機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計說明書-三孔連桿

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機械制造工藝學(xué) 課程設(shè)計說明書 設(shè)計 題目： 三孔連桿 零件機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 學(xué) 生： 楊知雨 學(xué) 號 ： 機電 工程學(xué)院 班 級 ： 機械設(shè)計制造及其自動化 2009 指導(dǎo)教師： 付 敏 副教授 東北林業(yè)大學(xué) 2 目 錄 1 零件的分析 …………………… ……………………… …………………………………… 3 件結(jié)構(gòu)工藝性分析 ……………………… …… ………………………………………… 3 件的技術(shù)要求分析 ……………………………………………………………………… 3 2 毛坯的選擇 ……… …………………………… …………………………………………… 4 坯種類的選擇 …………………………………………………………………………… 3 坯制造方法的選擇 ……………………………………………………………………… 5 坯形狀及尺寸的確定 ……… …………… ……………………………………………… 5 3 工藝路線的擬定 …………… … ………………………… ………………………………… 5 位基準(zhǔn)的選擇 …………………………………………………………………………… 5 件表面加工 方案 的選擇 ………………………………………………………………… 6 工順序的安排 ……………… …………………… ……………………………………… 6 工階段的劃分 ………………… ……………………………………………………… 7 械加工順序的安排 …… …………… ………………………………………………… 7 處理工序的安排 …………………… ……………… ………………………………… 7 助工序的安排 ………………………… ………………… …………………………… 8 4 工序設(shè)計 …………… ……………… ……………………… ……………………………… 8 床和工藝裝備的選擇 …………………………………………………………………… 8 序設(shè)計 …………… ………………… …………………………………………………… 9 5 結(jié)語 …………………………………… ………………………………………………… 13 參考文獻 東北林業(yè)大學(xué) 3 三孔連桿零件機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 1 零件的分析 件的工藝性分析 圖 本次課程設(shè)計的題目 零件是典型的連桿類零件，結(jié)構(gòu)簡單。毛坯采用 鍛造而成。 需要加工的表面有 Ф 90的內(nèi)孔表面，上下兩個端面；Ф 35的內(nèi)孔表面和上下兩個端面，Ф 25的內(nèi)孔表面和兩個端面。 所需要加工的這個九個表面都是屬于比較常規(guī)的加工表面，不會存在很大的技術(shù)障礙。 圖 1孔連桿零件圖 件的技術(shù)要求分析 從圖上可以看出，連桿的兩個連桿孔與耳鉤的孔均為 加工精度，孔表面的表面粗糙度要求均為 孔的形 狀上還有圓柱度為 圓柱度要求，這三個孔表面均屬于配合表面，是圖紙中最重要的加工表面 。連桿孔的兩個端面，耳鉤的兩個端面的加工表面粗糙度要求為 且對連桿孔兩個端面之間的尺寸以及耳鉤兩個面之間的尺寸 有 精度要求，一般的的機床均可達到這個加工精度 。 在對孔的位置精度要東北林業(yè)大學(xué) 4 求上，Ф 90Ф 35個孔的中心距 有 精度要求，且兩 孔軸 線有平行度為 鉤孔 Ф 25Ф 90 的中心距也有 精度要求，要求。同時，該連桿還需熱處理，達到布氏硬度 226硬度要求。 