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中國地質(zhì)大學長城學院2012屆畢業(yè)設計
連桿生產(chǎn)線連桿體精拉結(jié)合面夾具設計
1 歷史
提到柴油發(fā)動機就不得不提到一個名字魯?shù)婪颉さ屹悹?Rudofl Diesel)。1876年，德國人奧托研制成功了第一臺4沖程煤氣發(fā)動機1892年狄賽爾試制成了第一臺壓燃式內(nèi)燃機，也就是柴油機。1894年，狄賽爾改進了柴油機并使其能運行1分鐘左右。1913年10月29日，55歲的狄賽爾在橫渡英吉利海峽的輪船甲板上，被巨浪卷入了大海(多數(shù)歷史學家認為狄賽爾是跳海自盡的)。為了紀念狄賽爾，人們把柴油發(fā)動機命名為Diesel。1924年，美國的康明斯公司正式采用了泵噴油器，這一發(fā)明有效地降低了柴油機的質(zhì)量。70年代以后，博世公司把電控汽油機噴射技術引用回柴油機，從而讓柴油機的發(fā)展和使用進入了一個新紀元。最先出現(xiàn)的電控噴油泵技術，而后又發(fā)展出了電控泵噴嘴技術和高壓共軌噴射技術，后兩種技術是現(xiàn)在最主要的柴油機電控噴射技術。其中，電控泵噴嘴技術的噴油壓力非常高，可以達到2050bar，并且泵和噴嘴裝在一起，所以只需要很短的高壓油引導部分，泵噴嘴系統(tǒng)也可以實現(xiàn)很小的預噴量，其噴油特性是三角形的，并采用了分段式預噴射，這是很符合發(fā)動機的要求(大眾公司的TDI發(fā)動機就是使用這種技術)。但電控泵噴嘴技術的噴油壓力受發(fā)動機轉(zhuǎn)速影響，使用蓄壓系統(tǒng)的高壓共軌技術可以解決這個問題，但它的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)，能達到1600bar，有些公司看中了它對任意缸數(shù)的發(fā)動機噴油壓力調(diào)節(jié)很寬泛的特點，對其大加采用。(最早使用高壓共軌的轎車是奔馳C級別車)雙龍就是采用源自于奔馳的目前國際最先進的柴油發(fā)動機技術“共軌噴射”，渦輪增壓技術，配備有EGR、DOC等高級環(huán)保系統(tǒng)，完全改變舊式柴油發(fā)動機的冒黑煙和震動激烈的印象，在同級同排量車型中擁有最強動力，素有車壇新世代“凈＆靜”柴油發(fā)動機的美譽。話說到這里，柴油機話題快告一段落了，但柴油機的故事肯定還沒有講完，因為人們越來越發(fā)現(xiàn)柴油機的無窮魅力：高扭矩、高壽命、低油耗、低排放，柴油機成為解決汽車能源問題最現(xiàn)實和最可靠的手段。狄賽爾肯定沒有想到當年他那個沒人問津的丑小鴨，現(xiàn)在100%的重型車和近30%的乘用車都在使用。但可以讓狄賽爾感到欣慰的是，每當打開這些車的發(fā)動機蓋，都會看見一個名字——Diesel。??
2 連桿知識
發(fā)動機連桿是發(fā)動機中的重要的傳動部件，其關系到整臺機器的運行效果和動力輸出。連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復直線運動變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運動，以輸出動力。因此，連桿的加工精度將直接影響到發(fā)動機的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。連桿是發(fā)動機的高精度的關鍵零件，由于連桿技術要求很高，尤其是可靠性，因此鑄造連桿已很少采用，基本以鍛造加工方法成形。反映連桿精度的參數(shù)主要有5個：（1）連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度；（2）連桿大、小孔中心距尺寸精度；（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）連桿大小頭螺栓孔與結(jié)合面的垂直度。
連桿加工的工藝流程是：拉大小頭兩端面——粗磨大小頭兩端面→拉連桿大小頭側(cè)定位面→拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角→拉小頭兩斜面→粗拉螺栓座面，拉配對打字面、去重凸臺面及蓋定位側(cè)面→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角→清洗零件→零件探傷、退磁→精銑螺栓座面及R5圓弧→銑斷桿、蓋→小頭孔兩斜端面上倒角→精磨連桿桿身兩端面→加工螺栓孔→拉桿、蓋結(jié)合面及倒角→去配對桿蓋毛刺→清洗配對桿蓋→檢測配對桿蓋結(jié)合面精度→人工裝配→扭緊螺栓→打印桿蓋配對標記號→粗鏜大頭孔及兩側(cè)倒角→半精鏜大頭孔及精鏜小頭襯套底孔→檢查大頭孔及精鏜小頭襯套底孔精度→壓入小頭孔襯套→稱重去重→精鏜大頭孔、小頭襯套孔→清洗→最終檢查→成品防銹。
連桿由大頭、小頭 和桿身等部分組成。大頭為分開式結(jié)構(gòu)，連桿體與連桿蓋用螺栓連接。大頭孔和小頭孔內(nèi)分別安裝軸瓦和襯套。為了減輕重量且使連桿具有足夠的強度和剛度，連桿桿身截面多為工字形，其外表面不進行機械加工
