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摘 要
連桿是柴油機的主要傳動件之一,本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設計。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,容易產生變形,因此在安排工藝過程時,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、切削力及內應力的作用,并修正加工后的變形,就能最后達到零件的技術要求。
機械加工工藝是企業(yè)上品種、上質量、上水平,加速產品更新,提高經濟效益的技術保障。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要部分,工藝對夾具的要求也會提高,專用夾具、成組夾具、組合夾具和隨行夾具都朝著柔性化、自動化、標準化、通用化和高效化方向發(fā)展以滿足加
2、工要求。所以對機械的加工工藝及夾具設計具有十分重要的意義。
關鍵字:連桿,加工工藝,夾具設計
目 錄
專心---專注---專業(yè)
第1章 零件的工藝分析
1.1零件的功用、結構及特點
圖1.1為連桿蓋零件,材料為QT450-1
3、0鑄件,生產綱領為6000 件/年。要求設計加工該零用的毛坯圖或零件與毛坯合圖1張,關鍵工序機械加工工藝過程卡片1套,主要工序的機械加工工序卡片3份,以及設計說明書1份。
圖1.1
連桿是柴油機的重要零件之一.連桿體和連桿蓋通過螺栓連接成為一整體,其大頭孔與曲軸相連,小頭通過活塞銷和活塞相連,將作用于活塞氣體的膨脹壓力傳給曲軸,又受曲軸驅動而帶動活塞壓縮汽缸中的氣體.
1.2 零件的工藝分析
連桿蓋共有兩組加工表面,他們之間有一定的位置要求.現(xiàn)分述如下:
1.以φ81mm內孔為中心的加工表面:這一組加工表
4、面包括:φ81mm的內孔及倒角,兩個M12的螺紋孔,與內孔中心相距尺寸為3.5mm的平面,還有相距為94mm的兩平面,以及一段半徑為R25的圓弧.
2.以20mm孔為中心的加工表面:這一組加工表面包括:2個φ20mm的內孔及其倒角,寬為15mm的槽,相距尺寸為37mm的凹槽.
這兩組加工表面之間有著一定的位置要求,主要是:
a.連桿蓋的端面相對φmm內孔中心的對稱度公差為0.3mm;
b.寬為15mm的槽相對連桿蓋中心的對稱度公差為0.2mm;
c.φ20mm孔與φmm內圓中心的連線相距為85mm.
d.φ20mm兩孔與φmm內圓的平行度公差為0.2mm.
5、
第2章 毛坯的選擇
2.1 確定毛坯的類型、制造方法和尺寸及其公差
(l).因零件材料為鑄鐵件,要求的年產量為6000 件,屬大批生產,左支座的輪廓尺寸不大,且有較多不需要切削加工的表面.所以毛坯制造選用砂型手工造型鑄造成形.
(2).連桿蓋屬特形零件,且加工過程中利用不加工表面進行定位的工序少,故零件毛坯選為粗鑄件.鑄件尺寸公差等級為 CT11,加工余量等級按H級.
2.2 定毛坯的技術要求
(1).鑄件經人工時效處理;
(2).逐漸不允許有夾渣、氣孔、疏松等缺陷;
(3).材料為QT450-10.
2.3 繪制毛坯圖
6、
根據(jù)連桿蓋零件圖,在各加工表面上加上機械加工余量,繪制毛坯圖,如圖2.1.
圖2.1
2.4 確定機械加工余量、工序尺寸及公差
加工位置
加工方法
加工余量/mm
表面粗糙程度R/μm
大端端面
<1>粗銑
4.5
<2>半銑
1
1.6
螺紋孔下端面
<1>粗銑
3.6
<2>精銑
0.9
6.3
螺紋孔
<1>鉆螺紋孔
11.0
<2>擴螺紋孔
12.0
大端側面
<1>粗銑
3.6
<2>精銑
0.9
3.2
Φ81孔
<1>粗鏜
2.0
<2>半精鏜
1.2
<3
7、>精鏜
0.75
<4>浮動鏜
0.55
1.6
上端內槽
<1>粗銑
4.0
<2>精銑
0.5
1.6
Φ20孔
<1>鉆
18.0
<2>擴
19.8
<3>鉸
20
1.6
第3章 基準的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一.基面選擇得正確與合理可以使加工質量得到保證,生產率得以提高.否則,加工工藝過程中回問題百出,更有甚者,還會造成零件的大批報廢,是生產無法正常進行.
