热能与动力机械制造工艺学
课程设计说明书
题目名称：连杆盖2加工工艺及夹具设计
班级：热能一班
姓名：易焕东20090420122
张清凤20090420124
张翔鹤20090420125
周千露20090420130
指导教师：王曙辉朱浩
评定成绩：
2012年07月10日
摘要
本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。
连杆盖加工工艺规程及其铣15mm槽的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后
设计中注意改进。
关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。
目录
机床夹具设计课程设计任务书 (1)
一、零件的分析 (2)
1.1 零件的作用 (2)
1.2 零件的工艺分析 (3)
二、工艺规程的设计 (3)
2.1确定毛胚的制造形式 (3)
2.2基准的选择 (4)
2.2.1粗基准的选择 (4)
2.2.2精基准的选择 (4)
2.3制定工艺路线 (4)
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (5)
2.5确定铣削用量和基本工时 (6)
三、铣床夹具设计 (12)
1、设计任务 (12)
2、夹具方案分析 (12)
2.1工件的定位方案分析 (12)
2.2夹紧方案分析 (13)
2.3夹具体设计 (14)
四、设计小结 (17)
参考文献 (18)
机床夹具设计课程设计任务书
一、设计题目：连杆盖的加工工艺及专用夹具设计
二、设计任务和要求：
1．制定零件在中批生产条件下的机械加工工艺规程，画零件图，毛坯图，写工艺卡片、工序卡片。
2. 合理选择或设计所有工装，设计一套主要工步的专用工夹具，绘制夹具的装配图，零件图。
3．撰写课程设计说明书一份（A4纸不少于15页）。
四、设计步骤及要求：
第一部分检验、分析
1．检验、分极零件图
绘制零件图，分析视图是否完整，是否有不合理之处
2．零件技术经济分析
哪些面是重要表面，哪些面的技术要求较高，哪些面有位置精度要求
第二部分制定工艺路线
1．毛坯的选择及毛坯余量确定
2．基准的选择
3．制定工艺路线，填写工艺过程卡
第三部分．夹具的设计
1．确定加工部位，分析技术要求
2．确定定位方案
1）．选择定位元件，包括尺寸和公差
2）．分析定位的合理性，判断有无欠定位和过定位
3．确定夹紧方案，选择夹紧元件和夹紧结构
第四部分．夹具结构设计
1．夹具体及其它零件设计，确定夹具详细结构。
2．定位误差计算
第五部分．夹具体绘制
总装图绘制，零件图绘制
一、 零件的分析
1.1零件的作用
我们设计零件是连杆盖，如下图所示。连杆盖主要和连杆组合成一体，作为组合机体来使用，是汽车上的动力连接装置中的主要零件。连杆由连杆体和连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起，连杆盖是其中一个重要的部分。此外，为了减少摩擦和便于维修，连杆的大头孔内装有轴瓦，连杆盖还起到固定和定位轴瓦的作用。
1.2 零件的工艺分析
此零件为连杆的合件之一——连杆盖，连杆盖的视图完整，尺寸、公差及技术要求齐全。此零件形状结构较为简单，零件各表面的加工并不困难，但是基准孔?81+0.021
mm 以及小头孔要求表面粗糙度Ra1.6μｍ偏高。基本思路为先加工大
头孔再以其为基准来加工小头孔。在小头孔中间的大的沟槽需要用R67mm 刀具加工，同样在加工大头孔内表面的沟槽时也要用特殊的R25mm 的刀具加工。
X
X
（日期）
（绘图）
审阅
设计
数量
重量
比例图号连杆盖
湖南大学级
热能一班
夹具课程设计技术要求
铸件经人工时效处理；
铸件不允许有夹渣、气孔、疏松等缺陷；未注圆角；材料：
其余
向
1.该连杆盖为整体铸造成型，其外形可不再加工，根据GB/T 6414-1999的规定，铸件尺寸公差代号为CT公差等级分为16级，由于零件的轮廓尺寸不大，形状不是很复杂，为大批量生产，从减少加工难度来说，经查机械制造工艺手册，毛坯采用铸造成型。
2.连杆小头孔对A基准的平行度公差为0.01mm。