連桿在以下幾方面有較高的質(zhì)量要求：1機械性能，要求在加熱、鍛造、后續(xù)熱處理等過程中保證產(chǎn)品機械性能得到提高，滿足使用要求；2尺寸公差，要求精度高，能減少機加工量；3重量公差，有要求越來越高的趨勢。提高質(zhì)量是贏得市場的一個關鍵因素，進行技術改造，選用先進設備和工藝，提高模具加工精度是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)零件的必要條件。在新建改建連桿鍛造線中選用以下設備將有利于提高鍛件產(chǎn)品質(zhì)量：（1）加熱：中頻感應加熱裝置；（2）制坯：自動輥鍛機；（3）模鍛：熱模鍛壓力機、高能螺旋壓力機 ；（4）切邊、熱校正：閉式雙點切邊壓力機；（5）冷精壓：精壓機；（6）模具：高精度電火花機床，加工中心。 以上設備國內(nèi)均可制造，大部分為引進技術，設備精度高，使用可靠。當然，如資金充裕，可購買精度更高的國外設備。
由此可見，發(fā)動機連桿的研究發(fā)展十分重要，而要實現(xiàn)高效率、高精度的生產(chǎn)加工對生產(chǎn)工具的需求又顯得極為重要，但是連桿的外形復雜，加工定位困難，而且連桿的尺寸精度、形狀精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易變形。發(fā)動機連桿體的加工定位就更加的困難，連桿體拉結(jié)合面定位加緊都十分的困難。通過對多種連桿的結(jié)構(gòu)及工藝性分析，運用成組技術的基本原理，合理的設計出一種大量生產(chǎn)的專用夾具，采用流水線加工，提高了效率，減少廢品，改善操作的勞動強度，使企業(yè)大批量生產(chǎn)降低成本，大大提高產(chǎn)品的競爭力。因此夾具無疑是其中的關鍵所在。
夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。夾具是機械加工不可缺少的部件，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，市場需求的變化多端及商品競爭的日益激烈，使機械產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期愈來愈短，多品種、小批量生產(chǎn)的比例愈來愈高。為了適用這種形勢的需要，出現(xiàn)了各種新型夾具，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。
夾具（卡具）：從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。
夾具的作用是夾緊和定位，定位要滿足定位原理。定位元件:支承釘、支承板、圓柱銷、圓錐銷、心軸、v形架、定位套、錐頂尖和錐度心軸。常用定位原理是六點定位，注意避免出現(xiàn)不合理的過定位和欠定位。合理確定定位基準。
3 夾具的功能及分類
夾具的作用是在產(chǎn)品加工過程中，保持產(chǎn)品零部件和加工工具的相對位置，從而保證了最終產(chǎn)品技術要求中的位置精度。由于不同的工藝過程中使用不同的夾具。各類夾具中以機床夾具發(fā)展最早、最成熟、精度要求最高、在各類夾具中比重也最大。
如按照一套夾具是否能用于加工不止一種工件，或者指夾具能合重復使用而言，則夾具可分為專用夾具、可調(diào)整夾具和組合夾具，專用夾具只能用于一種產(chǎn)品的一種工件，用于大批量生產(chǎn)之中，目前汽車、摩托車、部分家電、輕工等行業(yè)中仍在廣泛使用?？烧{(diào)整夾具又稱成組夾具，適合形狀相似的一組或一族零件的生產(chǎn)，可用于各類產(chǎn)品的成批生產(chǎn)。組合夾具根據(jù)標準化、模塊化的原理，在夾具元件和組件完全標準化的基礎上，由一整套預先制造好的標準元件和合件，針對不同工件組合和裝配成各種專用夾具。一旦使用完畢后，可將夾具再拆散成元件和合件，如此不斷重復使用?？捎糜谠囍?、單件小批生產(chǎn)、也可用于成批生產(chǎn)。由此可見，組合夾具不僅具有標準化、模塊化、組合化等當代先進設計思想，又符合節(jié)約資源的原則，更適合綠色制造的環(huán)境保護原理。所以是今后夾具技術的一個重要發(fā)展方向。
4 國內(nèi)外夾具行業(yè)的現(xiàn)狀
4.1國內(nèi)夾具行業(yè)的現(xiàn)狀
我國國內(nèi)的夾具始于20世紀60年代，當時建立了面向機械行業(yè)的天津組合夾具廠，和面向航空工業(yè)的保定向陽機械廠，以后又建立了數(shù)個生產(chǎn)組合夾具元件的工廠。在當時曾達到全國年產(chǎn)組合夾具元件800萬件的水平。20世紀80年代以后，兩廠又各自獨立開發(fā)了適合NC機床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內(nèi)的需求，還出口到美國等國家。當前我國每年尚需進口不少NC機床、加工中心，而由國外配套孔系夾具，價格非常昂貴，現(xiàn)大都由國內(nèi)配套，節(jié)約了大量外匯。
