機械制造工藝學課程設計說明書-三孔連桿

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機械制造工藝學 課程設計說明書 設計 題目： 三孔連桿 零件機械加工工藝規(guī)程設計 學 生： 楊知雨 學 號 ： 機電 工程學院 班 級 ： 機械設計制造及其自動化 2009 指導教師： 付 敏 副教授 東北林業(yè)大學 2 目 錄 1 零件的分析 …………………… ……………………… …………………………………… 3 件結構工藝性分析 ……………………… …… ………………………………………… 3 件的技術要求分析 ……………………………………………………………………… 3 2 毛坯的選擇 ……… …………………………… …………………………………………… 4 坯種類的選擇 …………………………………………………………………………… 3 坯制造方法的選擇 ……………………………………………………………………… 5 坯形狀及尺寸的確定 ……… …………… ……………………………………………… 5 3 工藝路線的擬定 …………… … ………………………… ………………………………… 5 位基準的選擇 …………………………………………………………………………… 5 件表面加工 方案 的選擇 ………………………………………………………………… 6 工順序的安排 ……………… …………………… ……………………………………… 6 工階段的劃分 ………………… ……………………………………………………… 7 械加工順序的安排 …… …………… ………………………………………………… 7 處理工序的安排 …………………… ……………… ………………………………… 7 助工序的安排 ………………………… ………………… …………………………… 8 4 工序設計 …………… ……………… ……………………… ……………………………… 8 床和工藝裝備的選擇 …………………………………………………………………… 8 序設計 …………… ………………… …………………………………………………… 9 5 結語 …………………………………… ………………………………………………… 13 參考文獻 東北林業(yè)大學 3 三孔連桿零件機械加工工藝規(guī)程設計 1 零件的分析 件的工藝性分析 圖 本次課程設計的題目 零件是典型的連桿類零件，結構簡單。毛坯采用 鍛造而成。 需要加工的表面有 Ф 90的內孔表面，上下兩個端面；Ф 35的內孔表面和上下兩個端面，Ф 25的內孔表面和兩個端面。 所需要加工的這個九個表面都是屬于比較常規(guī)的加工表面，不會存在很大的技術障礙。 圖 1孔連桿零件圖 件的技術要求分析 從圖上可以看出，連桿的兩個連桿孔與耳鉤的孔均為 加工精度，孔表面的表面粗糙度要求均為 孔的形 狀上還有圓柱度為 圓柱度要求，這三個孔表面均屬于配合表面，是圖紙中最重要的加工表面 。連桿孔的兩個端面，耳鉤的兩個端面的加工表面粗糙度要求為 且對連桿孔兩個端面之間的尺寸以及耳鉤兩個面之間的尺寸 有 精度要求，一般的的機床均可達到這個加工精度 。 在對孔的位置精度要東北林業(yè)大學 4 求上，Ф 90Ф 35個孔的中心距 有 精度要求，且兩 孔軸 線有平行度為 鉤孔 Ф 25Ф 90 的中心距也有 精度要求，要求。同時，該連桿還需熱處理，達到布氏硬度 226硬度要求。 零件的毛坯不得有裂紋，夾渣等缺陷。 圖紙尺寸完整合理，加工精度要求合理，圖紙表達清晰，可以滿足加工要求。 表 出 了工件所有的加工表面以及對應的圖紙技術要求。 