连杆盖加工工艺规程及铣台阶底面夹具设计【含5张CAD图纸、毕业论文】
夹具定位规划中完整性评估和修订CAM 实验室,机械工程学系,伍斯特理工学院研究院, 100 路,伍斯特,硕士 01609,美国2004 年 9 月 14 日收稿;2004 年 11 月 9 日修订;2004 年 11 月 10 日发表摘 要几何约束是夹具设计中最重要的考虑因素之一。确定位置的解析拟订已发达。然而,如何分析和修改在实际夹具设计实践过程中的一个非确定性的定位计划尚未深入研究。在本文中,提出了一种方法来描述在限制约束下的重点夹具系统的几何约束状态。一种限制约束下状态,如果它存在,可以识别给定定位计划。可以自动识别工件的所有限制约束下约束状态的提案。这有助于改善逆差定位计划,并为修订提供指引,以最终实现确定性的定位。关键词:夹具设计;几何约束;确定性定位;限制约束; 过约束1.介绍夹具是用于制造工业进行工件牢固定位的一种机制。在零件加工过程中规划一个关键的第一步,夹具设计需要,以确保定位精度和三维工件的精度。 3-2-1原则,在一般情况下,是最广泛使用的指导原则发展的位置计划。 V型块和销孔定位原则也常用。一个加工夹具定位方案必须满足一些要求。最基本的要求是,必须提供工件确定的位置。这种观点指出,定位计划生产的确定位置,工件不能移动,而至少有一个定位不会失去联系。这一直是夹具设计的最根本的准则之一,许多研究人员关于几何约束状态的研究表明,工件在任何定位计划分为以下三个类别:1、良好的约束(确定性):工件在一个独特的位置进行配合,工件表面与 6 个定位器取得联系。2、限制约束:不完全约束工件的自由度。3、过约束:工件自由度超过 6 定位的制约。在1985年,浅田1提出了满秩为准则雅可比矩阵的约束方程, 基于分析形成了调研后,确定定位。周等2在1989年制定了在确定性定位问题上使用螺旋理论。结果表明,定位矩阵的定位需要压力满秩达到确定的位置。该方法的确定通过无数的研究。王等3考虑定位工件的接触的影响,而采用点接触面积。他们介绍了接触矩阵,并指出,两个接触的机构不应该有平等的,但在接触点曲率相反。卡尔森4认为,可能没有足够的应用,如一些不是非棱柱的表面或相对误差近似的非小线性。他提出一个二阶泰勒展开,其中也考虑到定位误差相互作用。马林和费雷拉5应用周对 3-2-1的位置拟订,制定若干按照规则的规划。尽管众多的位置上的确定分析研究很少注意非确定性分析的位置。在浅田的拟定方案中,他们假设工件夹具元件和点之间的联络无阻力。理想的位置q* ,而应放置工件表面和分片,可微函数是 gi(见图1) 。表面函数定义为:gi(q*)=0是确定的,应该有一个独一无二的解决方案为下列所有定位方程组。gi(q)=0,i=1,2,.,n (1)其中n是定位器的位置与 方向, 代表了工件的定位和方向。只有考虑到目标位置q*附近在 处:浅田表明(2)hi是几何函数的雅可比矩阵,矩阵式所示(3) 。确定定位如果雅可比矩阵满秩,可满足要求。 (2)只有q=q*一个解决办法(3)在1个3-2-1定位计划中,一个约束方程的雅可比矩阵的满秩的约束状态如表1所示。如果定位是小于6 ,工件是限制约束的,即存在至少有一个工件自由定位议案不受限制的。如果矩阵满秩,但定位大于6 定位,工件是过约束,这表明存在至少一个定位等;而几何约束工件被删除不影响的状态。找出一个模型除了3-2-1,可以建立基准框架提取等效的定位点。胡等 6已经发展出一种系统的方法,对这个用途。因此,这则能适用于所有的定位方案。图1 .夹具系统模型。表 1 等级 数量的定位 地位 6 Over-constrained康等 7遵循这些方法和他们实施制定的几何约束分析模块其自动化的计算机辅助夹具设计的核查制度。他们的 CAFDV 系统可以计算出雅可比矩阵和它的排名来确定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和灵敏度定位错误。熊等人 8提出的等级检查方法的定位矩阵 WL(见附件)。他们还介绍了左/ 右边的定位矩阵广义逆理论,分析了工件的几何误差。结果表明,定位及发展方向误差 X 和位置误差 r 的工件定位相关如下:Under-constrained: X=WLr, (4)Well-constrained :X=(WTLWL)-1WLTr, (5)Over-constrained:X=WLT(WTLWL)-1r+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL), (6)是任意一个向量。他们还介绍了从这些矩阵的几个指标,评价定位配置,其次是通过约束非线性规划的优化。然而,他们的研究分析,不涉及非确定性定位的修订。目前,还没有就如何处理与提供确定的位置的夹具设计系统的研究。2.定位完整性评价如果不确定性的位置达到夹具系统设计的要求,设计师知道约束状态是什么,以如何改善设计是非常重要的条件。如果夹具系统是过度约束,是理想定位需要的不必要的信息。而下约束时,所有有关知识约束工件的议案,可以引导设计师选择额外的定位或使得修改定位计划更有效。的总体战略定位计划表征几何约束的状态描述图 2。在本文中,定位矩阵秩的几何约束的施加评价状态(见附件为获得的定位矩阵)。确定需要六个定位器定位提供矩阵的满秩定位 WL:如图 3 所示,在给定的定位器数量 n,定位法向量ai,bi,ci和定位的位置xi,yi,zi每一个定位器,i=1,2,.,n,n*6 定位矩阵可以确定如下 :(7)当等级(WL)=6,n=6 时,是工件良好约束。当等级(WL)=6,n6 时;是工件过约束。这意味着(n-6)有不必要的定位在定位方案上。