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本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
題 目
S195柴油機連桿加工工藝及夾具設(shè)計
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)達到的目的：
（1）培養(yǎng)綜合運用所學(xué)理論知識，獨立分析和解決工程技術(shù)問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
（2）培養(yǎng)收集、查閱、分析各種文獻資料的能力。進一步提高計算、繪圖等技能。
（3）學(xué)會使用工具書籍，通過夾具設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。
（4）初步掌握機械制造工藝規(guī)程設(shè)計和夾具設(shè)計的基本要求和設(shè)計方法；掌握設(shè)計計算說明書的編寫。
2、畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1）制定s195柴油機連桿加工工藝規(guī)程；
（2）銑剖分面夾具設(shè)計；
（3）擴大頭孔夾具設(shè)計；
（4）編寫設(shè)計計算說明書。
3、對畢業(yè)設(shè)計（論文）成果的要求〔包括圖表、實物等硬件要求〕
（1） 繪制s195柴油機連桿及連桿蓋零件圖各一張；設(shè)計夾具兩付，繪制夾具裝配圖兩張；
（2） 設(shè)計機械加工工藝規(guī)程一套；
（3） 填寫工藝過程卡一份；
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
4、主要參考文獻
１陳宏鈞,方向明,馬素敏等．典型零件機械加工生產(chǎn)實例．機械工業(yè)出版社，2004.8
２王季琨,沈中偉,劉錫珍．機械制造工藝學(xué)．天津大學(xué)出版社，2004.1
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５孫麗嬡．機械制造工藝及專用夾具．冶金工業(yè)出版社，2003.9
６楊叔子．機械加工工藝師手冊．機械工業(yè)出版社，2004.9
5、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度計劃：
序號
設(shè)計（論文）工作進度
日期（起止周數(shù)）
1
開題報告
1-2
2
實施研究
3-8
3
完成初稿
9-10
4
修改定稿
11
5
成績評定
12
6
答 辯
指導(dǎo)教師（簽字）
日期
年 月 日
教研室意見：
年 月 日
學(xué)生（簽字）：
接受任務(wù)時間： 年 月 日
注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。
夾具夾緊力的優(yōu)化及對工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過最小化夾具設(shè)計優(yōu)化，夾緊力是一個重要的設(shè)計變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對工件定位精度的影響通過3-2-1式銑夾具的例子進行了分析。
關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化
前言
定位和夾緊的工件加工中的兩個關(guān)鍵因素。要實現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個合適的基準上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過程中產(chǎn)生的移動。然而，過度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會影響它的位置精度，并反過來影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來減小由于彈性變形對工件的定位誤差，同時滿足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報道[參考文獻1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計算成本。同時，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過對剛性模型[9-11]對夾緊力進行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問題是制定一個線性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個定位點調(diào)整夾緊力強度的法線接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因為它較法線接觸力相對較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨特的三維夾具可以處理超過6個自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過假設(shè)已知摩擦力的方向來推導(dǎo)計算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過計算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來克服，對于一個相對嚴格的工件，該夾具在機械加工工件的位置會受夾具點的局部彈性變形的強烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗的接觸力變形的關(guān)系（稱為元功能），解決由于夾緊和準靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對設(shè)計參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對報告做了改善，然而，他們沒有處理計算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒有討論機械加工刀具路徑負載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個問題被作為多目標約束優(yōu)化問題提出和解決。通過兩個例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準靜態(tài)負載。夾緊力可假定為在加工過程中保持不變，這個假設(shè)是有效的，在對液壓或氣動夾具使用。在實際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺讼登芯€和法線方向的接觸剛度
第 19 頁 共 15 頁
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個
接觸處的坐標系
（j=x，y，z）是對應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線性的，因為接觸半徑與隨法線力呈非線性變化 [23]。由于法線力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進一個球體彈性半空間的問題。對于這個問題， 是法線的變形，在[文獻23 第93頁]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻23第217頁]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個合理的接觸剛度的線性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線性化接觸剛度值：在計算上述的線性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運動過程中，局部的夾緊和加工負荷引起的彈性變形，同時保持在準靜態(tài)加工過程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實現(xiàn)這個目標是通過制定一個多目標約束優(yōu)化問題的問題，如下描述。
2.1 目標函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個正交組件（見圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計算如下：
（6）
其中表示一個向量二級標準。
但是作用在工件的夾緊力會影響定位誤差。當(dāng)多個夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個夾緊點夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線的，接觸的摩擦力相對較小，并在進行分析時忽略了加緊力對工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計算得出（見圖3），工件剛體運動，歸于夾緊行動現(xiàn)在可以寫成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個目標函數(shù)可以寫為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過使用最低總能量互補參考文獻[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對接觸問題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過夾緊力的隨時調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補充的夾緊力優(yōu)化的第二個目標函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個接觸處的靜摩擦力約束。庫侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個非線性約束和線性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線和切線方向的力和力矩的機械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線的接觸力只能被壓縮。這通過以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線力是確定的，此外，在一個法線的接觸壓力不能超過壓工件材料的屈服強度（）。這個約束可寫為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標優(yōu)化問題可以通過求解約束[24]。這種方法將確定的目標作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個約束對。該補充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對為主要目標的選擇，確保選中一套獨特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動到一個穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個合適的。在定位和夾緊點的接觸力的計算只考慮第一個目標函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過計算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問題可改寫為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類似的算法尋找一個方程根的二分法來確定最低的上的約束, 通過盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測精度和，有參考文獻[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過程中的夾緊力的優(yōu)化及測定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計算負擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標準， 將獲得滿意和適宜的整個刀具軌跡 ，用保守的辦法來解決下面將被討論的問題，考慮一個有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個采樣點，考慮以下四個最壞加工負荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對應(yīng)的和另外兩個正交切削分力，而且有：
