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中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計
1.前言
由于汽車產(chǎn)業(yè)在實體經(jīng)濟中占有的比重已經(jīng)極其重大，汽車的心臟是發(fā)動機，連桿是發(fā)動機的重要部件，所以連桿的發(fā)展推動了汽車一輪又一輪技術(shù)的換代，創(chuàng)造出更多的社會價值與實用價值。連桿加工工藝的發(fā)展對發(fā)動機能量轉(zhuǎn)換起到直觀重要的作用 影響到汽車溫室氣體的排放量。所以對于連桿的加工，也得到越來越多的重視。
然而連桿性能的好壞，一是取決于材料，二是取決于工藝，在現(xiàn)代化高科技的發(fā)展形式下，工藝顯得越來越重要。90年代末，國家機械行業(yè)迅猛發(fā)展，一些新零件開始隨之出現(xiàn)，但是很多公司基本上沒有一個固定的工藝方案，而且工藝的方法五花八門，基本上沒有一個固定的好步驟，零件加工符不符合實際使用要求沒有太嚴的限制，對于一些比較簡單且要求不是很高的零件，基本上加工時沒有作太嚴的要求?，F(xiàn)在，隨著一些客戶對要求的提高，以及許多零件的性能要求開始標準化，這就要求我們必須面對現(xiàn)實，去做一套完整且符合使用要求的工藝，以提高零件的性能，提高公司在行業(yè)的競爭力。
然而夾具設(shè)計一般是在零件的機械加工工藝過程制訂之后按照某一工序的具體要求進行的。制訂工藝過程，應(yīng)充分考慮夾具實現(xiàn)的可能性，而設(shè)計夾具時，如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見。夾具的設(shè)計質(zhì)量的高低，應(yīng)以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、維護容易等為其衡量指標。
2.零件的分析
2.1計算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類型
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。
圖1 連桿體
此零件為連桿體，由設(shè)計任務(wù)書要求，此零件要求可知該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為25萬件/年，結(jié)合生產(chǎn)實際，由《機械設(shè)計加工工藝書》得知，N=Qn(1+α%+β%)，帶入公式得
注：
N——零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）
Qn——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）
α%——備品率
β%——廢品率
產(chǎn)品的年產(chǎn)量Qn=1件／臺；備品率α%=5%；廢品率β%=1%。帶入公式得：N=265000
一年的工作日為220天，一天一班制，工作時間為7個小時。所以
N’=
=173
即每個小時要求生產(chǎn)的零件為173件。所以連桿體的生產(chǎn)類型為成批的大批生產(chǎn)類型。
2.2 連桿體的加工工藝分析
2.2.1連桿機械加工工序安排
連桿體（蓋）銑兩面——連桿體（蓋）拉結(jié)合面——連桿體（蓋）鉆兩孔——精鏜大小頭孔——連桿體（蓋）銑定位槽
2.2.2連桿體加工的主要技術(shù)要求?
1）連桿小頭孔的尺寸公差不低于IT7，表面粗糙度Ra值不大于0.80μm，圓柱度公差等級不低于7級。小頭襯套孔的尺寸公差不低于IT6，表面粗糙度Ra值不大于0.40μm，圓柱度的公差等級不低于6級。
2）連桿大頭孔的尺寸公差與所用軸瓦的種類有關(guān)，當直接澆鑄巴氏合金時，大頭底孔為IT9；當采用厚壁軸瓦時，大頭底孔為IT8；當采用薄壁軸瓦時，大頭底孔為IT6，表面粗糙度值Ra值不大于0.80μm，圓柱度的公差等級不低于6級。
3）連桿小頭孔及小頭襯套軸線對連桿大頭軸線的平行度：在大、小頭孔軸線所決定的平面的平行方向上，平行度公差值應(yīng)不大于100:0.03；垂直與上述平面方向上，平行度公差值應(yīng)不大于100:0.06。
連桿大、小孔中心距的極限偏差通常為±0.05mm。
連桿大頭兩端面對連桿大頭孔軸線的垂直度公差不應(yīng)低于8級。兩端面表面粗糙度Ra值不大于1.25μm.