工件将不存在限制(n-6)定位器。这种状态的数学表示方法,那就是(n-6)在定位向量矩阵,可表示为线性组合的其他六行向量。 图 2 几何约束状态描述图 3 一个简化的定位方案。定位方案,提供了确定性的位置。发达国家的算法使用下列方法确定不必要的定位:1、找到所有的( n-6)组合定位的。2、为每个组合 ,从(n-6 )定位器确定定位方案。3、重新计算矩阵秩的定位为左六个定位器。4、如果等级不变 ,被删除的(n-6)定位器是负责过约束状态。这种方法可能会产生多种解决方案,并要求设计师来决定哪一套不必要的定位应该被删除以最佳定位性能。当等级(WL)6,工件的限制约束。参考文献1 Asada H, By AB.。自动重构夹具的柔性装配夹具的运动学分析。 IEEE J 机器人autom1985; RA-1:86-93。2 zhou YC,Chandru V,Barash MM。加工装置的自动配置的数学方法分析和综合。反ASME J 英工业 1989;111:299-306。3 Wang MY, Liu T, Pelinescu DM.。夹具运动学分析的基础上充分接触刚体模型。 J 制造业 科学与工程 2003;125:316-24。4 Carlson JS。刚性零件的装夹和定位计划的二次灵敏度分析“。 ASME J 制造业2001 年科学与工程;123 (3):462-72。5 Marin R, Ferreira P.确定性 3-2-1 定位计划的运动学分析和综合加工装置。 ASME J 制造业 科学与工程 2001 年;123:708-19。6 Hu W.设置规划和公差分析。博士论文中,伍斯特理工学院;2001 年。7 Kang Y, Rong Y, Yang J, Ma W.计算机辅助夹具设计验证。大会 Autom2002;22:350-9。8 Rong KY, Huang SH, Hou Z.先进的计算机辅助夹具设计。波士顿:爱思唯尔;2005 年。1毕 业 设 计 ( 论 文 ) 开 题 报 告高等职业技术学院 学院机械设计制造及其自动化(数控技术)专业论文题目 连杆盖零件制造工艺及工装设计 学生姓名 学 号 起讫日期 指导教师姓名(签名) 指导教师职称 高 工 指导教师工作单位 机械工程学院 院(系)领导签名 下发任务书日期 : 2题目 连杆盖零件制造工艺及工装设计学生姓名、学号 专 业机械设计制造及其自动化(数控技术)指导教师姓名 职 称 高工一、课题研究的背景连杆盖零件是发动机连杆的必不可少的零件,常安装于连杆的大端,作为曲轴与连杆安装后的封闭零件。随着现代机床的广泛应用,自动化越来越明显,而产品质量要求越来越高,当然机床的夹紧和定位要求得更加严谨,所以对夹具这方面的研究和设计还需发展,以保证产品能够达到市场需要。由于现代技术的迅速发展,大部分企业需要的生产效率和产品的精度要求大大的提高,而夹具在之中起了决定性的作用,借此设计现在决定以此为课题,进行一套钻夹具的设计。二、课题研究的意义机械制造工艺及设备毕业设计是我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节,是使我们综合运用所学过的基本课程,基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练 。我们在完成毕业设计的同时,也培养了我们正确使用技术资料,国家标准,有关手册,图册等工具书,进行设计计算,数据处理,编写技术文件等方面的工作能力,也为我们以后的工作打下坚实的基础,所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会!机床夹具是保证机械产品质量高、数量多、成本的一种极重要的工艺装备。其主要作用是:可靠地保证工件的加工质量,提高加工效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能。机床夹具设计是工艺装备设计的重要组成部分。一个好的设计,应能稳定地保证工件的加工质量,生产效率高,成本低,排屑方便,操作安全、省力,制造、维护容易等其衡量指标。三、文献综述连杆盖主要和连杆组合成一体,作为组合机体来使用,是汽车上的动力连接装置中的主要零件。连杆由连杆体和连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起,连杆盖是其中一个重要的部分。此外,为了减少摩擦和便于维修,连杆的大头孔内装有轴瓦,连杆盖还起到固定和定位轴瓦的作用。机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是制造机器的机器,所以又称为“工作母机”或“工具机” ,习惯上简称机床。现代机械制造中加工机械零件的方法很多:除切削加工外,还有锻造、铸造、冲压等,但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件,一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。在一般的机器制造中,机床所担负的加工工作量占机器总制造工作量的 40%-60%,机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。5近年来,机械制造工艺有着飞速的发展。比如,应用人工智能选择零件的工艺规程。虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究,并取得了卓越的理论成就,但离定量的实际应用尚有一定的距离。