连杆夹具设计Word文档格式.docx
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0.15,螺栓孔两断面对螺栓孔轴心线的圆跳动应不大于100:
0.2。
6有关结合面的要求
在受到动载荷时,结合面的歪斜将导致连杆体和连杆盖的错位,使底孔座和轴瓦结合不良造成轴瓦磨损不均匀。
结合面的平面度将影响到连杆体和连杆盖结合的紧密程度,因而也会影响螺栓的受力情况,轴瓦的磨损情况,因此结合面采用撑断工艺,使结合后更加紧密。
7大、小头的厚度
考虑到加工时的定位和加工过程中的运输要求,需要将大、小头的厚度加工一致,均为33mm。
在最后的工艺过程中,才将小头孔加工至指定要求厚度。
这样更加有利于保证加工精度。
第二节毛坯制造方法的选择
毛坯制造方法的选择,取决于零件的结构、尺寸大小、材料和生产量等条件。
连杆的材料一般采用45钢或40Cr、35CrMo并经调制处理,以提高其强度及抗冲击能力。
我国有些工厂也有用球墨铸铁制造连杆的。
钢制连杆一般采用锻造,在单间小批量生产时采用自由锻造或简单的胎膜进行锻造,由于我们需要的是进行中批量的生产,所以我们采用模锻。
模锻是,一般分两个工序进行,即初锻和终锻。
通常在切边后进行热矫正,中、小型的连杆,其大、小头的断面常进行精压,以提高毛坯精度。
模锻生产率高,但需要较大的生产设备,在本课题中,我们采用45钢作为毛坯材料并经调制处理,最后采用模锻来完成。
第三节拟定机械加工工艺过程
(一)、选择定位基准
连杆的工艺特点是:
外形较复杂,不易定位;
大、小头是由细长的杆身连接,刚度差,容易变形,尺寸公差、形状和位置公差要求很严,表面粗糙度值小。
这给连杆机械加工带来了许多困难。
定位基准的正确选择对保证加工精度是很重要的。
在机械加工工艺过程中,大部分工序选用连杆的一个指定端面和大头孔作为主要基面,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心距。
这样就可以使各工序中的定位基准线统一起来,减少了定位误差。
具体的办法是,如图2所示:
在安装工件时,注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触,在精镗小头孔时,以定位基面为定位基准将其固定在夹具上,以大头孔轴线为基准加工小头孔。
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配合。
即在粗加工大、小头孔前,粗铣端面,在精镗大、小头孔前,精磨端面。
由于用大头孔和端面作为定位基准,所以这些表面的加工安排的较早。
在以大头孔轴线作为基准加工小头孔时,加工的工序为钻孔、扩孔和铰孔。
这些工序对于较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比较大,如果在遇上工件本身的刚性较差,则对加工精度会有很大的影响。
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有很大的影响。
连杆的加工就是如此,在连杆的加工路线中,在精加工主要表面之前,先铣两个端面,铣端面时,以连杆的大头外形和杆身作为定位基准,这种定位方法使工件夹紧时变形较小,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的,毛坯在加工后的外形偏差也比较小。
(二)、连杆主要表面的加工方法
两端面:
粗铣、粗磨、半精磨、精磨。
小头孔:
钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗。
大头孔:
粗镗、半精镗、浇注耐磨合金后精镗、精细镗。
螺栓孔:
钻孔、扩孔、铰孔。
结合面:
铣引段槽、撑断。
(三)、拟定零件机械加工艺路线
表1.1机械加工工艺路线
公序
工序名称
工序内容
工艺装备
1
铣
粗铣大、小头孔两端面,每面留1mm的余量
X52K
2
半精铣
半精铣大、小头两端面,加工余量为0.5mmm
3
退磁
将工件退磁,避免后续加工受影响
4
钻
以基面定位,在小头孔端面钻直径为32mm的孔
Z37
5
锪
以基面、小头孔轴线锪锪小头孔倒角
6
粗镗
以基面、大头孔轴线粗镗大头孔表面,加工到直径为65mm
