汽車連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
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擴(kuò)大頭孔夾具.dwg
擴(kuò)大頭孔零件圖.dwg
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連桿裝配圖打印.dwg
銑剖分面夾具.dwg
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目 錄
摘要 3
第一章 汽車連桿加工工藝 4
1.1 連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4
1.2 連桿的主要技術(shù)要求 4
1.2.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 5
1.2.2 大、小頭孔軸心線在兩個(gè)互相垂直方向的平行度 5
1.2.3 大、小頭孔中心距 5
1.2.4 連桿大頭孔兩端面對(duì)大頭孔中心線的垂直度 5
1.2.5 大、小頭孔兩端面的技術(shù)要求 5
1.2.6 螺栓孔的技術(shù)要求 6
1.2.7 有關(guān)結(jié)合面的技術(shù)要求 6
1.3 連桿的材料和毛坯 6
1.4 連桿的機(jī)械加工工藝過程 8
1.5 連桿的機(jī)械加工工藝過程分析 10
1.5.1 工藝過程的安排 10
1.5.2 定位基準(zhǔn)的選擇 11
1.5.3 確定合理的夾緊方法 12
1.5.4 連桿兩端面的加工 12
1.5.5 連桿大、小頭孔的加工 12
1.5.6 連桿螺栓孔的加工 13
1.5.7 連桿體與連桿蓋的銑開工序 13
1.5.8 大頭側(cè)面的加工 13
1.6 連桿加工工藝設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題 13
1.6.1 工序安排 13
1.6.2 定位基準(zhǔn) 13
1.6.3 夾具使用 13
1.7 切削用量的選擇原則 14
1.7.1 粗加工時(shí)切削用量的選擇原則 14
1.7.2 精加工時(shí)切削用量的選擇原則 15
1.8 確定各工序的加工余量、計(jì)算工序尺寸及公差 15
1.8.1 確定加工余量 15
1.8.2 確定工序尺寸及其公差 16
1.9 計(jì)算工藝尺寸鏈 17
1.9.1 連桿蓋的卡瓦槽的計(jì)算 17
1.9.2 連桿體的卡瓦槽的計(jì)算 18
1.10 工時(shí)定額的計(jì)算 19
1.10.1 銑連桿大小頭平面 19
1.10.2 粗磨大小頭平面 19
1.10.3 加工小頭孔 20
1.10.4 銑大頭兩側(cè)面 21
1.10.5、擴(kuò)大頭孔 21
1.10.6 銑開連桿體和蓋 21
1.10.7 加工連桿體 22
1.10.8 銑、磨連桿蓋結(jié)合面 24
1.10.9 銑、鉆、鏜連桿總成體 26
1.10.10 粗鏜大頭孔 27
1.10.11 大頭孔兩端倒角 27
1.10.12精磨大小頭兩平面 28
1.10.13 半精鏜大頭孔及精鏜小頭孔 28
1.10.14精鏜大頭孔 28
1.10.16 小頭孔兩端倒角 29
1.10.17 鏜小頭孔襯套 29
1.10.18 珩磨大頭孔 29
1.11 連桿的檢驗(yàn) 30
1.11.1 觀察外表缺陷及目測(cè)表面粗糙度 30
1.11.2 連桿大頭孔圓柱度的檢驗(yàn) 30
1.11.3 連桿體、連桿上蓋對(duì)大頭孔中心線的對(duì)稱度的檢驗(yàn) 30
1.11.4 連桿大小頭孔平行度的檢驗(yàn) 30
1.11.5 連桿螺釘孔與結(jié)合面垂直度的檢驗(yàn) 31
第二章 夾具設(shè)計(jì) 31
2.1 銑剖分面夾具設(shè)計(jì) 31
2.1.1問題的指出 31
2.1.2 夾具設(shè)計(jì) 31
1) 定位基準(zhǔn)的選擇 31
2) 夾緊方案 31
3) 夾具體設(shè)計(jì) 31
4) 切削力及夾緊力的計(jì)算 32
5) 定位誤差分析 32
2.2 擴(kuò)大頭孔夾具 33
2.2.1 問題的指出 33
2.2.2 夾具設(shè)計(jì) 33
1) 定位基準(zhǔn)的選擇 33
2) 夾緊方案 33
3) 夾具體設(shè)計(jì) 34
4) 切削力及夾緊力的計(jì)算 34
5) 定位誤差分析 35
結(jié)束語(yǔ)： 36
參考文獻(xiàn): 37
致謝 38
摘 要
連桿是柴油機(jī)的主要傳動(dòng)件之一，本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設(shè)計(jì)。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，因此在安排工藝過程時(shí)，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，并修正加工后的變形，就能最后達(dá)到零件的技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞: 連桿 變形 加工工藝 夾具設(shè)計(jì)
The connecting 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 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 after processing, can reach the specification requirement for the part finally .
