连杆零件机械加工工艺规程成及工艺装备设计方案

此套设计有全套CAD图和卡片，有意者请联系我索取522192623@https://www.360docs.net/doc/1b5991883.html,

摘要

本次课程设计详细阐述了对连杆端面10mm槽的专用铣床夹具设计，采用一面两销进行定位，通过综合分析与设计，验证了该设计的可行性和优越性，通过此设计，实现了理论知识和实践的充分结合，在这次课程设计涉及了机床类型的选择、加工方式的选择、刀具的选择、定位误差的分析与计算、夹具体设计应注意的问题等等。进一步添加计算机绘图的经验。

综合该次设计的全过程，体会到了设计路途的迷茫和艰难，作为学完《机械制造技术基础》之后的一项重要的实践，充分考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，尤其提高了我们查阅各种设计手册的和相关资料的能力，深刻体会了夹具设计的一般步骤和相关问题的解决办法，为将来参加工作，熟悉工艺打下坚实基础。

Abstract

The curriculum design detail of the connecting rod slot dedicated 10mm Face milling fixture design, using a two-pin position, through a comprehensive analysis and design, design verification of the feasibility and advantages of this design, the realization of the theoretical knowledge and practice are fully integrated in the curriculum design involves the choice of the machine tool type, processing, selection, tool selection, location analysis and calculation error, the folder should be noted that the specific design problems, and so on. Add further experience in computer graphics.

Integrated design of the whole process of design

experience to the confused and difficult road, as school finished, "the basis of mechanical manufacturing technology" after the practice of an important and fully independent of our study design, computing, graphics and analysis capabilities, particularly to improve our access to a variety of design manuals and related information on the capacity of the fixture design should have realized the general steps and related solutions to the problems for the future work, familiar with the process to lay a solid foundation.

目录

1 连杆零件的机械加工工艺规程1

1.1 连杆的工艺性分析及生产类型的确定1

1.1.1 连杆的技术要求1

1.1.2 审查连杆的工艺性1

1.1.3 确定连杆的生产类型1

1.2 机械加工工艺规程设计2

1.2.1 选择毛坯2

1.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量2

1.2.3 绘制连杆毛坯简图3

1.3 拟定连杆工艺路线4

1.3.1 定位基准的选择4

1.3.2 表面加工方法的确定4

1.3.3 加工阶段的划分4

1.3.4 工序的集中与分散4

1.3.5 工序顺序的安排5

1.3.6 确定工艺路线5

1.4加工余量、工序尺寸和公差的确定（工序6）5

1.5 切削用量、时间定额的计算（工序6）6

1.5.1切削用量的计算6

1.5.2 时间定额的计算7

2. 相关工序夹具的设计8

2.1 定位方案及定位误差分析8

2.2 夹紧机构9

2.3 对刀及夹具的安装方案的确定9

2.4 夹具体10

2.5 方案综合评价和总结10

3 设计体会11

1 连杆零件的机械加工工艺规程

1.1 连杆的工艺性分析及生产类型的确定

1.1.1 连杆的技术要求

根据连杆零件图纸将该连杆的全部技术要求列于表中。见表1-1。

1.1.2 审查连杆的工艺性

分析零件图可知，连杆的两端面均要求切削加工，该零件除主要工

作表面（连杆两端面、

20

.0

10+的槽、1.0

3.

15+

Φ孔、1.0

6.

42+

Φ孔）外其余加工

表面加工精度较低，通过铣削，钻床的粗加工就可以达到，虽然主要工作表面加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的公艺性较好。

1.1.3 确定连杆的生产类型

Q=5000件/年；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。代入公式（1-1）得

N=5000件/年X（1+3%）X（1+0.5%）=5175.8件/年

连杆重量为 2.0kg，由查表1-3知，连杆属于轻型零件；由表1-4知，该连杆的生产为大批生产。

1.2 机械加工工艺规程设计

1.2.1 选择毛坯

由零件要求可知，不但要有高的抗拉、压强度和高的疲劳强度，而

且要有足够的刚性和韧性，选择材料为45钢。为增强连杆的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛胚选用锻件。该零件轮廓尺寸不大，且生产类型数大批生产，为提高生产率和锻件精度，采用模锻方法制造毛胚，毛胚拔模斜度为5o。

