………………………6
2.10 零件表面加工方法的選擇………………………………………………………..9
2.11 加工順序的安排…………………………………………………………………10
2.12 加工余量、工序尺寸的確定……………………………………………………13
2.13 切削用量的確定、基本時間的計算……………………………………………14
3 工裝設計………………………………………………………………….24
3.1 機床工藝裝備的確定………………………..……………………….....................24
3.2 機床設備的選擇.......................................................................................................24
3.3 工藝裝備的選擇…………………………………………………………………...24
3.4 機床夾具的設計…………………………………………………………………...25
4 結語..............................................................................................................30
參考文獻..........................................................................................................31
致謝…………………………………………………………………………..32
1 緒論
在今世機械制造產(chǎn)業(yè)正以迅猛的步調(diào)邁向21世紀，加工方式和建造工藝進一步完美和開辟，在古代的切削、磨削技能不斷發(fā)展，上漲到新一種高度的時候，各類特別的法子也在不斷出現(xiàn)，開辟出新的工藝的可能性，到達了新的技術水平，而且在實際的生產(chǎn)過程當中起到了不可或缺的作用；機械加工技能朝著高精度成長，呈現(xiàn)出了所謂的“精密工程”、“納米技術” 。制造的技能向自動化這個目標前進，同時也順著數(shù)控技術、柔性制造系統(tǒng)及計算機集成制造系統(tǒng)這些新技術領域不斷的朝前進取[1]。
就目前的經(jīng)濟發(fā)展，人類在衣食住行保證的前提下，高物質(zhì)享受成了人類追求的目標。汽車逐漸成為重要的交通工具以及高物質(zhì)生活的象征。發(fā)動機是提供汽車動力的重要部件，不過連桿同樣也屬于汽車發(fā)動機中的主要傳動件之一，連桿的合理設計，以及對連桿不斷完善的工藝也對汽車這個行業(yè)起到了非常重要的用處，出于這些原因?qū)B桿制訂出一套公道的加工工藝計劃和策劃出連桿加工的專用夾具非常的重要了。
這次畢業(yè)設計我的任務就是設計三孔連桿，這個汽車中非常常用的一款連桿的工藝及加工中必要的工裝。綜合各方面因素，例如連桿受力情況，連桿加工難度，加工時間等各方面因素等等。以下就是我對三孔連桿的加工工藝及工裝設計的分析。
2 三孔連桿的設計
2.1 三孔連桿零件圖
三孔連桿的零件圖如下圖2-1所示。通過仔細讀圖后，發(fā)現(xiàn)視圖正確、足夠。加工過程當中必要的標注、公差、表面粗糙度、和技術要求全部齊全、合理，同時零件的外面質(zhì)量、外面精度和技術要求在當下的技術前提和生產(chǎn)能力下能夠做成。
圖2-1 三孔連桿零件圖
2.2 零件的工藝分析
參閱了幾本機械書，工藝書，對類似于連桿的著重注意，總結出三孔連桿的工藝大致過程。
(1)銑平面后，立刻肯定大頭孔兩端面為接下去各序加工的主要基準面，如此能確保零件的質(zhì)量被加工的穩(wěn)定性。
(2)銑平面時，應確保小頭孔及耳部孔平面厚度與大頭孔平面厚度的對稱性。
(3)因為連桿有不一樣的三個孔的平面厚度，于是乎，加工中要注重輔助支承合理，以及布置得當。
(4)加工連桿的平面能過分為粗、精兩序，如此能最大程度好的確保三個平面彼此的位置和尺寸精度。
(5)粗、精鏜三孔也可改用專用工裝或組合夾具裝夾。
(6)如果加工尺寸小的連桿，粗、精加工三孔能用鏜床來鏜削。由于三孔的精度要求比較的重要，所以有必要分為粗、精兩步工序。
(7)連桿三孔平行度的檢驗；連桿三孔圓柱度的檢驗。
2.3 毛坯的選擇
連桿是五大主要發(fā)動機部件，其在發(fā)動機的位置顯然是。它是發(fā)動機的動力傳動部件的主要運動，在身上做復雜的平面運動，與活塞往復運動的曲軸連桿高速旋轉(zhuǎn)連桿桿身在大的合成運動的連桿小端，小頭孔運動的復雜振蕩。連桿在經(jīng)受來去的慣性力以外， 還要承受高壓氣體的壓力， 在氣體的壓力和慣性力合成下形成交變載荷， 此時具備耐疲勞、抗沖擊， 并具備足夠的強度、剛度和較好的韌性的連桿就顯得尤為重要了。在今天隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，“小體積，高性能發(fā)動機高功率，低油耗”鏈接的更新，為高速運動部件重量輕的更高的要求，減小慣性力，減少能源消耗和噪聲的強度，剛度高， 連桿的韌性和較高的比短，所以設計加工要求在此時就顯得非常的重要了。
