连杆机加工工艺及主要装备的设计.doc
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1、丽水学院2010届学生毕业设计连杆机加工工艺及主要装备的设计摘 要连杆机构是两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中,用连杆来连接活塞与曲柄。连杆也是柴油机的主要传动件之一,本课题主要研究连杆的加工工艺及相关夹具的设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高,而连杆的刚性比较差,容易产生变形,因此在安排工艺过程时,就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用,并修正加工后的变形,就能最后达到零件的技术要求。关键词: 连杆 加工工艺 夹具设计The machining technology and the de
2、sign of clamping device of the connecting rodAbstractThe connecting rod is a kind of rod which connects driving member with driven member to transport power and movement. For example in reciprocating piston power machine and compressors, the connecting rod is used to connect piston with crank. The c
3、onnecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and
4、 the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation af
5、ter processing, can reach the specification requirement for the part finally . Keyword: Connecting rod Processing technology Design of clamping deviceIII目 录绪论3第一章 连杆加工工艺41.1 连杆的结构特点41.2 连杆的机械加工工艺过程分析51.2.1 工艺过程的安排51.2.2 定位基准的选择51.2.3 确定合理的夹紧方法61.3 连杆加工工艺设计应考虑的问题71.3.1工序安排71.3.2定位基准71.3.3夹具使用71.4 切削用
6、量的选择原则71.4.1 粗加工时切削用量的选择原则71.4.2 精加工时切削用量的选择原则81.5 连杆的机械加工工艺过程91.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差111.6.1 确定加工余量111.6.2 确定工序尺寸及其公差121.7 计算工艺尺寸链131.7.1 连杆盖的卡瓦槽的计算131.7.2 连杆体的卡瓦槽的计算141.8 工时定额的计算151.8.1 铣连杆大小头平面151.8.2 粗磨大小头平面151.8.3 加工小头孔161.8.4 铣大头两侧面171.8.5 扩大头孔181.8.6 铣开连杆体和盖181.8.7 加工连杆体191.8.8 铣、磨连杆盖结合面211.
7、8.9 铣、钻、镗(连杆总成体)231.8.10 粗镗大头孔251.8.11 大头孔两端倒角261.8.12 精磨大小头两平面(先标记朝上)261.8.13 半精镗大头孔及精镗小头孔261.8.14 精镗大头孔271.8.15 钻小头油孔271.8.16 小头孔两端倒角281.8.17 镗小头孔衬套281.8.18 珩磨大头孔28第二章 夹具设计292.1 铣结合面夹具设计292.1.1问题的指出292.1.2 夹具设计292.2 镗大头孔夹具设计312.2.1 夹具体上的加工表面312.2.2 加工精度分析322.2.3 定位误差322.2.4 对刀误差322.2.5 夹具在机床上的安装误差
8、322.2.6 夹具误差322.2.7 加工方法误差332.2.8 工件在夹具中加工时总误差332.3 钻配对孔夹具设计332.3.1问题的指出342.3.2 夹具设计342.3.3 加工精度分析35结束语37谢辞38参考文献3937绪论课题研究背景连杆机构是两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中,用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件,其主体部分的截面多为圆形或工字形,两端有孔,孔内装有青铜衬套或滚针轴承,供装入轴销而构成铰接。 连杆也是汽车发动机中的重要零件,它连接着活塞和曲轴,其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞上的力传
9、给曲轴以输出功率。连杆在工作中,除承受燃烧室燃气产生的压力外,还要承受纵向和横向的惯性力。因此,连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能;又要求具有足够的钢性和韧性。在机械加工过程中,夹具占有非常重要的地位,它可靠地保证了工件的加工精度,提高了加工效率,减轻了劳动的强度,夹具的设计过程中,应深入生产实际,(对工件的图纸,工艺文件,生产纲领等分析),精心调查研究,吸取国内外的先进技术,制订出合理的设计方案。同时我们也都知道减少停工检修期
10、是提高生产力、使生产能力利用系数最大化的一项重要因素。然而零件加工过程中的精确定位和装夹的重复精度也是改进效率和质量的关键。譬如柔性加工中心的产生就是为了减少产品循环周期。随着全球经济一体化的加快和信息网络技术的迅猛发展,国外先进企业管理思想不断涌入,企业流程再造(BPR)作为近年来出现的新的管理理念和思想,为扩展我国企业的发展空间、提升核心竞争力提供了新的思路。由于市场需求变化的加快和先进制造技术的发展,尤其是各种先进生产方式的兴起,使得企业必须适应快速变化的市场,以最小的运营成本产生最大的效益,才能在国际化竞争中立于不败之地。本课题结合连杆企业资源与生产现状,以先进生产方式的理念为依据对连
11、杆生产工艺流程和生产模式以及相关夹具进行了重新的研究和设计并应用于连杆生产,提高了连杆生产的柔性和适应市场的快速变换能力,降低了生产中存在的各种变差和浪费,为企业增强产品竞争力打下了基础。第一章 连杆加工工艺1.1 连杆的结构特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一,它在柴油机中,把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴,又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。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。为了减少磨损和便于维修,连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底,底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连
12、杆体大头和连杆盖之间有一组垫片,可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套,以减少小头孔与活塞销的磨损,同时便于在磨损后进行修理和更换。在发动机工作过程中,连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用,连杆除应具有足够的强度和刚度外,还应尽量减小连杆自身的质量,以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡,同一发动机中各连杆的质量不能相差太大,因此,在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块,以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求,连杆大、小头的