(1)粗基準的選擇.對于零件而言,盡可能選擇不加工表面為粗基準.而對有若干個不加工表面的工件,則應以與加工表面要求相
8、對位置精度較高的不加工表面作粗基準.根據(jù)這個基準選擇原則,現(xiàn)選取φ81內孔左右兩邊的凸臺的上表面作為粗基準,在小端尾部用V型塊,限制6個自由度,達到完全定位,然后進行車銷.
(2)精基準的選擇.主要應該考慮基準重合的問題.當設計基準與工序基準不重合時,應該進行尺寸換算,這在以后還要專門計算,此處不再重復.
第4章 擬訂機械加工工藝路線
4.1 確定各表面的加工方法
根據(jù)各加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求,選定如下加工方法:
大端端面:粗銑—精銑
螺紋孔下端面:粗銑-精銑
螺紋孔:鉆—擴—鉸
大端側面:粗銑—半精銑
9、
Φ81孔:粗鏜—半精鏜—精鏜—浮動鏜刀塊精鏜
小端凹槽:粗銑—精銑
Φ20孔:鉆—擴—粗鉸—精鉸
Φ21圓槽:鏜
Φ81孔內的R25圓?。虹M
4.2 擬訂加工工藝路線
4.2.1工藝路線方案1
工序1 鑄造毛坯。
工序2 粗銑大端側面,以螺紋孔定位。
工序3 精銑大端側面,以螺紋孔定位。
工序4 粗銑螺紋孔下端面,以大端端面定位。
工序5 精銑大端端面。
工序6 鉆 、擴、Φ12螺紋孔,以大端端面定位。
工序7 精銑小側面,以螺紋孔定位。
工序8 鉸Φ12螺紋孔,以大端端面定位。
工序9 精銑螺紋孔下端面,以大端定位。
工序10 合連桿蓋,粗鏜Φ81孔,
10、并倒角,以大端定位。
工序11 鉆Φ20孔,并倒角,以Φ81孔定位。
工序12 鉸Φ20孔,以大端定位。
工序13 鏜Φ21內槽,以Φ81孔定位。
工序14 半精鏜,精鏜,浮動鏜刀塊鏜Φ81孔。
工序15 鉸Φ20孔,以大端定位。
工序16 粗、精銑上端凹槽,以Φ20孔和大端側面定位。
4.2.1工藝路線方案2
工序1 鑄造毛坯。
工序2粗—精銑大小端側面,兩面互為基準(翻轉幾次)
工序3粗-精銑大端端面
工序4鉆-擴-鉸Φ20孔,以大端端面定位
工序5 合連桿蓋,粗鏜Φ81孔,并倒角,以大端定位。
工序6半精鏜,精鏜,浮動鏜刀塊鏜Φ81孔,并鏜R25圓弧,以Φ20孔
11、定位鉆
工序7 鏜Φ21內槽,以Φ81孔定位。
工序8鉆-擴-鉸Φ12螺紋孔,以Φ20孔和大端側面定位
工序9粗精銑螺紋孔下端臺階面,以Φ20孔Φ81孔和側面。
工序10粗、精銑上端凹槽,以Φ20孔和大端側面定位。
4.3工藝方案的比較與分析
工藝路線一是按照工序分散的原則制定的,這樣使得裝夾次數(shù)增多,大大的降低了生產效率,對成批生產不適合,而且在選擇粗基準的時候先加工側面,給后面的加工帶來了很大的誤差.
工藝路線按照工序集中的原則,克服了路線一的缺點,在粗基準選擇上比較合理,先加工大端端面,減少對后面的加工所帶來的誤差.
12、
通過分析,最終選用路線2.