3.大头孔两端的台阶面对B基准的对称度公差为0.3mm。
4.小头孔中间的沟槽，对基准B的对称度为0.2mm。
5.铸件毛坯需要经过人工时效处理。
6.材料 QT450-10 。
7.连杆大小头孔平行度的检验，可采用穿入专用心轴，在平台上用等高的V型块支撑连杆大头孔心轴，测量大头孔心轴在最高位置时两端的差值，其差值一半即为平行度误差。
二、工艺规格的设计
2.1 确定毛坯的制造形式
在各类机械中，连杆盖为为传动件,由于其在工作时处于运动中，经常受冲击和高压载荷，要求具有一定的强度和韧性。该零件的材料选择QT450-10，零件的轮廓尺寸不大，形状不是很复杂，为成批量生产模型，从减少加工难度来说，经查机制工艺手册，毛坯采用铸造成型。
因为零件形状并不复杂，但为减小加工时的切削用量和提高生产效率，节约毛坯材料，毛坯形状可以与零件形状接近，即外形做成台阶形。由于工艺原因，和质量要求，内部孔小于25mm不铸出。
2.2 基准的选择
2.2.1 粗基准的选择
由连杆盖有孔、沟槽等都需加工，而孔作为精基准应先加工，因此选外圆及一端面为粗基准。
2.2.2精基准的选择
该零件是带孔的盘状零件，孔是其设计基准，为避免由于基准不重合而产生
mm孔及一端面为加工精基准。
误差，应选孔为定位基准，即选?81+0.021
2.3 制定工艺路线
2.3.1 表面加工方法的确定
该零件的加工面有内孔、端面、小孔及槽等，材料为QT450-10。参考有关资料，其加工方法的选择如下:
1.毛坯的两端面互为基准加工，表面粗糙度为Ra3.2μｍ，需粗铣-半精铣。
2.大头孔?81+0.021
mm：内表面粗糙度为Ra1.6μｍ，需进行粗镗-精镗。
mm：内表面粗糙度为Ra1.6μｍ，需进行钻-扩-半精铰。
3.小头孔?20+0.023
4.大头孔内沟槽：表面粗糙度为Ra6.3μｍ，一次成型磨即可。
5.切割面：表面粗糙度为Ra1.6μｍ，需精铣。
6.两台阶面:底面为Ra6.3μｍ，侧面为Ra1.6μｍ，故采用粗铣台阶面后，侧
mm，以及对称度0.3mm A。
面进行精铣并保证距离尺寸94 0
+0.02
7.两个螺纹孔的加工：钻-铰孔。
8.小头孔的大沟槽采用R67mm的成型铣刀去加工。
9.大头孔内表面的沟槽采用R25的砂轮磨削。
10.小头孔里面的沟槽用精细的镗刀加工。
2.3.2 确定工艺路线
连杆的加工工艺路线一般是先进行外形的加工，再进行孔、槽等加工。
其加工包括各侧面和端面的加工，按照先加工基准面及先粗后精的原则进行。
连杆盖加工可按下面工艺路线进行。
工序Ⅰ：铸造毛坯。
工序Ⅱ：人工时效处理。
工序Ⅲ: 铣上下两端面
工序Ⅳ：铣下面各端面和侧面
工序Ⅴ：镗直径为81mm的孔
工序Ⅵ：钻2-M12的孔
工序Ⅶ：钻?20的孔
工序Ⅷ：车直径为21，宽1.1mm的沟槽
工序Ⅸ：铣宽15mm的槽
工序Ⅹ：检查各个部分的尺寸和精度。
工序Ⅺ：组装入库。
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
1.铸件质量：零件表面无明显的裂纹等缺陷。
2.加工精度：零件除孔以外的各表面为一般加工精度。
3.机械加工余量。根据铸件质量、形状，以及各个加工部位的要求毛坯尺寸
和余量如下：
表：毛坯尺寸和余量
加工表面基本尺寸mm 毛坯尺寸mm 单边总加工余量mm 小头孔直径? 20? 010
大头孔直径? 81? 70 5.5
零件厚度43 46 1.5
大头孔两端深度 3.5 0 1.75 铸造圆角R3-R5
其余余量Z=2.5
2.5确定切削用量及基本工时
2.5.1 粗铣连杆盖端面和侧面
1）选择刀具
刀具选取不冲磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8 2）决定铣削用量
因为加工余量不大一次加工完成
a p =1.5mm d
=40mm v=125m/min z=4
根据X51型铣床说明书，其功率为7.5kw，中等系统刚度。根据表查
出f
z
=0.2mm/齿，则
n s=1000v
πd =1000×25
π×40
=663r/min
按机床标准选取n
w
=750r/min
v=πdn w
1000=π×40×750
1000
=141.3m/min