零件的毛坯不得有裂紋，夾渣等缺陷。 圖紙尺寸完整合理，加工精度要求合理，圖紙表達清晰，可以滿足加工要求。 表 出 了工件所有的加工表面以及對應(yīng)的圖紙技術(shù)要求。 表 件加工表面及技術(shù)要求匯總 加工表面 公差等級（ 表面粗糙度（ μm） 形狀公差 （ μm） 位置公差 （ μm） 加工方法 定位基準(zhǔn) Ф90內(nèi)表面 6 柱度 鏜 精鏜 Ф90Ф90上下端面 12 無 銑 精銑 Ф90Ф35內(nèi)表面 6 柱度 心線與Ф90心線平行度 粗鉸 Ф90Ф35上下端面 12 無 銑 精銑 Ф90Ф25內(nèi)表面 6 柱度 心線與Ф90 粗鉸 Ф90Ф25 上下端面 12 無 銑 精銑 Ф902 毛坯的選擇 坯種類的選擇 三孔連桿屬于連桿支架類零件，受力情況復(fù)雜，長期處于重載、交變應(yīng)力的作用下工作，對桿件的材料組織以及力學(xué)性能要求較高，且該工件的形狀不復(fù)雜，可以考慮采用鍛造工藝 來制造 毛坯。 且所給的零件圖紙中技術(shù)要求中 要求使用鍛造，連桿不得有裂紋，夾渣等缺陷；如果采用鑄造工藝，可能會存在上述的鑄造缺陷；采用棒料板料作為毛坯，在大批量生產(chǎn)中機械加工部分太多，既不經(jīng)濟效率還低。所以綜合考慮采用鍛造制造毛坯。 坯制造方法的選擇 選擇好鍛造作為毛坯制備工藝后考慮采用模鍛還是自由鍛造。零件整體結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸較小，且結(jié)構(gòu)對稱，分型面清晰，加工綱領(lǐng)為大批生產(chǎn)，可以考慮采用模鍛來提高生產(chǎn)率，降低鍛工工作強度。且采用自由鍛不太好控制毛坯的形狀且不易控制加工精度。 坯形狀及尺寸 的確定 由于毛坯尺寸應(yīng)該再各工序加工余量確定后，最后附加在工件加工表面，所以在此大東北林業(yè)大學(xué) 5 概對毛坯的形狀做一定說明： 三個內(nèi)孔以及其六個端面均需要留一定的余量，但是對于小孔以及耳鉤孔如果在毛坯中留出孔的位置，將會給鍛模的制造以及鍛造工藝的 設(shè)計造成一定困難，所以根據(jù)鍛工手冊，小孔以及耳鉤孔在毛坯中不予留 出。 3 工藝路線的擬定 位基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)滿足使各加工表面都有均勻的加工余量，而且定位準(zhǔn)確可靠。 可以選擇 Ф 90孔與下端面作為主要定位基準(zhǔn)，但是問題在于 Ф 90孔是 毛坯面，尺寸不準(zhǔn)確，無法與定位銷或者定位心軸配合，而且用下端面作為定位基準(zhǔn)，定位接觸面太少，定位不準(zhǔn)確。 如圖所示， 也可以考慮用不加工的 B 面作為定位基準(zhǔn)，但是用 部位是連桿的最為薄弱部分，在夾緊力的作用下可能會導(dǎo)致變形，影響加工精度。所以綜合考慮下，用 Ф 90下端面作為主要定位基準(zhǔn)，限制了 x y z 三個方向的自由度， 為提高系統(tǒng)的剛性， 在 Ф 35的下端面增加輔助支撐 ；同時，在連桿的 C、 D 兩個面用兩個窄 同限制了 x y z 三個方向的自由度，從此達到了工件的完全定位。 圖 3基準(zhǔn)定位 精基準(zhǔn)選擇應(yīng)滿足基準(zhǔn)統(tǒng)一與基準(zhǔn)重合原則，由零件圖我們可以得出 Ф 35的設(shè)計基準(zhǔn)是 Ф 90的中心線，且耳鉤孔 Ф 25設(shè)計基準(zhǔn)也是 Ф 90的中心線 ，所以精基準(zhǔn)的主要定位基準(zhǔn)面是已經(jīng)精鉸完的 Ф 35、 Ф 25鉤孔與銑完的 Ф 90下端面。一面兩孔定位， Ф 90下端面主要定位基面限制了工件三個自由度， Ф 35用一定位銷限制兩個自由度，最后在 Ф 25此工件達到完全定位。 