2.3.1 選擇毛坯時應考慮的因素
在挑選毛坯的時候需要考慮如下因素[4]：
(1)毛坯的品種和特征，設計圖紙原則和機械性能；零件的構造形狀和外形尺寸；用于生產(chǎn)不同坯料的方法對其結構及生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)有條件的大小都有特殊的要求；新工藝，新材料新技術的應用。
(2)毛坯結構形狀和尺寸，毛坯形狀應力求接近零件形狀，以減少機械加工勞動量。毛坯尺寸是在原有零件尺寸基礎上，為考慮后來步驟切除多少量的前提。
(3)制造毛坯，毛坯制造精度高，材料利用率高，處理成本低，但相應的設備投資大。因此，確定毛坯的制造精度，需要考慮制造成本的空白和隨后的處理成本。
2.4 選擇毛坯
連桿的作用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，同時也把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出去功率。連桿工作時，需要承受縱向和橫向的慣性力、同時也需要承受燃燒室內(nèi)燃氣產(chǎn)生的壓力。所以，連桿在非常復雜的應力狀態(tài)下，承受了彎曲應力和交變的拉應力，其主要失效形式是疲勞斷裂和過量變形。所以根據(jù)以上條件要求連桿具備充足的工作強度以及抗疲勞能力；同時也需要具備合格的剛度和韌性。于是，連桿的材料通常選用45鋼，40Cr或40MnB等調(diào)制鋼。調(diào)制鋼是指經(jīng)調(diào)制處理后使用的結構鋼[5]，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織為回火索氏體，具有良好的綜合力學性能，即強度高，韌性好。合金調(diào)質(zhì)鋼的合金元素，主要作用是提高剛的滲透性和保證良好的強度和韌性。鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后的力學性能與其滲透性有密切關系。滲透性差的鋼，由于淬不透，在整個截面上得不到均勻一致的力學性能，沒有滲透的部位強度低，韌性差。所以滲透性是調(diào)質(zhì)鋼的一個重要性能。Cr、Ni、Mn、Si、B等元素均能提高鋼的淬透性。綜合所有的因素后決定本設計工藝的三孔連桿采用45鋼。
鋼制零件在機械性能要求不高、結構不復雜的時候，可用型材毛坯，或者鍛造毛坯，由于三孔連桿機械性能要求較高因此可采用鍛造毛坯。同時鍛造的兩種形式：模鍛、自由鍛。自由鍛是將加熱好的金屬坯料放在鍛造設備的上，下砥鐵之間，施加沖擊力或壓力，直接使坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛件的一種加工方法.自由鍛由于鍛件形狀簡單，操作靈活，適用于單件，小批量及重型鍛件的生產(chǎn)，不過自由鍛生產(chǎn)效率低，勞動強度大，僅用于修配或簡單，小型，小批鍛件的生產(chǎn)。模鍛全稱為模型鍛造，將加熱后的坯料放置在固定于模鍛設備上的鍛模內(nèi)鍛造成形的。和自由鍛比較后，模鍛的優(yōu)點是：生產(chǎn)效率高、鍛件尺寸精度高、表面粗糙度低、材料利用率高，能鍛制形狀較復雜的鍛件，操作簡單，易實現(xiàn)機械化等。非常適用于中小型零件的成批大量生產(chǎn)。本設計中零件年產(chǎn)已達到了大批量生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故選用模鍛成型。這也便于提高生產(chǎn)效率同時也保證了加工質(zhì)量[7]。
2.5 確定毛坯的制造流程，確定毛坯的形狀
因為三孔連桿的長度顯然大于它的高度和寬度，鍛造過程當中錘擊目標要求軸線與鍛件的中心垂直，最后鍛造，金屬應該是從寬度和高度的方向流動，而長度方向流動不顯著，因此，往往選擇繪圖、軋制、彎曲、預鍛和終鍛[8]。
鍛造結束后，需要后續(xù)處理及休整對于毛坯來說，處理步驟為[9]：
(1)模鍛件切邊、沖孔，模鍛件一般都帶有飛邊和連皮，需要按切邊、沖孔的方法進行處理。
(2)校正，在切邊和其他工序中都可能引起鍛件的變形，應進行校正，大中型鍛件在熱態(tài)下校正，小鍛件亦可在冷態(tài)下校正，也可在終鍛模或者專門的校正模具中進行。由于三孔連桿屬小型鍛件，選擇在冷態(tài)下校正。
(3)熱處理和時效處理，對模鍛以后的毛坯進行熱處理，去除毛坯的過熱組織和冷變形加深的組織，讓毛坯具有要求的力學性能，通常采用正火或退火。然后對毛坯進行時效處理，消除其內(nèi)應力。