T68
7
车
将大头孔外表面车成圆形
C6132
8
打成套编号
在杆身和连杆盖合适部位打成套编号
9
粗铣
在大头外圆铣出螺栓孔端面
10
精铣
精铣螺栓孔平面使上下端面距离为90mm
11
钻、扩、铰
钻、扩、铰两螺栓孔,使两孔关于大头孔中心对称,
且两孔间的距离为77mm。
12
中间检测
检测加工尺寸是否达到要求,并去除加工内应力。
13
粗磨
以基面为基准,铣大、小头孔端面,铣削余量为0.3mm。
M7350
14
15
半精镗
以基面和大头孔轴线为基准,半精镗大头孔内表面,
加工余量为2mm
16
铰
铰小头孔,加工余量为0.4mm,最终尺寸为33H8k7
17
去毛刺
用锉刀挫掉毛刺
18
压入衬套
在小头孔内压入青铜衬套
气动压床
19
在大头孔过轴线切与杆身垂直的平面铣引断槽
X53
20
撑断
将连杆体和连杆盖撑断
21
去全部毛刺
22
倒角
加工螺栓孔口450倒角
Z3050
23
装配
将连杆体和连杆盖合装。
24
精磨
精磨大、小头孔两端面,是最终迟尺寸为33-0.025-0.050
25
精铰
精铰小头孔衬套到33H8k7
26
精镗
精镗大头孔到68H8
Z68
27
检测尺寸是否达到要求并去除加工内应力
28
大、小头孔口到450斜角
29
去除全部毛刺
30
清洗
在汽油溶液中清洗全部零件
31
探伤
检测零件是否损伤并检验硬度
32
入库
封装入库
(四)、确定切削用量
表1.2大头孔两端面加工余量及尺寸要求
工序余量
要求精度
工序尺寸及公差
IT13
34±
0.2
0.5
IT10
33.5±
0.05
0.3
IT8
33.2±
0.02
IT7
33-0.025-0.050
表1.3小头孔两端面加工余量及尺寸要求
IT11
表1.4小头孔加工余量及尺寸要求
钻孔
32±
扩孔
0.6
32.6±
0.03
铰孔
0.4
33H8k7
表1.5大头孔加工余量及尺寸要求
65±
IT9
67±
67.5±
0.08
精细镗
68H8
表1.6螺栓孔加工余量及尺寸要求
11±
0.06
0.85
11.85±
0.15
12+0.0270
(五)、计算确定工时定额(参考文献1)
1大头端面加工
(a)粗铣
背吃刀量:
ap=3mm
进给量:
根据表5—7选取机床功率5~10kw
工作系统的刚度为中等选取fz=0.08~0.15mm/z
切削速度:
根据表5—9选取d/z=125/14选取fz=0.08v=46.6m/min
则主轴转速n=1000V/πd=118.73r/min
根据表4—15选X52K铣床按机床选取n=118r/min
则实际切削速度V=nπD/1000=46.32m/min
基本时间:
l=100mml1=
=50mml2=2~5mmfMz=nfzZ=132.16mm/z
tj=(l+l1+l2)/fMz=1.16min
(b)半精铣
粗糙度:
根据表5—8选取Ra=2.5μm取f=0.4~1.0mm/r
fz=0.03~0.07mm/z
根据表5—9选取选取d/z=125/14选取fz=0.05v=50m/min
则主轴转速n=1000V/πd=127.39r/min
根据表4—15选X52K铣床按机床选取n=150r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=58.87m/min
=50mml2=2~5mmfMz=nfzZ=105mm/z
tj=(l+l1+l2)/fMz=1.46min
(c)粗磨大头端面
ap=0.3mm
工件运动速度:
根据表5—35选取v=20m/min磨削宽度ae=80mm
进给量f=0.012mm/r
磨削速度:
则主轴转速n=1000V/πd=79.61m/min
根据表5—10选M7350磨床按机床选取n=90mm/r
则实际切削速度V=nπd/1000=22.61m/min
fr0=0.033mm/r
tj=zbk/nfr0z=0.5min
(d)精磨
ap=0.2mm
根据表5—35选取v=25m/min磨削宽度ae=80mm
进给量f=0.0048mm/r
则主轴转速n=1000V/πd=99.52m/min
根据表5—10选M7350磨床按机床选取n=100r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=25.12m/min
