连杆的课程设计

机械制造工艺

课程设计

设计题目：连杆零件的制造工艺规程设计

班级：2011级 02班

专业：机械设计制造及其自动化

学号2011211114

姓名：钱梦奇

指导教师：吴卫明

机制工艺课程设计任务书

Ⅰ、课程设计名称：

机制工艺课程设计

Ⅱ、课题名称：

连杆零件的制造工艺规程设计

Ⅲ、课程设计使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 1．零件的分析及毛胚的确定。

2．拟定机械加工工艺过程。

3．合理选择各工序的定位基准。

4．确定加工工序的余量和切削用量。

5．确定工序尺寸，正确拟定工序技术要求。

6．编制加工工艺规程。

7．撰写设计说明书。

目录

零件图 (Ⅰ)

课程设计说明书

1、零件的分析 (1)

1.1 零件的作用 (1)

1.2 零件的工艺分析 (1)

2、零件的生产类型 (1)

2.1 生产纲领 (1)

2.2 生产类型及工艺特征 (2)

3、绘制产品毛坯图 (2)

4、工艺规程的设计 (3)

5、选择定位基准 (4)

6、选择加工方法 (5)

7、确定切削用量和基本工时 (6)

8、设计总结 (9)

9、参考文献 (10)

机械加工工艺卡片 (10)

连杆零件图

1 零件的分析

1.1 零件的作用

连杆的作用是使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，它是柴油机关键传动件之一。它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。

1.2 零件的工艺分析

为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于3.2μm；大头孔的圆柱度公差为0.05mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2μm。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.05 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：100±0.1mm。连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于IT9。大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。

2 零件的生产类型

2.1 生产纲领

发动机连杆零件，年产量为5000件，零件备品率6%，零件废品率2% 。

N＝Qn（1+a％）/（1+b％）

式中：?N——零件的年产量（件/年）即生产纲领；

?Q——产品的年产量（台/年）；

?n——每台产品中该零件的数量（件/台）；

?a％——该零件的备品率（备品百分率）；

?b％——该零件的废品率（废品百分率）。

所以代入公式可得：N=5000×1×(1+6%)/(1-2%)=5000×1.06/0.98=5408.2，取5409，即生产纲领为5409（件/年）。

2.2 生产类型及工艺特征

现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大批量生产。

1

大批量生产的工艺特征：

（1）零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，模锻或其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小。

（2）机床设备及其布置形式：广泛采用商效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。

（3）工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求。

（4）对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。

（5）工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。

（6）成本：较低。

（7）生产率：高。

3 绘制产品毛坯图，如图3.1

图3.1毛坯图

2

4 工艺规程的设计

4.1 确定毛坯的制造形式

材料：精铸ZG310-570

连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。

连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。

由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。

4.2 工艺规程设计

连杆机械加工工艺过程如下： 工序Ⅰ 模锻成型，切边；

工序Ⅱ 加工两端面至尺寸30mm ，其中一端面Ra3.2，另一端面Ra6.3； 工序Ⅲ 加工小头孔至mm H 018

.00720+Φ，Ra3.2;

工序Ⅳ 加工大头孔至mm HB 039

.0040+Φ，Ra3.2；

工序Ⅴ 加工键槽； 工序Ⅵ 定位中心距； 工序Ⅶ 检查。

5 选择定位基准

在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，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。这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑）。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销”。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。

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适当配合：即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。

由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰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较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加

工精度会有很大影响。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常有深远的影响。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，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，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。

6 选择加工方法

3

6.1连杆两端面的加工

采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，

以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方法的生产率较高。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。

6.2连杆大、小头孔的加工

连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、扩、铰三道工序。钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。小头孔在钻、扩、铰后在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。

大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为3.2μm，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。

6.3连杆螺栓孔的加工

连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。从而达到所需要的技术要求。

粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。精铣时，为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直，使用两工位夹具。连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转1800 ，铣另一个螺栓孔的两端面。这样，螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。