東北林業(yè)大學(xué) 6 圖 3基準(zhǔn)定位 件表面加工方案的選擇 90 35 25下端面六個平面的加工方案 ： 在用 Ф 90下端面作主要定位基準(zhǔn)、 Ф 35 下 端面作輔助支撐，用兩塊窄 緊連桿中間連接部分，并加以輔助支撐提高剛度，減少夾緊變形，銑 Ф 90上端面、 Ф 35上端面、 Ф 25鉤孔上端面三個面。另外與之相對的三個下表面的加工可以放在下一道工序中，用第一道工序加工好的平面作為定位基準(zhǔn)來加工到圖紙尺寸要求。 90孔表面 的加工方案 在銑前三個平面的工序中，不改變工件的的定位與夾緊，讓自動換刀機構(gòu)換刀，粗鏜Ф 90孔，整個加工過程在數(shù)控加工中心上一次性完成，不改變工件的定位與夾緊，可以保證三個端面以及 Ф 90的相 對位置精度。 熱處理完成后的工件，可以先精鉸 Ф 35以及 Ф 25鉤孔，然后用精鉸完的這兩個孔作為定位基準(zhǔn)來半精鏜以及精鏜 Ф 90，這樣通過夾具以及機床主軸的高回轉(zhuǎn)精度就可以保證 Ф 90與 Ф 35以及 Ф 25鉤孔的相對位置精度，以及自身的尺寸要求。 35、Ф 25加工方案 在粗鏜完 Ф 90的工序中，不改變工件的定位與夾緊，讓加工中心的換刀裝置多次換刀，分別鉆 35以及 Ф 25鉤孔。熱處理以后，在頭一道工序中粗鉸與精鉸這兩個孔。精鉸 鉸刀的精度應(yīng)高于粗鉸鉸刀的精度，按照誤差復(fù)映原理，鉆完以及擴完的內(nèi)孔會存在一定的圓柱度誤差以及尺寸公差，因此安排兩次鉸削來消除前一道工序所留下來的誤差，最后達到圖紙要求。 工順序的安排 東北林業(yè)大學(xué) 7 考慮到是大批量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率，在同一臺機床上只進行一次定位裝夾完成本道工序的所有加工過程，減少人工輔助調(diào)整時間。 將工件的加工階段劃分為典型的三個加工階段 -： 粗加工階段：去除零件表面大量材料，加工出基準(zhǔn)面，將工件尺寸加工到一定精度，為接下來的半精加工以及精加工階段做準(zhǔn)備。 半精 加工階段：根據(jù)誤差復(fù)映規(guī)律，對于本次加工來說，雖沒有采取多次加工，但 通過一次走刀的半精加工，也可以減少粗加工以及熱處理留下的形狀位置誤差，為精加工表面做好準(zhǔn)備。在現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的飛躍性提高的今天，加工中心的使用，大大提高了加工效率以及精度。 精加工階段：在精加工階段，機械加工的最終任務(wù)就是要保證零件圖上的主要表面達到圖樣規(guī)定要求。在本加工階段通過選擇精度更高的數(shù)控加工中心，以及精度更高的刀具來滿足加工要求，同時對夾具的定位要求也相應(yīng)提高。 工序 1：鍛造 工序 2：正火熱處理 工序 3： 銑 Ф 90上端面，銑 Ф 35上端面，銑 Ф 25鉤孔上端面 ； 粗鏜 Ф 90工序 4：銑 Ф 90下端面，銑 Ф 35下端面 ，銑 Ф 25鉤孔下端面 ； 鉆、擴 Ф 35鉆、擴 Ф 35鉤孔 工序 5：調(diào)質(zhì)熱處理到 226序 6： 粗鉸 35到圖樣尺寸； 精鉸 25鉤孔到圖樣尺寸 工序 7：以精鉸完的兩個孔為基準(zhǔn) 半精鏜 90至圖樣尺寸； 倒角 45° 工序 8：去毛刺 工序 9： 工件探傷與 檢驗入庫 鍛造毛坯 可能會存在殘余應(yīng)力以及硬點，在粗加工進行前應(yīng)進行正火熱處理，改善切削性能。零件圖上要求熱處理至 261用調(diào)質(zhì)處理可達到該硬度要求，考慮到調(diào)質(zhì)處理后可能會導(dǎo)致工件變形，表面質(zhì)量降低，三個內(nèi)孔的尺寸以及表面質(zhì)量達不到圖紙上的技術(shù)要求，所以把調(diào)質(zhì)處理安排在半精加工之后，精加工之前，在半精加工去除了零件上大量材料，然后進行熱處理，最終通過精加工尺寸到圖紙的要求。 圖紙技術(shù)要求中要求連桿不得有裂紋，夾渣等缺陷，因此除了正常的形狀位置尺寸檢測以外。