连杆零件工艺以及铣台阶面的夹具设计

连杆零件工艺以及铣台阶面的夹具设计
摘 要：随着全球制造产业的区域转移整个制造行业竞争的加剧，所有机械加工生产单位都面临提高生产效率的问题。而在机加过程中作为装夹工件的工艺装备的夹具，在提高生产效率方面有其特别的优势。特别是在切削加工过程中，配以适当的加工辅助工具。（如夹具）等，有力于提高企业生产效率，使得许多复杂零件的加工成为可能，常规零件加工的质量进一步提升，并降低劳动强度，在保证产品质量加工精度的同时批量生产，从而降低生产成本。从而夹具的使用在某种程度上提高实际生产中企业的效益 。因而对夹具知识的认识和学习，在今天显的优为重来。
本论文是结合目前实际生产中，常常发现仅用通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件生产效率低劳动强大，加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，而专门设计的一种铣床夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。可以有效的减少工件加工的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。
关键词：连杆，铣床夹具，定位，夹紧
ABSTRACT：As the global manufacturing industry-regional competition intensifies across the manufacturing sector, all the machining units are facing the problem of improving productivity. Clamping the workpiece during the machining process technology and equipment fixtures for its special advantages in terms of productivity. Especially in the cutting process, with appropriate processing of auxiliary tool. (Such as fixtures), effective in improving production efficiency, made it possible for many complex parts machining, conventional machining quality further improved, and reduces labor intensity, in mass production while maintaining product quality and Machining accuracy, thereby reducing production costs.  Thus knowledge of fixture and learning, is of high importance in today. This papers is combines currently actual production in the, often found only with General fixture cannot meet production requirements, with General fixture loaded clip artifacts production efficiency low labor powerful, processing quality not high, and often needs increased crossed processes, and specifically design of a milling machine fixture, main including fixture of positioning programme, clip tight programme, and on knife programme, clip specific and positioning key of design and the processing precision, aspects of analysis.  Can effectively reduce machining time and time, improved labour productivity, which can effectively reduce the labor intensity of workers and increase productivity. Key words: linkage, milling machine clamps, positioning, clamping