4)為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對于連桿的重量及裝在同一臺發(fā)動機中的連桿重量差都有要求。有些對運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求高的發(fā)動機，對連桿小頭重量和大頭重量分別給以規(guī)定。
2.2.3連桿的材料和毛坯
汽車，拖拉機發(fā)動機連桿的材料，一般采用45號鋼，或40Cr，35 CrMo，并進行調(diào)質(zhì)處理，以提高其強度及抗沖擊能力。
鋼制連桿一般采用鍛造。在單件小批生產(chǎn)時，采用自由鍛造或用簡單的胎模進行鍛造；在大批量生產(chǎn)中，采用模鍛，此次課題中采用后者。模鍛時，一般非為兩個工序進行， 初鍛和終鍛，通常在切邊后進行熱校正。中、小型的連桿，其大、小頭的端面常進行精壓，以提高毛坯精度。
連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯。連桿模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成—體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔余量的均勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設(shè)備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式?？傊?，毛坯的種類和制造方法的選擇應(yīng)使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。
2.2.4連桿機械加工的定位基準
連桿的工藝特點是：外形較復(fù)雜，不易定位；大、小頭是由細長的桿身連接，剛度差，容易變形；尺寸公差、形狀和位置公差要求很嚴，表面粗糙度小。這就給連桿機械加工帶來了許多困難。定位基準的正確選擇對保證加工精度是很重要的。
根據(jù)連桿加工工藝要求，連桿一般都會設(shè)置工藝凸臺，其適用于產(chǎn)量較大時的結(jié)構(gòu)形式，可是加工時的定位基準不變，有利于零件加工。
本次設(shè)計中連桿體定位如圖2
??{9 n汽車汽車
圖2 連桿體定位
3.鉆床的設(shè)計
3.1連桿加工工序
連桿體（蓋）銑兩面——連桿體（蓋）拉結(jié)合面——連桿體（蓋）鉆兩孔——精鏜大小頭孔——連桿體（蓋）銑定位槽
此次加工前工序鎖定尺寸，連桿小頭孔孔徑經(jīng)過鉆孔、擴孔、粗鉸、精鉸后所得尺寸為，連桿大頭厚度為。
連桿體鉆兩孔工序為：
鉆底孔深27
鉆定位孔深5
粗絞定位孔
精絞定位孔
攻絲M121.25-4H
3.2初算加工時間
3.2.1時間定額的確定
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 =10.5 mm 切削速度V = 0.99 m∕s
切削深度ap = 25 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 = 25 mm L1 = 1.5 mm L2 = 2.5mm
基本時間tj = L/fn = (25+1.5+2.5)/(0.12×1000) = 0.24 min
按表2.5—41 輔助時間ta = 0.45min
按表2.5—42 其他時間tq = 0.2 min
總機動時間Tj
Tj=（0.24+0.45+0.2）=0.89 min
3.3工件的夾緊
3.3.1夾緊力方向及切削力的確定
1、在選擇夾緊力的作用點及方向時，需考慮下面幾點：
1)夾緊力應(yīng)有助于定位，而不應(yīng)破壞定位。2）夾緊變形要小。3）保證加工中工件振動小。
夾緊方式可有如圖3所示方法
圖3重力，切削力，夾緊力重力的關(guān)系
綜上所述,故采用圖2的夾緊方式，即圖3中（d）所示。
2、切削力大小計算
查《切削用量簡明手冊》[5]有
查手冊中表2.34有
=1102
=0.867
=0.772
=-0.124
=0.85
所以可知=1402N
在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù)
其中
： 基本安全系數(shù) 1.5
： 加工安全系數(shù) 1.1
： 刀具鈍化系數(shù) 1.1
： 斷續(xù)切削系數(shù) 1.1
所以=1402×1.5×1.1×1.1×1.1=2799 N
而其次是雙鉆頭同時打孔，故 =2=5598 N