然而采用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面质量与加工条件参数间都有其规律。因此,目前常采用研究传统切削加工机理的实验统计方法来了解特种加工的工艺规律,以便实际应用,但还缺乏系统性。受其限制,目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取,还难以实现最优化。为了能具体确切的说明过程,使工件能按照零件图的技术要求加工出来,就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件,学习研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就是本课题研究目的。在这个设计过程中,我们还必须考虑工件的安装和夹紧.安装的正确与否直接影响工件加工精度,安装是否方便和迅速,又会影响辅助时间的长短,从而影响生产率,夹具是加工工件时,为完成某道工序,用来正确迅速安装工件的装置.它对保证加工精度、提高生产率和减轻工人劳动量有很大作用。这是整个设计的重点,也是一个难点。四、课题研究的基本内容机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。为了能具体确切的说明过程,使工件能按照零件图的技术要求加工出来,就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件,学习研究制定机械制造和加工工艺设计的意义与作用就是本课题研究目的。在整个设计过程中,也能学习到更多的知识:(1)仔细了解零件结构,认真分析零件图,培养我们独立识图能力,增强我们对零件图的认识和了解,通过对零件图的绘制,不仅能增强我们的绘图能力和运用 AutoCAD 软件的能力。(2)制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。在整个设计中也是非常重要的,通过这些设计,不仅让我们更为全面地了解零件的加工过程、加工尺寸的确定,而且让我们知道工艺路线和加工余量的确定,必须与工厂实际的机床相适应。 这对以前学习过的知识的复习,也是以后工作的一个铺垫。(3)机床夹具设计及定位误差分析(4)编写说明书,记录和总结整个设计过程以及设计依据。五、重点、难点在这个设计过程中,首先要分析研究达到零件设计要求的工艺方法和措施,这是重点,也是难点内容。必须考虑工件的安装和夹紧,安装的正确与否直接影响工件加工精度,安装是否方便和迅速,又会影响辅助时间的长短,从而影响生产率,因此夹具设计是本课题的第二个重点内容,也是难点内容。机床夹具是加工工件时,为完成某道工序,用来正确迅速安装工件的装置。它对保证加工精度、提高生产率和减轻工人劳动量有很大作用。这是整个设计的重点,也是一个难点。统而言之,本课题的重点有两条:零件的机械制造工艺规程设计和工序夹具设计。5六、要解决的主要问题1.分析零件图。2.机械制造工艺分析与工艺路线的拟定,机械制造工艺规程的编制。3.工艺装备(夹具)的设计。4.设计费用,合理运算不超支。七、课题研究计划1.了解课题,翻阅资料熟悉基本内容要求并且收集相关资料为课程设计做准备。2.熟悉有关技术资料、进一步广泛开展与设计有关的调研活动,并完成开题报告。3.制定设计研究流程,工艺的设计跟计算步骤。4.了解,认真分析零件图。5.制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。6.写设计说明书,设计方案及其过程和一系列文件索引,准备答辩。 7.工作进度安排。阶段 应完成的主要工作 计划起止时间1 查阅资料,完成开题报告 第 1-2 周2 研究任务书,分析连杆盖加工工艺 第 3-5 周3制定加工工艺,选用加工设备和工具,绘制零件图 第 6-9 周4 分析零件图,完成工装夹具的设计 第 10-12 周5 编制设计说明书 第 13-15 周6 毕业答辩准备 第 16 周八、参考文献1闻邦椿.机械设计手册(第 5 版).北京:机械工业出版社,2010.1 2王 光 斗 等 编. 机床夹具设计手册.上海:上海科学技术出版社.2000.113王宝玺 贾庆祥.汽车制造工艺学(第 3 版).北京:机械工业出版社,2010.1 4达世亮汽车制造切削加工系统工程及应用北京:机械工业出版社,2009.1 5赵敖生 宜沈平.5计算机工程制图实例教程.南京:东南大学出版社,2008.96张岚 弓海霞 刘宇辉.新编实用液压技术手册 ,北京:人民邮电出版社,2008.57范钦珊 蔡新.工程力学(第二版).北京:机械工业出版社,2007.18李凯岭.机械制造技术基础.北京:清华大学出版社,2010.49Robert L.Mott.机械设计(第四版) (英文版).北京:电子工业出版社, 2007.510齐占庆机床电气控制技术北京:机械工业出版社,2005.611曾秀云 .公差配合与测量技术.北京:机械工业出版社,2007.812 张茂.机械制造技术基础.北京:机械工业出版社,2008.313Harrison A.Belt Conveyor Research 1980-2000. Bulk solids handing ,Vol. 21(2001) No.214Robert L.Mott.机械设计(第四版) (英文版).北京:电子工业出版社, 2007.5 学生签名: 年 月 日5指导教师批阅意见某某同学在接受毕业设计任务后,经过指导老师的讲解,明确了毕业设计任务书和课题的内容,加紧进行了有关调研,查阅了相关资料,开始进行有关设计内容的自学。根据该生对毕业设计课题的理解和所做的有关准备工作,可以开展下一步的设计工作。