(4)清理，為了讓模鍛件的表面質(zhì)量有所提高，改進切削加工性能，同時表面處理，除去在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氧化皮，所站油污及其他表面缺陷等。
通過以上分析可以最終決定三孔連桿毛坯的選擇，可以將毛坯的選擇列表，如表2-1所示。
表2-1 毛坯的選擇
生產(chǎn)類型
材料
形狀復雜程度
尺寸大小
后續(xù)處理
制造方法
毛坯
大批生產(chǎn)
45鋼
較復雜
小型零件
熱處理、時效處理
模鍛
2.6 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量[10]
(1)公差等級
由三孔連桿的功用和技術要求，確定該零件的公差等級為普通級
(2)鍛件的質(zhì)量
初步估計機械加工后的三孔連桿質(zhì)量為4kg，機械加工前的三孔連桿質(zhì)量為6kg。
(3)鍛件形狀復雜系數(shù)[11]
S = mt/mN
其中：
mt——鍛件重量
mN——鍛件外廓包容體重量
對于非圓形鍛件
mN =lbhρ
ρ是鍛件的材料密度，這里取7.8公斤/立方毫米
S = m/m=6kg/ (351mm164mm35mm7.8)≈0.38
因為0結果在0.32-0.63之間，故該零件形狀復雜系數(shù)屬于S級[11]。
(4)鍛件的材質(zhì)系數(shù) M
因為鍛件材質(zhì)是45鋼，45鋼屬于含碳的質(zhì)量分數(shù)小于0.65%的碳素鋼；所以鍛件的材質(zhì)系數(shù)為M1級[11]。
(5)零件的表面粗糙度
零件圖顯示，隨著粗糙度的零件有著不同表面處理，表面粗糙度是大于或等于1.6μm。
根據(jù)上述因素，通過查表得該鍛件的尺寸公差和機械加工余量，所得結果列表，如表2-2所示。
表2-2 三孔連桿鍛造毛坯尺寸公差及加工余量[12]
鍛件重量/kg
包容體重量/kg
形狀復雜系數(shù)
材質(zhì)系數(shù)
公差等級
6
15.75
S
M
普通級
項目/mm
機械加工余量/mm
尺寸公差/mm
厚度 50
2
2.5
厚度 35
2
2.5
厚度 20
2
2.2
孔徑90
2.5
2.8
孔徑35
3.0
2.5
孔徑25
2.0
2.2
2.7 繪制鍛件毛坯簡圖
由表所得結果，繪制毛坯圖，見A3圖紙---毛坯圖。
2.8 機械加工工藝規(guī)程的制定
在大批量生產(chǎn)三孔連桿的情況下，然后根據(jù)圖紙和連桿的結構尺寸的孔，設計一套三孔連桿機械加工工藝路線，方便提供未來生產(chǎn)的基礎。三孔連桿大致的加工工藝路線能歸納為：毛坯鍛造及熱處理-定位基準的選擇--三孔端面加工--三孔加工-終結檢驗。下面對三孔連桿加工工藝中遇到的問題進行幾個方面的分析。
2.9 定位基準的選擇
所謂基準，就是零件上用來確定其他點、線、面的位置的那些點、線、面。根據(jù)基準功用的不同，又可以分為設計基準和工藝基準兩大類[1、8]。
零件圖樣上所采用的基準，稱為設計基準。這是從工作條件，零件的性能要求，適當?shù)闹圃爝^程和加工工藝來選擇的。在零件圖上可以有一個或者多個設計基準。本設計中的三孔連桿小孔和耳部孔的設計基準是大孔中心線。
零件在加工工藝過程當中所選用的基準稱為工藝基準。定位基準是工藝基準中的一種，而定位基準是獲得尺寸的直接基準，這點就無可替代。定位基準還可進一步分成：粗基準、精基準、以及附加的基準。要想保正加工精度和順利的決定加工順序，選擇合理的定位基準就有著非常非常重要影響。所以，首先解決工藝規(guī)程上的問題就得通過選擇合適的定位基準來實現(xiàn)?；鶞实倪x擇實際上就是基面的選擇問題。第一道工序中，有且僅有毛坯面，所以就用毛坯面來做基準。粗基準就是這種基準。在之后的各工序的加工中，能夠用已經(jīng)加工過、切削好的表面作為定位基準，這種定位基面就稱為精基面。在這次的三孔連桿的機械加工工藝規(guī)程設計中先對定位粗基準和精基準進行了確定，以下就對本次設計的三孔連桿的粗基準和精基準的選擇分別進行討論。
2.9.1 粗基準的選擇
粗基準的選擇主要影響加工表面與不加工表面的相互位置精度，以及影響加工表面的余量分配。所以粗基準的選定需要一定的原則，其基本的原則以下所述：
(1)保證相互位置要求的原則
如必須保證工件上加工面與不加工面的相互位置要求，應以不加工面作為粗基準。
(2)保證加工表面加工余量合理分配的原則
如果必須首先保證工件某重要表面的余量均勻，應選擇該表面的毛坯面為粗基準。
(3)便于工件裝夾的原則
選擇粗基準時，一定要考慮到定位的準確性，夾緊的可靠和夾具的簡單的結構，方便的操作等問題。為確保定位準確，夾緊可靠，需要采用的粗基準盡量的平整、光潔以及足夠大的尺寸，不能有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其它缺陷。
(4)粗基準一般不得重復使用的原則
如可以用精基準定位，那么粗基準通常不該被反復使用。這么做的原因是，如果毛坯的定位面很粗糙，在兩次裝夾的時候使用重復的同一基準，那么會定位誤差想當?shù)拇蟆?