還應(yīng)增加 X 射線或者超聲 波探傷等無損傷工件內(nèi)部質(zhì)量檢測。最后去除毛刺，入庫。 4 工序設(shè)計 床和工藝裝備的選擇 床的選擇 東北林業(yè)大學(xué) 8 在前面的加工路線安排中已經(jīng)提到，本產(chǎn)品的機械加工屬于大批量生產(chǎn)，應(yīng)選擇加工效率高，定位精度高的自動化設(shè)備 一臺機床上可以自動完成多次加工，減少工件裝夾的次數(shù)就能提高工件在定位上所引起的誤差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 考慮到劃分了加工階段，粗加工階段和精加工，半精加工階段應(yīng)該在不同的機床上進行，后者機床應(yīng)選擇定位精度高，穩(wěn)定性好，且轉(zhuǎn)速能滿足要求的加工中心， 而前者在粗加工階段，應(yīng)從工 件上切除大部分金屬，應(yīng)選擇加工效率高 的加工中心。 根據(jù)工件毛坯大概尺寸 355× 169× 60，選擇 控加工中心作為粗加工階段的使用機床。 主軸伺服電機 位精度 ± 復(fù)定位精度 ± 序 3與工序 4均采用該機床進行粗加工。 在精加工階段要對三個孔精鉸或者精鏜，對主軸的回轉(zhuǎn)精度以及機床的穩(wěn)定性均有一定要求，所以精加工階段選擇定位精度更高的 式加工中心 。主軸電機功率11位精度 復(fù)定位精度 工序 6 與工序 7 均采用該機床進行加工。 具的選擇 在大批量生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)效率，減少每道工序的輔助工時，可以采用專用夾具來裝夾定位工件。且專用夾具針對性強，針對每道工序以及相應(yīng)的機床設(shè)計的夾具定位準(zhǔn)確，工件夾緊變形小。因此在本次加工中，四道機械加工工序均采用 4組不同的專業(yè)夾具。 具的選擇 同樣是為提高生產(chǎn)效率，減少輔助工時，應(yīng)大量采用不重磨的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的刀具，并且在選擇刀具時考慮到刀柄錐度與機床主軸錐度相匹配。 下表給出各個工序工藝裝備的配置： 表 4藝裝備的選擇 工序 夾具 刀具 機床 3 用夾具 質(zhì)合金面銑刀 Ф 動鏜刀 用夾具 質(zhì)合金面銑刀 Ф 34麻花鉆 Ф 孔鉆 Ф 24麻花鉆 Ф 孔鉆 用夾具 Ф 35硬質(zhì)合金機用鉸刀 Ф 25硬質(zhì)合金機用鉸刀 用夾具 Ф 轉(zhuǎn)位雙刃鏜刀 Ф 90可轉(zhuǎn)位雙刃鏜刀 6× 15× 90°倒角刀 序設(shè)計 工余量的確定以及各工 序尺寸的確定 （ 1）Ф 90孔表面 該表面的工藝過程為 粗鏜 精鏜，查閱金屬切削手冊，結(jié)合機床的參數(shù)，粗鏜選擇加工余量 精鏜 1鏜 照所查表的余量逐一推算出個工序尺寸， 根據(jù) 經(jīng)濟精度選出每道工序的公差值，并按照入體原則標(biāo)注， 表 4細(xì)列出了各工東北林業(yè)大學(xué) 9 序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 90內(nèi)孔表面 各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經(jīng)濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精鏜 6( 90 90 精鏜 1 鏜 11( 造 2 6 86±2 （ 2）Ф 35孔表面 該 表面的加工工藝為鉆 粗 鉸 造毛坯的時候，該內(nèi)孔是沒有預(yù)留空間的，所以應(yīng)先鉆出， 在查閱金屬切削手冊選擇擴孔以及粗鉸精鉸孔加工余量時應(yīng)考慮到留給鉆的工序尺寸應(yīng)該滿足鉆頭的尺寸系列，也就是說所選擇的鉆頭應(yīng)該能夠加工到所設(shè)計的工序尺寸。