表 件加工表面及技術要求匯總 加工表面 公差等級（ 表面粗糙度（ μm） 形狀公差 （ μm） 位置公差 （ μm） 加工方法 定位基準 Ф90內表面 6 柱度 鏜 精鏜 Ф90Ф90上下端面 12 無 銑 精銑 Ф90Ф35內表面 6 柱度 心線與Ф90心線平行度 粗鉸 Ф90Ф35上下端面 12 無 銑 精銑 Ф90Ф25內表面 6 柱度 心線與Ф90 粗鉸 Ф90Ф25 上下端面 12 無 銑 精銑 Ф902 毛坯的選擇 坯種類的選擇 三孔連桿屬于連桿支架類零件，受力情況復雜，長期處于重載、交變應力的作用下工作，對桿件的材料組織以及力學性能要求較高，且該工件的形狀不復雜，可以考慮采用鍛造工藝 來制造 毛坯。 且所給的零件圖紙中技術要求中 要求使用鍛造，連桿不得有裂紋，夾渣等缺陷；如果采用鑄造工藝，可能會存在上述的鑄造缺陷；采用棒料板料作為毛坯，在大批量生產中機械加工部分太多，既不經濟效率還低。所以綜合考慮采用鍛造制造毛坯。 坯制造方法的選擇 選擇好鍛造作為毛坯制備工藝后考慮采用模鍛還是自由鍛造。零件整體結構簡單，整體尺寸較小，且結構對稱，分型面清晰，加工綱領為大批生產，可以考慮采用模鍛來提高生產率，降低鍛工工作強度。且采用自由鍛不太好控制毛坯的形狀且不易控制加工精度。 坯形狀及尺寸 的確定 由于毛坯尺寸應該再各工序加工余量確定后，最后附加在工件加工表面，所以在此大東北林業(yè)大學 5 概對毛坯的形狀做一定說明： 三個內孔以及其六個端面均需要留一定的余量，但是對于小孔以及耳鉤孔如果在毛坯中留出孔的位置，將會給鍛模的制造以及鍛造工藝的 設計造成一定困難，所以根據鍛工手冊，小孔以及耳鉤孔在毛坯中不予留 出。 3 工藝路線的擬定 位基準的選擇 粗基準的選擇應滿足使各加工表面都有均勻的加工余量，而且定位準確可靠。 可以選擇 Ф 90孔與下端面作為主要定位基準，但是問題在于 Ф 90孔是 毛坯面，尺寸不準確，無法與定位銷或者定位心軸配合，而且用下端面作為定位基準，定位接觸面太少，定位不準確。 如圖所示， 也可以考慮用不加工的 B 面作為定位基準，但是用 部位是連桿的最為薄弱部分，在夾緊力的作用下可能會導致變形，影響加工精度。所以綜合考慮下，用 Ф 90下端面作為主要定位基準，限制了 x y z 三個方向的自由度， 為提高系統(tǒng)的剛性， 在 Ф 35的下端面增加輔助支撐 ；同時，在連桿的 C、 D 兩個面用兩個窄 同限制了 x y z 三個方向的自由度，從此達到了工件的完全定位。 圖 3基準定位 精基準選擇應滿足基準統(tǒng)一與基準重合原則，由零件圖我們可以得出 Ф 35的設計基準是 Ф 90的中心線，且耳鉤孔 Ф 25設計基準也是 Ф 90的中心線 ，所以精基準的主要定位基準面是已經精鉸完的 Ф 35、 Ф 25鉤孔與銑完的 Ф 90下端面。一面兩孔定位， Ф 90下端面主要定位基面限制了工件三個自由度， Ф 35用一定位銷限制兩個自由度，最后在 Ф 25此工件達到完全定位。 東北林業(yè)大學 6 圖 3基準定位 件表面加工方案的選擇 90 35 25下端面六個平面的加工方案 ： 在用 Ф 90下端面作主要定位基準、 Ф 35 下 端面作輔助支撐，用兩塊窄 緊連桿中間連接部分，并加以輔助支撐提高剛度，減少夾緊變形，銑 Ф 90上端面、 Ф 35上端面、 Ф 25鉤孔上端面三個面。另外與之相對的三個下表面的加工可以放在下一道工序中，用第一道工序加工好的平面作為定位基準來加工到圖紙尺寸要求。 90孔表面 的加工方案 在銑前三個平面的工序中，不改變工件的的定位與夾緊，讓自動換刀機構換刀，粗鏜Ф 90孔，整個加工過程在數控加工中心上一次性完成，不改變工件的定位與夾緊，可以保證三個端面以及 Ф 90的相 對位置精度。 熱處理完成后的工件，可以先精鉸 Ф 35以及 Ф 25鉤孔，然后用精鉸完的這兩個孔作為定位基準來半精鏜以及精鏜 Ф 90，這樣通過夾具以及機床主軸的高回轉精度就可以保證 Ф 90與 Ф 35以及 Ф 25鉤孔的相對位置精度，以及自身的尺寸要求。 35、Ф 25加工方案 在粗鏜完 Ф 90的工序中，不改變工件的定位與夾緊，讓加工中心的換刀裝置多次換刀，分別鉆 35以及 Ф 25鉤孔。