雖然4個最壞情況加工負荷向量不會在工件加工的同一時刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項工作中，四個載體負載適用于同一位置，（但不是同時）對工件進行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對應(yīng)于每個采樣點計算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個情況下的加工負荷載體，(C=1，2，…C)是每個相應(yīng)的夾具在第i個樣本點和第j負荷情況下力的大小。是計算每個負載點之后的結(jié)果，一套簡單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過在所有負載情況和采樣點排序，并選擇夾緊點的最高值的最佳的夾緊力，見于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會出現(xiàn)更多采樣點和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評價夾緊力的算法對工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準靜態(tài)加工負荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運動的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對于工件的質(zhì)量中心的第i個位置矢量定位點，坐標變換定理可以用來表達在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標系和是一個旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對于全球的坐標系的定位坐標系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運動矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒有拉力的可能。因此，在第i裝夾點接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個接觸點由于夾緊和加工負荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標系第i個接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項研究中假定液壓/氣動夾具，根據(jù)對外加工負荷，故在法線方向的夾緊力的強度保持不變，因此，必須對方程（24）的夾緊點進行修改為：
（25）
其中是在第i個夾緊點的夾緊力，讓表示一個對外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組：
（26）
其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動，q可通過求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見圖6），
現(xiàn)在可以計算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來確定最佳夾緊力及其對兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點力。
2．應(yīng)用于工件負載準靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開發(fā)EMSIM程序[參考文獻26] 對加工瞬時銑削力條件進行了計算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時加工力，圖4中表3和表4列出了初級夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個25.4毫米銑槽使用EMSIM進行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負荷載體，
（見圖8）。模擬計算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過程模擬例如2。
表6中5個坐標列出了為模擬抽樣調(diào)查點。最佳夾緊力是用前面討論過的排序算法計算每個采樣點和負載載體最后的夾緊力和負載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過減少工件的夾具系統(tǒng)補充能量算法獲得。由于夾緊力和負載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點減少錯誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因為從最初通過互補勢能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個序列應(yīng)用于銑削負載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負載一個序列。最佳的夾緊力，，對應(yīng)列表6每個樣本點，隨著最后的最佳夾緊力，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個采樣點的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個夾緊點最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個完整的刀具路徑改進方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對于初始夾緊力的強度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結(jié)論
該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個雙目標約束優(yōu)化問題，使用-約束的方法解決。該算法通過兩個模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動態(tài)負載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.《計算機輔助夾具分析中的應(yīng)用有限元分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型》， 1995 ASME程序，MED： 777-787頁。
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XX 學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)
S195柴油機連桿加工工藝及夾具設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
本文是對S195柴油機連桿零件加工應(yīng)用及加工的工藝性分析，主要包括對零件圖的分析、毛坯的選擇、零件的裝夾、工藝路線的制訂、刀具的選擇、切削用量的確定、加工工藝文件的填寫。選擇正確的加工方法，設(shè)計合理的加工工藝過程。此外還對S195柴油機連桿零件的兩道工序的加工設(shè)計了專用夾具.
機床夾具的種類很多，其中，使用范圍最廣的通用夾具，規(guī)格尺寸多已標準化，并且有專業(yè)的工廠進行生產(chǎn)。而廣泛用于批量生產(chǎn)，專為某工件加工工序服務(wù)的專用夾具，則需要各制造廠根據(jù)工件加工工藝自行設(shè)計制造。本論文夾具設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計加工孔夾具。
關(guān)鍵詞：S195柴油機連桿，加工工藝，加工方法，工藝文件，夾具
38
Abstract
This paper is the analysis of technology of automobile connecting parts processing application and processing, mainly including the parts diagram analysis, the choice of blank, parts of the clamping, the craft route formulation, tool selection, the determination of cutting conditions, process documents. Choose the correct methods for processing, processing process design reasonable. In addition, processing of two processes of automobile connecting rod parts of the design of the fixture.
Many types of machine tool fixture, wherein, universal fixture used the most widely, size has been standardized, and professional factory production. But widely uses in the volume production, specially for a special fixture workpiece machining process service, then needs various manufacturing plant according to the workpiece processing technology to design and manufacture. The main content of this paper is the design of fixture design processing Kong Jiaju.
