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南通職業(yè)大學
畢業(yè)設計（論文）
課題：連桿的機械加工工藝及夾具設計
院 部 機械工程學院
專 業(yè) 數(shù)控
班 級 141
姓 名 嵇臨海
指導教師 張瑞華
完成日期 17年3月21日
30
摘 要
這一次的畢業(yè)設計的內容就是根據(jù)普通的典型的加工用零件，然后將零件進行工藝上面分析，通過工藝分析然后確定零件的主要工序的夾具設計。
本次提供的零件為鏜床上的一個零件，零件名為連桿，根據(jù)此零件圖上的基本技術要求，分析其各表面的加工精度、主要加工尺寸、主要的形位公差要求，分析零件的制造材料和毛坯的加工余量，并確定毛坯圖。再通過分析滿足這些要求所需要的加工方法和所需要的加工設備。然后我們分析一下這個零件的工藝的方案，之后選擇合理的工藝方案成為最終的加工工藝流程，最后制定加工工藝過程卡以及工序卡。當零件的工藝規(guī)程確定好了以后，對每一個工序進行相關的切削用量還有基本工時的計算。
當工藝規(guī)程設計完成之后，然后從當中選擇主要工序進行專用夾具的一個設計。本次選擇的是連桿鉆小孔和鏜大孔的專用夾具。分別針對鉆孔和鏜孔夾具設計采用的定位方式確定定位元件，夾緊方式確定夾緊元件，夾具的整體布置設計，在夾具設計過程中還注意分析夾具定位產生的定位誤差，并針對夾具結構的不足之處方面上，在以后設計中注意進行改進。
關鍵詞：連桿；夾具設計；工藝規(guī)程設計
3
Abstract
This graduation design content according to a typical processing part, and carries on the craft analysis to its part, and through the craft analysis determines its part the main procedure specialized jig design.
This time to provide spare parts for a part on a lathe parts, called the link, according to the basic technical requirements of the parts of the map, analyze the machining precision and the surface of the main processing size, main tolerancing, machining allowance analysis material manufactured parts and blank, and determine the blank map. Through the analysis to meet the requirements of the processing method and the required processing equipment. Then analyze the parts of the process plan, select a reasonable process plan for the final processing procedures, and develop processing process cards and process cards. After determining the process rules of parts, calculate the cutting parameters and basic working hours for each process.
After the completion of process design, select the main process from the design of special fixture. This choice is the connecting rod drilling hole and boring hole special fixture. To determine the positioning element for the positioning method by drilling and boring fixture design respectively, determine the clamping element clamping, the overall layout design of the fixture, the fixture positioning error analysis is generated in the fixture design process, and in view of the shortcomings of fixture structure aspect, make improvements in the design of later note.