3.4夾緊機構(gòu)的選擇
3.4.1夾緊方案
根據(jù)本次夾具設(shè)計的具體要求，制定以下夾緊方案：
1、斜楔夾緊機構(gòu)，即直接利用有斜面的楔塊。
2、螺旋夾緊機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，特別是具有增力大、自鎖性能好兩大特點，很適用于手動夾緊。
3、偏心夾緊機構(gòu)，利用轉(zhuǎn)動中心與幾何中心偏移的圓盤或軸作為夾緊元件，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，夾緊迅速，操作方便，但自所能力較差，用于要求夾緊力不大的情況。
4、定心夾緊機構(gòu)，利用杠桿原理作用得加緊機構(gòu)。
綜合本次設(shè)計中各種情況，選定使用定心夾緊機構(gòu)。
3.4.2夾具的動力裝置
為滿足此次設(shè)計中的年生產(chǎn)綱領(lǐng)，而選用氣動夾緊。
3.5氣缸的確定
= 初選氣泵壓強為0.3M帕壓力為30kg/平方厘米=294N/平方厘米， 則氣缸面積=5598N/294N=19.04,此時汽缸直半徑為2.46cm，故選取標準氣缸尺寸直徑50mm。
3.6底座的確定
3.6.1底座材料的確定
底座是夾具中所有零件的基座，是支承和固定零件、鉆套、氣缸等部件，保證零件的正確相對位置，并承受在夾具上所受力的重要零件?？紤]本次設(shè)計需要，根據(jù)《機械制圖》[6]設(shè)定底座材料為HT150。
3.6.2底座設(shè)計方案選擇
根據(jù)本次設(shè)計相關(guān)情況，可將底座與工件的位置情況分為兩種，一種為工件平放于底座上，推動裝置氣缸安放在底座下方，另一種為工件垂直于底座，安放于底座肋板上，推動裝置氣缸安放于肋板另一側(cè)。
綜合工件夾緊定位、空間大小、以及經(jīng)濟性等幾方面，決定選擇后種方案。工件在底座上定位與加緊如圖4
圖4底座與工件夾緊情況
3.7定位銷的選擇
根據(jù)六點定位法，需用連桿體小頭孔定位，定位元件選擇定位銷，經(jīng)查《機床夾具設(shè)計手冊》選用規(guī)格為D=39 H=38的A型定位銷，如圖5
圖5
3.8鉆模板的選擇
3.8.1鉆模的選擇
鉆模根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為固定式鉆模、回轉(zhuǎn)式鉆模、翻轉(zhuǎn)式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模等。固定式鉆模在加工中相對與工件的位置保持不變，相較于其它鉆模精度高，在本次設(shè)計中，由于加工數(shù)量與時間問題，選用固定式鉆模。
3.8.2鉆套的選擇
鉆套可分為4種類型：固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套。
可換鉆套以間隙配合安裝在襯套中，而襯套則壓入鉆模板中，為防止鉆套在襯套中轉(zhuǎn)動，加一固定螺釘。可換鉆套磨損后可以更換，故多用于大批量生產(chǎn)。
根據(jù)本次年生產(chǎn)綱領(lǐng)為25萬件，而在加工時，每加工1萬件左右，鉆套就會有所磨損，故選用可換鉆套，保證加工質(zhì)量與加工效率。
3.8.3尺寸的確定
本次加工屬于加工連接孔的最初工序，需用φ10.5的鉆頭。
鉆套高度H（見圖6）直接影響鉆套的導(dǎo)向性能，同時影響刀具與鉆套之間的摩擦情況，通常取H=(1~2.5)d=10.5~26.25，取H=16mm。鉆套與工件之間一般應(yīng)留有排屑間隙，此間隙不宜過大，以免影響導(dǎo)向作用，一般可取h=(0.3~1.2)d=3.15~12.6，所以h取9mm。
圖6鉆套高度與容屑間隙
根據(jù)《機床夾具設(shè)計手冊》選用規(guī)格為10.5F7×18k6×16的可換鉆套。以規(guī)格為A18×16大小的襯套定位。根據(jù)《機械制圖》選用規(guī)格為M10的螺釘固定可換鉆套。
3.9定位塊的選擇
為了保證工件可以準確定位，故在底座上安放定位塊，考慮到加工零件數(shù)量較多，定位塊可能磨損較快，故采用有足夠韌性和較高硬度，并能承受震動的的碳素工具鋼作為定位塊的材料，型號T8。
4.夾具設(shè)計基本要求及簡要說明
本課題的工藝設(shè)計中，為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具，經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計在鉆床上使用的加工連桿零件上兩個螺栓孔的加工夾具。本工序使用機床為 Z5125立鉆；刀具為通用標準刀具。