上述四個原則選擇粗基準，每一個原則只可以解釋問題的一個方面。在實際應用中有時可以兼顧這四項原則，與夾具是不是在同一時間，這是要根據(jù)具體情況來抓住主要矛盾，解決主要問題。
在這次的三孔連桿加工工藝的設計中，斟酌了以上的原則之后，可以大致確定在端面的加工時可選擇大頭孔為粗基準，在保證垂直度的情況下，通過劃線找正裝夾的方法，銑削大頭孔端面這也是作為后續(xù)工序的精基準的面，銑小頭孔端面，銑側(cè)耳孔兩側(cè)面。在鉆小孔和側(cè)耳孔時需要以大頭孔作為粗基準，來確定另外兩孔的軸線位置。鉆小頭孔至φ29mm、耳部孔至φ19mm。
根據(jù)上面的所闡述的我們能吧三孔連桿機械加工中粗基準的選擇列個表格，如表2-3所示。
表2-3 粗基準的選擇
粗基準定位面
大頭孔端面
大頭孔端面和孔的內(nèi)徑面
粗加工面及加工內(nèi)容
銑大頭孔端面、小孔和側(cè)耳孔的端面
鉆小頭孔至φ29mm、耳部孔至φ19mm
2.9.2 精基準的選擇
在選取精基準的時候怎么樣保證技術設計要求的實現(xiàn)以及裝夾準確、可靠、方便成了首選需要考慮的主要問題。精基準的選擇原則[6，12]如下所述：
(1)基準重合原則
應量選用被加工表面的設計基準作為精基準。這就是基準重合原則。
(2)統(tǒng)一基準原則
如果工件選用了一個精基準來定位，可以比較方便的加工大多數(shù)其他表面，這時要盡可能早地加工出這個基準面，同時也必須保證一定精度，其它表面的加工都用它為精基準的，稱之為統(tǒng)一基準原則。
(3)互為基準原則
某些位置度要求很高的表面，常采用互為基準反復加工的辦法來達到位置度要求。這稱之為互為基準原則。
目的是為了減小表面粗糙度，減小加工余量和保證加工余量均勻的工序，通常用加工面本身為基準進行加工。這稱為自為基準原則。
（5）便于裝夾原則
選用的精基準，需要確保定位可靠、準確，夾緊機構的盡可能的簡單，操作盡量的方便，這就是所說的便于裝夾原則。
同時，用精基準面加工時需要考慮便于工件加工，并能使夾具結構簡單的原則。
這次的三孔連桿工藝設計中，考慮了上述的原則后，再確定了大頭孔端面是接下去大部分工序的加工的主基準面。
(1)以大頭孔的基準面作為基準，小頭、耳部及桿身輔助支承之后，壓緊工件，銑另一側(cè)端平面，大頭厚度為為50mm，小頭厚度為35mm。
(2)以大頭孔基準面為基準。按大、小頭中心連線找正，壓緊大頭，銑削耳部兩側(cè)平面，確保尺寸高為52mm，厚為20mm。
(3)粗鏜大頭孔時，以大頭孔基準面為基準。小頭及耳部端面加輔助支承后，壓緊工件。粗鏜大頭孔至φ88mm。
(4)精鏜大頭孔時，也選擇大頭孔的基準面作為基準。也是將小頭及耳部端面加輔助支承后，壓緊工件。精鏜大頭孔至φ90H6mm。
(5)粗鏜小頭孔和側(cè)耳孔時，也選擇大頭孔的基準面和大頭孔軸線作為基準。小頭及耳部端面加輔助支承后，壓緊工件。粗鏜小頭孔尺寸至φ33mm。耳部孔尺寸至φ24mm，
(6)接著以大頭孔基準面和大頭孔軸線為精基準，精鏜小頭孔至φ33±0.2mm，保證中心距為270±0.1mm，鏜耳部孔φ25H6mm，保證與大頭孔中心距為95±0.1mm。
根據(jù)上述的分析可以將三孔連桿機械加工中精基準的選擇列表，如表2-4所示。
表2-4 精基準的選擇
精基面
大頭孔端平面
大頭孔基準面
大頭孔基準面
大頭孔基準面
大頭孔基準面和大頭孔軸線
加工面及加工內(nèi)容
小頭、耳部及桿身加輔助支承，壓緊工件，銑另一側(cè)端平面，大頭厚為50mm，小頭厚35mm。
壓緊大頭，銑耳部兩側(cè)平面，保證尺寸高為52mm，厚為20mm。
粗鏜三孔，其中大頭孔尺寸至φ88mm，小頭孔尺寸至φ34mm耳部孔尺寸至φ24.5mm。
精鏜大孔至圖樣要求尺寸φ90H6mm
鏜小頭孔，保證中心距為270mm，鏜耳部孔φ25H6mm，保證與大頭孔中心距為95±0.1mm。
2.10 零件表面加工方法的選擇
工件上的加工表面往往需要通過粗加工、半精加工、精加工等才能逐步達到加工質(zhì)量要求。于是通常在選擇表面加工方法的時候，如要選定加工方法，則要依照零件表面的加工精度和表面粗糙度的要求。接著確定精加工前的準備工序的加工方法，這就是所謂的確定加工方案。因為獲得同一精度和同一粗糙度的方案有許多，所以選擇時也同時要考慮到生產(chǎn)率和經(jīng)濟性，零件的結構形狀、尺寸大小、材料和熱處理要求及工廠的生產(chǎn)條件等[15]。選擇零件表面加工方法時要考慮以下因素：經(jīng)濟精度與經(jīng)濟粗糙度；零件結構形狀和尺寸大?。涣慵牟牧霞盁崽幚硪?；生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。
這次的三孔連桿工藝的設計中三孔連桿零件的加工面有大頭孔端面、小頭孔端面、耳部兩側(cè)平面、大頭孔內(nèi)壁、小頭孔內(nèi)壁、側(cè)耳孔內(nèi)壁。材料都是45鋼，通過查閱表[16]，可以就零件的實際生產(chǎn)加工要求來進行分析確定，現(xiàn)在就三孔連桿各個表面的加工方法進行如下分析確定：
(1)大頭孔端面、小頭孔端面、耳部兩側(cè)平面：粗銑——精銑