指导教师签名: 年 月 日1产品名称或代号 零件名称 零件图号数控加工工序卡连杆零件 连杆盖车间 使用设备数控加工车间 X51工艺序号 程序编号1 %0001夹具名称 夹具编号专用夹具 1工步号 工步作业内容 加工面 刀具号 刀补 量 主轴转速 进给速度 背吃刀 量 备注1 粗铣上端面,留 0.5mm精铣余量 外表面 T01 600r/min 120mm/min 1mm2 精铣上端面,保证其加工精度及表面粗糙度 外表面 T01 800r/min 80mm/min 0.25mm3 粗铣下端面,留 0.5mm精铣余量 外表面 T01 600r/min 120mm/min 1mm4 精铣下端面,保证其加工精度及表面粗糙度 外表面 T01 500r/min 80mm/min 0.25mm编制 审核 批准 2013年 02月 20日 共 7 页 第 1 页2产品名称或代号 零件名称 零件图号数控加工工序卡连杆零件 连杆盖车间 使用设备数控加工车间 X51工艺序号 程序编号2 %0002夹具名称 夹具编号专用夹具 1工步号 工步作业内容 加工面 刀具号 刀补 量 主轴转速 进给速度 背吃刀 量 备注1 粗铣下端面,留 0.5mm精铣余量 外表面 T01 600r/min 120mm/min 1mm2 精铣下端面,保证其加工精度及表面粗糙度 外表面 T01 800r/min 80mm/min 0.25mm3 粗铣侧面,留 0.5mm精铣余量 外表面 T01 600r/min 120mm/min 1mm4 精铣侧面,保证其加工精度及表面粗糙度 外表面 T01 800r/min 80mm/min 0.25mm编制 审核 批准 2013年 02月 20 共 7 页 第 2 页3日产品名称或代号 零件名称 零件图号数控加工工序卡连杆零件 连杆盖车间 使用设备数控加工车间 T6210工艺序号 程序编号3 %0003夹具名称 夹具编号专用夹具 1工步号 工步作业内容 加工面 刀具号 刀补量 主轴转速 进给速度 背吃刀 量 备注1 粗镗 81 孔,留 1.5mm精镗余量 内孔 Z-1 450r/min 0.3mm/r 1mm2 精镗 81 孔,保证其加工精度及表面粗糙度 内孔 Z-1 600r/min 0.15mm/r 0.25mm34 567编制 审核 批准 2013年 02月 20日 共 7 页 第 3 页4产品名称或代号 零件名称 零件图号数控加工工序卡连杆零件 连杆盖车间 使用设备数控加工车间 Z525工艺序号 程序编号4 %0004夹具名称 夹具编号工序简图专用夹具 1工步号 工步作业内容 加工面 刀具 号 刀补 量 主轴转速 进给速度 背吃刀 量 备注1 钻 M12螺纹底孔, 孔 T02 100r/min 50mm/min 1mm2 攻 M12螺纹, 螺纹 T03 手动345编制 审核 批准 2013年 02月 20日 共 7 页 第 4 页5产品名称或代号 零件名称 零件图号数控加工工序卡连杆零件 连杆盖车间 使用设备数控加工车间 Z525工艺序号 程序编号5 %0005夹具名称 夹具编号工序简图专用夹具 1工步号 工步作业内容 加工面 刀具 号 刀补 量 主轴转速 进给速度 背吃刀 量 备注1 钻 19mm 的孔 孔 T02 100r/min 50mm/min 1mm2 钻 19.85mm 的孔 孔 T02 100r/min 50mm/min 1mm3 铰 20H7 的孔 孔 T04 500r/min 30mm/min 0.25mm45编制 审核 批准 2013年 02月 20日 共 7 页 第 5 页6产品名称或代号 零件名称 零件图号数控加工工序卡连杆零件 连杆盖车间 使用设备数控加工车间 CA6140工艺序号 程序编号6 %0006夹具名称 夹具编号工序简图专用夹具 1工步号 工步作业内容 加工面 刀具 号 刀补 量 主轴转速 进给速度 背吃刀 量 备注1 粗车 21 宽 1.1的沟槽 内表面 T05 450r/min 120mm/min 1mm2 精车 21 宽 1.1的沟槽,保证尺寸精度和粗糙度 内表面 T05 600r/min 80mm/min 0.25mm345编制 审核 批准 2013年 02月 20日 共 7 页 第 6 页7产品名称或代号 零件名称 零件图号数控加工工序卡连杆零件 连杆盖车间 使用设备数控加工车间 X63工艺序号 程序编号7 %0007夹具名称 夹具编号工序简图专用夹具 1工步号 工步作业内容 加工面 刀具 号 刀补 量 主轴转速 进给速度 背吃刀 量 备注1 粗铣宽 15的槽 内表面 T01 600r/min 120mm/min 1mm2 精铣宽 15的槽,保证尺寸精度和粗糙度 内表面 T01 800r/min 80mm/min 0.25mm345编制 审核 批准 2013年 02月 20日 共 7 页 第 7 页产品型号及名称 连杆零件 零件生产批量 单件 第 1 页数控加工工艺过程卡零件名称 连杆盖 零件图号 共 2 页毛坯种类 型材 材料名称 QT450-10 每件毛坯制坯数 1 成品外形尺寸 134x105x43毛坯外形尺寸137x108x46 零件重量 5.34Kg 毛坯数量 1 产品件数 1车间名称工序号工种 工序名称 单件工时 机床型号夹具名称及编号刀具名称及编号量具名称数控车间1铣铣上下两端面1.04min X51 专用夹具 YG8 游标卡尺,千分尺数控车间2铣铣下面各端面和侧面1.63min X51 专用夹具 YG8 游标卡尺 千分尺数控车间3镗镗 81孔 0.43min T6210 坐标镗床专用夹具 硬质合金、YG8游标卡尺 千分尺数控车间4钻钻 2xM12底孔0.28min Z525 专用夹具 麻花钻 游标卡尺 千分尺数控车间5钻钻 20孔 4.3min Z525 专用夹具 麻花钻 游标卡尺 千分尺数控车间6车车 21,宽1.1 的沟槽0.052 CA6140 专用夹具 硬质合金 游标卡尺 千分尺数控车间7铣铣宽 15 的槽0.202 X63 专用夹具 YG8 游标卡尺 千分尺检验车间8验检验个尺寸精度编制 审核 批准 日期 13.02.20 共 2 页 第 1 页摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。