Key Words: connecting rod, processing technology, processing method, process documents, fixture
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 機械加工工藝概述 1
1.2機械加工工藝流程 1
1.3夾具概述 2
1.4機床夾具的功能 2
1.5機床夾具的發(fā)展趨勢 2
1.5.1機床夾具的現(xiàn)狀 3
1.5.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 3
第2章 S195柴油機連桿分析 5
2.1 S195柴油機連桿零件的作用 5
2.2零件的工藝分析 6
第3章 機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 8
3.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)的確定 8
3.2 S195柴油機連桿的材料選擇與毛坯的制造方法 9
3.2.1 S195柴油機連桿的材料選擇 9
3.2.2 45鋼的成分和力學(xué)性能 10
3.2.3 毛坯的制造方法 10
3.3 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸確定 11
3.4 指定工序定位基準的選擇 12
3.5 加工工藝階段的劃分和加工順序的安排 13
3.6 S195柴油機連桿加工工藝過程的擬定 13
3.7 連桿加工工藝設(shè)計應(yīng)考慮的問題 14
3.7.1 工序安排 14
3.7.2 定位基準 14
3.7.3 夾具使用 14
3.8 切削用量的選擇原則 14
3.8.1 粗加工時切削用量的選擇原則 15
3.8.2 精加工時切削用量的選擇原則 16
3.9 工時定額的計算 17
第4章 銑結(jié)合面夾具設(shè)計 26
4.1研究原始質(zhì)料 26
4.2定位基準的選擇 26
4.3 切削力及夾緊分析計算 26
4.4 誤差分析與計算 27
4.5 零、部件的設(shè)計與選用 28
4.5.1定位銷選用 28
4.5.2夾緊裝置的選用 28
4.5.3 定向鍵與對刀裝置設(shè)計 28
4.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 30
第5章 擴大頭孔夾具設(shè)計 31
5.1 問題的指出 31
5. 2 夾具設(shè)計 31
5.3零、部件的設(shè)計與選用 33
5.3.1擋銷選用 33
5.3.2 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用 34
5.4確定夾具體結(jié)構(gòu)尺寸和總體結(jié)構(gòu) 35
總 結(jié) 36
參考文獻 37
致謝 38
第1章 緒論
1.1 機械加工工藝概述
機械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上，改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品 或半成品，是每個步驟，每個流程的詳細說明，比如，上面說的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車，鉗工，銑床，等等，每個步驟就要有詳 細的數(shù)據(jù)了，比如粗糙度要達到多少，公差要達到多少。
技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量、設(shè)備條件和工人素質(zhì)等情況，確定采用的工藝過程，并將有關(guān)內(nèi)容寫成工藝文件，這種文件就稱工藝規(guī)程。這個就比較有針對性了。每個廠都可能不太一樣，因為實際情況都不一樣。
總的來說，工藝流程是綱領(lǐng)，加工工藝是每個步驟的詳細參數(shù)，工藝規(guī)程是某個廠根據(jù)實際情況編寫的特定的加工工藝。
1.2機械加工工藝流程
制訂工藝規(guī)程的步驟
1) 計算年生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型。
2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對零件進行工藝分析。
3) 選擇毛坯。
4) 擬訂工藝路線。
5) 確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差。
6) 確定各工序所用的設(shè)備及刀具、夾具、量具和輔助工具。
7) 確定切削用量及工時定額。
8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法。
9) 填寫工藝文件。
在制訂工藝規(guī)程的過程中，往往要對前面已初步確定的內(nèi)容進行調(diào)整，以提高經(jīng)濟效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過程中，可能會出現(xiàn)前所未料的情況，如生產(chǎn)條件的變化，新技術(shù)、新工藝的引進，新材料、先進設(shè)備的應(yīng)用等，都要求及時對工藝規(guī)程進行修訂和完善。
1.3夾具概述
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。
工具是人類文明進步的標志。自20世紀末期以來，現(xiàn)代制造技術(shù)與機械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機床夾具對零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。
1.4機床夾具的功能
在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。
1．機床夾具的主要功能
機床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
（1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。
（2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
2．機床夾具的特殊功能
機床夾具的特殊功能主要是對刀和導(dǎo)向。
（1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。
（2）導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導(dǎo)向功能。
1.5機床夾具的發(fā)展趨勢
隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。
1.5.1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)的工作品種已占工件種類總數(shù)的85%左右。現(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(yīng)市場激烈的競爭。然而，一般企業(yè)仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為15%左右。特別是近年來，數(shù)控機床（NC）、加工中心（MC）、成組技術(shù)（GT）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術(shù)的應(yīng)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）適用于精密加工的高精度機床夾具。
4）適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具。
5）采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進一步提高勞動生產(chǎn)率。
6）提高機床夾具的標準化程度。
1.5.2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)為精密化、高效化、柔性化、標準化四個方面。
精密化
隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應(yīng)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卡盤，其定心精度為5μm；精密心軸的同軸度公差可控制在1μm內(nèi)；又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓度公差可達0.2～0.5μm。
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、具有夾緊動力裝置的夾具等。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；在車床上使用的高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在（試驗）轉(zhuǎn)速為2600r/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。
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、拼裝、組合等方式，以適應(yīng)可變因素的能力?？勺円蛩刂饕校汗ば蛱卣鳌⑸a(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、拼裝夾具、數(shù)控機床夾具等。在較長時間內(nèi)，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。
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。在制訂典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立類型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的結(jié)構(gòu)。通用化方法包括夾具、部件、元件、毛壞和材料的通用化。夾具的標準化階段是通用化的深入，主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列，為夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件。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。
采用二維CAD軟件進行設(shè)計，它使我們甩掉了圖板，解決r使用繪圖板帶來的諸多弊端。現(xiàn)在，大量三維實體造型軟件崛起，如PR0／E、UG、3D、SoIidedge等，推動了設(shè)計領(lǐng)域的新革命．由于這些三維軟件．不僅僅可創(chuàng)建三維實體模型，還可利用設(shè)計出三維模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機構(gòu)分析、動態(tài)干涉檢查、動力學(xué)分析、強度分析等，并且與其它軟件配合可進行零件的數(shù)控加工演示和數(shù)控代碼的生成。這些功能是以往的二維CAD無法比擬的。結(jié)合夾具設(shè)計的復(fù)雜性、高精度性等特點．采用了易學(xué)易懂的3D三維實體造型軟件來實現(xiàn)設(shè)計過程。
第2章 S195柴油機連桿分析
2.1 S195柴油機連桿零件的作用
S195柴油機連桿由S195柴油機連桿大頭、桿身和S195柴油機連桿小頭三部分組成，S195柴油機連桿大頭是分開的，一半與桿身為一體，一半為S195柴油機連桿蓋，S195柴油機連桿蓋用螺栓和螺母與曲軸主軸頸裝配在一起。
S195柴油機連桿是較細長的變截面非圓形桿件，其桿身截面從大頭到小頭逐步變小，以適應(yīng)在工作中承受的急劇變化的動載荷。
其形狀也比較復(fù)雜，很多表面并不容易加工，不管是在其工作過程之中還是在加工過程中也很容易產(chǎn)生變形。
S195柴油機連桿是將活塞上下的直線運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動的重要部件，所以要求要求有較高的強度、韌性和疲勞性能之外，對發(fā)動機S195柴油機連桿還有較高的位置精度和尺寸形狀精度要求以及表面質(zhì)量要求。
基本要求如：S195柴油機連桿桿身不垂直度≤0.5，小頭、大頭兩端面對稱面與桿身相應(yīng)對稱面之間的偏移≤0.6，桿身橫向?qū)ΨQ面對大小頭孔中心偏移≤1.