Keywords： linkage, milling machine clamps, positioning, clamping
目 录

前　言 1
第一章    零件的工艺分析 2
1.1 选题目的原因和意义 2
1.2 零件的作用 2
1.3 零件的结构 3
1.4 选择毛坯种类 4
1.4.1  选用毛坯 4
1.4.2  毛坯的制造方法 4
第二章 工艺流程的设计 5
2.1 连杆的定位基准和定位方案分析 5
2.2 加工工艺过程的安排 6
2.3 确定加工工艺路线 6
2.4 加工设备以及工艺装备的选择 7
2.5 工序尺寸的确定 9
2.6 切削用量的确定 10
第3章 铣床夹具简介 11
3.1铣床夹具 11
3.1.1 铣床夹具的分类 11
3.1.2 铣床常用通用夹具的结构 11
3.1.3 铣床夹具的设计特点 12
第4章 定位与夹紧 14
4.1铣床直线进给夹具 14
4.1.1 六点定位原理 14
4.1.2 应用定位原理几种情况 15
4.1.3 确定要限制的自由度 16
4.2定位装置的设计 17
4.3 定位销尺寸计算 23
4.4夹紧装置的设计 25
4.5夹紧力的计算 30
第5章 定位对刀装置与夹具体设计 33
5.1定位键装置的设计 33
5.1.1 定位键 33
5.1.2 定位键配合 33
5.2对刀装置的设计 34
5.3夹具体的设计 36
5.3.1 夹具的总体结构 36
5.3.2 夹具安装方式及结构型式 37
第6章 夹具定位误差分析 40
6.1定位误差分析 40
6.2定位误差产生原因 40
6.3夹具加工误差的分析 42
6.4常见的定位方式中基准位移误差 44
6.5定位误差合成 45
结 论 47
谢 辞 49
参考文献
前　言

夹具最早出现在1787年，随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，机床夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺设备。科技的进步，生产的发展和产品在时常上的竞争，产品更新换代的周期越来越短，对机床夹具的设计、制造、使用提出了新的更高的要求。现代机床夹具应该朝精密化柔性化、标准化等方面发展。
面对发我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化。特别是作为机械制造中装夹工件的工艺装备的夹具，在机械化大生产的今天显的更加重要起来，因为夹具是加工生产内不可却少的重要部分。机械制造中特别是在金属切削加工过程中，配以适当的夹具等加工辅助工具，有力于提高企业生产效率，降低劳动强度，保证加工产品质量，从而降低生产成本，提高企业效益。从而在某种程度上对提高我国企业的竞争力有一定的促进作用。
该夹具具有良好的加工精度，针对性强，主要用于连杆零件铣槽工序的加工。本夹具具有夹紧力装置，具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化的特点，可以有效的减少工件加工的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。
第一章    零件的工艺分析
1.1 选题目的原因和意义
在这个科学技术迅速发展的年代，机械化生产已成为全球公认的一种生产方式，而在社会的各个行业中，包括农业、电力、煤炭、轻纺、电子、通信、交通、石油、化工、医疗、军事等，都离不开各式各样的机械设备，这些机械设备都是由机械制造工业提供的。而在机械这个庞大的学科领域中，机床夹具设计是一门很重要的科学技术。
企业若是想在这个竞争激烈的社会中占有一席之地，那就必须不断地设计、改进自己的产品，用最低的成本获取最大的利益，而想要实现这一目的就离不开机械这一行业的工艺过程，怎样合理地安排工艺路线是降低成本和提高生产率的最有效的方法之一，而夹具的使用有时会进一步提高生产率，因此夹具也是一种必不可少的加工手段。
1.2 零件的作用
连杆是发动机内部的重要零件。连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴。所以，连杆除上下运动外，还左右摆动作复杂的平面运动。连杆工作时，主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷， 要求它应有足够的疲劳强度和结构刚度。同时，由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计、热处理及表面强化等因素来确保连杆的可靠性。连杆在机器中应用之广以及它在机器中的作用和地位不言而喻。