连杆盖制造工艺规程及其铣夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:连杆盖;工艺设计;工序设计;专用夹具ABSTRACTThis design involves the machinery manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.Fixture design of connecting rod cap manufacturing process planning and milling 15mm groove is the design process design, including the parts processing process design and fixture three.In the process of design should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design a part of the process route; then the parts of each step of the process dimension calculation, is the key to determine the process equipment and cutting the amount of each working procedure design; then the special fixture fixture design, selection of the various components, such as the connecting part positioning element, clamping elements, guiding elements, fixture and machine tools and other components; the positioning errors calculated fixture positioning, analysis the rationality and shortcoming of the fixture structure, pay attention to improve and design in later.Keyword: connecting rod cap; process design; process design; fixture目 录摘 要 .1ABSTRACT .2目 录 .3第一章 零件的分析 .41.1 零件的作用 .41.2 零件的工艺分析 .4第二章 工艺规格的设计 .72.1 确定毛坯的制造形式 .72.2 基准的选择 .72.2.1 粗基准的选择 .72.2.2 精基准的选择 .72.3 制定工艺路线 .82.3.1 表面加工方法的确定 .82.3.2 确定工艺路线 .82.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .92.5 确定切削用量及基本工时 .102.5.1 粗铣连杆盖端面和侧面 .102.5.2 钻 2-M12 的孔 .102.5.3 攻丝 M12 .112.5.4 镗直径为 81mm 的孔 .122.5.5 钻直径为 19 的孔 .122.5.6 车直径为 21 宽 1.1 的沟槽 .142.5.7 铣宽 15H9 槽面 .14第三章 铣床夹具的设计 .163.1 设计任务 .163.2 夹具方案分析 .163.2.1 工件的定位方案分析 .163.2.2 夹紧方案分析 .173.2.3 夹具体设计 .173.2.4 切削力夹紧力计算 .183.3.5 定位误差分析 .18结束语 .20致 谢 .21参考文献 .22第一章 零件的分析1.1 零件的作用连杆盖主要和连杆组合成一体,作为组合机体来使用,是汽车上的动力连接装置中的主要零件。连杆由连杆体和连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起,连杆盖是其中一个重要的部分。此外,为了减少摩擦和便于维修,连杆的大头孔内装有轴瓦,连杆盖还起到固定和定位轴瓦的作用。1.2 零件的工艺分析此零件为连杆的合件之一连杆盖,连杆盖的视图完整,尺寸、公差及技术要求齐全。此零件形状结构较为简单,零件各表面的加工并不困难,但是基准孔 81+0.021 0mm 以及小头孔要求表面粗糙度 Ra1.6偏高。基本思路为先加工大头孔再以其为基准来加工小头孔。在小头孔中间的大的沟槽需要用 R67mm刀具加工,同样在加工大头孔内表面的沟槽时也要用特殊的 R25mm 的刀具加工。零件图上的主要技术要求有:1.该连杆盖为整体铸造成型,其外形可不再加工,根据 GB/T 6414-1999 的规定,铸件尺寸公差代号为 CT 公差等级分为 16 级,由于零件的轮廓尺寸不大,形状不是很复杂,为大批量生产,从减少加工难度来说,经查机械制造工艺手册,毛坯采用铸造成型。