tj=zbk/nfr0z=0.7min
2小头端面加工
根据表5—9选取d/z=80mm/10mm选取fz=0.08mm/zv=44.9m/min
则主轴转速n=1000V/πd=178.74r/min
根据表4—15选X52K铣床按机床选取n=190r/min
则实际切削速度V=nπD/1000=47.73m/min
l=80mml1=
=28mml2=2~5mmfMz=nfzZ=152.00mm/z
tj=(l+l1+l2)/fMz=0.73min
根据表5—8选取Ra=2.5μm取f=0.4~1.0
fz=0.04~1mm/z
根据表5—9选取选取d/z=80mm/10mm选取fz=0.05mm/zv=48.4m/min
则主轴转速n=1000V/πd=192.67r/min
根据表4—15选X52K铣床按机床选取n=235r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=59.03m/min
=28mml2=2~5mmfMz=nfzZ=117.5mm/z
tj=(l+l1+l2)/fMz=0.94min
进给量f=0.016mm/r
则主轴转速n=1000V/πd=127.38m/min
根据表5—10选M7350磨床按机床选取n=130mm/r
则实际切削速度V=nπd/1000=20.41m/min
进给量f=0.0061mm/r
则主轴转速n=1000V/πd=159.23m/min
根据表5—10选M7350磨床按机床选取n=160r/min
tj=zbk/nfr0z=0.8min
3加工小头孔
(a)钻小头孔
加工孔径:
32mm
切削用量:
f=0.30~0.60mm/r
根据表5—22选v=66.8m/min
则主轴转速n=1000V/πd=664.8m/min
根据表4—6选Z37钻床n=710r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=70m/min
L=33mml1=d/2cotkr+(1~2)=1.5mml2=(1~4)=2mm
tj=L/fn=0.17min
(b)扩小头孔
32.6mm
f=0.6mm/r
根据表5—24选v=67.8m/min
则主轴转速n=1000V/πd=662.34m/min
则实际切削速度V=nπd/1000=72.68m/min
L=33mml1=(D-d)/2cotk+(1~2)=1.5mm
tj=L/fn=0.08min
(c)铰小头孔
33mm
根据表5—31选f=0.40~0.60mm/r
根据表5—31v=1.2~5m/min
则主轴转速n=1000V/πd=28.95m/min
根据表4—9选Z550钻床n=32r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=3.31m/min
tj=L/fn=1.07min
4大头孔加工
(a)粗镗
选用硬质合金刀
根据表5—30f=0.3~1.0mm/r
根据表5—30v=40~60m/min选取v=50m/min
则主轴转速n=1000V/πd=244.9m/min
根据表4—10选T68镗床n=300r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=61.23m/min
L=33mml1=ap/tankr+(2~3)=2.5mml2=(3~5)=4mm
tj=L/fn=0.16min
(b)半精镗
根据表5—30f=0.2~0.8mm/r
根据表5—30v=80~120m/min选取v=90m/min
则主轴转速n=1000V/πd=427.79m/min
根据表4—10选T68镗床n=450r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=94.67m/min
tj=L/fn=0.73min
(c)精镗
根据表5—30f=1.0~4.0mm/r
根据表5—30v=8~20m/min选取v=15m/min
则主轴转速n=1000V/πd=70.77m/min