当n w=750r/min时
f m=f z zn w=0.2×4×750=600mm/r
按机床标准选取f m=600mm/r
3）计算工时
切削连杆盖端面工时：l=90mm，l
1=9mm，l
2
=3mm，则机动工时为
t m=2×(l+l1+l2
n w f )=2×(90+9+3
750×0.2
)=0.47×2=1.04min
切削连杆盖侧面工时：l=110mm，l
1=9mm，l
2
=3mm，则机动工时为
t m=l+l1+l2
n w f =9+110+3
750×0.2
=0.78min
2.5.2 钻2-M12的孔
1）决定机床要素
钻M12螺纹底孔?10
确定进给量f：根据参考文献，当钢的σb<800Mpa，d0=10mm时，
f=0.39~0.47m/r
由于本零件在加工?4.8孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75则
f=(0.39~0.47)×0.75=0.29~0.35mm/r
根据Z525机床说明书，现取f=0.25mm/r
切削速度：根据参考文献，查得切削速度v=18m/min，所以
n s=1000v
πd w
=
1000×18
π×10
=1061.5r/min
根据机床说明书，取nw=965r/min，故实际切削速度为
v=πd w n w
1000
=
π×10×965
1000
=16.3m/min
2）计算工时
切削工时：l=10mm，l
1=9mm，l
2
=3mm，则机动工时为
t m=l+l1+l2
n w f
=
20+9+3
965×0.25
=0.20min
2.5.3 攻丝M12
1）决定机床要素
攻螺纹M12mm
v=15m/mm n
s
=217r/min
按机床选取n
w
=195r/min，则v=13.4r/mm 2）计算工时
机动时 l=20mm，l
1=5mm，l
2
=3mm，则
t m=（l+l1+l2)
nf
=
（20+5+3）
195×0.1
=1.9min
2.5.4镗直径为81mm的孔
1）选择加工机床和刀具
加工要求精镗孔φ81H7
机床：T6210坐标镗床
刀具：刀具材料为硬质合金、YG8、刀杆尺寸为12mm×12mm，长度为500mm。
2）决定机床要素
镗孔至φ81mm，单边余量Z=1.5mm，a
p
=1mm，一次加工确定进给量，f=0.15mm/r
2）计算工时
查《机械制造工艺设计手册》，n
w =612r/min，T j=l+l1+l2+l3
fn
i
l 1=3mm，l
2
=4mm，l
3
=5mm，l=20mm，则
T=
20+3+5+4
0.15×612
=0.43min
2.5.5 钻直径为19的孔
1）决定机床要素
钻孔φ19mm
确定进给量：根据参考文献，当钢的σ
b <800 Mpa，d
=19mm时，
f=0.39～0.47m/r。由于本零件在加工φ19mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75.则
f=(0.39~0.47)×0.75=0.29~0.35mm/r
根据Z525机床说明书，现取f=0.25mm/r
切削速度：根据参考文献，查得切削速度v=18m/min，所以
n s=1000v
w
=
1000×18
=337.2r/min
根据机床说明书，取n
w=
=375r/min，故实际切削速度为
v=πd w n w
1000
=
π×19×375
1000
=24.72m/min
l=72mm，l
1=9mm，l
2
=3mm，则机动工时为
t m=
l+l1+l2
n w f
=
43+9+3
375×0.25
=0.896min
扩孔Φ19.85mm
1）决定机床要素
利用钻头将Φ19mm孔扩大至Φ19.85mm，根据有关手册规定，扩孔的切削用量可根据钻孔的切削用量选取
f=(1.2~1.8)f
钻
=(1.2~1.8)×0.65×0.75=0.585~0.87mm/r 根据机床说明书，选取f=0.57mm/r
v=(1
2
~
1
3
)v
钻
=(
1
2
~
1
3
)×12=6~4m/min
则主轴转速为n=51.6～34r/min，并按车床说明书取n
w