綜上綜合考慮，查閱金屬切削手冊， 選擇擴孔加工余量 鉸加工余量為 如果把精鉸的加工余量附加到粗鉸的工序尺寸上會導(dǎo)致要求粗鉸出一個Ф 孔，鉸刀的外徑尺寸系列沒有 個值，所以應(yīng)該把精鉸的加工余量用公差的形式表現(xiàn)在粗鉸鉸刀上 。按照所 查表的余量逐一推算出個工序尺寸，跟據(jù)經(jīng)濟精度選出每道工序的公差值，并按照入體原則標(biāo)注， 表 4細(xì)列出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 35孔表面各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經(jīng)濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精鉸 6( ) 35 35 粗鉸 基本尺寸不變 I=5 擴孔 10( ) 鉆孔 35 ) 4 34 （ 3）Ф 25孔表面 該表面工序過程和 Ф 35孔表面工藝過程類似，表 4細(xì) 列出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 25內(nèi)孔表面各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經(jīng)濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精鉸 6( ) 25 25 粗鉸 基本尺寸不變 I=5 擴孔 10( ) 東北林業(yè)大學(xué) 10 鉆孔 25 ) 4 24 （ 4）Ф 90上下端 面 圖紙上對這兩個表面僅有表面粗糙讀 及 精度的尺寸要求，而且沒有形狀位置公差的要求，所以對于該表面只需粗銑到圖紙要求即可 。 加工孔上 端面時是以下端面為定位基準(zhǔn)來加工的，其工藝基準(zhǔn)也是下端面；上端面也是如此。所以不用考慮基準(zhǔn)不重合問題 ， 表 4細(xì)列出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 90上下端面 各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經(jīng)濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗銑 1 0 50± 銑 2 0+3=53 53± 造 6 ± 2 53+3=56 56± 2 （ 5）Ф 35上下端 面 該表面工序過程和 Ф 390上下端面工藝過程類似，表 4出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 35上下端面各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經(jīng)濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗銑 1 5 35± 銑 2 5+造 5 ± 2 0 40± 2 （ 6）Ф 25鉤孔上下端 面 該表面工序過程和 Ф 390上下端面工藝過程類似，表 4 表 4 25鉤孔上下端面各工序余量及工序 尺寸的確定 工序余量 (經(jīng)濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗銑 1 2 0 20± 銑 2 2 0+2=22 22± 造 4 ± 2 22+2=24 24± 2 在所有的工序余量的計算完成后，我們可以給出毛坯的外形尺寸圖 圖 4件毛坯圖 額 按照本次課程設(shè)計要求，切削用量以及工時定額部分只給出工序 2中銑小孔上端面的東北林業(yè)大學(xué) 11 計算過程 。 