首先必須保證大頭中心孔中心線和小頭孔中心線之間的平行度，這樣才能保證S195柴油機連桿在工作過程中平穩(wěn)不刮曲軸和軸瓦；第二個就是保證兩個端面的平行度，以及兩端面中心線與兩孔中心線之間的垂直度，用于保證工作中不會刮傷曲軸平衡塊，可以減少噪聲，保持平穩(wěn)；第三個要保證的是S195柴油機連桿體和蓋的分和面之間的配合和吻合，以保證大頭孔的圓柱度，以免刮傷軸瓦；第四要確保大小頭孔中心線之間的距離，如果其得不到保證，將保證不了發(fā)動機在工作時的氣體壓縮比等。
2.2零件的工藝分析
由零件圖可知。
可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
首先S195柴油機連桿的加工表面如下：
（1）以端面互為基準加工的兩端面，尺寸為，以其中一加工端面為基準的小頭孔Φ18，大頭孔Φ70。
（2）以小頭孔為中心的加工有：銑S195柴油機連桿體卡挖槽，加工側(cè)面工藝凸臺。
（3）以大頭孔為中心的加工表面有：加工S195柴油機連桿蓋卡挖槽，加工螺栓孔，和S195柴油機連桿蓋上螺釘光孔。
S195柴油機連桿精度的參數(shù)主要有五個：1.S195柴油機連桿大端中心面和小端中心面相對于S195柴油機連桿身中心面的對稱；2.S195柴油機連桿大小頭空中心距尺寸精度；3.S195柴油機連桿大小頭孔平行度；4.S195柴油機連桿大小頭孔的 尺寸精度、形狀精度；5.S195柴油機連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。
其余技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.1
技術(shù)要求項目
具體要求或數(shù)值
滿足的主要性能
大、小頭孔的橢圓度，錐度
橢圓度≤0.012
錐度≤0.014
保證與襯套、軸瓦的良好配合
兩孔中心距
±0.03～0.05
氣缸氣體的壓縮比
兩孔軸線在同一個平面內(nèi)
在S195柴油機連桿軸線平面內(nèi)：≤0.03
在垂直S195柴油機連桿軸線平面內(nèi)：≤0.06
減少氣缸壁和曲軸頸磨損
大孔兩端面對軸線的垂直度
≤0.015
減少曲軸頸邊緣磨損
兩螺孔中心線（定位孔）的位置精度
在兩個在45°方向上的平行度：0.02~0.04
對結(jié)合面的垂直度≤0.015
保證正常承載和軸頸與軸瓦的良好配合
同一組內(nèi)的重量差
±30g
保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)
第3章 機械加工工藝規(guī)程設(shè)計
3.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)的確定
生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對生產(chǎn)組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，以及所選用的工藝方法和工藝裝備。
零件生產(chǎn)綱領(lǐng)計算:N=Qn（1+α%）（1+β%）
式中 N──零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）;
Q──產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）;
n──每臺產(chǎn)品中,該零件的數(shù)量(件/臺);
α%──備品率;
β%──廢品率。
根據(jù)教材中生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型及產(chǎn)品大小和復(fù)雜程度的關(guān)系，確定其生產(chǎn)類型。假設(shè)某S195柴油機連桿零件。該S195柴油機連桿用于6105柴油機，年產(chǎn)量為5000臺。設(shè)其備品率為10%，機械加工廢品率選擇為0.5%，每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量為1件
N=Qn（1+α%）（1+β%）
=5000×1（1+10%）（1+0.5%）
= 5527件/年
假設(shè)S195柴油機連桿零件的年產(chǎn)量為5000件，現(xiàn)已知該產(chǎn)品屬于中型機械，根據(jù)生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系查閱參考文獻 ，確定其生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。
大量生產(chǎn)的工藝特征：
（1） 零件的互換性：具有廣泛的互換性，少數(shù)裝配精度較高處，采用分組裝配法和調(diào)整法。
（2） 毛坯的制造方法和加工余：廣泛采用金屬模機器造型，一般采用模鍛。毛坯精度高，加工余量小。
（3） 機床設(shè)備及其布置形式：廣泛采用專用機床及自動機床，按流水線和自動排列設(shè)備。
（4） 工藝裝備：廣泛采用高效夾具，復(fù)合刀具，專用量具或自動檢驗裝置，靠調(diào)整法達到精度要求。
（5） 對工人的技術(shù)要求：對調(diào)整工的技術(shù)水平要求高，對操作工的技術(shù)水平要求較低。
（6） 工藝文件：有工藝過程卡或工序卡，關(guān)鍵工序要調(diào)整卡和檢驗卡。
（7） 成本：較低。
（8） 生產(chǎn)率：高。
（9） 工人勞動條件：較好。
3.2 S195柴油機連桿的材料選擇與毛坯的制造方法
3.2.1 S195柴油機連桿的材料選擇
考慮到在該工藝方案中采用銑結(jié)合面工藝，那么選擇材料也是很重要的。在過去其發(fā)動機S195柴油機連桿多采用中碳鋼或者中碳合金鋼，經(jīng)過淬火和高溫回火處理，處理后一般硬度在HBS288～HBS269之間.后來為了減低成本研發(fā)了非調(diào)質(zhì)鋼并用與生產(chǎn)，在鍛造后空冷，通過析出強化得到與淬火高溫回火一樣的力學(xué)性能，省去了淬火和高溫回火，從而降低了成本。后來為了減少機加工，更進一步降低成本，于是開發(fā)了用粉末冶金的方法來制造S195柴油機連桿，大大減少了機加工。而且粉末冶金S195柴油機連桿的質(zhì)量公差小，更適合用于發(fā)動機S195柴油機連桿是的制造。美國就廣泛的運用粉末冶金的方法來生產(chǎn)S195柴油機連桿。實際上它是一種含0.7%左右的高碳鋼。