13、厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽),发动机工作时,依靠曲轴的高速转动,把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内,以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来,使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动,以输出动力。因此,连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能,而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个:(1)连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度;(2)连杆大、小头孔中心距尺寸精度;(3)连杆大、小头孔平行度;(4)连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度;(5)连杆大头螺栓孔与结合面的垂直度。图1-11.2
14、 连杆的机械加工工艺过程分析1.2.1 工艺过程的安排在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度:(1)连杆本身的刚度比较低,在外力(切削力、夹紧力)的作用下容易变形。(2)连杆是模锻件,孔的加工余量大,切削时将产生较大的残余内应力,并引起内应力重新分布。因此,在安排工艺进程时,就要把各主要表面的粗、精加工工序分开,即把粗加工安排在前,半精加工安排在中间,精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大,因此切削力、夹紧力必然大,加工后容易产生变形。粗、精加工分开后,粗加工产生的变形可以在半精加工中修正;半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量,切削力及内应力的作用,逐步修正加
15、工后的变形,就能最后达到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下:(1)两端面:粗铣、精铣、粗磨、精磨(2)小头孔:钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗(3)大头孔:扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨一些次要表面的加工,则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。1.2.2 定位基准的选择在连杆机械加工工艺过程中,大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面,并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于:端面的面积大,定位比较稳定,用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中距。这样就使各工序中的定位基准统一起来,减少了定位误差。为了不断改善基面的精度,基面的加工与主要表面的加工要
16、适当配合:即在粗加工大、小头孔前,粗磨端面,在精镗大、小头孔前,精磨端面。由于用小头孔和大头孔外侧面作基面,所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔,这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证,有时会影响到后续工序的加工精度。在第一道工序中,工件的各个表面都是毛坯表面,定位和夹紧的条件都较差,而加工余量和切削力都较大,如果再遇上工件本身的刚性差,则对加工精度会有很大影响。因此,第一道工序的定位和夹紧方法的选择,对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆的加工就是如此,在连杆加工工艺路线中,在精加工主要表面开始前,先粗铣两个端面,其中粗磨端面又是以毛
17、坯端面定位。因此,粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢?一个方法是以毛坯端面定位,在侧面和端部夹紧,粗铣一个端面后,翻身以铣好的面定位,铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整,连杆的刚性差,定位夹紧时工件可能变形,粗铣后,端面似乎平整了,一放松,工件又恢复变形,影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小,同时可以铣工件的端面,使一部分切削力互相抵消,易于得到平面度较好的平面。同时,由于是以对称面定位,毛坯在加工后的外形偏差也比较小。1.2.3 确定合理的夹紧方法既然连杆是一个刚性比较差的工件,就应该十分注意夹紧力的大小,作用力
18、的方向及着力点的选择,避免因受夹紧力的作用而产生变形,以影响加工精度。在加工连杆的夹具中,可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中,夹紧力的方向与端面平行,在夹紧力的作用方向上,大头端部与小头端部的刚性高,变形小,既使有一些变形,亦产生在平行于端面的方向上,很少或不会影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上,可避免工件产生弯曲或扭转变形。在加工大小头孔工序中,主要夹紧力垂直作用于大头端面上,并由定位元件承受,以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时,只以大平面(基面)定位,并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后,用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在
19、端面上定位夹紧,避免可能产生的变形。1.3 连杆加工工艺设计应考虑的问题1.3.1工序安排连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素:(1)连杆的刚度比较低,在外力作用下容易变形;(2)连杆是模锻件,孔的加工余量大,切削时会产生较大的残余内应力。因此在连杆加工工艺中,各主要表面的粗精加工工序一定要分开。1.3.2定位基准精基准:以杆身对称面定位,便于保证对称度的要求,而且采用双面铣,可使部分切削力抵消。统一精基准:以大小头端面,小头孔、大头孔一侧面定位。因为端面的面积大,定位稳定可靠;用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。1.3.3夹具使用应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位
20、销是一次装夹中镗出,故须考虑“自为基准”情况,这时小头定位销应做成活动的,当连杆定位装夹后,再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此,精铣端面时,夹具可考虑重复定位情况,如采用夹具限制7个自由度(其是长圆柱销限制4个,长菱形销限制2个)。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难,因此要求夹具制造精度较高,且采取一定措施,一方面长圆柱销削去一边,另一方面设计顶出工件的装置。1.4 切削用量的选择原则正确地选择切削用量,对提高切削效率,保证必要的刀具耐用度和经济性,保证加工质量,具有重要的作用。1.4.1 粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高
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