加工材料： 45鋼鍛造后正火處理 加工要求：銑小孔下上端面至 35± 面 粗糙度 大孔上端面至 50± 面粗糙度 耳鉤孔上端面至 20± 面粗糙度 床：數(shù)控加工中心 具：硬質(zhì)合金面銑刀，刀片材料 狀尺寸根據(jù) 5342=120小孔上端面至 35± 一道工序加工完后的尺寸為 坯方向的加工余量為 最大加工余量需一次加工即可，取背吃刀量刀長度2 2 2 200( ) 5 0 ( 1 2 0 1 2 0 5 0 ) 6 1l d d a m m? ? ? ? ? ? ? ? ?。 本次加工所用機床主軸功率 片材料為 查閱《機械加工工藝手冊》 )，選擇每齒進給量為 );表 刀壽命 T=180據(jù)銑削速度計算公式： 0 a z?（ m/ 其中72 .2 .4 m=d=120 z=10 修正系數(shù)查表可得.0 代入數(shù)據(jù)最后得 v=m/ 機床主軸轉(zhuǎn)速01 0 0 0 1 0 0 0 3 2 2 . 3 6 8 5 5 / m i 1 4 1 2 0?? ? ??工時定額12 5 0 5 . 4 6 5 . 4 6 0 . 0 5 8 4 m i n 3 . 50 . 1 2 1 0 8 5 5l ??? ? ? ???切削力計算 0F F y uF p f a a 中 N） 查閱手冊可得750 1 ) 0d=120mm n=855 / .0 北林業(yè)大學(xué) 12 將數(shù)據(jù)代入公式可得軸扭矩0 331 5 8 . 9 1 2 0 9 . 5 3 4 0 2 1 0 m?? ? ???切削功率441 5 8 . 9 3 2 2 . 3 6 0 . 8 56 1 0 6 1 0 W?? ? ??? 東北林業(yè)大學(xué) 13 5 結(jié)語 課程設(shè) 計是對機械學(xué)生的綜合 能力的 考驗。 課程設(shè)計是一個自我學(xué)習(xí)的過程，在課程設(shè)計中很多需要用到的知識其實是我們課本上從未涉及到的，這就需要自己查閱相關(guān)的書籍資料或者在網(wǎng)上搜集相關(guān)信息，在以后的學(xué)習(xí)工作中，自我學(xué)習(xí)能力也是非常關(guān)鍵的的能力。我們本身實踐機會太少，與真實的生產(chǎn)加工接觸太少，缺乏對工藝的基本理解，只是字課堂上，在書本上學(xué)習(xí)了點皮毛，在如此短暫的一個星期內(nèi)想要把這樣復(fù)雜涉及多方面知識的課程設(shè)計做好是很難的，因此我們抓不住每一個細(xì)節(jié)去完善 ，但我們也盡量去完善能做到的一切細(xì)節(jié)。在面對一大堆毫不熟悉的概念時，我們 往往會表現(xiàn)出沮喪與失去信心，但這正是鍛煉耐心的一個好機會。機械加工涉及到方方面面，無論哪一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)出了問題，就會對產(chǎn)品的生產(chǎn)制造造成難以彌補的損失，因此對于一個合格的工程師與工藝師，最需要的就是對各種矛盾的解決能力，有耐心去解決在工藝設(shè)計中所面臨的各種麻煩。在設(shè)計階段我們考慮得越周到，在生產(chǎn)過程中我們所付出的代價就越少。 所以我覺得在如今大學(xué)本科擴招泛濫的時代，教學(xué)資源嚴(yán)重不足，學(xué)生沒有足夠的實踐機會（沒有夠量的實踐時間是培養(yǎng)不出一名合格工程師的），我們就應(yīng)該多在這種硬件要求不高的課程設(shè)計上多花點心思，培 養(yǎng)自我的綜合能力，為以后的工作學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)！ 東北林業(yè)大學(xué) 14 參考文獻 [1] 楊叔子 M]機 械工業(yè)出版社 ,2002. [2] 王先奎 鉆削、擴削、鉸削加工 [M]機械工業(yè)出版社 ,2008. [3] 王先奎 銑削、鋸削加工 [M]機械工業(yè)出版社 ,2008. [4] 常同立 .,機械制造工藝學(xué) [M]清華大學(xué)出版社 ,2010. [5] 王先奎 削加工 [M]械工業(yè)出版社 ,2008.