=68r/min，实际切削速度为
v=πd w n w
1000
=
π×19.85×68
1000
=4.67m/min
2）计算工时
切削工时：l =43mm，l
1=9mm,l
2
=3mm,则机动工时为
t m=l+l1+l2
n w f
=
43+9+3
68×0.57
=2.167min
铰孔Φ20H7mm孔
1）决定机床要素
根据参考文献，f=0.2～0.4mm/r，v=8～12m/min，得
n s=169.8~254.65r/min
查参考文献，按照机床实际进给量和实际进给转速，取f=0.35mm/r,
n
w
=198r/min,实际切削速度v=9.33m/min。
切削工时：l=43mm，l
1=9mm，l
2
=3mm，则机动工时为
t m=l+l1+l2
n w f
=
43+9+3
198×0.35
=1.212min
2.5.6 车直径为21宽1.1的沟槽
1）决定机床要素
切削深度：因为所车内圆有精度的要求，故可以选择a
p
=1.0mm，多次走刀即可完成所需长度
机床功率为7.5kw。查切削手册，f=0.14～0.24mm/z，选较小量，
f=0.14mm/z
查后刀面最大磨损及寿命，最大磨损为1.0～1.5mm，寿命T=180min
计算切削速度，查切削手册，查得V
C =98mm/s，n=439r/min，V
t
=490mm/s
根据CA6140 卧式车床参数，选择n
c =475r/min，V
fc
=475mm/s，则实际
切削速度V
C
=3.14×80×475÷1000=119.3m/min，实际进给量为
f zc =V
fc
/n
c
z=475÷（300×19）=0.16mm/z
2）计算工时
t m =L/V
f
=（12+43）÷475=0.052min
2.5.7 铣宽15H9槽面
1）选择刀具
刀具选取不重合磨损硬金三面刃铣刀，刀片采用YG8
a p =1.5mm，d
=200，v=75m/min，z=4
2）决定铣削用量
因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则a
p
=1.5mm 根据X63型铣床说明书，其功率为12.5kw，中等系统刚度。根据表
查出，f
z
=0.2mm/齿，则
n s=1000v
πd
=
1000×75
π×120
=199r/min
按照铣床标准选取n
w
=198r/min
v=πdn w
1000
=
π×120×198
1000
=74.6m/min
当n
w
=198r/min时，
f m=f z zn w=0.2×4×198=158.4mm/r
按照机床标准选取f
m
=158.4mm/r
3）计算工时
切削工时：l
1=100mm，l
2
=3mm，则机动工时为
t m=
100+3
475
=0.202min 三、铣床夹具的设计
3.1 设计任务
此次设计主要分为两部分，一是对零件的机加工进行工艺规程设计，二是对工序进行专用夹具设计。
此次夹具设计选择连杆盖台阶面下端面加工进行专用夹具设计。
本夹具主要作来铣连杆体和连杆盖分割面的台阶面底面，台阶底面与小头孔轴心线有尺寸精度要求，台阶底面与螺栓孔应有垂直度要求和台阶底面的平面度要求。由于本工序是粗加工，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
3.2 夹具方案分析
3.2.1 工件的定位方案分析
由零件图可知，在铣台阶面之前，连杆的两个端面、小头孔及大头孔的两侧都已加工，且表面粗糙要求较高。为了使定位误差为零，按基准重合原则选?81小头孔与连杆的端面为基准，但由于大头孔不完整，难以用来较好的定位，所以
采用小头孔?20定位。因为大小孔轴向方向不影响台阶面铣削精度，所以此方向可以不定位，而靠加紧机构固定，所以连杆盖以大小头孔及侧面的“两孔”定位，属于不完全定位，其中大头孔做成与削边销作用相同的定位板，以避免过定位。
由于大头孔尺寸?81,没有相应的削边销，由于是大批量生产，所以可以自制一个作用与削边销相同作用的“定位板”，如下图所示：
而小头孔用定孔芯轴定位，元件如下图所示：
3.2.2 夹紧方案分析
由于零件小，所以采用有压紧手柄机构的螺母压紧机构与压板，装卸工件方便、迅速。加紧机构用压紧手柄机构与压块，如下图所示：