根据表4—10选T68镗床n=90r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=19.07m/min
tj=L/fn=0.14min
(d)精细镗
根据表5—28f=0.5~1.0mm/r
根据表5—28v=60~90m/min选取v=85m/min
则主轴转速n=1000V/πd=398.08m/min
根据表4—10选T68镗床n=400r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=85.4m/min
tj=L/fn=0.14=0.12min
5螺栓孔加工
(a)钻螺栓孔
11mm
f=0.10~0.20mm/r
根据表5—22选v=60.4m/min
则主轴转速n=1000V/πd=874.3m/min
根据表4—6选Z37钻床n=900r/min
l=90mml1=d/2cotkr+(1~2)=1.5mml2=(1~4)=2mm
tj=L/fn=0.69min
11.85mm
f=0.85mm/r
根据表5—24选v=66.8m/min
则主轴转速n=1000V/πd=973.63m/min
根据表4—6选Z37钻床n=1120r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=76.34m/min
L=90mml1=(D-d)/2cotk+(1~2)=1.5mm
tj=L/fn=0.10min
12mm
根据表5—31选f=0.40~0.50mm/rr
则主轴转速n=1000V/πd=79.61m/min
根据表4—9选Z550钻床n=89r/min
则实际切削速度V=nπd/1000=3.35m/min
tj=L/fn=0.15min
总辅助时间:
tb=
(0.15~0.2)=1.56min
作业时间:
tw=
+tb=11.96min
布置工地时间:
ts=tw
(0.02~0.07)=0.60min
休息与生理需要时间:
tr=tw
(0.02~0.04)=0.35min
单件工时定额:
tt=tj+tb+ts+tr=12.91min
6批量计算
本课程设计采用中批量生产,年产量为10000辆汽车,该汽车为四缸发动机。
生产纲领:
N=Qm(1+a)(1+b)=73920
Q——产品的年产量
m—一件产品中相同零件的数目
a——零件的备品率
n——零件的废品率
批量:
n=N/M=1540M——零件全年投入批次
第二章专用机床夹具设计
第一节专用机床夹具结构设计前,应考虑的一些问题
(一)、专用机床夹具结构的机械化程度和生产纲领相适应。
在大批量生产时,应采用机械化程度较高的气动、液动或其他高效、省力的夹紧装置,以缩短装载工件的辅助时间和减轻工人的劳动强度。
而中批量生产时,为使经济行良好,因受生产条件的限制,应尽可能使夹具结构简单,多采用手动夹紧机构。
本课题为中批量生产汽车发动机连杆,故采用手动夹紧机构。
(二)、专用机床夹具零件标准化程度高。
为缩短夹具设计时间,提高夹具设计质量和降低夹具制造周期及成本,夹具设计时应尽可能采用结构成熟的标准夹紧机构,标准夹具元件和标准件。
(三)、夹具结构应具有足够的刚度、强度和稳定性。
为保证加工要求和夹具本身的精度不受破坏,以及加工中夹具不发生振动等,夹具结构应具有较高的刚度和强度,夹具安装在机床工作台上应该具有良好的稳定性。
所以夹具体底面轮廓尺寸与夹具高度应适当成比例。
(四)、装夹工件要方便、操作要安全。
夹紧机构的操作手柄放在右侧,防止基金机构的活动件与机床、刀具相碰撞。
(五)夹具元件、零件制造和夹具装配工艺性良好。
第二节专用机床夹具设计步骤
(一)、专用机床夹具结构方案设计
1定位方案选择与分析
(a)分析第一类自由度:
在加工小头孔时,需要限制的第一类自由度为沿x、y方向的移动和转动、沿z轴的转动。
(b)选择和设计定位元件:
根据夹具对工件定位的可能性,对工艺上给定的定位基准进行分析其可行性。
最终决定采取圆形定位柱(图)V型块(图)和夹具体上的大平面作为定位元件。
其中定位柱限制工件沿x、y方向的移动和转动,V型块限制沿z轴的转动夹具体上的大平面作为辅助支撑,用来保证零件在加工过程中的刚度和稳定性。
(
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