1.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

a)公差等级

根据连杆的功用和要求，确定该零件的公差等级为普通级。

b)锻件重量

加工后工件重量为2.0kg,初步估计锻件加工前毛胚重量为4kg。c)锻件形状复杂系数

对连杆零件图分析，大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度、和高度，l=45mm，b=53，h=10(详见毛胚简图1-1)；有公式（2-3）和（2-5）可计算出连杆锻件的形状复杂系数

S = mt/mN = 4/（lbhρ）=(45mm×53mm×10mm×7.8 10-

6kg/mm3)

≈6/8.01≈0.18

由于0.74介于0.16和0.32之间故形状复杂系数属S3级

d)材质系数

该材料属45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故锻件材

质系属M1级。

e)锻件分模线形状

根据连杆形位特点，选高度方向的对称平面为为分模面，属平直分

模线，如图连杆锻造毛胚见图1-1所示。

f)零件表面粗糙度

如零件图所示，该连杆各加工表面的粗糙度Ra均大于1.6。根据上述综因素，查《机械制造技术基础课程设计指导书》中表2-10~2-12确定该段间的尺寸公差和机械加工余量。所得结果列于表1-2。

确定此铸造毛坯的尺寸公差和机械加工余量如下表所示：

1.2.3 绘制连杆毛坯简图

由表1-2所得结果，绘制毛坯简图如下所示：

图1-1 连杆锻造毛坯简图

1.3 拟定连杆工艺路线

1.3.1 定位基准的选择

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。

a) 精基准的选择

考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原

则和“基准统一”原则，选择零件左视图中的左端面和6.42Φ孔中心线作

为精基准。

b) 粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不

加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表

面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件右端面为粗基准。

1.3.2 表面加工方法的确定

1.3.3 加工阶段的划分

该连杆加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工，半精加工

两个阶段。，

在粗加工阶段。首先将精基准（连杆左端面和6.42Φ孔）准备好，使

后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；

然后粗铣连杆右端面，钻3.15Φ孔和粗铣8个槽的内侧面和底面；在半精

加工阶段，完成左右端面的的精铣加工和8个槽的精铣加工。

1.3.4 工序的集中与分散

选用工序集中原则安排连杆的加工工序。该连杆的生产类型为大批

或者中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产

率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时

间，而且由于一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之

间的相对位置精度要求。

1.3.5 工序顺序的安排

a) 遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——连杆左右端面和

6.

42

Φ孔、3.

15

Φ孔。

b)遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

c)遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。

d)遵循“先面后孔”原则，先加工主要表面，后加工孔；先加工左右端

面，然后加工两个孔；最后加工8个槽。

1.3.6 确定工艺路线

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了连杆的工艺路线。

1.4加工余量、工序尺寸和公差的确定（工序6）

根据课程设计要求，这里只作工序6加工余量和工序尺寸公差的确定。

第6道工序的加工过程：

先以l=8的三面刃铣刀铣出槽，以l=8的三面刃铣刀进行粗铣，查表2-26，则粗铣余量Z精铣=1.5（双边），再进行精铣。查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度为，粗铣：IT12；精铣：IT11，查标准公差数值表确定各工步的公差值分别为，粗铣：0.18mm；精铣：0.11；