S195柴油機連桿的主要材料為粉末燒結(jié)材料、高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、球墨鍛鐵以及可鍛鍛鐵，其中45和粉末燒結(jié)材料應(yīng)用最廣。
與粉末冶金S195柴油機連桿相比，45鋼在成本和使用性能上都具有一定優(yōu)越性，首先鍛造后空冷不需要熱處理；裝配后S195柴油機連桿體與S195柴油機連桿蓋的裂解面能緊密地接觸并相互鎖定，使其不產(chǎn)生錯位和移動，提高了與曲軸零件的配合，同時也提高了曲軸的剛度，大大地改善了發(fā)動機的性能。
減輕S195柴油機連桿的重量一直都是S195柴油機連桿制造上討論的一個主題，如果采用粉末冶金技術(shù)，在不改變S195柴油機連桿形狀結(jié)構(gòu)的前提之下會導(dǎo)致S195柴油機連桿的重量增加15%～30%，這樣使得S195柴油機連桿得重量有了很大的增加，那么發(fā)動機的重量也會在一定程度的增加，會影響其使用性能。如果用粉末冶金制造S195柴油機連桿，就必須重新設(shè)計S195柴油機連桿的形狀結(jié)構(gòu)，以減輕S195柴油機連桿的重量。
綜上所述，考慮了各種因素，并經(jīng)過組內(nèi)成員的共同討論，最后決定采用45鋼作為本次設(shè)計中S195柴油機連桿的材料。
3.2.2 45鋼的成分和力學(xué)性能
45 材料中主要各化學(xué)成分質(zhì)量百分比分別為：C為0. 72 % ，Mn為0. 5 % ，S為0. 06 % ， P為0. 009 % ，V為0. 04 %；其金相組織為珠光體加斷續(xù)的鐵素體，抗拉強度為：900MPa～1 050 MPa，屈服極限為520 MPa，最大延伸率為10 %。其中Mn作為強化項而存在，用以提高材料的強度。
銑結(jié)合面工藝要求S195柴油機連桿切斷后的塑性變形最小，又要保證材料有良好的可切削加工性能。45為高碳鋼，含C量提高后，便增加了鋼材的淬透性能，假如保持含Mn量不變，S195柴油機連桿鍛造空冷后硬度會提高，而且金相組織中可能會出現(xiàn)貝氏體，惡化可切削加工性能，須通過適當(dāng)途徑降低含Mn量。
為了改善可切削加工性，提高了含S量，鋼中的Mn和S的親和力大于Fe和S的親和力，優(yōu)先形成MnS，從而降低鋼的塑性，防止金相組織中可能會出現(xiàn)的貝氏體；另外FeS會引起鋼的“熱脆”，促進了銑削時的斷裂。Mn和S結(jié)合時含Mn量又不能過低，至少要高于S三 倍的含量。
45材料的力學(xué)性能:
表3.1
極限抗拉強度/MPa
屈服強度
/MPa
伸長率
（%）
壓縮屈服強度/MPa
剪切強度
/MPa
990
580
14
610
655
3.2.3 毛坯的制造方法
由于S195柴油機連桿在發(fā)動機工作中要承受交變載荷以及沖擊性載荷，一次應(yīng)選用鍛造，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證S195柴油機連桿可靠地工作。而且該零件的年產(chǎn)量是5000，已經(jīng)達到了大量生產(chǎn)的水平，要求其生產(chǎn)率比較高，零件尺寸不是很大，再者為了保證它的尺寸精度、加工精度，故選擇模鍛。
脹斷工藝要求S195柴油機連桿鍛件在脹斷過程之中不能有過大的塑性變形，因此模鍛S195柴油機連桿性能的合格就是保證S195柴油機連桿達到理想的脆性斷裂的因素。
用于脹斷工藝的45系列高碳非調(diào)質(zhì)鋼，它的成分特點是低硅，低錳及添加了微量合金元素釩和易切削的S元素，范圍窄，純度高。
脹斷S195柴油機連桿工藝現(xiàn)有的模鍛工藝主要有以下三種：
（1）輥鍛（楔橫軋）制坯——熱模鍛生產(chǎn)線
工藝：下料→加熱→輥鍛→成型（預(yù)鍛，終鍛）→切邊沖孔→熱校正→BY處理→噴丸處理→探傷處理→精壓處理。
設(shè)備配置：下料機（帶鋸機）→中頻感應(yīng)加熱爐（300KW)→輥鍛機（Φ460型）→熱模鍛壓力機（25000KN）→閉式單點壓力機→BY控冷設(shè)備→噴丸機→探傷機→精壓機
該生產(chǎn)線比較先進，以載貨車S195柴油機連桿為主導(dǎo)產(chǎn)品，其采用了中頻感應(yīng)加熱，輥鍛或楔模軋制坯，在國內(nèi)被廣泛采用。這種生產(chǎn)線便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，具有噪聲小，勞動環(huán)境好等優(yōu)點?？缮a(chǎn)各種類型的發(fā)動機S195柴油機連桿。
（2)輥鍛（楔橫軋）制坯——錘上模鍛生產(chǎn)線
工藝：下料→加熱→輥鍛→成型（預(yù)鍛，終鍛）→切邊沖孔→熱校正→BY處理→噴丸處理→探傷處理→精壓處理。
設(shè)備配置：下料機（帶鋸機或棒料剪切機床）→中頻感應(yīng)加熱爐（300KW）→輥鍛機（Φ370型）→液壓精鍛錘（25～50KJ）→開式壓力機（1000KN）→BY控冷設(shè)備→拋丸機（600～1200kg/h)→熒光探傷機600WE型）→電動螺旋壓力機（400KW）
該生產(chǎn)線主要柴油機S195柴油機連桿為主，鍛件厚度公差基本在±0.2mm以內(nèi)，錯差在0.4mm以內(nèi)，切邊模具沒有氮氣缸，可使模鍛件定位后再切邊，切邊變性很小，精壓尺寸精度可以控制在±0.1mm以內(nèi)
（3）輥鍛制坯——摩擦壓力機模鍛（高能螺旋壓力機）生產(chǎn)線
工藝：下料→加熱→輥鍛→預(yù)鍛→終鍛→切邊沖壓→熱校正→BY處理→拋丸處理→探傷處理→精壓處理。
設(shè)備配置：下料機（帶鋸機）→中頻感應(yīng)加熱爐（250W)→輥鍛機（Φ460型）→摩擦壓力機（630t）→摩擦壓力機（1000t）→閉式單點壓力機（250t）→摩擦壓力機。
該生產(chǎn)線以柴油機S195柴油機連桿為主，在摩擦壓力機上進行預(yù)鍛、終鍛、熱校正，其工藝過程較為穩(wěn)定，生產(chǎn)效率也比較高，適合中小型企業(yè)。
3.3 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸確定?