第5章 確立切削用量及基本工時
5.1工序2切削用量及其基本時間的確定
本工序為粗銑大小端側面,所選用刀具為高速鋼直齒三面刃銑刀。銑刀直徑,寬度,齒數(shù)
5.1.1 確定每齒進給量fz
由表9。4-1知道X62臥室銑床的功率為,工藝系統(tǒng)剛性為中等,細齒盤銑刀加工鑄鐵,查得?,F(xiàn)取
5.1.2 選擇銑刀磨鈍標準和耐用度
由表9.4-7查得銑刀刀齒后到刀面最大磨損量為,耐用度
5.1.3確定切削速度和工作臺每分鐘進給量
根據(jù)表9。4-8中的公式計算:
(5-1)
式中,,,,,,,,
13、 ,,,,。
(5-2)
根據(jù)X62型臥式銑床主軸轉速表,查表4.2-9選擇,
實際切削速度,工作臺沒分鐘進給糧為。 根據(jù)X62型臥式銑床主軸轉速表,查文獻[1]表4.2-40選擇則實際的每齒進給量為
5.1.4基本時間
根據(jù)表6.2-7,三面銑刀銑平面的基本時間為
(5-3)
式中,, , ,
,
5.2工
14、序4切削用量及其基本時間的確定
5.2.1 確定進給量
本工序為鉆孔,刀具為直柄麻花鉆,鉆頭直徑,HBS<200,根據(jù)表5-127,,本孔加工要絞,,根據(jù)表4.2-16,Z525立式鉆床的進給量取。
5.2.2 確定切削速度
查 3.1, 則。
根據(jù)表4.2-15 取 則實際速度。
鉆孔基本時間的確定
(5-4)
式中, ,,
5.2.3 確定切削速度
v
則根據(jù)表4.2-15 取實際速度。
5.2.4 基
15、本時間的確定
根據(jù)表6.2-5
(5-5)
式中,
5.3工序9切削用量及其基本時間的確定
本工序為粗銑螺紋孔下臺階端面,所選用刀具為高速鋼直齒三面刃銑刀.銑刀直徑,寬度,齒數(shù).
5.3.1 確定每齒進給量
由表9.4-1知道X62臥室銑床的功率為,工藝系統(tǒng)剛性為中等,細齒盤銑刀加工鑄鐵,查得.現(xiàn)取.
16、
5.3.2 選擇銑刀磨鈍標準和耐用度
由表9.4-7查得銑刀刀齒后到刀面最大磨損量為,耐用度.
5.3.3 確定切削速度和工作臺每分鐘進給量
根據(jù)(5-1)計算:
式中 ,,,,,,,,,,,。
根據(jù)(5-2)計算:
根據(jù)X62型臥式銑床主軸轉速表,查文獻[1]表4.2-9選擇
,實際切削速度,工作臺沒分鐘進給糧為。
根據(jù)X62型臥式銑床主軸轉速表,查表4.2-40選擇,
則實際的每齒進給量為。
5.3.4基本時間
根據(jù)表6.2-7,三面銑刀銑平面的基本時間為
17、 (5-6)
式中
5.4工序10切削用量及其基本時間的確定
本工序為粗銑上端槽,所選用刀具為高速鋼直齒三面刃銑刀.銑刀直徑,寬度,齒數(shù).
5.4.1 確定每齒進給量
由表9.4-1知道X52型立式銑床的功率為7.5KW,工藝系統(tǒng)剛性為中等,細齒盤銑刀加工鑄鐵,查得.現(xiàn)取。
5.4.2 選擇銑刀磨鈍標準和耐用度
由]表9.4-7查得銑刀刀齒后到刀面最大磨損量為,耐用度。
5.4.3 確定切削速度和工作臺每分鐘進給量
根據(jù)(5-1)計算:
式中
,,,,,,T,
,,,.