Key word: connecting rod; fixture design; process planning
目錄
摘 要 1
Abstract 2
目錄 3
第1章 零件的分析 4
1.1 零件圖的技術要求分析 4
1.2 零件的工藝分析 4
第2章工藝規(guī)程設計 6
2.1 確定毛坯的制造形式 6
2.2 基準的選擇 6
2.2.1 粗基準的選擇 6
2.2.2 精基準的選擇 6
2.3工藝路線的擬定 6
2.3.1工序的合理組合 6
2.4制定工藝路線 7
2.5加工余量及毛坯尺寸的確定 7
2.6選擇加工設備及刀具、夾具、量具 9
第3章確定切削用量及基本工時 10
3.1 工序銑大小頭側端面 10
3.2粗、精鏜孔φ28H7 11
3.3 工序銑開口槽9.5mm 12
3.4工序鉆鉸孔 13
3.5工序鉆鉸φ11 14
第4章鏜28孔夾具 16
4.1定位基準的選擇 16
4.2定位元件的選擇 16
4.3定位誤差分析 17
4.4切削力及夾緊力的計算 19
4.5夾緊裝置的設計 21
結論 22
參考文獻 29
致 謝 30
第1章 零件的分析
1.1 零件圖的技術要求分析
圖1-1 連桿零件圖
根據(jù)提供的連桿零件圖，見圖1-1所示，可知該零件主要的加工特征分成面加工、大孔加工、小孔加工三種特征。
面的加工特征包括大頭的兩側端面、小頭的兩側端面及上部寬度端面、切口槽等。
大孔的加工特征包括大孔φ28。
小孔的加工特征包括φ10、φ11孔等。
1.2 零件的工藝分析
本次的零件主要加工主要有3組加工面：
1、面加工：零件的大頭兩側端面、小頭的兩側端面、側邊寬度端面和切口槽。
2、大孔：零件的主要大孔φ28H7。
3、各小孔：小頭端面的φ10H9孔和大頭側邊的φ11孔。
第2章工藝規(guī)程設計
2.1 確定毛坯的制造形式
鏜床連桿是鏜床中的一個基礎零件，是安裝在鏜床變速箱中的一個部件，它所需要連接的撥桿轉軸；因此該零件要求有足夠的剛度和強度，需要具有良好的機械性能，并且具備一定的回轉性能。在材料上選擇HT200灰口鑄鐵，其加工性能比較好，鑄造的毛坯體容易實現(xiàn)，因此采用砂型鑄造件，HT200的灰口鑄鐵。
正確的選擇毛坯，對后續(xù)的加工有著很重要的影響，對于毛坯的材料和制造方法，同樣還包括毛坯的制造精度對工件的后續(xù)加工質量都有重大的影響。
所以確定好毛坯的制造形式很重要，本次的連桿考慮為批量生產，根據(jù)零件的形狀確定毛坯為鑄造件，可以將整體的零件基本型腔都可以鑄造出來，有些不加工的面可以直接鑄造出成型，這樣比較的方便，本次選擇的鑄造方式為砂型鑄造方式，鑄造的方式可以大大減低工人的勞動強度。
2.2 基準的選擇
2.2.1 粗基準的選擇
零件在加工的時候，一般都要考慮開始加工的粗基準，一般的鑄造件選擇的粗基準大都考慮其不加工的表面或者開始加工的表面，本次的零件外形來看，粗基準可以選擇左右端面作為粗基準，此工件的外形比較好定位，對后續(xù)加工也會有所保障。因此本次的外形作為粗基準。
2.2.2 精基準的選擇
精基準的選擇一般都要以開始加工后的表面，本次的零件中φ22孔都為主要的加工表面，在加工φ28孔后對工件的其他特征均需要后續(xù)加工完成，根據(jù)零件圖可知，零件中的φ28孔與槽以及小孔有一定的尺寸關系，因此本次考慮的精基準，就是對φ28孔作為精基準。
2.3工藝路線的擬定
2.3.1工序的合理組合
機械的加工工序一般采用先面后孔的原則，先大面后小面，孔的加工是先大孔后小孔，先簡單后復雜的方式來進行工序的合理安排。本次的工序安排就是基本按照這個原則。
2.4制定工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。通過仔細考慮零件的技術要求后，制定以下工藝方案：
方案一：
工序1：鑄造
工序2：熱處理，人工時效處理
工序3：銑一側的大頭端面
工序4：銑一側的小頭端面
工序5：銑另一側的大頭端面
工序6：銑另一側的小頭端面
工序7：鏜孔φ28H7
工序8：鉆鉸φ10H9
工序9：銑大頭側邊的寬度36mm及12mm處端面
工序10：銑寬槽9.5mm
工序11：鉆鉸φ11孔
工序12：去毛刺到棱角
工序13：檢驗入庫
方案二：
工序1：鑄造
工序2：熱處理，人工時效處理
工序3：銑一側的小頭端面
工序4：銑一側的大頭端面
工序5：鏜孔φ28H7
工序6：鉆鉸φ10H9
工序7：銑另一側的大頭端面
工序8：銑另一側的小頭端面