根據(jù)模鍛的基本要求，在零件的基本尺寸上加上加工余量2～4mm，所以在加工多數(shù)表面在基本尺寸的基礎(chǔ)上單面加2mm，一些特殊表面如螺釘座面上加2mm，側(cè)面工藝凸臺加工精度不是很高，在其表面加1mm。（如圖3.2，詳細尺寸請查閱柴油機S195柴油機連桿毛坯圖圖紙）
3.4 指定工序定位基準的選擇?
定位基準有粗基準和精基準之分。在加工起始工序中，只能用毛坯尚未曾加工過的表面作為定位基準，則該表面稱為粗基準；利用已加工表面作為定位基準，則稱為精基準。其基準的選擇也是工藝規(guī)程設(shè)計之中的重要問題之一，定位基準的選擇合理與否，將直接影響所制訂的零件加工工藝規(guī)程的質(zhì)量?；鶞蔬x擇不當(dāng)，往往會增加工序，或使工藝路線不合理，或使夾具設(shè)計困難，甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求，造成零件報廢等情況。
選擇粗基準時主要考慮兩個問題：一是保證加工表面與非加工表面之間的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。
粗、精基準具體選擇時參考下列原則：
（1） 對于同時具有加工表面和不加工表面的零件，為了保證不加工表面與加工表面之間的位置精度，應(yīng)選擇非加工表面作為粗基準。
（2） 對于具有較多加工表面的工件，選擇粗基準時，應(yīng)考慮合理分配各加工表面的加工余量。
（3） 粗基準應(yīng)避免重復(fù)使用。在同一尺寸方向上，粗基準通常只能使用一次，以免產(chǎn)生較大的定位誤差。
精基準的選擇應(yīng)從保證零件加工精度出發(fā)，同時考慮裝夾方便、夾具結(jié)構(gòu)簡單。選擇精基準一般應(yīng)考慮如下原則：
（1） “基準重合”原則 為了較容易地獲得加工表面對其設(shè)計基準的相對位置精度要求，應(yīng)選擇加工表面的設(shè)計基準為其定位基準。這一原則稱為基準重合原則 。
如果加工表面的設(shè)計基準與定位基準不重合，則會增大定位誤差。
（2 ）“基準統(tǒng)一”原則 當(dāng)工件以某一組精基準定位可以比較方便地加工其它表面時，應(yīng)盡可能在多數(shù)工序中采用此組精基準定位，這就是“基準統(tǒng)一”原則。
采用“基準統(tǒng)一”原則可減少工裝設(shè)計制造的費用，提高生產(chǎn)率，并可避免因基準轉(zhuǎn)換所造成的誤差。
（3） “自為基準”原則 當(dāng)工件精加工或光整加工工序要求余量盡可能小而均勻時，應(yīng)選擇加工表面本身作為定位基準，這就是“自為基準”原則。例如磨削床身導(dǎo)軌面時，就以床身導(dǎo)軌面作為定位基準。
（4） “互為基準”原則 為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可采用互為基準反復(fù)加工的原則。
（5 ）精基準選擇應(yīng)保證工件定位準確、夾緊可靠、操作方便。
3.5 加工工藝階段的劃分和加工順序的安排?
粗加工階段：粗磨S195柴油機連桿兩端面，粗、半精鏜大小頭孔，磨搭子面工藝凸臺，槍鉆螺紋底孔，鉸螺釘光孔，攻絲；锪螺釘座面、倒角，激光開槽、作標記，脹斷，銑卡瓦槽，壓襯套，鉆油孔。首先要加工其他表面就必須先加工出精基準，端面的加工必須安排所以必須安排在第一，接著再在以端面為基準的基礎(chǔ)之上加工其他面或者其他精基準，那么接下來要安排的就是粗鏜大小頭孔，粗磨搭子面，這樣精基準就基本出來了。那么在精加工之前必須把所有的粗加工都做完，緊接著的粗加工工序都在這樣的一些基準上進行加工了。
精加工階段：精磨兩端面，精鏜大小頭孔，珩磨大頭孔，小頭銑落差。
在S195柴油機連桿的加工過程之中，其輔助工藝（去毛刺，倒角，清洗等）必須貫穿整個工藝過程，所以說必須在其中安排輔助工序。在S195柴油機連桿脹斷之前安排一道磁力探傷，在锪螺釘座面、倒角之后安排了去毛刺、清洗，脹斷之后要立即用螺釘套住S195柴油機連桿體與蓋，以免錯位，S195柴油機連桿總裝時時必須要求清理S195柴油機連桿結(jié)合面之間的塵屑，最后還要來一道清洗。