3.2.3 夹具体设计
夹具体的作用是将定位、夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时，能承受一部分切削力。夹具体如图：
夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。
3.2.4 切削力夹紧力计算
切削力的计算：，由《组合机床》得：
P=2250
a0.242
=
2250
20.242
=1902.538N
夹紧力的计算：由《机床夹具设计手册》得：
用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，
夹紧力：W
=5380N
由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。
3.3.5 定位误差分析
定位误差的计算: 由加工工序知，加工面为连杆的剖分台阶面。台阶底面对连接螺栓孔中心线应有垂直度要求；对剖分出来的台阶底面有一定的平面度要求。所以本工序的工序基准为小头孔中心线，其设计计算如下：
（1）确定定位销中心与大头孔中心的距离及其公差。此公差取工件相应尺寸的平均值，公差取相应公差的三分之一（通常取1/5~1/3）。故此尺寸为85±0.015。
（2）确定定位销尺寸及公差
本夹具的主要定位元件为一固定销，结构简单，但不便于更换。该定位销的基本尺寸取工件孔下限尺寸Φ20。公差与本零件在工作时与其相配孔的尺寸与公
差相同，即为Φ20 0
-0.012
。
（3）小头孔的确定
考虑到配合间隙对加工要求中心距85±0.015影响很大，应选较紧的配合。另外小头孔的定位面较短，定位销有锥度导向，不致造成装工件困难。故确定小
头定位孔的孔径为Φ20+0.023
。
对于连杆体盖剖分台阶面深度8.5+0.05
0的要求，以Φ20+0.023
的中心线为定位
基准，而其设计基准为大头孔轴心线，属“基准不重合”，基准不重合误差Δjb=0.1，且由于定位面与定位间存在间隙，造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：ΔDw=0.1+δD+δd+Δmin=0.1+0.023+0.012+0=0.135 mm
ΔDw－－剖分面的定位误差
δD――工件孔的直径公差
δd――定位销的直径公差
Δmin――孔和销的最小保证间隙
因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。
四、设计小结
此次机械设计制造工艺及机床夹具课程设计主要是对连杆盖加工工艺规程与夹具设计，在设计过程中要通过对零件进行分析，选择基准，拟定合理的工艺路线，再次选择加工设备及切削用量，即而确定主要表面不同加工时的工序尺寸及公差，填写过程卡，工序卡，通过相关文献手册的查阅，拟定合理的工件定位方案，并分析夹具方案，对刀方案的确定，设计出一套针对于工件铣削台阶底面定位专用夹具，并完成对夹具体装配图，零件图的绘制。
通过本次的课程设计，我将学到的理论知识，应用于实践，学以致用，从中受益匪浅，使我明白了对零件加工时的流程，并大致了解了对相关标准件的查找及绘制，我更从此次设计中学到一丝不苟的工作作风，严谨，细致的工作态度。
在此要感谢在我课程设计过程中给我关心和帮助的老师同学们，谢谢！
参考文献
[1]李旦等.机床专用夹具图册.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.2005.
[2]孙己德.机床夹具图册.北京.机械工业出版社.1984.
[3]王启平.机床夹具设计.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.2005.
[4]吴拓等.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导.北京.机械工业出版
社.2005.
[5]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京.冶金工业出版
社.2002.
附图：装配体UG图
零件ug图