18、
根據(jù)(5-2)計算:
根據(jù)X62型臥式銑床主軸轉速表,查表4.2-9選擇,實際切削速度,工作臺每分鐘進給糧為
根據(jù)X62型臥式銑床主軸轉速表,查表4.2-40選擇,則實際的每齒進給量為。
5.4.4基本時間
根據(jù)表6.2-7,三面銑刀銑平面的基本時間為
(5-7)
式中 ,,,
第6章 夾具體的總體設計
1、設計任務
此次設計主要分為兩部分,一是對零件的機加工
19、進行工藝規(guī)程設計,二是對工序進行專用夾具設計。
此次夾具設計選擇連桿蓋臺階面下端面加工進行專用夾具設計。
本夾具主要作來銑連桿體和連桿蓋分割面的臺階面底面,臺階底面與小頭孔軸心線有尺寸精度要求,臺階底面與螺栓孔應有垂直度要求和臺階底面的平面度要求。由于本工序是粗加工,主要應考慮如何提高勞動生產率,降低勞動強度。
2、夾具方案分析
2.1工件的定位方案分析
由零件圖可知,在銑臺階面之前,連桿的兩個端面、小頭孔及大頭孔的兩側都已加工,且表面粗糙要求較高。為了使定位誤差為零,按基準重合原則選小頭孔與連桿的端面為基準,但由于大頭孔不完整,難以用來較好的定位,所以采用小頭孔定位。因為大小孔軸向
20、方向不影響臺階面銑削精度,所以此方向可以不定位,而靠加緊機構固定,所以連桿蓋以大小頭孔及側面的 “兩孔”定位,屬于不完全定位,其中大頭孔做成與削邊銷作用相同的定位板,以避免過定位。
由于大頭孔尺寸,沒有相應的削邊銷,由于是大批量生產,所以可以自制一個作用與削邊銷相同作用的“定位板”,如圖6.1所示:
圖6.1
而小頭孔用定孔芯軸定位,元件如圖6.2所示:
圖6.2
2.2夾緊方案分析
由于零件小,所以采用螺母壓與壓板,裝卸工件方便、迅速。加緊機構用螺母與壓塊,如圖6.3所示:
圖6.3
2.3夾具體設計
夾具體的作用是將定位、夾具裝置連接成一體,并能正
21、確安裝在機床上,加工時,能承受一部分切削力。夾具體圖如圖6.4:
圖6.4
夾具體為鑄造件,安裝穩(wěn)定,剛度好,但制造周期較長。
4) 切削力及夾緊力的計算
切削力的計算:,由《組合機床》(表7-24)得:
===1902.538
夾緊力的計算:由《機床夾具設計手冊》(表1-2-25)得:
用扳手的六角螺母的夾緊力:M=,,,作用力:,夾緊力:
由于夾緊力大于切削力,即本夾具可安全使用。
定位誤差的計算: 由加工工序知,加工面為連桿的剖分臺階面。臺階底面對連接螺栓孔中心線應有垂直度要求;對剖分出來的臺階底面有一定的平面度要求。所以本工序的工序基準為小頭孔中心線,其設
22、計計算如下:
(1)確定定位銷中心與大頭孔中心的距離及其公差。此公差取工件相應尺寸的平均值,公差取相應公差的三分之一(通常取1/5~1/3)。故此尺寸為。
(2)確定定位銷尺寸及公差
本夾具的主要定位元件為一固定銷,結構簡單,但不便于更換。該定位銷的基本尺寸取工件孔下限尺寸。公差與本零件在工作時與其相配孔的尺寸與公差相同,即。
(3)小頭孔的確定
考慮到配合間隙對加工要求中心距850.015影響很大,應選較緊的配合。另外小頭孔的定位面較短,定位銷有錐度導向,不致造成裝工件困難。故確定小頭定位孔的孔徑為。
5) 定位誤差分析
對于連桿體蓋剖分臺階面深度的要求,以的中心線為定位基準,
23、而其設計基準為大頭孔軸心線,屬“基準不重合”,基準不重合誤差,且由于定位面與定位間存在間隙,造成的基準位置誤差即為定位誤差,其值為:
=0.1+0.023+0.012+0
=0.135 mm
--剖分面的定位誤差
――工件孔的直徑公差
――定位銷的直徑公差
――孔和銷的最小保證間隙
因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。
設計心得
為期二周的機械制造工藝學課程設計終于完成了,時間雖然短暫但是它對我們來說受益匪淺。通過這次設計作業(yè)我們不
24、再是只知道書本上的空理論,不再是紙上談兵,而是將理論與實踐相結合進行了自己的設計。在課程設計的過程中,我們組員們通過不但的努力,弄清楚了本次設計的主要來龍去脈,最重要的是我們通過這次的設計不但加深了對工藝這么專業(yè)課程中學到的知識有了進一步的鞏固,而且學會了應用以前學到的知識,更深一層次的體會到工藝的重要性和設計的靈活性。在此過程中使我們的團隊精神得到了充分的體現(xiàn)同時也鍛煉了我們團隊合作的能力。而夾具的設計是需要個人去思考與設計,要做出自己的東西,使得我們的個人思考能力和獨自處理問題的能力對到的提高。
25、
(三號黑體居中,段前0.5行,段后0.5行,單倍行距)
參考文獻
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附 錄