這個三孔連桿的材料是45鋼，大頭孔端面、小頭孔端面、耳部兩側(cè)平面的粗糙度要求都是6.3μm，經(jīng)濟精度為IT8，如果僅僅進行粗銑無法滿足精度的要求，所以要在粗銑后再精銑加工一下。
(2)大頭孔內(nèi)壁：粗鏜——精鏜
大頭孔是鍛造就已經(jīng)有的且粗糙度要求是1.6μm，經(jīng)濟精度為IT8，如果湖僅僅用粗鏜難以達到表面粗糙度的要求，采用粗鏜——精鏜——浮動鏜呢完全沒有這個必要，只會增加生產(chǎn)成本。
(3)小頭孔內(nèi)壁、側(cè)耳孔內(nèi)壁：鉆——粗鏜——精鏜
因為大頭孔和側(cè)耳孔早期沒有鍛造出，因此要額外增加一道鉆削工序，粗糙度要求是1.6μm，經(jīng)濟精度為IT8，所以后續(xù)加工工序的選擇和大頭孔內(nèi)壁相同。
結合上述的分析，零件各表面的加工方法選擇，如表2-5所示。
表2-5 零件各表面加工方法的選擇
加工表面
加工方法
大頭孔端面
粗銑——半精銑
小頭孔端面
粗銑——半精銑
耳部兩側(cè)平面
粗銑——半精銑
大頭孔內(nèi)壁
粗鏜——精鏜
小頭孔內(nèi)壁
鉆——粗鏜——精鏜
側(cè)耳孔內(nèi)壁
鉆——粗鏜——精鏜
2.11 加工順序的安排
該零件有多個表面需要機械加工，這些表面不僅本身有一定的表面粗糙度和尺寸精度要求，而且各表面間還有一定的位置要求。而為了滿足以上這些要求，就需要合理安排各個表面的加工工序。
2.11.1 工序安排需遵循的原則
加工順序安排總的原則是前面的工序為后續(xù)工序創(chuàng)造條件，并作好基本準備。機械加工順序的安排有如下原則[13]：
(1)先粗厚精，零件的加工一般應劃分加工階段，先進行粗加工，然后進行半精加工，最后是精加工和光加工，應將粗精加工分開進行。
(2)先主后次，先考慮主要表面的加工，后考慮次要表面的加工。主要表面加工容易出廢品，應放在前階段進行，以減少工時的浪費。次要表面一般加工余量較小，加工比較方便，因此把次要表面加工穿插在各種加工階段中進行，使加工階段更明顯且能順利進行，又能增加加工階段的時間間隔，可以有足夠的時間讓殘余應力重新分布并使其引起的變形充分表現(xiàn)，以便在后續(xù)工序中修正。
(3)先面后孔，先加工平面，后加工孔。應為平面一般面積比較大，輪廓平整，先加工好平面，便于加工孔時的定位夾裝，利于保證孔與平面的位置精度，同時也給孔的加工帶來方便，另外由于平面已加工好，對平面上的孔加工時，使刀具的初始工作條件得到改善。
(4)先基準后其他，工藝路線開始安排的加工面應該是選擇定位基準的精基準面，然后再以精基準定位，加工其它表面。為保證一定的定位精度，當加工面的精度要求很高時，精加工前一般應先精修一下精基準。
2.11.2 加工階段的劃分
劃分加工階段可以達到以下目的[1、6、8]:
(1)利于保證加工質(zhì)量。
(2)便于合理的使用機床設備。
(3)便于熱處理工序安排。
(4)便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷。
該三孔連桿加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工和精加工三個階段。
在粗加工階段，首先將精基準也就是大頭孔端平面準備就緒，讓后面的工序都可采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑大頭孔另一側(cè)端面、小頭孔兩側(cè)端面、耳部兩側(cè)平面。鉆小頭孔、側(cè)耳孔；粗鏜大頭孔、小頭孔和側(cè)耳孔。在半精加工的階段，完成粗銑大頭孔另一側(cè)端面、小頭孔兩側(cè)端面、耳部兩側(cè)平面的半精鏜和大頭孔、小頭孔和側(cè)耳孔的半精鏜、精鏜。然而在其精加工階段主要保證的是三個孔的端面和內(nèi)孔面的表面粗糙度及相互位置精度的要求。
2.11.3 工序順序的安排
（1）機械加工工序
1）根據(jù)“先基準后其他”的原則，先加工精基準——大頭孔端平面和大頭孔內(nèi)表面φ90H6mm。
2）根據(jù)“先粗后精”的原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
3）格局“先面后孔”的原則，先加工大頭孔和小頭孔的兩側(cè)端面及側(cè)耳孔的兩側(cè)平面，后加工三個孔。
（2）熱處理工序
模鍛成型后切邊，進行正火處理，然后噴砂、去毛刺。
（3）輔助工藝
精加工之后安排去刺、修鈍各處尖棱探傷檢查，無損探傷，檢查零件有無裂紋，夾渣等工序
2.11.4 確定工藝路線
考慮了上述工序安排原則的基礎上，列表確定出工藝路線，如表2-6所示。
表2-6 三孔連桿機械加工工藝過程卡
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
工藝裝備
1
鍛
模鍛
2
熱處理
正火處理
3
噴砂
噴砂、去毛刺
4
劃線
劃桿身十字中心線及三孔端面加工線
5
銑
按所劃加工線找正，墊平，桿身加輔助支承，壓緊工件，銑平面至劃線尺寸。并確定大頭孔平面為以下各序加工的主基準面作標記（下稱大頭孔基準面）
X52K
組合夾具
6
銑
以大頭孔基準面為基準。小頭、耳部及桿身加輔助支承，壓緊工件，銑平面，大頭厚為50±0.2mm，小頭厚35±0.2mm
X52K