 1.3 零件的结构
由图可以知道两个φ13孔的精度要求较高，需要H8的精度，所以需要精绞，同时也要保证两孔中心距的距离为77±0.1mm。本零件的上下两平面的加工没有粗糙度和形位公差的要求，但是要保证上下两平面的距离为16mm，加工两平面时要设计一夹具来加工。同时R15的两圆弧面也只需要粗铣，唯一要保证的是两圆弧面与两斜侧面相切。再观察图上还有φ25的孔，同样没有粗糙度和形位公差的要求，但是和两个φ13孔的中心距要求38.5±0.05mm，钻孔时要保证此精度。另外就是中心槽的加工，此槽的粗糙度为Ra6.3mm，只需要粗铣即可，其宽度基本尺寸为45mm，上偏差为0.1mm，下偏差为0，深度为10mm，加工时应设计一夹具来保证此槽的尺寸偏差和深度。
1.4 选择毛坯种类
  1.4.1  选用毛坯
45钢属于优质非优质合金钢（中碳钢），具有一定的塑性和韧性，较高的强度，切削性能良好。经调质处理后具有良好的的综合力学性能，用于制造要求受力较大，韧性、强度和塑性都较高的机械零件，例如主轴、发动机曲轴、丝杆、机床齿轮、连杆等，应用领域非常广泛。
本零件毛坯材料选用45钢，毛坯尺寸精度要求为IT11~IT12级。
  1.4.2  毛坯的制造方法
此连杆尺寸较均匀，采用模锻较好。由于考虑到其经济性、结构工艺性和生产类型，选择整体锻造较好。
模锻是使金属坯料在冲压力作用下，在锻模模膛内变形从而获得锻件的工艺方法。在锻造过程中，由于金属塑性变形的结果，使毛坯金属获得较细的晶粒，同时能压合组织内部的缺陷，因而提高了金属的力学性能和使用中的可靠性，一般可使强度提高20%、韧性提高一倍左右。因此，凡承受高压力、动载荷、重载荷的零件大多采用模锻来制造毛坯。
第二章  工艺流程的设计
2.1 连杆的定位基准和定位方案分析
此连杆外形简单但其刚性较差，并且它的技术要求不是很高，但是合理的选择加工中的定位基准依旧是保证连杆技术要求的重要因素之一。
在连杆的实际加工过程中，一般情况下都是对工件进行完全定位，也就是利用六点定位原理来限制工件的自由度。在大多数的情况下，选用连杆的上端面为主要定位基准，这样可以使工件的支撑面积增大、装夹方便、定位平稳。同时选择连杆的两圆弧面为一般定位基准，这样可以实现工件的六自由度定位。这里选择连杆的端面和两圆弧面作为定位基准，不但可以实现加工过程中的基准统一，还可以减少工件的定位误差。
根据“先基准后其他”的加工原则，上下两端面的加工为主要定位基准，所以要安排在工艺过程最初的工序进行加工。首先以未加工的下端面为粗基准定位加工上端面，然后以加工后的上端面为基准，定位加工下端面。由此可以知道，下端面的精度要比上端面的精度要高，所以在后续的加工中，以下端面为精基准较好。
2.2 加工工艺过程的安排
连杆加工的大致顺序：粗铣上下两端面——粗铣两圆弧面——铣圆弧相切端面与纵向最大尺寸线的交点——铣槽——钻、铰孔——钻、镗中心孔——抛光——检验——入库。
2.3 确定加工工艺路线
为保证加工符合零件的各种技术要求，需确定合理的加工工艺路线。
2.4 加工设备以及工艺装备的选择
连杆一般生产类型为大批生产，所以加工设备一般以通用机床为主，再加以少量专用机床。此零件的生产方式主要以通用机床和专用夹具为主，少量专用机床为辅的流水生产线的加工方式。工件在各机床上的拆装和各机床间的传送均由人工完成。
0.粗铣两端面。根据工件的夹具结构设计及定位加紧方案等问题，选用X51铣床。刀具选择D为40mm的硬质合金面铣刀，刀具材料为YT15，夹具为专用夹具，检测工具为游标卡尺。
1.粗铣两圆弧面。根据工件的夹具结构设计及定位加紧方案等问题,选用X51铣床。刀具选择D为30mm的硬质合金立铣刀，刀具材料为YT15，夹具为专用夹具，检测工具为游标卡尺。
2.铣圆弧相切端面与纵向最大尺寸线的交点。与粗铣两圆弧面是同一把刀。
3.铣槽。根据工件的夹具结构设计及定位加紧方案等问题,选用X51铣床。刀具选择D为45mm的硬质合金端铣刀，刀具材料为YT15，夹具为专用夹具，检测工具为游标卡尺。
4.钻、绞孔。根据工件的夹具结构设计及定位加紧方案等问题,选用Z525钻床。刀具选择D为12.8mm的麻花钻和D为13mm的硬质合金铰刀，刀具材料为YG8，夹具为专用夹具，检测工具为游标卡尺。