熱處理以后，在頭一道工序中粗鉸與精鉸這兩個孔。精鉸 鉸刀的精度應高于粗鉸鉸刀的精度，按照誤差復映原理，鉆完以及擴完的內孔會存在一定的圓柱度誤差以及尺寸公差，因此安排兩次鉸削來消除前一道工序所留下來的誤差，最后達到圖紙要求。 工順序的安排 東北林業(yè)大學 7 考慮到是大批量生產，為提高生產效率，在同一臺機床上只進行一次定位裝夾完成本道工序的所有加工過程，減少人工輔助調整時間。 將工件的加工階段劃分為典型的三個加工階段 -： 粗加工階段：去除零件表面大量材料，加工出基準面，將工件尺寸加工到一定精度，為接下來的半精加工以及精加工階段做準備。 半精 加工階段：根據誤差復映規(guī)律，對于本次加工來說，雖沒有采取多次加工，但 通過一次走刀的半精加工，也可以減少粗加工以及熱處理留下的形狀位置誤差，為精加工表面做好準備。在現代數控加工技術的飛躍性提高的今天，加工中心的使用，大大提高了加工效率以及精度。 精加工階段：在精加工階段，機械加工的最終任務就是要保證零件圖上的主要表面達到圖樣規(guī)定要求。在本加工階段通過選擇精度更高的數控加工中心，以及精度更高的刀具來滿足加工要求，同時對夾具的定位要求也相應提高。 工序 1：鍛造 工序 2：正火熱處理 工序 3： 銑 Ф 90上端面，銑 Ф 35上端面，銑 Ф 25鉤孔上端面 ； 粗鏜 Ф 90工序 4：銑 Ф 90下端面，銑 Ф 35下端面 ，銑 Ф 25鉤孔下端面 ； 鉆、擴 Ф 35鉆、擴 Ф 35鉤孔 工序 5：調質熱處理到 226序 6： 粗鉸 35到圖樣尺寸； 精鉸 25鉤孔到圖樣尺寸 工序 7：以精鉸完的兩個孔為基準 半精鏜 90至圖樣尺寸； 倒角 45° 工序 8：去毛刺 工序 9： 工件探傷與 檢驗入庫 鍛造毛坯 可能會存在殘余應力以及硬點，在粗加工進行前應進行正火熱處理，改善切削性能。零件圖上要求熱處理至 261用調質處理可達到該硬度要求，考慮到調質處理后可能會導致工件變形，表面質量降低，三個內孔的尺寸以及表面質量達不到圖紙上的技術要求，所以把調質處理安排在半精加工之后，精加工之前，在半精加工去除了零件上大量材料，然后進行熱處理，最終通過精加工尺寸到圖紙的要求。 圖紙技術要求中要求連桿不得有裂紋，夾渣等缺陷，因此除了正常的形狀位置尺寸檢測以外。還應增加 X 射線或者超聲 波探傷等無損傷工件內部質量檢測。最后去除毛刺，入庫。 4 工序設計 床和工藝裝備的選擇 床的選擇 東北林業(yè)大學 8 在前面的加工路線安排中已經提到，本產品的機械加工屬于大批量生產，應選擇加工效率高，定位精度高的自動化設備 一臺機床上可以自動完成多次加工，減少工件裝夾的次數就能提高工件在定位上所引起的誤差，提高產品質量。 考慮到劃分了加工階段，粗加工階段和精加工，半精加工階段應該在不同的機床上進行，后者機床應選擇定位精度高，穩(wěn)定性好，且轉速能滿足要求的加工中心， 而前者在粗加工階段，應從工 件上切除大部分金屬，應選擇加工效率高 的加工中心。 根據工件毛坯大概尺寸 355× 169× 60，選擇 控加工中心作為粗加工階段的使用機床。 主軸伺服電機 位精度 ± 復定位精度 ± 序 3與工序 4均采用該機床進行粗加工。 在精加工階段要對三個孔精鉸或者精鏜，對主軸的回轉精度以及機床的穩(wěn)定性均有一定要求，所以精加工階段選擇定位精度更高的 式加工中心 。主軸電機功率11位精度 復定位精度 工序 6 與工序 7 均采用該機床進行加工。 具的選擇 在大批量生產中，為提高生產效率，減少每道工序的輔助工時，可以采用專用夾具來裝夾定位工件。且專用夾具針對性強，針對每道工序以及相應的機床設計的夾具定位準確，工件夾緊變形小。因此在本次加工中，四道機械加工工序均采用 4組不同的專業(yè)夾具。 具的選擇 同樣是為提高生產效率，減少輔助工時，應大量采用不重磨的可轉位硬質合金刀片的刀具，并且在選擇刀具時考慮到刀柄錐度與機床主軸錐度相匹配。 