組合夾具
7
銑
以大頭孔基準面為基準。按大、小頭中心連線找正，壓緊大頭，銑耳部兩側(cè)平面，保尺寸高為52mm，厚為20±0.2mm
X62W（X6132）
組合夾具
8
粗鏜
以大頭孔基準面為基準。小頭及耳部端面加輔助支承后，壓緊工件。粗鏜大頭孔至Φ88mm
T617A
專用夾具
9
精鏜
以大頭孔基準面為基準。小頭及耳部端面加輔助支承后，壓緊工件。精鏜大頭孔至Φ90H6mm
T617A
專用夾具
10
劃線
以大頭毛坯孔為基準，兼顧連桿外形情況，劃兩孔徑的加工線
11
鉆
以大頭孔基準面和大頭孔內(nèi)孔面為基準。小頭及耳部端面加輔助支承后，壓緊工件。鉆小頭孔至Φ29mm、側(cè)耳孔至Φ19mm
Z3050
專用夾具
12
粗鏜
粗鏜小頭孔和側(cè)耳孔，其中小頭孔尺寸至Φ33mm耳部孔尺寸至Φ24mm
T617A
專用夾具
13
精鏜
以大頭孔基準面和大頭孔內(nèi)孔面為基準。小頭及耳部端面加輔助支承后，重新裝夾壓緊工件。精鏜兩孔至圖樣要求尺寸。其中小頭孔Φ35H6 mm，保證中心距為270±0.1mm，耳部孔Φ25H6mm，保證與大頭孔中心距為95mm
T617A
專用夾具
14
倒角
對大頭孔倒角°
15
鉗
修鈍各處尖棱，去毛刺
16
檢驗
檢查各部尺寸及精度
17
檢驗
探傷檢查，無損探傷，檢查零件有無裂紋，夾渣等
磁力探傷儀
18
入庫
油封入庫
2.12 加工余量、工序尺寸的確定
2.12.1 加工余量與工序余量
加工余量是指加工過程中從被加工表面上切除的金屬層厚度[17]。加工余量有工序余量和和加工總余量（毛坯余量）兩種。工序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差 。加工得總余量是把毛坯變?yōu)槌善返恼麄€加工過程中某表面切除的金屬層總厚度，即毛坯尺寸與零件圖設計尺寸之差。這么看來，某個表面的加工總余量就該是表面工序余量之和，所以說每一工序所切除的金屬層厚度稱為工序余量。同時工序余量也能被定義為相鄰兩工序基本尺寸之差。因為加工表面形狀的不同，加的工余量同時能夠分為單邊余量和雙邊余量，零件非對稱結構的非對稱表面，它的加工余量通常為單邊余量；零件對稱結構的對稱表面，它的加工余量一般是雙邊余量。在三孔連桿的機械加工中，大頭孔端平面、小頭孔端面和耳部兩側(cè)平面都是非對稱結構，所以它們的加工余量都是單邊邊余量。三個孔是對稱結構，其加工余量是雙邊余量，工序余量主要受第一道粗加工工序余量與毛坯制造精度的影響。
2.12.2 加工余量與工序尺寸的確定
通過查表[12]計算得出三孔連桿機械加工余量及工序尺寸如表2-7。
表2-7 三孔連桿的機械加工余量及工序尺寸
工序
工序內(nèi)容
單邊余量（mm）
工序尺寸(mm)
表面粗糙度(μm)
7
粗銑耳部兩側(cè)平面
1.25
5250
12.5
半精銑耳部兩側(cè)平面
0.75
5250
6.3
8
粗鏜大頭孔
1.5
Φ90
6.3
9
精鏜大頭孔
1.0
Φ90
1.6
11
鉆小頭孔
14.5
Φ35
6.3
鉆側(cè)耳孔
9.5
Φ25
6.3
12
粗鏜小頭孔
2
Φ35
6.3
粗鏜側(cè)耳孔
2.5
Φ25
6.3
13
精鏜小頭孔
1.0
Φ35
1.6
精鏜側(cè)耳孔
0.5
Φ25
1.6
14
倒角°
1.5
°
12.5
2.13 切削用量的確定、基本時間的計算
2.13.1 工序5
工序5是粗銑大頭孔端面和小頭孔端面，由于粗銑大頭孔端面和小頭孔端面時，是在同一臺機床上經(jīng)過一次裝夾后完成的，因此他們的切削速度和進給量是一樣的，只有背吃刀量不同。
(1)選擇刀具
刀具選取不重磨損硬質(zhì)合金套式面銑刀，刀片采用YG8。
，，。
其中為刀具直徑。
(2)決定銑削用量
1）決定銑削深度
因為加工余量不大，一次加工完成
2）決定每次進給量及切削速度
根據(jù)X52K型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表8-13[19]查得： ，則
按機床標準選取機床主軸轉(zhuǎn)速＝300
當＝300r/min時
符合X52K型銑床機床工作臺進給范圍。
(3)計算工時
切削工時：，，。
其中：=
(雙面×2)
就上面對該步序加工切削用量及基本時間的分析計算，現(xiàn)在將各工步的計算結果列成表，得到工序5的切削用量及基本時間，如下表2-8所示。
表2-8 工序5的切削用量及基本時間
工步
（）
粗銑大頭孔端面
1.5
0.8
113.1
300
0.56
粗銑小頭孔端面
1.5
0.8
113.1
300
0.56
2.13.2 工序6
工序6是精銑大頭孔和小頭孔兩端面。由于精銑大頭孔端面和小頭孔端面時，是在同一臺機床上經(jīng)過一次裝夾后完成的，因此他們的切削速度和進給量是一樣的，只有背吃刀量不同。
(1)選擇刀具
刀具選取不重磨損硬質(zhì)合金套式面銑刀，刀片采用YG6。
，，。
其中為刀具直徑。
(2)決定每次進給量及切削速度
根據(jù)X52K型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表8-13[19]查得： ，則
按機床標準選取機床主軸轉(zhuǎn)速＝300