考慮本課題中所設(shè)計的連桿零件的結(jié)構(gòu)特點及加工要求，本工序所加工兩孔（Φ12孔和Φ7螺紋底孔），位于一條直線上，孔徑不大，工件質(zhì)量較小，輪廓尺寸也不是很大，所需要的鉆床夾具應(yīng)考慮設(shè)計為移動式鉆模。使用中，使連桿零件工件在機床上的位置固定不動。因此需要限制6個方向的自由度。因此可確定連桿零件的夾具設(shè)計為移動式鉆模。
4.1 夾具設(shè)計的基本要求
夾具設(shè)計的基本原則是要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，工作效率，人身及設(shè)備的安全，以及整個社會的經(jīng)濟效果。
夾具的專用性和復(fù)雜程度要與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)中，一般針對工件的每道工序的具體要求設(shè)計專用夾具，并盡量采用高效定位，夾緊機構(gòu)。
夾具應(yīng)滿足設(shè)計圖紙及加工工序?qū)庸ぞ鹊囊蟆A具對工藝過程中的該道工序，應(yīng)保證工序的精度要求。
在滿足加工精度，效率等要求的前提下，應(yīng)力求夾具結(jié)構(gòu)簡單，以提高夾具制造工藝性。但對底座等大型鑄件，則采用形狀復(fù)雜的帶加強筋的殼體結(jié)構(gòu)，以便在保證夾具零件的剛度和強度前提下，減輕重量，節(jié)約材料。
夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)注意防塵，防屑和排屑，要有必要的潤滑系統(tǒng)，以保證機構(gòu)的使用壽命，還要考慮維修的方便性。
盡量降低夾具的制造成本，在不降低性能的前提下，可用廉價的代用材料。
盡量采用標準元件，使夾具元件規(guī)格化，典型化，并使整個夾具組合化，以縮短夾具的制造周期，降低成本。
夾具的操作要方便，安全。
4.2夾具操作簡要說明
如前所述，在設(shè)計夾具時，應(yīng)注意提高該產(chǎn)品的生產(chǎn)率，為此，應(yīng)該先著眼于機動夾緊而不采用手動夾緊。因此這是提高產(chǎn)品生產(chǎn)率的重要途徑。本道工序的銑床夾具就選擇該夾緊方式。本工序由于是粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢必要增大汽缸直徑，而這樣使整個夾具龐大。因此，應(yīng)首先改進降低切削力；目前采取措施有三：
一 是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；
二 是選擇一種比較理想的斜鍥機構(gòu)，盡量增加該機構(gòu)的擴展力；
三 是在可能的情況下，適當提高壓縮完全的工件壓力，以增加汽缸推力，結(jié)果本夾具總的感覺還比較緊湊。
定位方案的設(shè)計是夾具設(shè)計的第一步，也是夾具設(shè)計中的最關(guān)鍵一步。定位方案的
好壞，將直接影響加工精度和加工效率。定位方案一經(jīng)確定，夾具的其他組成部分也大體
隨之而定，因此，對于定位方案必須慎重考慮，以滿足設(shè)計的要求。
由于定位元件的精度對加工精度影響很大，所以在設(shè)計定位元件時，其材料的選擇和技術(shù)條件應(yīng)有較高的要求；定位元件與工件定位基準面或配合的表面，一般不低于IT8，常選IT7甚至IT6制造；定位元件工作表面的粗糙度值一般不大于Ra1.6um，常選Ra0.8 um和Ra0.4um；采用調(diào)整法和修配法提高裝配精度，以保證夾具安裝面的平行度或垂直度要求。
定位方案的設(shè)計，不僅要求符合六點定位要求，而且應(yīng)有足夠的定位精度；不僅要求定位元件的結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，而且應(yīng)容易加工和裝配。此外，還應(yīng)對其熱處理性能，經(jīng)濟性等多方面進行分析，論證，才能確定最佳方案。
本夾具是由定位塊，定位銷和可調(diào)支釘來實現(xiàn)連桿體加工時的定位的。在機床工作時，雙鉆頭通過鉆模板對工件進行加工，在鉆模板上，鉆套和襯套，襯套和鉆模板都有一定的配合公差要求。
5.總結(jié)
時光飛逝，為期兩個多月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。回首這兩個多月的設(shè)計過程，感慨萬千。使我從中學(xué)到了以前在課內(nèi)根本就學(xué)不到的東西。受益匪淺！