Keyword: Connecting rod Deformination Processing technology Design of clamping device
第一章 汽車連桿加工工藝
1.1 連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一，它在柴油機(jī)中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動(dòng)載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底，底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來(lái)補(bǔ)償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時(shí)便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。
在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)均衡，同一發(fā)動(dòng)機(jī)中各連桿的質(zhì)量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設(shè)置了去不平衡質(zhì)量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質(zhì)量。連桿大、小頭兩端對(duì)稱分布在連桿中截面的兩側(cè)?？紤]到裝夾、安放、搬運(yùn)等要求，連桿大、小頭的厚度相等(基本尺寸相同)。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔(或油槽)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把氣缸體下部的潤(rùn)滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤(rùn)滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。
連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來(lái)，使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸出動(dòng)力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數(shù)主要有5個(gè)：（1）連桿大端中心面和小端中心面相對(duì)連桿桿身中心面的對(duì)稱度；（2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；（3）連桿大、小頭孔平行度；（4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。
1.2 連桿的主要技術(shù)要求
連桿上需進(jìn)行機(jī)械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結(jié)合面及連桿螺栓定位孔等。連桿總成的主要技術(shù)要求（圖1-1）如下。
連桿總成圖（1—1）
1.2.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度
為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少?zèng)_擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm；大頭孔的圓柱度公差為0.012 mm，小頭孔公差等級(jí)為IT8，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于3.2μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025 mm，素線平行度公差為0.04/100 mm。
1.2.2 大、小頭孔軸心線在兩個(gè)互相垂直方向的平行度
兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會(huì)使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時(shí)使曲軸的連桿軸頸產(chǎn)生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較??；而兩孔軸心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對(duì)不均勻磨損影響較小，因而其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在100 mm長(zhǎng)度上公差為0.04 mm；在垂直與連桿軸心線方向的平行度在100 mm長(zhǎng)度上公差為0.06 mm。
1.2.3 大、小頭孔中心距
大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，所以規(guī)定了比較高的要求：190±0.05 mm。
1.2.4 連桿大頭孔兩端面對(duì)大頭孔中心線的垂直度
連桿大頭孔兩端面對(duì)大頭孔中心線的垂直度，影響到軸瓦的安裝和磨損，甚至引起燒傷；所以對(duì)它也提出了一定的要求：規(guī)定其垂直度公差等級(jí)應(yīng)不低于IT9（大頭孔兩端面對(duì)大頭孔的軸心線的垂直度在100 mm長(zhǎng)度上公差為0.08 mm）。
1.2.5 大、小頭孔兩端面的技術(shù)要求
連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術(shù)要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級(jí)為IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小頭兩端面的尺寸公差等級(jí)為IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。這是因?yàn)檫B桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內(nèi)檔之間沒有配合要求。連桿大頭端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來(lái)許多方便。
1.2.6 螺栓孔的技術(shù)要求
在前面已經(jīng)說過，連桿在工作過程中受到急劇的動(dòng)載荷的作用。這一動(dòng)載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個(gè)螺栓及螺母上。因此除了對(duì)螺栓及螺母要提出高的技術(shù)要求外，對(duì)于安裝這兩個(gè)動(dòng)力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按IT8級(jí)公差等級(jí)和表面粗糙度Ra應(yīng)不大于6.3μm加工；兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對(duì)稱度公差為0.25 mm。
1.2.7 有關(guān)結(jié)合面的技術(shù)要求
在連桿受動(dòng)載荷時(shí)，接合面的歪斜使連桿蓋及連桿體沿著剖分面產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)位，影響到曲軸的連桿軸頸和軸瓦結(jié)合不良，從而產(chǎn)生不均勻磨損。結(jié)合面的平行度將影響到連桿體、連桿蓋和墊片貼合的緊密程度，因而也影響到螺栓的受力情況和曲軸、軸瓦的磨損。對(duì)于本連桿，要求結(jié)合面的平面度的公差為0.025 mm。
5) 定位誤差分析
① 定位元件尺寸及公差的確定：
本夾具的主要定位元件為一固定定位銷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不便于更換。該定位銷尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時(shí)與其相配孔的尺寸公差相同，即為 Φ29.49h7.