6.4连杆体与连杆盖的铣开工序

剖分面（亦称结合面）的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证。为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差0.03mm ，并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度，除夹具本身要保证精度外，锯片的安装精度的影响也很大。如果锯片的端面

圆跳动不超过0.05mm,则铣开的剖分面能达到图纸的要求，否则可能超差。但剖分面本身的平

4

面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。因此，在剖分面铣开以后再经过磨削加工。

6.5大头侧面的加工

以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。

7 确定切削用量和基本工时

7.1 粗加工时切削用量的选择原则

正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。

金属切除率可以用下式计算：Z w≈V*f*a p*1000

式中：Z w单位时间内的金属切除量（mm3/s），V切削速度（m/s）

f 进给量（mm/r）， a p切削深度（mm）

提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度a p，其次选择一个较大的进给量度f，最后确定一个合适的切削速度V。选用较大的a p和f以后，刀具耐用度t 显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、a p的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大a p可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。粗加工时切削用量的选择原则有几个要点：（1）切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。

（2）进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进

5

6

给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。

（3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。

7.2 精加工时切削用量的选择原则

精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。提高精加工速率的关键：

（1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。 （2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。

（3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。

由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度a p 和进给量f ，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V ，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求 用查表法确定机械加工余量： 则连杆两端面总的加工余量为： A 总=

2

1

?∑

=n

i i A =（A 粗铣+A 精铣+A 粗磨+A 精磨）?2=（1.5+0.6+0.3+0.1）?2=0

55.05-mm

（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=30+0

55.05-=055.035-mm

（根据《机械加工工艺手册》第一卷 表3.2—25 表3.2—26 表3.2—27）

表7-1 平面加工的工序余量（mm ）

单面加工方法

单面余量

经济精度

工序尺寸 表面粗糙度

毛坯 36 12.5

粗铣 1.5 IT12 (320

.00

+)

31.5(320

.00

+)

6.3

精铣

0.6

IT10(100

.00

+)

30.9(100

.00

+)

3.2

7

粗磨 0.3 IT8(050

.00+) 30.3(050

.00+)

3.2 精磨

0.1

IT7(025.00+)

30(340

.00

+)

1.6

7.3 确定工序尺寸及其公差

（根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》 表2—29 表2—34）

表7-2 大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为 Φ40mm ）

工序名称 工序基 本余量

工序经济 精度

工序尺寸 最小极限尺寸

表面粗糙度

珩磨 0.08 )(6039

.00+H Φ40.0

Φ40)(6039

.00+H

3.2 精镗 0.4 )(8046.00+H

Φ39.9

Φ39.9)(8046

.00+H

3.2 半精镗 1 )(1119.00+H Φ38.6 Φ38.6)(

1119

.00

+H 6.3

二次粗镗 2 )(1230.00+H Φ36.5 Φ

36.5

)(1230

.00+H 6.3 一次粗镗 2 )(1230.00+H Φ33.5

Φ33.5)

(1230.00

+H

12.5 扩孔 5

Φ29

Φ29)1(±

（根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》 表2—29表2—30） 表7-3 小头孔各工序尺寸及其公差 工序 名称 工序基本余量

工序经济 精度

工序 尺寸

最小极限尺寸

表面 粗糙度 精镗

0.2 )(8018

.00+H

0.20Φ )(0.20018

.00+Φ

3.2 铰 0.2 )(9052

.00+H 50.19Φ )(50.19052

.00+Φ

6.3 扩 9 )(10084

.00+H 20.19Φ )(2.19084

.00+Φ

12.5 钻

钻至15Φ

33

.0013+H 15Φ

33

.00

15+Φ 12.5

8 设计总结

通过对柴油机连杆的机械加工工艺的设计，使我学到了许多有关机械加工的知识,让我了解连杆件外形结构特性。然而其技术要求很高，所以适当的选择机械加工中的定位基准,是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。在连杆的实际加工过程中，选用连杆的大小头端面及