在這次設(shè)計過程中，使我真正的認識到自己的不足之處，以前上課沒有學(xué)到的知識，在這次設(shè)計當中也涉及到了。使我真正感受到了知識的重要性。
這次設(shè)計將我以前學(xué)過的機械制造工藝與裝備、公差與配合、機械制圖、工程材料與熱處理工藝等知識很好的串聯(lián)了起來，起到了穿針引線的作用，鞏固了所學(xué)知識的作用。
在畢業(yè)設(shè)計中，首先是對工件機械加工工藝規(guī)程的制定，這樣在加工工件就可以知道用什么機床加工，怎樣加工，加工工藝裝備及設(shè)備等，因此，工件機械加工工藝規(guī)程的制定是至關(guān)重要的。
在畢業(yè)設(shè)計中還用到了CAD制圖和一些計算機軟件，因為學(xué)的時間長了，因此在開始畫圖的時候有很多問題，而且不熟練，需參閱課本。但不久就能熟練的畫了。CAD制圖不管是現(xiàn)在，對以后工作也是有很大的幫助的。因此，這次畢業(yè)設(shè)計真正將以前所學(xué)的聯(lián)系到實際應(yīng)用中來了。
在這次畢業(yè)設(shè)計中，還有一個重要的就是關(guān)于專用夾具的設(shè)計，因為機床夾具的設(shè)計在學(xué)習(xí)的過程中只是作為理論知識講的，并沒有親自設(shè)計過，因此，在開始的設(shè)計過程中，存在這樣那樣的問題，在老師的細心指導(dǎo)下，我根據(jù)步驟一步一步的設(shè)計，畫圖，查閱各種關(guān)于專用夾具的設(shè)計資料，終于將它設(shè)計了出來，我感到很高興，因為在這之中我學(xué)到了以前沒有學(xué)到的知識，也懂得了很多東西，真正做到了理論聯(lián)系實際。
在這次畢業(yè)設(shè)計中，我學(xué)到了很多知識，有一點更是重要，就是我能作為一個設(shè)計人員，設(shè)計一個零件，也因此，我了解了設(shè)計人員的思想，每一個零件，每件產(chǎn)品都是先設(shè)計出來，再加工的，因此，作為一個設(shè)計人員，在設(shè)計的過程中一點不能馬虎，每個步驟都必須有理有據(jù)，不是憑空捏造的。而且，各種標準都要嚴格按照國家標準和國際標準，查閱大量資料，而且設(shè)計一個零件，需要花好長時間。親自上陣后我才知道，做每件是都不是簡簡單單就能完成的，是要付出大量代價的。因此，我們也要用心去體會每個設(shè)計者的心思，這樣才能像他們一樣設(shè)計出好的作品。
在這次畢業(yè)設(shè)計中，對我來說有所收獲也存在著不足之處。
收獲：
（1）能把以前所學(xué)的各種知識，綜合的運用的這次設(shè)計中，鞏固了以前所學(xué)的知識。
（2）學(xué)會了參閱各種資料及查各種余量、切削用量等手冊。
（3）學(xué)會了，分析問題，解決問題的能力。
不足之處：
（1）有些步驟，問題解決的方法不是很好，需在以后的學(xué)習(xí)、實踐中進一步改進。
（2）有些工藝路線制定的不是太好，而且余量、切削用量設(shè)計不是很精確，需在以后的實踐中積累經(jīng)驗，進一步改進。
綜上所述：這次的畢業(yè)設(shè)計對我以后的工作起了很大的幫助，我認識到，無論是工作還是學(xué)習(xí)都必須做到認真、謹慎，時時處處細心。
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致 謝
首先在這里我要感謝三年來每一位給我們上課的任課教師。感謝你們不辭辛苦的給我們傳授知識。
這次畢業(yè)設(shè)計能夠完成，在這里首先要感謝我的導(dǎo)師沈貴水老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，軸承等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為簡單，沈老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩沈老師的專業(yè)水平外，他們的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
在這里同時也感謝三年來教育我們的老師和那些默默耕耘著的老師們，正因為有你們昨天的付出才換來了我們今天的成就！在這里真心的說一聲：謝謝！
你們的學(xué)生向你們敬禮??！
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