工序9：銑大頭側邊的寬度36mm及12mm處端面
工序10：銑寬槽9.5mm
工序11：鉆鉸φ11孔
工序12：去毛刺到棱角
分析：方案二相對于方案一部分工序有問題，沒有遵循先面后孔的原則。所以選擇方案一。
2.5加工余量及毛坯尺寸的確定
本次連桿毛坯采用灰口鑄鐵HT200，鑄造的方法采用砂型鑄造的方法，其基本結構按照基本的毛坯方式來進行制造，毛坯制造完成后要進行清理砂子處理，并最好進行退火處理去除表面應力，進行人工時效處理，這樣有利于后續(xù)零件的加工，提高零件的切削性能。并且毛坯不得有氣孔、裂紋、砂眼等鑄造缺陷。
該零件的所要加工的平面的余量單邊需要留有4-5mm加工余量，粗銑留有3mm加工余量，精銑留有1-2mm的加工余量，各尺寸的上下公差設置為、等，毛坯中的大孔留有單邊3mm的加工余量，毛坯中各小孔鑄造時均采用實心體，不沖孔處理，毛坯不允許有裂痕，加工表面不允許有氣孔，疏松，不允許有雜質和其它方面的缺陷。
根據(jù)尺寸查閱《金屬機械加工工藝人員手冊》第五章，再根據(jù)所制定的工藝規(guī)程，參考《機械加工余量與公差手冊》，確定工序間的加工余和公差等級，并確定零件總的加工余量。
根據(jù)《機械制造工藝簡明手冊》 表2.2—3可知鑄件的尺寸公差為8—10級。
根據(jù)原始資料及加工工藝，分別確定零件各加工表面的機械加工余量、毛坯尺寸如下：
（1）連桿寬度方向尺寸：
毛坯的左側端面和右側的端面加工余量為3mm，分為粗加工2mm加工余量，精加工1mm的加工余量，毛坯的寬度尺寸的公差按照上下擺動0.8mm的浮動公差，那么所該零件大頭兩側端面的毛坯尺寸為mm
大頭孔兩側端面的毛坯的尺寸為：26mm
毛坯最小尺寸為：26-0.8=25.2mm
這個毛坯的最大的尺寸：26+0.8=26.8mm
小頭的兩側端面的毛坯的名義尺寸為：16mm
毛坯最小尺寸為：16-0.8=15.2mm
毛坯最大尺寸為：16+0.8=16.8mm
（2）毛坯中的各小孔均按實心體鑄造出都為后續(xù)加工。
φ10的孔
鉆孔： φ9.5
鉸孔：φ10H9
φ11的孔
鉆孔：φ10.6
鉸孔：φ11
（3）大孔φ28H7按照單邊加工余量4mm計算，此大孔的毛坯孔直接鑄出φ20的孔即可。
2.6選擇加工設備及刀具、夾具、量具
由于生產類型為批量生產，故加工設備宜以通用機床為主，輔以少量專用機床。其生產方式為以通用機床附帶的專用夾具為主。工件在機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。
銑削各表面特征的時候，由于該加工對象為整體的平面表面。銑床的附件可以選擇萬能銑床中的萬能分度頭，可以輔助對工件的安裝起到作用。銑削各表面的過程中，由于工件為一定的不規(guī)則物體，因此在銑削各表面的時候均需要采用專用夾具進行裝夾。包括銑左右側端面，還有下部和上部的寬槽等專用夾具。銑各表面過程中使用的刀具，在銑端面的時候選擇端面銑刀φ50mm，銑寬槽的時候選擇立銑刀φ10mm。選擇的量具包括游標卡尺0-300mm、游標深度尺0-150mm，分厘卡200-300mm等。
鏜孔φ28K7的選擇臥式鏜床T68型即可，刀具選擇內孔鏜刀，量具選擇內徑千分尺25-50mm。
鉆孔中，φ10H9的孔選擇鉆底孔的鉆頭標準麻花鉆頭直徑φ9.5mm，最后選擇機用鉸刀φ10。φ11的孔選擇用標準麻花鉆頭φ10.6。鉸孔選擇鉸刀φ11，所需要的量具包括游標卡尺0-150mm。
第3章確定切削用量及基本工時
3.1 工序銑大小頭側端面
該加工零件材料：HT200 灰口鑄鐵
機床選用：選用臥式萬能銑床，型號為X62W
刀具選用：選用端面銑刀，刀桿尺寸銑刀盤直徑φ50mm
粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-73，取
銑削速度：參照文獻[7]表2.4-81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為2
機動時間：
精銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-73，取
銑削速度：參照文獻[7]表2.4-81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為2
機動時間：
3.2粗、精鏜孔φ28H7
機床：臥式鏜床
刀具：鏜刀
1) 粗、精鏜孔
粗鏜 孔
切削深度：
進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為。確定進給量
切削速度：參照文獻[7]表2.4-66，取
機床主軸轉速：，
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
精鏜孔
切削深度：