3.6 S195柴油機連桿加工工藝過程的擬定?
經(jīng)組內(nèi)成員共同探討和評比（其他方案略），最后得出最優(yōu)方案如下：
粗磨第一端面→粗磨第二端面→磁力探傷及去磁→粗、半精鏜大、小頭孔→粗磨搭子面工藝凸臺→槍鉆螺紋底孔，鉸螺釘光孔，攻絲→锪螺釘座面、倒角→去毛刺、清洗→激光開槽、作標記→脹斷→S195柴油機連桿體、蓋裝配→壓襯套→鉆油孔→精磨第一端面→精磨第二端面→精鏜大、小頭孔→珩磨大頭孔→小頭銑落差→倒角、去毛刺→稱重、去重→清洗→終檢
一共23道工序，從S195柴油機連桿使用性能的基本要求來看，該工藝方案能基本達到要求。
3.7 連桿加工工藝設(shè)計應(yīng)考慮的問題
3.7.1 工序安排
連桿加工工序安排應(yīng)注意兩個影響精度的因素：（1）連桿的剛度比較低，在外力作用下容易變形；（2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時會產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。因此在連桿加工工藝中，各主要表面的粗精加工工序一定要分開。
3.7.2 定位基準
精基準：以桿身對稱面定位，便于保證對稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。
統(tǒng)一精基準：以大小頭端面，小頭孔、大頭孔一側(cè)面定位。因為端面的面積大，定位穩(wěn)定可靠；用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。
3.7.3 夾具使用
應(yīng)具備適應(yīng)“一面一孔一凸臺”的統(tǒng)一精基準。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準”情況，這時小頭定位銷應(yīng)做成活動的，當(dāng)連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進行加工。
保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此，精銑端面時，夾具可考慮重復(fù)定位情況，如采用夾具限制7個自由度（其是長圓柱銷限制4個，長菱形銷限制2個）。長銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復(fù)定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采取一定措施，一方面長圓柱銷削去一邊，另一方面設(shè)計頂出工件的裝置。
3.8 切削用量的選擇原則
正確地選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性，保證加工質(zhì)量，具有重要的作用。
3.8.1 粗加工時切削用量的選擇原則
粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高,毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金屬切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。
金屬切除率可以用下式計算：
Zw ≈V.f.ap.1000
式中：Zw單位時間內(nèi)的金屬切除量（mm3/s）
V切削速度（m/s）
f 進給量（mm/r）
ap切削深度（mm）
提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度ap,其次選擇一個較大的進給量度f，最后確定一個合適的切削速度V.
選用較大的ap和f以后，刀具耐用度t 顯然也會下降，但要比V對t的影響小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到規(guī)定的合理數(shù)值，因此，能使V、f、ap的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大ap可使走刀次數(shù)減少，增大f又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。
1）切削深度的選擇：
粗加工時切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量將粗加工余量一次切除。只有當(dāng)總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。
2）進給量的選擇：
粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。選擇進給量時應(yīng)考慮到機床進給機構(gòu)的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應(yīng)適當(dāng)減小進給量。
3）切削速度的選擇：
粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。
3.8.2 精加工時切削用量的選擇原則
精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應(yīng)先考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率。
1）切削深度的選擇：
精加工時的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當(dāng)吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質(zhì)量。
2）進給量的選擇：
精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質(zhì)量下降。
3）切削速度的選擇：
切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當(dāng)切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。
由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度ap和進給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時1.8 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差
1.8.1 確定加工余量
用查表法確定機械加工余量：
（根據(jù)《機械加工工藝手冊》第一卷 表3.2—25 表3.2—26 表3.2—27）
（1）、平面加工的工序余量（mm）
單面加工方法
單面余量
經(jīng)濟精度
工序尺寸
表面粗糙度
毛坯
4
12.5
粗銑
1.5
IT12()
40()
12.5
精銑
0.6
IT10()
38.8()
3.2
粗磨
0.3
IT8()
38.2()
1.6
精磨
0.1
IT7()
40()
0.8
則連桿兩端面總的加工余量為：
A總=
=（A粗銑+A精銑+A粗磨+A精磨）2
=（1.5+0.6+0.3+0.1）2
=mm
3.9 工時定額的計算
3.9.1 銑連桿大小頭平面
選用X52K機床
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—81選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 100 mm 切削速度Vf = 2.47 m/s
切削寬度 ae= 60 mm 銑刀齒數(shù)Z = 6 切削深度ap = 3 mm
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 475 r/min
根據(jù)表3.1—31 按機床選取n = 500 /min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.67 m/s
銑削工時為：按表2.5—10
L= 3 mm L1 = +1.5 =50 mm L2 = 3 mm
基本時間tj = L/fm z = (3+50+3)/(500×0.18×6) = 0.11 min
按表2.5—46 輔助時間ta = 0.4×0.45 = 0.18 min
3.9.2 粗磨大小頭平面
選用M7350磨床
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—170選取數(shù)據(jù)
砂輪直徑D = 40 mm 磨削速度V = 0.33 m/s
切削深度ap = 0.3 mm fr0 = 0.033 mm/r Z = 8
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 158.8 r/min
根據(jù)表3.1—48 按機床選取n = 100 r/min
則實際磨削速度V = Dn/（1000×60） = 0.20 m/s
磨削工時為：按表2.5—11
基本時間tj = zbk/nfr0z = (0.3×1)/(100×0.033×8) = 0.01 min
按表3.1—40 輔助時間ta = 0.21 min
3.9.3 加工小頭孔
(1) 鉆小頭孔 選用鉆床Z525
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—38(41)選取數(shù)據(jù)
鉆頭直徑D = 20 mm 切削速度V = 0.99 mm
切削深度ap = 10 mm 進給量f = 0.12 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 945 r/min
根據(jù)表3.1—30 按機床選取n = 1000 r/min
則實際鉆削速度V = Dn/（1000×60） = 1.04 m/s
鉆削工時為：按表2.5—7
L = 10 mm L1 = 1.5 mm L2 = 2.5mm