下表給出各個工序工藝裝備的配置： 表 4藝裝備的選擇 工序 夾具 刀具 機床 3 用夾具 質合金面銑刀 Ф 動鏜刀 用夾具 質合金面銑刀 Ф 34麻花鉆 Ф 孔鉆 Ф 24麻花鉆 Ф 孔鉆 用夾具 Ф 35硬質合金機用鉸刀 Ф 25硬質合金機用鉸刀 用夾具 Ф 轉位雙刃鏜刀 Ф 90可轉位雙刃鏜刀 6× 15× 90°倒角刀 序設計 工余量的確定以及各工 序尺寸的確定 （ 1）Ф 90孔表面 該表面的工藝過程為 粗鏜 精鏜，查閱金屬切削手冊，結合機床的參數，粗鏜選擇加工余量 精鏜 1鏜 照所查表的余量逐一推算出個工序尺寸， 根據 經濟精度選出每道工序的公差值，并按照入體原則標注， 表 4細列出了各工東北林業(yè)大學 9 序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 90內孔表面 各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精鏜 6( 90 90 精鏜 1 鏜 11( 造 2 6 86±2 （ 2）Ф 35孔表面 該 表面的加工工藝為鉆 粗 鉸 造毛坯的時候，該內孔是沒有預留空間的，所以應先鉆出， 在查閱金屬切削手冊選擇擴孔以及粗鉸精鉸孔加工余量時應考慮到留給鉆的工序尺寸應該滿足鉆頭的尺寸系列，也就是說所選擇的鉆頭應該能夠加工到所設計的工序尺寸。綜上綜合考慮，查閱金屬切削手冊， 選擇擴孔加工余量 鉸加工余量為 如果把精鉸的加工余量附加到粗鉸的工序尺寸上會導致要求粗鉸出一個Ф 孔，鉸刀的外徑尺寸系列沒有 個值，所以應該把精鉸的加工余量用公差的形式表現在粗鉸鉸刀上 。按照所 查表的余量逐一推算出個工序尺寸，跟據經濟精度選出每道工序的公差值，并按照入體原則標注， 表 4細列出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 35孔表面各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精鉸 6( ) 35 35 粗鉸 基本尺寸不變 I=5 擴孔 10( ) 鉆孔 35 ) 4 34 （ 3）Ф 25孔表面 該表面工序過程和 Ф 35孔表面工藝過程類似，表 4細 列出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 25內孔表面各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 精鉸 6( ) 25 25 粗鉸 基本尺寸不變 I=5 擴孔 10( ) 東北林業(yè)大學 10 鉆孔 25 ) 4 24 （ 4）Ф 90上下端 面 圖紙上對這兩個表面僅有表面粗糙讀 及 精度的尺寸要求，而且沒有形狀位置公差的要求，所以對于該表面只需粗銑到圖紙要求即可 。 加工孔上 端面時是以下端面為定位基準來加工的，其工藝基準也是下端面；上端面也是如此。所以不用考慮基準不重合問題 ， 表 4細列出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 90上下端面 各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗銑 1 0 50± 銑 2 0+3=53 53± 造 6 ± 2 53+3=56 56± 2 （ 5）Ф 35上下端 面 該表面工序過程和 Ф 390上下端面工藝過程類似，表 4出了各工序工序余量及工序尺寸的計算。 表 4 35上下端面各工序余量及工序尺寸的確定 工序余量 (經濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗銑 1 5 35± 銑 2 5+造 5 ± 2 0 40± 2 （ 6）Ф 25鉤孔上下端 面 該表面工序過程和 Ф 390上下端面工藝過程類似，表 4 表 4 25鉤孔上下端面各工序余量及工序 尺寸的確定 工序余量 (經濟精度 基本尺寸 工序尺寸及公差 粗銑 1 2 0 20± 銑 2 2 0+2=22 22± 造 4 ± 2 22+2=24 24± 2 在所有的工序余量的計算完成后，我們可以給出毛坯的外形尺寸圖 圖 4件毛坯圖 額 按照本次課程設計要求，切削用量以及工時定額部分只給出工序 2中銑小孔上端面的東北林業(yè)大學 11 計算過程 。 