5.钻、镗中心孔。根据工件的夹具结构设计及定位加紧方案等问题,选用Z525钻床和CA6140车床。刀具选择D为12.8mm的麻花钻和硬质合金镗刀，麻花钻材料为YW2，硬质合金镗刀材料为YG6，夹具为专用夹具，检测工具为游标卡尺。
2.5 工序尺寸的确定
工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸。因此，正确的确定工序尺寸及其公差，是制定工艺规程的一项重要工作。
工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、已经确定的各个工序的加工余量及定位基准的转换来进行。确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后一道工序开始依次向前推算，最后工序的工序尺寸按设计尺寸标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序的加工余量有关。当定位基准与工序基准不重合或工序尺寸尚需从继续加工的表面标注时，工序尺寸应用尺寸链解算。分析该零件图样，其工序基准与定位基准重合，故其工序尺寸只与各个加工工序的余量有关。具体的计算步骤如下：
1）确定某一被加工表面各个加工工序的加工余量    由查表法确定各工序的加工余量；
2）计算各工序尺寸的基本尺寸    从终加工工序开始，即从设计尺寸开始，到第一道加工工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）每道加工工序的基本余量，便可得到各工序尺寸的基本尺寸（包括毛坯尺寸）；
3）确定各工序尺寸公差及其偏差   除终加工以外，根据各工序所采用的加工方法及其经济加工精度，确定各工序的工序尺寸公差（终加工工序的公差按设计要求确定），并按照“入体原则”标注工序尺寸公差。
完成一道工序时，从某一表面上所必须切除的金属层厚度，称为该工序的工序余量，即上道工序的工序尺寸与本道工序的工序尺寸之差。
1. Φ13两端面：没有粗糙度要求，尺寸没有精度要求，粗铣即可，选择粗铣加工余量为2mm单边加工
2. Φ13孔的尺寸精度为H8，得经过钻--精铰，因Φ13孔铸造时有预留孔为Φ11，查表得Φ13孔的加工余量为2mm双边加工，Φ25孔的加工余量为2mm，双边加工。
参考文献
[1]许嘉元,曾家驹. 机械制造工艺学. 北京: 机械工业出版社, 2007.1
[2]赵红霞,王淑珍. 机械工程专业英语. 湖北： 武汉理工大学出版社, 2005.6
[3]王昆，何小柏，汪信远. 机械设计设计. 北京: 高等教育出版社, 1995.3
[4]陈于萍,周兆元. 互换性与测量技术基础. 北京: 机械工业出版社, 1997.5
[5]丁树模,周骥平. 机床夹具设计. 北京: 机械工业出版社, 2006.1
[6]刘守永,陈殿学，刘彦竹. 机械制造工艺. 北京: 机械工业出版社, 1994.1
[7]刘小年,陈婷,崔建军. 工程制图. 北京: 机械工业出版社, 2004.10
[8]钟志华,周彦伟. 现代设计方法. 湖北: 武汉理工大学出版社, 2001.8
[9]刘守勇，陈殿学，刘彦竹. 机械制造工艺与机床夹具. 北京: 机械工业出版社，1994.1
[10]管俊杰，王积生，师国政. 机械工程专业英语. 北京: 机械工业出版社，2001.6
[11]杨树花，王春艳. 标准紧固件质量大全. 上海: 中国标准出版社, 2003.5
[12]梁俊有，李洪波. CAD工程设计. 西安: 远方出版社，2005.8
[13]王光斗,王春福,张继信等. 机床夹具设计手册. 上海: 上海科学技术出版社，1980.1
[14]邓昭铭，张莹. 机械设计基础. 北京: 高等教育出版社，第二版，2000.7
[15]范厚军主编. 紧固件手册. 江西: 江西科学技术出版社，2004.1
[16]成大先主编. 机械设计手册. 上海：化学工业出版社，2004.1
[17]孙靖民，米成秋主编. 机械结构优化设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社1986.5
[18]刘承启主编. 新编铣工计算手册. 北京: 机械工业出版社，2001.5
[19]汪琪，李钧主编. 机械设计计算. 重庆： 中国致公出版社，1998.5
[20]王启平编. 机床夹具设计. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社，1996，2
[21]吴拓编. 机床夹具课程设计指导. 北京: 机械工业出版社，2002.6
[22]李明望编. 机床夹具设计实例教程. 上海：化学工业出版社， 2006，2
[23]刘勇编. 机械设计与机械制造工艺. 北京: 机械工业出版社，2001.6