基本時間tj = L/fn = (10+1.5+2.5)/(0.12×1000) = 0.12 min
按表2.5—41 輔助時間ta = 0.5 min
按表2.5—42 其他時間tq = 0.2 min
(2) 擴小頭孔 選用鉆床Z525
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—53選取數(shù)據(jù)
擴刀直徑D = 30 mm 切削速度V = 0.32 m/s
切削深度ap = 1.5 mm 進給量 f = 0.8 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n =1000v/D = 203 r/min
根據(jù)表3.1—30 按機床選取n = 250 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 0.39 m/s
擴削工時為：按表2.5—7
L = 10 mm L1 = 3 mm
基本時間tj=L/fn=(10+3)/(0.8×250)=0.07 min
按表2.5—41 輔助時間ta=0.25 min
(3) 鉸小頭孔 選用鉆床Z525
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—81選取數(shù)據(jù)
鉸刀直徑D = 30 mm 切削速度V = 0.22 m/s
切削深度ap = 0.10 mm 進給量f = 0.8 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 140 r/min
根據(jù)表3.1—31 按機床選取n = 200 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 0.32 m/s
鉸削工時為： 按表2.5—7
L=10 mm L1 =0 L2=3 mm
基本時間tj = L/fn = (10+3)/(0.8×200) = 0.09 min
按表2.5—41 輔助時間ta = 0.25 min
3.9.4 銑大頭兩側(cè)面
選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—77(88)選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 20 mm 切削速度V = 0.64 m/s
銑刀齒數(shù)Z = 3 切削深度ap = 4 mm af = 0.10 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 611 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n=750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 0.78 m/s
銑削工時為：按表2.5—10
L=40 mm L1=+1.5=8.5 mm L2=2.5 mm
基本時間tj = L/fmz = (40+8.5+2.5)/(750×0.10×3)=0.23 min
按表2.5—46 輔助時間ta = 0.4×0.45 = 0.18 min
3.9.5、擴大頭孔
選用鉆床床Z525 刀具:擴孔鉆
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—54選取數(shù)據(jù)
擴孔鉆直徑D = 60 mm 切削速度V = 1.29 m/s
進給量f = 0.50 mm/r 切削深度ap =3.0 mm 走刀次數(shù)I = 1
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D=410 r/min
根據(jù)表3.1—41 按機床選取n=400 r/min
則實際切削速度V=Dn/（1000×60）=1.256 m/s
擴削工時為： 按表2.5—7
L = 40 mm L1 = 3 mm L2 =3 mm
基本時間:
3.9.6 銑開連桿體和蓋
選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—79(90)選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 63 mm 切削速度V = 0.34 m/s
切削寬度ae = 3 mm 銑刀齒數(shù)Z = 24
切削深度ap = 2 mm af = 0.015 mm/r d = 40 mm
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 103 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n=750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.47 m/s
銑削工時為： 按表2.5—10
L = = 17 mm
L1 = - +2 = 6 mm
L2 = 2 mm
基本時間tj= Li/FM = (17+6+2)/(148) = 0.17 min
按表2.5—46 輔助時間ta=0.4×0.45=0.18 min
3.9.7 加工連桿體
(1) 粗銑連桿體結(jié)合面 選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—74（84）選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 75 mm 切削速度V = 0.35 m/s
切削寬度ae = 0.5 mm 銑刀齒數(shù)Z = 8
切削深度ap=2 mm af = 0.12 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 89 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n = 750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.94 m/s
銑削工時為： 按表2.5—10
L = 38 mm L1 = +1.5 = 7.5 mm L2 = 2.5 mm
基本時間tj = L/fnz = (38+7.5+2.5)/(2.96×60×8) = 0.03 min
按表2.5—46 輔助時間ta=0.4×0.45=0.18 min
(2) 精銑連桿體結(jié)合面 選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—84選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 75 mm 切削速度V = 0.42 m/s
銑刀齒數(shù)Z = 8 切削深度ap = 2 mm
af=0.7 mm/r 切削寬度ae=0.5 mm
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D =107 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n = 750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.94 m/s
銑削工時為：按表2.5—10
L = 38 mm L1 = +1.5 = 7.5 mm L2 = 2.5 mm
基本時間tj = L/fmz = (38+7.5+2.5)/(2.96×60×8) = 0.03 min
按表2.5—46 輔助時間ta = 0.4×0.45 = 0.18 min
(3) 粗锪連桿兩螺栓底面 選用鉆床Z3025
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—67選取數(shù)據(jù)
锪刀直徑D = 28 mm 切削速度V = 0.2 m/s
锪刀齒數(shù)Z = 6 切削深度ap = 3 mm 進給量f = 0.10 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 50.9 r/min
根據(jù)表3.1—30 按機床選取n = 750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.94 m/s
锪削工時為： 按表2.5—7
L = 28 mm L1 = 1.5 mm
基本時間tj = L/fn = (28+1.5)/(0.10×750×8) = 0.04 min
(4) 銑軸瓦鎖口槽 選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—90選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 63 mm 切削速度V = 0.31 m/s
銑刀齒數(shù)Z = 24 切削深度ap = 2 mm
切削寬度ae = 0.5 mm af = 0.02 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 94 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n=100 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 0.33 m/s
銑削工時為： 按表2.5—10
L = 5 mm L1=0.5×63+1.5 = 33 mm L2 = 1.5 mm
基本時間tj=L/fmz=(5+33+1.5)/(100×24)=0.02 min
按表2.5—46 輔助時間ta=0.4×0.45=0.18 min
(5) 精銑螺栓座面 選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計手冊》表2.4—90選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 63 mm 切削速度V = 0.47 m/s
銑刀齒數(shù)Z = 24