小头孔作为主要定位基面，同时选用大头孔两侧面作为一般定位基准。为保证小头孔尺寸精度和形状精度，可采用自为基准的加工原则；保证大小头孔的中心距精度要求，可采用互为基准原则加工。对于加工主要表面，按照“先基准后一般”的加工原则。连杆的主要加工表面为大小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面，次要的加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及连杆体和盖上的螺栓座面等。连杆机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的。连杆加工路线按连杆的分合可以分为

在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。三个阶段：第一个阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二个阶段为连杆体和盖的切开加工；第三个阶段为连杆体和盖合装后的加工。通过这次课程设计，使我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，尤其在利用手册等方面，对今后毕业出去工作都有很大的帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

8

参考文献

[1]刘文剑，曹天河，赵维缓，机械制造工艺设计手册哈尔滨工业大学 1981.5

[2]徐茂功，《公差配合与技术测量》，机械工业出版社，2004.7

[3]哈尔滨工业大学,上海工业大学，机械制造工艺学天津大学出版社 2004.1

[4]王季琨,沈中伟,刘锡珍，典型零件机械加工生产实例, 机械工业出版社 2004.8

[5]杨叔子，机械制造工艺及专用夹具冶金工业出版社 2003.9

[6]赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导书机械工业出版社 2000.10

[7]何铭新，钱可强，机械制图高等教育出版社 2004.1

[8]王先逵，机械加工工艺手册机械工业出版社 2007.2

[9]邹青，呼咏，机械制造技术基础课程设计指导教程机械加工出版社 2011.10

9

10

滁州学院机械加工工序卡片产品型号零（部）件图号LG-00 共 7 页产品名称连杆零（部）件名称连杆第1页

工序

号

工序名称车间材料牌号

1 模锻ZG310-570

毛坯种类毛坯外型尺寸每坯件数每台件数

锻件毛坯图1 1

设备名称设备型号设备编号同时加工件数

模锻压力机 1

夹具编号夹具名称冷却液

工位器具编

号

工位器具名称

工步号工步内容工艺装备

主轴

转速

（转/分）

切削

速度

（米/

分）

走刀量

毫米/

转

吃刀

深度

（毫米）

走刀

次数

1 模锻成型，切边

描图

11

滁州学院机械加工工序卡片产品型号零（部）件图号LG-00共7页产品名称连杆零（部）件名称连杆第 2 页

工序号工序名称车间材料牌号

2 铣机加ZG310-570

毛坯种类毛坯外型尺寸每坯件数每台件数

锻件毛坯图1 1

设备名称设备型号设备编号同时加工件数

铣床X52K 1

夹具编号夹具名称冷却液

XX-L-01 铣夹具

描校

底图号

编制（日期）审核（日期）批准（日期）

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更改文件

号

签

字

日

期

标

记

处数更改文件号签字

日

期

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工位器具编号工位器具名称13

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工步号工步内容工艺装备

主轴

转速

（转/分）

切削

速度

（米/分）

走刀量

毫米/转

吃刀

深度

（毫米）

走刀

次数

1 以一大平面定位，将有凸标记面（基准面下同）朝上，Φ60面铣刀340 64 0.

2 1.5 1

侧面夹紧，粗铣端面然后翻转,铣另一面至尺寸29mm游标卡尺0-125

2以相同定位方式定位，先铣基准面，再以基准面定位精铣425 80 0.15 0.6 1 另一面，精铣两端面至尺寸30mm，上面Ra3.2,下面Ra6.3

描图

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底图号

编制（日期）审核（日期）批准（日期）

标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签

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滁州学院机械加工工序卡片产品型号零（部）件图号LG-00共7页产品名称连杆零（部）件名称连杆第3页

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工序

工序名称车间材料牌号

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