進給量：切削深度，文獻[7]表2.4-66。進給量
切削速度：參照文獻[7]表2.4-66，取
機床主軸轉速：，
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
3.3 工序銑開口槽9.5mm
機床：銑床X62W
刀具：硬質合金立銑刀 齒數(shù)
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-73，取
銑削速度：文獻[7]表2.4-81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)文獻[7]表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為2
機動時間：
3.4工序鉆鉸孔
機床：Z3050鉆床
刀具：麻花鉆
（1）鉆定位孔φ9.5
切削深度：
進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-39，取
切削速度：文獻[7]表2.4-41，取
機床主軸轉速：，
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為5
機動時間：
（2）鉸定位孔φ10
切削深度：
進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-58，取
切削速度：參照文獻[7]表2.4-60，取
機床主軸轉速：，
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為5
機動時間：
3.5工序鉆鉸φ11
（1）鉆孔φ10.6
切削深度：
進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-58，取
切削速度：參照文獻[7]表2.4-60，取
機床主軸轉速：，
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為2
機動時間：
（2）鉸孔φ11
切削深度：
進給量：根據(jù)文獻[7]表2.4-58，取
切削速度：參照文獻[7]表2.4-60，取
機床主軸轉速：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為5
機動時間：
第4章鏜28孔夾具
4.1定位基準的選擇
本夾具主要是對連桿工件中的φ28孔進行鏜孔的專用夾具的設計，根據(jù)其零件的形狀，需要加工φ28孔的時候，工件的各表面特征暫時沒有加工，根據(jù)整體的形狀來看，就需要考慮使用外形來確定定位，應用定位原則的方式。并且綜合也要考慮到批量生產的需求，在本道工序加工的時候，結合實際的使用情況，為了能夠提高生產效率，并且可以降低勞動強度。
本次選擇圓弧φ25外圓和φ22外圓為定位基準。
4.2定位元件的選擇
以外圓弧φ25為定位基準的選擇V型塊來進行定位，此V型塊采用活動V型塊，另一個外圓φ22也采用V型塊定位，選擇固定V型塊進行定位。限制工件的四個自由度，活動V型塊限制一個自由度，上下斜面處，使用兩個輔助支承，在夾緊力朝下限制一個自由度，這樣整個工件六點被完全限制。V型塊為機床夾具的標準元件，選取的大致圖形如下：
圖4-1 V型塊
4.3定位誤差分析
一批工件平均軸線所處的位置O點，設定位基準為軸線，加工精度參數(shù)方向與相同，基準位置誤差為圖中O1點到O2點的距離。在ΔO1CO2中，，根據(jù)勾股定理求得
（2）分別計算圖4-2三種情況的定位誤差
①圖a）中尺寸的定位誤差
②圖b）中尺寸的定位誤差
需要說明的是尺寸定位誤差的合成問題。。當外圓直徑由大變小時，設計基準相對定位基準向上偏移，而當此圓放入V形塊中定位時，因外圓直徑的變小，定位基準相對調刀基準是向下偏移的，二者變動方向相反。
③圖c）中尺寸的定位誤差
與②類似， 所以
圖4-2V型塊定位
4.4切削力及夾緊力的計算
（1）切削力計算
:圓周切削分力N
：背吃刀量
f：每轉進給量
：切削速度
：修正系數(shù)
本次鏜削φ28孔的圓周分力Fc
工件材料：結構鋼和鑄鋼(σb=736MPa)
刀具材料：硬質合金
加工方式：縱向和橫向車、鏜
公式：Fc=2943*(ap)*f^(0.75)*(vc)^(-0.15)*(Kp)
參數(shù):ap = 2
參數(shù):f = 0.5
參數(shù):vc = 50
參數(shù):Kp = 1
計算結果 = 1946.266N
（2）夾緊力的計算
由于本次對工件的夾緊是對工件的定位的上方進行夾緊，切削力是鏜削力從上而下，這樣夾緊力就與切削力方向一致。僅需要較小的夾緊力防止工件在加工過程中產生振動和轉動。
圖4-3 移動壓板壓緊
式中
：原動力