當＝300r/min時
符合X52K型銑床機床工作臺進給范圍。
3) 計算工時
切削工時：，，。
其中：=
(雙面×2)
就上面對該步序加工切削用量及基本時間的分析計算，現(xiàn)在將各工步的計算結果列成表，得到工序6的切削用量及基本時間，如下表2-9所示
表2-9 工序6的切削用量及基本時間
工步
（）
粗銑大頭孔端面
0.5
0.6
113.1
300
0.74
粗銑小頭孔端面
0.5
0.6
113.1
300
0.74
2.13.3 工序7
(1)選擇刀具
刀具選取莫氏錐柄立銑刀，材料為硬質(zhì)合金。
，，。
其中為刀具直徑。
(2)決定每次進給量及切削速度
切削寬度
根據(jù)X62W型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表8-14[19]查得： ，則
按機床標準選取機床主軸轉(zhuǎn)速＝750
當＝750r/min時
符合X62W型銑床機床工作臺進給范圍。
(3)計算工時
切削工時：，，。
其中：=
(雙面×2)
同理可知精銑側(cè)耳孔兩端面只更改了切削深度，所以根據(jù)表8-14[19]查得，則
同樣選取轉(zhuǎn)速＝750r/min
所以
符合X62W型銑床機床工作臺進給范圍。
則(雙面×2)
就上面對該步序加工切削用量及基本時間的分析計算，現(xiàn)在將各工步的計算結果列成表，得到工序7的切削用量及基本時間，如下表2-10所示
表2-10 工序7的切削用量及基本時間
工步
（）
粗銑側(cè)耳孔兩側(cè)面
1.25
0.24
23.6
750
0.48
精銑側(cè)耳孔兩側(cè)面
0.75
0.20
23.6
750
0.56
2.13.4 工序11
工序11是鉆小頭孔和側(cè)耳孔。因為鉆這兩個孔是同一基準，同一機床上進行，所以只有背吃刀量不同。以下已鉆小頭孔為例進行詳細計算。
(1)選擇刀具
根據(jù)孔的要求以及大小，選用鉆床型號為Z3050，鉆頭選用莫氏錐柄麻花鉆，鉆頭的材料選用高速鋼。
鉆頭直徑，所以。
(2)決定進給量
根據(jù)高速鋼鉆頭鉆孔時的進給量，得到進給量。然后根據(jù)鉆床Z3050進給量表確定進給量。
(3)確定切削速度機床轉(zhuǎn)速
根據(jù)切削速度表，取得切削速度
所以
根據(jù)鉆床Z3050轉(zhuǎn)速說明書表，確定鉆床轉(zhuǎn)速：
所以實際切削速度為：。
(4)計算鉆削的機動時間
其中，，。
同樣的，鉆側(cè)耳孔和鉆小頭孔僅在背吃刀量上有不同。鉆側(cè)耳孔的背吃刀量。所以同樣選取莫氏錐柄麻花鉆，鉆頭的材料選用高速鋼。
鉆頭直徑。所以進給量
根據(jù)鉆床Z3050進給量表選取。
不變
所以
根據(jù)鉆床Z3050轉(zhuǎn)速說明書表，確定鉆床轉(zhuǎn)速：
所以實際切削速度為：
所以。
就上面對該步序加工切削用量及基本時間的分析計算，現(xiàn)在將各工步的計算結果列成表，得到工序11的切削用量及基本時間，如下表2-11所示
表2-11 工序11的切削用量及基本時間
工步
（）
鉆小頭孔
14.5
0.5
18.2
200
0.62
鉆側(cè)耳孔
9.5
0.4
19.4
325
0.48
2.13.5 工序8和工序9
工序8和9分別是粗、精鏜大頭孔。由于這兩步工序在同一機床同一夾具上完成，故只有背吃刀量不同。
(1)選擇刀具
選取鏜刀為機卡單刃鏜刀，材料為高速鋼。
, ，最小鏜孔直徑。
(2)決定每次進給量及切削速度
切削深度。
根據(jù)表5-29[12]可得T617A鏜床每轉(zhuǎn)進給量。
根據(jù)表5-29[12]可初步選取切削速度。
所以
選取主軸轉(zhuǎn)速
此時
(3)計算工時
鏜削大頭孔，鏜刀選用主偏角=90°，查表5-39[12]和5-40[12]得：
??；mm，取，，取。
同樣的，精鏜大頭孔和粗鏜大頭孔只有背吃刀量不同。精鏜大頭孔的背吃刀量。
就上面對該步序加工切削用量及基本時間的分析計算，現(xiàn)在將各工步的計算結果列成表，得到工序8和工序9的切削用量及基本時間，如下表2-12所示
表2-12 工序8和工序9的切削用量及基本時間
工步
（）
粗鏜大頭孔
1.5
0.5
35.3
125
0.72
精鏜大頭孔
1.0
0.5
35.3
125
0.72
2.13.6 工序12
工序12選用的機床和上述工序8一致。并且上述選用的鏜刀在工序12及工序13中同樣適用。不同的是背吃刀量和孔的大小。
按照上述計算方法逐一確定各個參數(shù)。
其中
初選，所以，選取主軸轉(zhuǎn)速
所以實際切削速度
同樣的，選取主軸轉(zhuǎn)速
所以實際切削速度
，
就上面對該步序加工切削用量及基本時間的分析計算，現(xiàn)在將各工步的計算結果列成表，得到工序12的切削用量及基本時間，如下表2-13所示
表2-13 工序12的切削用量及基本時間
工步
（）
粗鏜小頭孔
2.0
0.7
22.5
205
1.5
粗鏜側(cè)耳孔
2.5
0.7
25.1
320
1.1
2.13.7 工序13
工序13選用的機床和上述工序12一致。并且上述選用的鏜刀在工序13中同樣適用。不同的是背吃刀量和孔的大小。
按照上述計算方法逐一確定各個參數(shù)。