所以，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为粗铣（8

0.18

+

mm）；精

铣（10

0.11

+

mm），它们之间的相互关系如图1-2所示。

图1-2

1.5 切削用量、时间定额的计算（工序6）

1.5.1切削用量的计算

a) 粗铣槽底面和两侧面

（1）切削深度的确定 取a p =3.2mm 。

（2）进给量的确定 表5-19，按机床功率为5-10kW 、工件—夹具系统

刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量f z 取为0.09mm/z 。

（3）铣削速度的计算 由表5-20，按硬质合金三面刃圆盘铣刀、

d/z=200/12的条件选取，铣削速度v 可取为268m/min 。由公式（5-1）

n=1000v/(πd)可求得该工件铣刀转速，n=1000×268m/min/π×

200mm=426.53r/min,参照表4-18所列X60卧式铣床的主轴转速，取转

速n=400r/min 。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际铣削

速度v=n πd/1000=400r/min ×π×200mm/1000=251.33m/min 。

b) 精铣槽底面和两侧面

（1）背吃刀量的确定 取a p =1.5mm 。

（2）进给量的确定 表5-19，按机床功率为5-10kW 、工件—夹具系统

刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量Z f 取为0.08mm/z 。

（3）铣削速度的计算 由表5-20，按硬质合金三面刃圆盘铣刀、

d/z=200/12的条件选取，铣削速度v 可取为318m/min 。有公式（5-1）

n=1000v/πd 可求得该工件铣刀转速，n=1000×318m/min/π×

200mm=506.11r/min,参照表4-18所列X60卧式铣床的主轴转速，取转

速n=560r/min 。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际铣削

速度v=n πd/1000=560r/min ×π×200mm/1000=351.86m/min 。

1.5.2 时间定额的计算

a) 基本时间t m 的计算

（1）粗铣槽底面和两侧面

根据表5-43中三面刃铣刀铣槽的基本时间计算公式t j =(l+l 1+l 2)/f M z

可求出该工序的基本时间：式中l=5mm ，

mm a d a e e 261)2.3200(2.3)3~1()(l 1=+-?=+-=，l 2 =2mm ，查表4-19

铣床工作台的进给量f M z =45mm/min,得t j =（5+26+2）/45=0.73min

（2）半精铣槽底面和两侧面

同理，根据表5-43中三面刃铣刀铣槽的基本时间计算公式 tj=(l+l1+l2)/fMz 可求出该工序的基本时间：式中l=5mm ，

mm a d a e e 22.121)75.0200(75.0)3~1()(l 1=+-?=+-=，l2 =2mm ，查表

4-19铣床工作台的进给fMz=22.4mm/min,得tj=（5+13+2）

/22.4=2.45min 。

b) 辅助时间f t 的计算

根据第五章第二节所述，辅助时间tf 与基本时间tj 之间的关系为tf=

（0.15-0.2）tj ，这里取tf=0.15 tj ，则各工序的辅助时间分别为：

工序6粗铣的辅助时间：tf =0.15×0.73min=0.1min ；

工序6精铣的辅助时间：tf =0.15×2.45min=0.3675 min ；

c) 其他时间的计算

除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件

时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间准备与终结时间。由

于本工件的生产类型为大量生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间

甚微，可忽略不计；布置工作地时间tb 是作业时间的2%-4%,这里取

3%，则各工序的其他时间（tb+ tx ）可按关系式（3%+3%）×（tb+tx ）

计算，它们分别为：

工序8的其他时间：

tb+tx =6%×(0.1min+0.27min)=0.022min;

工序9的其他时间：

tb+tx =6%×(2.45min+0.3675min)=0.16905min;

d)单件时间t d j的计算

上述两道工序的单件时间分别为：

工序6的单件粗铣时间：

tdj=0.1min+0.27min+0.022min=0.392min；

工序9的单件半精铣时间：

tdj =2.45min+0.3675min+0.16905min=2.98655min

将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。表5-2.1列出了连杆零件的机械加工工艺过程；表5-2.2列出了连杆加工第6道工序的工序卡。

2. 相关工序夹具的设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。工序图上标明，该工序的定位基准为已经加工过的两孔及工件孔端的两个端平面，加工时选用三面刃铣刀，在卧式铣床上加工，槽宽由铣刀尺寸保证，槽深和角度位置由夹具和调整对刀来保证。制造夹具体毛坯的材料为HT200。通过铸造得到。

2.1 定位方案及定位误差分析

前已述及，定位基准的选择应尽量符合基准重合原则，但对于工件

槽深

4.0

2.3+要求来说，选择与所加工槽相对的另一端面为定位基准，引起

基准不重合误差ΔB，ΔB的值为两端面间的尺寸公差0.1 mm。由于所加工的槽深公差规定为0.4 mm，根据经验，可以保证槽深的要求；对于槽的角度位置45±30′的要求方面，工序要求是以大孔中心为基准，并与两孔连线成45±30′。现以两孔为定位基准，在大孔中采用圆柱销配合定位，小孔中用菱形销定位，完全符合基准重合，定位精度较高。两定位销直径及公差、两定位销之间的距离及公差：圆柱定位销直径按g6

选取为

019

.0

025

.0

6.

42-

-；菱形销定位圆柱部分按f7选取为

016

.0

034

.0

3.