② 對(duì)于連桿體剖分面中心距190 0.1的要求，以Φ29.49 的中心線為定位基準(zhǔn)，雖屬“基準(zhǔn)重合”，無(wú)基準(zhǔn)不重合誤差，但由于定位面與定位間存在間隙，造成的基準(zhǔn)位置誤差即為定位誤差，其值為：
ΔDw=δD+δd+Δmin
=0.033+0.012+0
=0.045 mm
ΔDw－－剖分面的定位誤差
δD――工件孔的直徑公差
δd――定位銷的直徑公差
Δmin――孔和銷的最小保證間隙
此項(xiàng)中心距加工允差為0.2mm,因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。
③ 大頭孔兩側(cè)面對(duì)中心距的要求：擴(kuò)大頭孔時(shí)，限制Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是一擋板（工序基準(zhǔn)），同時(shí)亦為第一定位基準(zhǔn)，對(duì)加工大頭孔來(lái)說，它與工序基準(zhǔn)的距離49及相應(yīng)的平行度誤差只取決于工序基準(zhǔn)在夾具中的位置。因?yàn)楣ば蚧鶞?zhǔn)同時(shí)為定位基準(zhǔn)，即基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差。即基準(zhǔn)位置誤差為零，定位誤差為零。
結(jié)束語(yǔ)：
通過對(duì)汽車連桿的機(jī)械加工工藝及對(duì)粗加工大頭孔夾具和銑結(jié)合面夾具的設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了許多有關(guān)機(jī)械加工的知識(shí),主要?dú)w納為以下兩個(gè)方面：
第一方面：連桿件外形較復(fù)雜，而剛性較差。且其技術(shù)要求很高，所以適當(dāng)?shù)倪x擇機(jī)械加工中的定位基準(zhǔn),是能否保證連桿技術(shù)要求的重要問題之一。在連桿的實(shí)際加工過程中，選用連桿的大小頭端面及小頭孔作為主要定位基面，同時(shí)選用大頭孔兩側(cè)面作為一般定位基準(zhǔn)。為保證小頭孔尺寸精度和形狀精度，可采用自為基準(zhǔn)的加工原則；保證大小頭孔的中心距精度要求，可采用互為基準(zhǔn)原則加工。
對(duì)于加工主要表面，按照“先基準(zhǔn)后一般”的加工原則。連桿的主要加工表面為大小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及螺栓孔定位面，次要的加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及連桿體和蓋上的螺栓座面等。
連桿機(jī)械加工路線是圍繞主要加工表面來(lái)安排的。連桿加工路線按連桿的分合可以分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二個(gè)階段為連桿體和蓋的切開加工；第三個(gè)階段為連桿體和蓋合裝后的加工。
第二方面：主要是關(guān)于夾具的設(shè)計(jì)方法及其步驟。
（1）、定位方案的設(shè)計(jì)：主要確定工件的定位基準(zhǔn)及定位基面；工件的六點(diǎn)定位原則；定位元件的選用等。
（2）、導(dǎo)向及對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì)：由于本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是擴(kuò)大頭孔夾具和銑結(jié)合面夾具，所以主要考慮的是選用鉆套的類型及排屑問題，以及對(duì)刀塊的類型，從而確定鉆套和對(duì)刀塊的位置尺寸及公差。
（3）、夾緊裝置的設(shè)計(jì)：針對(duì)連桿的加工特點(diǎn)及加工的批量，對(duì)連桿的夾緊裝置應(yīng)滿足裝卸工件方便、迅速的特點(diǎn)，所以一般都采用自動(dòng)夾緊裝置。
（4）、夾具體設(shè)計(jì)：連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是比較小，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的大小。夾具體的作用是將定位及夾具裝置連接成一體，并能正確安裝在機(jī)床上，加工時(shí)能承受一部分切削力。所以?shī)A具體的材料一般采用鑄鐵。
（5）、定位精度和定位誤差的計(jì)算：對(duì)用于粗加工的夾具，都應(yīng)該進(jìn)行定位誤差和穩(wěn)定性的計(jì)算，以及設(shè)計(jì)的夾具能否滿足零件加工的各項(xiàng)尺寸要求。
（6）、繪制夾具裝備圖及夾具零件圖。
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致謝
首先衷心感教授，論文的選題、研究的方向和設(shè)計(jì)內(nèi)容都得到兩位教授的精心指導(dǎo)與熱情的幫助。兩位教授嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的作風(fēng)，豐富的理論知識(shí)給了我很深的啟迪，使我受益匪淺。我的論文是在你們悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，我的每一點(diǎn)進(jìn)步和提高都得益于兩位老師的指導(dǎo)、鼓勵(lì)、影響和支持；同時(shí)也使我在思維方法、工作作風(fēng)以及學(xué)習(xí)態(tài)度方面得到進(jìn)步。感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師們、同學(xué)們！