加工材料： 45鋼鍛造后正火處理 加工要求：銑小孔下上端面至 35± 面 粗糙度 大孔上端面至 50± 面粗糙度 耳鉤孔上端面至 20± 面粗糙度 床：數控加工中心 具：硬質合金面銑刀，刀片材料 狀尺寸根據 5342=120小孔上端面至 35± 一道工序加工完后的尺寸為 坯方向的加工余量為 最大加工余量需一次加工即可，取背吃刀量刀長度2 2 2 200( ) 5 0 ( 1 2 0 1 2 0 5 0 ) 6 1l d d a m m? ? ? ? ? ? ? ? ?。 本次加工所用機床主軸功率 片材料為 查閱《機械加工工藝手冊》 )，選擇每齒進給量為 );表 刀壽命 T=180據銑削速度計算公式： 0 a z?（ m/ 其中72 .2 .4 m=d=120 z=10 修正系數查表可得.0 代入數據最后得 v=m/ 機床主軸轉速01 0 0 0 1 0 0 0 3 2 2 . 3 6 8 5 5 / m i 1 4 1 2 0?? ? ??工時定額12 5 0 5 . 4 6 5 . 4 6 0 . 0 5 8 4 m i n 3 . 50 . 1 2 1 0 8 5 5l ??? ? ? ???切削力計算 0F F y uF p f a a 中 N） 查閱手冊可得750 1 ) 0d=120mm n=855 / .0 北林業(yè)大學 12 將數據代入公式可得軸扭矩0 331 5 8 . 9 1 2 0 9 . 5 3 4 0 2 1 0 m?? ? ???切削功率441 5 8 . 9 3 2 2 . 3 6 0 . 8 56 1 0 6 1 0 W?? ? ??? 東北林業(yè)大學 13 5 結語 課程設 計是對機械學生的綜合 能力的 考驗。 課程設計是一個自我學習的過程，在課程設計中很多需要用到的知識其實是我們課本上從未涉及到的，這就需要自己查閱相關的書籍資料或者在網上搜集相關信息，在以后的學習工作中，自我學習能力也是非常關鍵的的能力。我們本身實踐機會太少，與真實的生產加工接觸太少，缺乏對工藝的基本理解，只是字課堂上，在書本上學習了點皮毛，在如此短暫的一個星期內想要把這樣復雜涉及多方面知識的課程設計做好是很難的，因此我們抓不住每一個細節(jié)去完善 ，但我們也盡量去完善能做到的一切細節(jié)。在面對一大堆毫不熟悉的概念時，我們 往往會表現出沮喪與失去信心，但這正是鍛煉耐心的一個好機會。機械加工涉及到方方面面，無論哪一個生產環(huán)節(jié)出了問題，就會對產品的生產制造造成難以彌補的損失，因此對于一個合格的工程師與工藝師，最需要的就是對各種矛盾的解決能力，有耐心去解決在工藝設計中所面臨的各種麻煩。在設計階段我們考慮得越周到，在生產過程中我們所付出的代價就越少。 所以我覺得在如今大學本科擴招泛濫的時代，教學資源嚴重不足，學生沒有足夠的實踐機會（沒有夠量的實踐時間是培養(yǎng)不出一名合格工程師的），我們就應該多在這種硬件要求不高的課程設計上多花點心思，培 養(yǎng)自我的綜合能力，為以后的工作學習打下堅實基礎！ 東北林業(yè)大學 14 參考文獻 [1] 楊叔子 M]機 械工業(yè)出版社 ,2002. [2] 王先奎 鉆削、擴削、鉸削加工 [M]機械工業(yè)出版社 ,2008. [3] 王先奎 銑削、鋸削加工 [M]機械工業(yè)出版社 ,2008. [4] 常同立 .,機械制造工藝學 [M]清華大學出版社 ,2010. [5] 王先奎 削加工 [M]械工業(yè)出版社 ,2008.