2.铸件应消除内应力。3.不允铸件许有夹渣、气孔、疏松等缺陷。4.连杆小头孔对 A 基准的平行度公差为 0.01mm。5.大头孔两端的台阶面对 B 基准的对称度公差为 0.3mm。6.小头孔中间的沟槽,对基准 B 的对称度为 0.2mm。7.铸件毛坯需要经过人工时效处理。8.未注明倒角均为 145。9.去毛刺,锐边倒钝。10.未注明铸造圆角 R2-R5。11.材料 QT450-10 。12.连杆大小头孔平行度的检验,可采用穿入专用心轴,在平台上用等高的V 型块支撑连杆大头孔心轴,测量大头孔心轴在最高位置时两端的差值,其差值一半即为平行度误差。第二章 工艺规格的设计2.1 确定毛坯的制造形式在各类机械中,连杆盖为为传动件,由于其在工作时处于运动中,经常受冲击和高压载荷,要求具有一定的强度和韧性。该零件的材料选择 QT450-10,零件的轮廓尺寸不大,形状不是很复杂,为成批量生产模型,从减少加工难度来说,经查机制工艺手册,毛坯采用铸造成型。因为零件形状并不复杂,但为减小加工时的切削用量和提高生产效率,节约毛坯材料,毛坯形状可以与零件形状接近,即外形做成台阶形。由于工艺原因,和质量要求,内部孔小于 25mm 不铸出。 2.2 基准的选择2.2.1 粗基准的选择(1)由连杆盖有孔、沟槽等都需加工,而孔作为精基准应先加工,因此选外圆及一端面为粗基准。(2)在保证各加工面有加工余量的前提下,使重要孔的加工余量尽量均匀。(3)要保证定位准确,加紧可靠。2.2.2 精基准的选择该零件是带孔的盘状零件,孔是其设计基准,为避免由于基准不重合而产生误差,应选孔为定位基准,即选 81+0.021 0mm 孔及一端面为加工精基准。2.3 制定工艺路线2.3.1 表面加工方法的确定该零件的加工面有内孔、端面、小孔及槽等,材料为 QT450-10。参考有关资料,其加工方法的选择如下:1.毛坯的两端面互为基准加工,表面粗糙度为 Ra3.2,需粗铣-半精铣。2.大头孔 81+0.021 0mm:内表面粗糙度为 Ra1.6,需进行粗镗-精镗。3.小头孔 20+0.023 0mm:内表面粗糙度为 Ra1.6,需进行钻-扩-半精铰。4.大头孔内沟槽:表面粗糙度为 Ra6.3,一次成型磨即可。5.切割面:表面粗糙度为 Ra1.6,需精铣。6.两台阶面:底面为 Ra6.3,侧面为 Ra1.6,故采用粗铣台阶面后,侧面进行精铣并保证距离尺寸 94 0 +0.02mm,以及对称度 0.3mm A。7.两个螺纹孔的加工:钻-铰孔。8.小头孔的大沟槽采用 R67mm 的成型铣刀去加工。9.大头孔内表面的沟槽采用 R25 的砂轮磨削。10.小头孔里面的沟槽用精细的镗刀加工。2.3.2 确定工艺路线连杆的加工工艺路线一般是先进行外形的加工,再进行孔、槽等加工。其加工包括各侧面和端面的加工,按照先加工基准面及先粗后精的原则进行。连杆盖加工可按下面工艺路线进行。工序:铸造毛坯。工序:人工时效处理。工序: 铣上下两端面工序:铣下面各端面和侧面 工序:镗直径为 81mm 的孔 工序:钻 2M12 的螺纹孔工序:钻 20 的孔工序:车直径为 21,宽 1.1mm 的沟槽 工序:铣宽 15mm 的槽 工序:检查各个部分的尺寸和精度。工序:组装入库。2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定1.铸件质量:零件表面无明显的裂纹等缺陷。2.加工精度:零件除孔以外的各表面为一般加工精度。3.机械加工余量。根据铸件质量、形状,以及各个加工部位的要求毛坯尺寸和余量如下:表:毛坯尺寸和余量加工表面 基本尺寸 mm 毛坯尺寸 mm 单边总加工余量 mm小头孔直径 20 0 10大头孔直径 81 70 5.5零件厚度 43 46 1.5大头孔两端深度 8.5 0 4.25铸造圆角 R3-R5其余余量 Z=2.52.5 确定切削用量及基本工时2.5.1 粗铣连杆盖端面和侧面1)选择刀具刀具选取不冲磨损硬质合金套式面铣刀,刀片采用 YG82)决定铣削用量因为加工余量不大一次加工完成 ap=1.5mm d0=40mm v=125m/min z=4根据 X51 型铣床说明书,其功率为 7.5kw,中等系统刚度。根据表查出fz=0.2mm/齿,则转速 n=1000v/d 0= 995r/min按机床标准选取 nw=750r/min则切削速度为 v=d n/1000=190.8m/min当 nw=750r/minmf= z=0.2*4*750=600mm/r按机床标准选取 mf=600mm/r3)计算工时切削连杆盖端面工时:l=90mm,l 1=9mm,l 2=3mm,则机动工时为1T=((9+3+90)/750*0.2 )*2=1.04min切削连杆盖侧面工时:l=110mm,l 1=9mm,l 2=3mm,则机动工时为 2=((9+3+(110)/750*0.2 )*2=1.63 min2.5.2 钻 2-M12 的孔1)决定机床要素钻 M12 螺纹底孔 10确定进给量 f:根据参考文献,当钢的 b800Mpa,d 0=10mm 时,f=0.39 0.47m/r由于本零件在加工 4.8 孔时属于低刚度零件,故进给量应乘以系数0.75 则进给量 f=0.75*(0.39 0.47)=0.295 0.35m/r根据 Z525 机床说明书,现取 f=0.25mm/r切削速度:根据参考文献,查得切削速度 v=18m/min,所以实际转速 n=1000*18/*10=573r/min根据机床说明书,取 nw=965r/min,故实际切削速度为v=965*10/1000=30m/min2)计算工时切削工时:l=10mm,l 1=9mm,l 2=3mm,则机动工时为3T=(9+3+10/0.3*965)*2=0.14min2.5.3 攻丝 M121)决定机床要素攻螺纹 M12mmv=15m/mm ns=217r/min按机床选取 nw=195r/min,则 v=13.4r/mm2)计算工时机动时 l=20mm,l 1=5mm,l 2=3mm,2.5.4 镗直径为 81mm 的孔1)选择加工机床和刀具加工要求精镗孔 81H7机床:T6210 坐标镗床刀具:刀具材料为硬质合金、YG8、刀杆尺寸为 12mm12mm,长度为500mm。