15-

-；两销间的

距离尺寸与公差按连杆相应尺寸公差±0.06的1/3取值为±0.02，所以该尺寸标注为57±0.02; 为保证槽的角度要求，两菱形销安装位置的角度

公差为工件相应角度公差±30′的1/5,即±6′，所以图上该角度标注为

45°±6′。

2.2 夹紧机构

夹紧机构设计时应考虑动作快速可靠，不碰刀，夹紧点应尽量接近

被加工部位。因此，采用两个手动螺旋压板，夹紧点选在大孔端面，另

外在压板外侧设有防转销，使用也很方便，能满足生产要求。

2.3 对刀及夹具的安装方案的确定

由于槽的加工要保证刀具两个方向的位置，为了快速对刀，采用直

角对刀块。为了保证对刀块的方向与工作台纵向进给运动方向一致，整

个夹具在工作台上安装时采用的是一对定位键定向，在夹具体两端的耳

座中穿入T 形螺栓，用螺母夹紧。定位平面N 到对刀块底面之间的尺寸

关系到槽深精度，而连杆上相应的这个尺寸是由尺寸 4.002.3+mm 和01.03.14-mm 间接决定的，经过尺寸链的换算(4.002.3+mm 是封闭

环)，得到这个尺寸为

1.04.01.11--mm 。因为夹具的工序尺寸是按要保证的槽深相应尺寸的平均值标注，将上面算得的尺寸改写为10.85±0.15 mm ，然

后再减去塞尺的厚度3 mm ，得7.85 mm ，此尺寸的公差取为工件上尺寸

公差(±0.15)的1/2~1/5，最终取±0.03，所以最终夹具总图上对刀块到

定位面N 的距离应标注为7.85±0.03。考虑到塞尺的尺寸，对刀块水平

方向的工作表面到定位圆柱销中心的距离为8.05±0.02(取工件相应尺寸

公差的1/2~1/5)，如图4-71中所注。

2.4 夹具体

夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件，在夹具体上，要安

放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考虑便于装卸

工件以及在机床上的固定。因此夹具体的形状和尺寸应满足一定的要

求，它主要取决与工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加

工性质等。所以在专用夹具中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。设计时应满足一下基本要求：

1 有足够的强度和刚度

2 减轻重量，便于操作

3 安放稳定，可靠

4 尺寸稳定，有一定的精度

5 结构稳定，工艺性好

6 排屑方便

7 应吊装方便，使用安全

夹具结构方案确定后，就可着手绘制夹具总图，步骤如下：

(1) 用双点划线绘出零件在加工位置的外形轮廓。

(2) 绘制定位元件。

(3) 绘制夹紧装置。

(4) 绘制对刀块、夹具体。

(5) 绘制定位键，并绘出连接件把各元件连接在一起。最后得到的夹具总图。

2.5方案综合评价和总结

该夹具结构简单，操作方便。采用手动夹紧装置，夹具上装有直角对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀；同时，夹具体底面上的两对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

此设计达到了铣床专用夹具的设计要求，能够满足加工条件的要求，达到完成加工的目的。

3 设计体会

为期三周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，在老师的指导和同学们的帮助下，收获颇多，课程设计作为《机械制造基础》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计主要经历了两个阶段，第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我运用了基准选择、机床选用等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。

经过这三个星期的设计，基本掌握了零件的加工过程分析及工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤，学会了查找相关手册、说明书等，以及选择使用工艺装备等等。

总之，这次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们独立思考、解决问题和创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于个人能力有限，所学知识还不够完善，设计中还存有错误和不足，望老师老师提出宝贵意见。

参考文献

[1]哈尔滨工业大学，《机床夹具设计》，上海科学技术出版社，1990。

[2]顾崇衡，《机械制造工艺学》，陕西科学出版社，1995。

[3]邹青，《机械制造技术基础课程设计指导教程》，机械工业出版社，200.8。

[4]崇凯，《机械制造技术基础课程设计指南》，化学工业出版社，2006.12。

[5]周开勤，《机械零件手册》，高等教育出版社，1994。

[6]大连组合机床研究所，《组合机床设计》，机械工业出版社，1978。

[7]李云.《机械制造及设备指导手册》.北京:机械工业出版社,1997.8

[8]孟少农.《机械加工工艺手册》.北京:机械工业出版社,1991.9

[9]李庆寿.《机床夹具设计》.北京：机械工业出版社，1984

[10]于骏一.《机械制造技术基础》.北京：机械工业出版社，2000

[11]薛源顺.《机床卡具设计》.北京：机械工业出版社，2000

[12]赵家奇.《机械制造工艺学课程设计指导书—2版》.北京:机械工业出版社,2000.10

[13]陶崇德.葛鸿翰.《机床夹具设计.第二版》.上海：上海科技技术出版社,1989

[14]黄健求.《机械制造技术基础》. 机械工业出版社,2005

[15] 杨叔子. 《机械加工工艺师手册》. 机械工业出版社.2000