其中
初選，所以，選取主軸轉(zhuǎn)速
所以實際切削速度
同樣的，選取主軸轉(zhuǎn)速
所以實際切削速度
，
就上面對該步序加工切削用量及基本時間的分析計算，現(xiàn)在將各工步的計算結果列成表，得到工序13的切削用量及基本時間，如下表2-14所示
表2-14 工序13的切削用量及基本時間
工步
（）
精鏜小頭孔
1.0
0.5
22.5
205
1.1
精鏜側(cè)耳孔
0.5
0.5
25.1
320
0.8
3 工裝設計
3.1 機床工藝裝備的確定
在加工工序的設計過程中，為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具以及確定機床的夾具。
3.2 機床設備的選擇
機床是加工工件的主要生產(chǎn)工具，選擇時應考慮以下幾個問題：(1) 所選擇的機床應與加工零件相適應。 (2) 考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況。(3) 考慮生產(chǎn)工藝技術的發(fā)展。就上述因素的綜合考量，選擇的時候需要充分的利用現(xiàn)有的設備，并盡量的使用中國生產(chǎn)的機床。為現(xiàn)有設備的規(guī)格尺寸和實際精度不能滿足零件的設計要求時，應優(yōu)先考慮新技術、新工藝進行設備改造，實施“以小干大”、“以粗干精”等行之有效的辦法。
這次三孔連桿的設計中，銑削大頭孔和小頭孔端面選用的是X52K型立式銑床進行加工，這是由于銑削大頭孔和小頭孔端面時，只用豎直方向進給，而銑削側(cè)耳孔兩端面是采取X62W型臥式銑床進行加工，水平方向需要進給。鉆削小頭孔和側(cè)耳孔時，根據(jù)最大鉆孔直徑、最大工作行程和生產(chǎn)條件，選擇立式鉆床Z3050型。鏜削三個孔時，根據(jù)三個孔的直徑和鏜床的最大加工直徑選用T617A型鏜床[21]。
3.3 工藝裝備的選擇
3.3.1 夾具的選擇
各種機床上加工零件時所使用的裝夾工件的工藝裝備，稱為機床夾具[22]，如車床上使用的三爪自定心卡盤、銑床上使用的虎口鉗等。其主要功能是實現(xiàn)工件的定位和夾緊，使工件加工時相對于機床、刀具有正確的位置，以保證工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率能達到設計要求。夾具設計一般是在零件的機械加工工藝過程制定之后按照某一工序的具體要求進行的。制定工藝過程，應充分考慮夾具實現(xiàn)的可能性，而設計夾具時，如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見
(1) 機床夾具的工作原理
通過工件各定位面與夾具相應定位元件的定位工作面接觸、配合或?qū)蕘硎构ぜ趭A具中占有正確的位置。夾具對機床應先保證有準確的相對位置，而夾具結構有保證定位元件的定位工作面對夾具與機床相連接表面之間的相對準確位置，這就保證了夾具定位工作面相對機床切削運動形成表面的準確幾何位置，也就達到了工件加工表面對定位基準的相互位置精度要求。同時，夾具使刀具相對有關的定位元件的定位工作面調(diào)整到準確位置，這就保證了刀具在工件上加工出的表面對工件定位基準的位置尺寸。
(2) 機床夾具的組成
機床夾具的種類和結構雖然繁多，但它們的組成均可概括為下面幾個部分。①定位裝置，定位裝置的作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。②夾緊裝置，夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力（切削力等）作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置。③對刀或?qū)蜓b置，對刀或?qū)蜓b置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。④連接元件，連接元件是確定夾具在機床上正確位置的元件。⑤夾具體，夾具體是機床夾具的基礎件。⑥其它裝置或元件，它們是指夾具中因特殊需要而設置的裝置或元件。
3.3.2 刀具的選擇
刀具的選擇主要取決于加工工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度和表面粗糙度、生產(chǎn)率及經(jīng)濟性等，選擇刀具時應盡可能采用高生產(chǎn)率的復合刀具和其他專用刀具。
3.3.3 量具的選擇
量具的選擇主要是根據(jù)要求檢驗的精度和生產(chǎn)類型，量具的精度必須與加工精度相適應。在中、小批生產(chǎn)中，應盡量采用通過用量具、量儀，而在大批大量生產(chǎn)中，則應采用各種量規(guī)、高生產(chǎn)率的檢驗儀器、檢驗夾具等。本設計中盡量選取通用量具。在加工大頭孔、小頭孔和側(cè)耳孔的端面時，查表5-56[12]，計量器具不確定值允許的值為U、=0.029，查表5-57和5-59[12]，選擇讀數(shù)值為0.02的普通游標卡尺不確定值為u=0.020。U
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