2)决定机床要素镗孔至 81mm,单边余量 Z=1.5mm,a p=1mm,一次加工确定进给量,f=0.15mm/r根据有关手册 取 v=100m/min 则wn=1000v/3.14D=612r/min2)计算工时查机械制造工艺设计手册 ,n w=612r/min,l1=3mm,l 2=4mm,l 3=5mm,l=20mm,则T=20+4+3+5/0.15*612=0.432.5.5 钻直径为 19 的孔1)决定机床要素钻孔 19mm确定进给量 f:根据参考文献,当钢的 b800Mpa,d 0=19mm 时,f=0.390.47m/r。由于本零件在加工 19mm 孔时属于低刚度零件,故进给量应乘以系数 0.75.则f=(0.390.47)*0.75=0.290.35mm/r根据 Z525 机床说明书,现取 f=0.25mm/r切削速度:根据参考文献,查得切削速度 v=18m/min,所以sn=1000v/*d 0 =337.2r/min根据机床说明书,取 nw=375r/min,故实际切削速度为V=* 0* w/1000=22.375m/min2)计算工时:l=72mm,l 1=9mm,l 2=3mm,则机动工时为mt=(43+9+3)/375*0.25=0.896min扩孔 19.85mm1) 决定机床要素利用钻头将 19mm 孔扩大至 19.85mm,根据有关手册规定,扩孔的切削用量可根据钻孔的切削用量选取f=(1.21.8)* mf=(1.21.8)*0.65*0.7=0.5850.87mm/r根据机床说明书,选取 f=0.57mm/r 转v=12m/minV=(1/21/3) 转v=(64)m/min则主轴转速为 n=51.634r/min,并按车床说明书取 nw=68r/min,实际切削速度为2) V=* 0d* wn/1000=4.67m/min3) 计算工时切削工时:l =43mm,l 1=9mm,l2=3mm,则机动工时为mt=(43+9+3)/68*0.57=2.167min铰孔 20H7mm 孔1) 决定机床要素根据参考文献,f=0.20.4mm/r,v=812m/min,得fn=169.8254.65r/min查参考文献,按照机床实际进给量和实际进给转速,取 f=0.35mm/r,nw=198r/min,实际切削速度 v=9.33m/min。2) 计算工时切削工时:l=43mm,l 1=9mm,l 2=3mm,则机动工时为mt=(43+9+3)/198*0.35=1.212min2.5.6 车直径为 21 宽 1.1 的沟槽1) 决定机床要素切削深度:因为所车内圆有精度的要求,故可以选择 ap=1.0mm,多次走刀即可完成所需长度机床功率为 7.5kw。查切削手册,f=0.140.24mm/z,选较小量,f=0.14mm/z查后刀面最大磨损及寿命,最大磨损为 1.01.5mm,寿命 T=180min计算切削速度,查切削手册,查得VC=98mm/s,n=439r/min,V t=490mm/s根据 CA6140卧式车床参数,选择 nc=475r/min,V fc=475mm/s,则实际切削速度 VC=3.14804751000=119.3m/min,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=475(30019)=0.16mm/z2) 计算工时tm=L/Vf=(12+43)475=0.052min2.5.7 铣宽 15H9 槽面 1) 选择刀具刀具选取不重合磨损硬金三面刃铣刀,刀片采用 YG8ap=1.5mm,d 0=200,v=75m/min,z=42) 决定铣削用量因为加工余量不大,故可在一次走刀内铣完,则 ap=1.5mm根据 X63 型铣床说明书,其功率为 12.5kw,中等系统刚度。根据表查出,f z=0.2mm/齿,则sn=1000v/d=1000*75/3.14*120=199r/min按照铣床标准选取 nw=198r/minV=*d* w/1000=3.14*120*198/1000=74.6m/min当 nw=198r/min 时,mf= z=0.2*4*198=158.4mm/r按照机床标准选取 fm=158.4mm/r3) 计算工时切削工时:l 1=100mm,l 2=3mm,则机动工时为wt=100+3/475=0.202min第三章 铣床夹具的设计3.1 设计任务此次设计主要分为两部分,一是对零件的机加工进行工艺规程设计,二是对工序进行专用夹具设计。此次夹具设计选择连杆盖台阶面下端面加工进行专用夹具设计。本夹具主要作来铣连杆体和连杆盖分割面的台阶面底面,台阶底面与小头孔轴心线有尺寸精度要求,台阶底面与螺栓孔应有垂直度要求和台阶底面的平面度要求。由于本工序是粗加工,主要应考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度。3.2 夹具方案分析3.2.1 工件的定位方案分析由零件图可知,在铣台阶面之前,连杆的两个端面、小头孔及大头孔的两侧都已加工,且表面粗糙要求较高。