：實際所需的夾緊力
：螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑
：螺紋中徑之半
：螺紋升角
：螺桿端部與工件間的摩擦角
：螺旋副的當量摩擦角
：機械效率
計算方式如下：
類別：移動壓板1
公式：MQ=(Wk)*((r')*tan(φ1)+(rz)*tan(α+(φ'2)))*L/((η0)*l)
參數(shù):Wk = 469.444
參數(shù):r' = 3
參數(shù):φ1 = 3.2
參數(shù):rz = 6.9
參數(shù):α = 2.5
參數(shù):φ'2 = 9.83
參數(shù):L = 43
參數(shù):η0 = 0.88
參數(shù):l = 21
計算結果 = 1830.68N
4.5夾緊裝置的設計
本裝置中的定位方向上的活動V型塊即可以做一個固定定位的裝置，也可以輔助夾緊的作用，此活動V型塊的輔助夾緊作用只是將工件扶正一個力而已，主要是考慮鉆孔的時候切削力是由上而下的，在工件的上方使用兩個移動壓板對工件自上而下進行兩個夾緊的動作。此夾緊裝置為普通的螺旋壓緊的方式，移動壓板配合調節(jié)支撐和壓緊螺栓，其中壓緊螺栓上配合安裝彈簧，為了松緊的方便。
結論
連桿是一個基本的零件，其性能直接影響到車床變速箱內零件的整體加工效果，進而影響到加工零件的精度關系。因此，本次的研究課題后連桿的零件工藝分析很好得結合課本所學知識，并應用機械加工制造工藝學，對此零件進行工藝分析和最終夾具的設計。
本次設計的連桿的工藝規(guī)程設計及主要工序的夾具設計得出的幾點結論。
1、首先分析零件的工藝性，并制定零件的工藝規(guī)程，制定零件的工藝過程卡和工序卡，結合制定的工藝過程卡和工序卡，熟悉這類零件的工藝規(guī)程的設計方法。
2、鏜孔夾具使我熟悉了利用V型塊的定位方式。
3、鉆孔夾具使我熟悉了使用芯軸的定位方式。
通過本次的的畢業(yè)設計。剛開始的階段，我們主要還是做一些相關資料的查詢，到圖書館去借閱類似結構設備的參考書籍。并去實際生產場地去具體了解一般夾具的結構和生產方式。通過之前的這些種種前序工作后。我對于機床夾具有了大概的基本認識，大概知道了它們的分類方式和各種不同的樣式的夾具利用他們被使用的的各種的產所。在現(xiàn)場通過跟那些生產的工人們的實際的交流，我同時還發(fā)現(xiàn)了一些如今市面上比較普遍使用的夾具設計的先例所存在的一些具體不足問題，因此在我的具體設計過程中，一定要對這些容易出現(xiàn)的缺陷的部件進行改良部分的設計，讓它能夠更好的能夠滿足我們的現(xiàn)場具體工作要求。然后是進入了一個具體的的計算階段。在設計的過程當中，我也遇到了各種的困難，但是在老師的悉心教導，耐心的指導之下，我能夠及時順利的完成任務書上要求的相關任務，還在整個設計過程中學到不少以前課堂上沒法體會到的知識。所以說通過這次的零件的工裝夾具的畢業(yè)設計我收獲是分成大的，這些在我今后當中的工作中會非常的管用。
通過本次的畢業(yè)設計，使我對這三年的總體知識進行了一次總的復習，同時，也對自身在專業(yè)領域內的不足有了一個總體認識，以方便日后的更好學習，不斷完善和沖實自己。通過老師的講解，也明白了很多書本上沒有的實際工作經(jīng)驗，為今后的工作打下了一個堅實的基礎。
通過做畢業(yè)設計的這個過程，對我以后參加實際工作一定有很好的鍛煉意義和指導作用。
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致 謝
時光荏苒，轉眼幾個月的畢業(yè)設計過程也即將結束，同時我們也即將面臨著畢業(yè)。在此首先我要對幾年來辛勤教導我的老師和母校致以非常崇高的敬意！對你們表以非常誠摯的感謝，感謝你們給了我一個非常良好的學習環(huán)境，感謝你們在我人生的一個重要的階段指導并教育了我，給我留下了一段非常美好的大學生活。
即將畢業(yè)之際，特別想說的是，想對我的老師表以非常衷心的謝謝和崇高敬意，也學到了一些為人處世的哲學，看清了人生目標與理想。老師工作認真的態(tài)度，治學嚴謹，嚴于律己和平易近人、寬以待人和豁達的胸襟，深深的啟發(fā)到了我，使我在此深受啟發(fā)，同時也必定終生得到受益。
經(jīng)過這段時間的圖書館看書查閱資料，我的畢業(yè)設計終于完成了，我的內心無比激動啊。即便他不一定是做的非常完美。非常好的，但是都是我一點一點查閱資料，計算，畫圖做出來的作品。里面蘊含了我太多的心血，以及老師的辛苦在其中的。
幾年的大學學習和生活，不僅豐富了我的大腦知識，而且也鍛煉了我的動手實際能力，更加重要的是我再這段時間跟周圍的同學以及老師學到了太多的東西，這些東西再我今后的工作以及生活上將非常關鍵，總之一句話，非常感謝老師和同學們！