4.2國外夾具行業(yè)的現(xiàn)狀
從國際上看俄國、德國和美國是組合夾具的主要生產(chǎn)國。當前國際上的夾具企業(yè)均為中小企業(yè)，專用夾具、可調(diào)整夾具主要接受本地區(qū)和國內(nèi)訂貨，而通用性強的組合夾具已逐步成熟為國際貿(mào)易中的一個品種。有關夾具和組合夾具的產(chǎn)值和貿(mào)易額尚缺乏統(tǒng)計資料，但歐美市場上一套用于加工中心的央具，通常為機床價格的1110一1115，而組合夾具的大型基礎件尤其昂貴。由于我國在組合夾具技術上有歷史的積累和性能價格比的優(yōu)勢，隨著我國加入wTO和制造業(yè)全球一體化的趨勢，特別是電子商務的日益發(fā)展，其中蘊藏著很大的商機，具有進一步擴大出口良好前景。
5 機床夾具的現(xiàn)狀
國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50~80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10~20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：
?? 1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；
???2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；
???3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；
???4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；
???5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；
???6）提高機床夾具的標準化程度。
6 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。
（1）標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。
（2）精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。
?（3）高效化高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。
? （4）柔性化機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。
迄今為止，夾具仍是機電產(chǎn)品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夾具、量具、模具)之一。刀具量本身已高度標準化，用戶只需要按品種、規(guī)格選用采購。而模具和夾具則和產(chǎn)品息息相關，產(chǎn)品一有變化就需重新制作，通常是屬于專用性質(zhì)的工具。模具已發(fā)展成為獨立的行業(yè);夾具在國內(nèi)外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。
機床夾具的主要功能：1、保證加工質(zhì)量 使用機床夾具的主要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件加工面和定位面之間被加工表面相互之間的位置精度。使用機床夾具后，這種精度主要靠家具和機床來保證，不再依賴工人技術水平。2、提高生產(chǎn)效率，減低成本 使用夾具后可減少劃線、找正等輔助時間，且易實現(xiàn)多件、多工位加工。在現(xiàn)代機床夾具中，廣泛采用氣動液動等機動夾緊裝置，可使輔助時間進一步加少。3、擴大機床加工范圍 在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床的工藝范圍。例如，在車床或鉆床上使用鏜模，可以代替鏜床鏜孔。又如，使用靠模夾具，可在車床或銑床上進行仿形加工。4、減輕工人勞動強度，保證安全生產(chǎn)。
7 機床夾具的分類
機床夾具可以有很多分類方法。通常按機床夾具的適用范圍，可劃分為五種類型：
1、 通用家具 如車床上常用的三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、頂尖，銑床上常用的平口鉗、分度頭、回轉(zhuǎn)工作臺等均屬此類家具。該類夾具由于具有較大的通用性，固得其名。通用家具一般已經(jīng)標準化，并有專門的專業(yè)工廠生產(chǎn)，常作為機床標準附件提供給用戶。
2、 專用夾具 這類家具是針對某一工件的某一工序而專門設計的，因其用途專一而得名。專用夾具廣泛用于批量生產(chǎn)中。
3、 可調(diào)夾具和成組夾具 這類家具的特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應不同零件的加工。用于相似零件成組加工的夾具，通常稱成組夾具。與成組夾具相比，可調(diào)整夾具的加工對象不明確，適用范圍更廣一些。