为了使定位误差为零,按基准重合原则选 81小头孔与连杆的端面为基准,但由于大头孔不完整,难以用来较好的定位,所以采用小头孔 20 定位。因为大小孔轴向方向不影响台阶面铣削精度,所以此方向可以不定位,而靠加紧机构固定,所以连杆盖以大小头孔及侧面的 “两孔”定位,属于不完全定位,其中大头孔做成与削边销作用相同的定位板,以避免过定位。由于大头孔尺寸 81,没有相应的削边销,由于是大批量生产,所以可以自制一个作用与削边销相同作用的“定位板” ,如下图所示:而小头孔用定孔芯轴定位,元件如下图所示:3.2.2 夹紧方案分析由于零件小,所以采用有压紧手柄机构的螺母压紧机构与压板,装卸工件方便、迅速。加紧机构用压紧手柄机构与压块,如 cad 图所示:3.2.3 夹具体设计夹具体的作用是将定位、夹具装置连接成一体,并能正确安装在机床上,加工时,能承受一部分切削力。夹具体如图:夹具体为铸造件,安装稳定,刚度好,但制造周期较长。3.2.4 切削力夹紧力计算切削力的计算:,由组合机床得:夹紧力的计算:由机床夹具设计手册得:用扳手的六角螺母的夹紧力:M=12mm, P=1.75mm,L=140mm,作用力:F=70N,夹紧力:W 0=5380N由于夹紧力大于切削力,即本夹具可安全使用。3.3.5 定位误差分析定位误差的计算: 由加工工序知,加工面为连杆的剖分台阶面。台阶底面对连接螺栓孔中心线应有垂直度要求;对剖分出来的台阶底面有一定的平面度要求。所以本工序的工序基准为小头孔中心线,其设计计算如下:(1)确定定位销中心与大头孔中心的距离及其公差。此公差取工件相应尺寸的平均值,公差取相应公差的三分之一(通常取 1/51/3) 。故此尺寸为850.015。(2)确定定位销尺寸及公差本夹具的主要定位元件为一固定销,结构简单,但不便于更换。该定位销的基本尺寸取工件孔下限尺寸 20。公差与本零件在工作时与其相配孔的尺寸与公差相同,即为 20 0 -0.012。(3)小头孔的确定考虑到配合间隙对加工要求中心距 850.015 影响很大,应选较紧的配合。另外小头孔的定位面较短,定位销有锥度导向,不致造成装工件困难。故确定小头定位孔的孔径为 20+0.023 0。对于连杆体盖剖分台阶面深度 8.5+0.05 0 的要求,以 20+0.023 0的中心线为定位基准,而其设计基准为大头孔轴心线,属“基准不重合” ,基准不重合误差 jb=0.1,且由于定位面与定位间存在间隙,造成的基准位置误差即为定位误差,其值为:Dw=0.1+D+d+min=0.1+0.023+0.012+0=0.135 mmDw剖分面的定位误差D工件孔的直径公差d定位销的直径公差min孔和销的最小保证间隙因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。结束语此次机械设计制造工艺及机床夹具课程设计主要是对连杆盖加工工艺规程与夹具设计,在设计过程中要通过对零件进行分析,选择基准,拟定合理的工艺路线,再次选择加工设备及切削用量,即而确定主要表面不同加工时的工序尺寸及公差,填写过程卡,工序卡,通过相关文献手册的查阅,拟定合理的工件定位方案,并分析夹具方案,对刀方案的确定,设计出一套针对于工件铣削台阶底面定位专用夹具,并完成对夹具体装配图,零件图的绘制。通过本次的设计,我们将学到的理论知识,应用于实践,学以致用,从中受益匪浅,使我们明白了对零件加工时的流程,并大致了解了对相关标准件的查找及绘制,我们更从此次设计中学到一丝不苟的工作作风,严谨,细致的工作态度。在此要感谢在我们设计过程中给我们关心和帮助的老师同学们,谢谢!致 谢本次毕业设计是我们大学最后也是最重要的一次设计,所以在此对那些帮助过、知道过我的人致以最诚挚的感谢。感谢我的指导老师的悉心指导,如果不是指导老师耐心的教导,我也完不成我的设计。当我的设计出现问题时,当我的知识薄弱时,指导老师总会及时的帮助我,我想我的设计其实也凝聚着指导老师的一份心血。指导老师严谨治学的精神给我们留下了深刻的印象。所以特别感谢指导老师,致以最崇高的敬意。这里我还要感谢我们机电系的所有老师,当我们有疑难困惑的时候,总能及时得到你们的帮助。作为你们的学生是幸福的,也是幸运的。感谢我的父母,是你们把我带到这个世界上,让我去生活,去学习。其实还要感谢很多人,就用我今后的表现去报答你们爱。参考文献1闻邦椿.机械设计手册(第 5 版).北京:机械工业出版社,2010.1 2王光斗等编. 机床夹具设计手册.上海:上海科学技术出版社.2000.113王宝玺 贾庆祥.汽车制造工艺学(第 3 版).北京:机械工业出版社,2010.1 4达世亮汽车制造切削加工系统工程及应用北京:机械工业出版社,2009.1 5赵敖生 宜沈平. 5计算机工程制图实例教程.南京:东南大学出版社,2008.96张岚 弓海霞 刘宇辉.新编实用液压技术手册 ,北京:人民邮电出版社,2008.57范钦珊 蔡新.工程力学(第二版).北京:机械工业出版社,2007.18李凯岭.机械制造技术基础.北京:清华大学出版社,2010.49Robert L.Mott.机械设计(第四版) (英文版).北京:电子工业出版社, 2007.510齐占庆机床电气控制技术北京:机械工业出版社,2005.611曾秀云 .公差配合与测量技术.北京:机械工业出版社,2007.812 张茂.机械制造技术基础.北京:机械工业出版社,2008.313Harrison A.Belt Conveyor Research 1980-2000. 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