4、 組合家具 這類夾具由一套標準化的夾具元件，根據(jù)零件的加工要求拼裝而成。就好像搭積木一樣，不同元件的不同組合和聯(lián)接可構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)和用途的夾具。夾具用完以后，元件可以拆卸重復使用。這類夾具特別適合于新產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)。
5、 隨行夾具 這是一種在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。工件安裝在隨行夾具上，除完成對工件的定位和夾緊外，還載著工件隨輸送裝置送往各機床，并在各機床上被定位和夾緊。
機床夾具也可以按照加工類型和在什么機床上使用來分類，可分為車床夾具、和銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、數(shù)控機床夾具等。機床夾具還可以按其夾緊裝置的力源來分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液動夾具、電磁夾具、真空夾具等。
8 拉刀的介紹
用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齒，各排刀齒的尺寸和形狀從切入端至切出端依次增加和變化。當拉刀作拉削運動時，每個刀齒就從工件上切下一定厚度的金屬，最終得到所要求的尺寸和形狀。拉刀常用于成批和大量生產(chǎn)中加工圓孔、花鍵孔、鍵槽、平面和成形表面等,生產(chǎn)率很高。拉刀按加工表面部位的不同，分為內(nèi)拉刀和外拉刀；按工作時受力方式的不同，分為拉刀和推刀。推刀常用于校準熱處理后的型孔。
拉刀的種類雖多，但結(jié)構(gòu)組成都類似。如普通圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)組成為：柄部,用以夾持拉刀和傳遞動力;頸部，起連接作用；過渡錐，將拉刀前導部引入工件；前導部，起引導作用，防止拉刀歪斜；切削齒，完成切削工作，由粗切齒和精切齒組成；校準齒，起修光和校準作用，并作為精切齒的后備齒；后導部，用于支承工件，防止刀齒切離前因工件下垂而損壞加工表面和刀齒；后托柄，承托拉刀。
拉刀的結(jié)構(gòu)和刀齒形狀與拉削方式有關。拉削方式通常分為分層拉削和分塊拉削兩類。前者又分成形式和漸成式；后者又分輪切式和綜合輪切式。成形式拉刀各刀齒的廓形均與被加工表面的最終形狀相似;漸成式拉刀的刀齒形狀與工件形狀不同,工件的形狀是由各刀齒依次切削后逐漸形成。輪切式拉刀由多組刀齒組成，每組有幾個直徑相同的刀齒分別切去一層金屬中的一段，各組刀齒輪換切去各層金屬。綜合輪切式拉刀的粗切齒采用輪切式，精切齒采用成形式。輪切式拉刀切削厚度較分層拉削的拉刀大得多，具有較高的生產(chǎn)率，但制造較難。
拉刀常用高速鋼整體制造，也可做成組合式。硬質(zhì)合金拉刀一般為組合式，因生產(chǎn)率高、壽命長，在汽車工業(yè)中常用于加工缸體和軸承蓋等零件，但硬質(zhì)合金拉刀制造困難
提供拉削內(nèi)孔用拉刀及推刀.包括園孔拉刀,方孔拉刀,鍵槽拉刀,花鍵拉刀,矩形花鍵拉刀及漸開線拉刀等各種特殊孔徑的拉刀,我司全面采用國家標準進行設計、生產(chǎn)和加工產(chǎn)品。
拉刀：刀具表面上有多排刀齒，各排刀齒的尺寸和形狀從切入端至切出端依次增加和變化。當拉刀作拉削運動時，每個刀齒就從工件上切下一定厚度的金屬，最終得到所要求的尺寸和形狀。拉刀常用于成批和大量生產(chǎn)中加工圓孔、花鍵孔、鍵槽、平面和成形表面等,生產(chǎn)率很高。
拉刀按加工表面部位的不同，分為內(nèi)拉刀和外拉刀；按工作時受力方式的不同，分為拉刀和推刀。推刀常用于校準熱處理后的型孔。
拉刀的種類雖多，但結(jié)構(gòu)組成都類似。如普通圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)組成為：柄部,用以夾持拉刀和傳遞動力;頸部，起連接作用；過渡錐，將拉刀前導部引入工件；前導部，起引導作用，防止拉刀歪斜；切削齒，完成切削工作，由粗切齒和精切齒組成；校準齒，起修光和校準作用，并作為精切齒的后備齒；后導部，用于支承工件，防止刀齒切離前因工件下垂而損壞加工表面和刀齒；后托柄，承托拉刀。
9 設計設計主要參考資料
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[7] 吳拓.方瓊珊編.機械制造工藝與機床夾具課程設計指導.機械工業(yè)出版社
[8] 大連組合機床研究所.組合機床設計參考圖冊.北京.機械工業(yè)出版社.
中國地質(zhì)大學長城學院
本科畢業(yè)設計（論文）文獻綜述
系 別： 工程技術系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
姓 名： 丁磊
學 號： 05208416
2012 年 4 月 17 日
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