连杆的机械加工工艺及夹具设计毕业论文(1)

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毕业设计（论文）

课题名称

学生姓名学号：：：连杆的机械加工工艺及夹具设计

院系、专业：

指导老师：

2013年12月28日

新乡职业技术学院毕业设计（论文） I

内容摘要

连杆是柴油机的主要传动件之一，本文论述了连杆的加工工艺及其夹具的设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。

机械加工工艺是企业上品种、上水平、加速产品更新，提高经济效益的技术保障。然而夹具有事制造系统的重要部分，工艺对夹具的要求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、自动化、标注化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。

关键词：连杆 加工工艺 夹具设计

Abstract

Author: Guo qianqian

Tutor:Li ling

Connecting rod is one of the main transmission parts of diesel engine, this paper discusses the processing technology of connecting rod and the design of fixture. Connecting rod size accuracy, the accuracy requirement of the shape and position precision is very high, and the rigidity of the connecting rod is poorer, prone to deformation, therefore in the arrangement of technological process, you need to separate the rough finish machining process on the surface of the main. Gradually reduce machining allowance, cutting force and the role of internal stress, and correct processing after deformation, can finally achieve the technical requirements of parts.

Machining process on varieties, is the enterprise level, product updates faster, improve the economic benefit of technical support. Fixture occupy an important part of manufacturing system, however, technology will also increase to the requirement of fixture and special fixture, group clamps, modular fixture and pallet toward flexible, automation, tagging, generalization and highly efficient direction to meet the processing requirements. So the mechanical processing technology and fixture design is of great significance.

Key words: connecting rod processing technology fixture design

目 录

摘要 ................................................................. I

Abstract ............................................................ II

第1章 绪论 ........................................................ 1

1.1 连杆的结构特点 ......................................................................................... 1

1.2 本次设计内容 ............................................................................................... 2

第2章 机械加工工艺规程的制定 ............................................................................. 3

2.1 零件的工艺分析 ........................................................................................... 3

2.1.1 产品结构和工艺分析 ............................................................................ 3

2.1.2 平面加工 ................................................................................................ 3

2.1.3 孔加工 .................................................................................................... 3

2.1.4 技术要求 ................................................................................................ 3

2.2 毛坯的确定 ................................................................................................... 5

2.2.1 有关设计条件的说明 ............................................................................ 5

2.2.2 毛坯的材料 ............................................................................................ 6

2.2.3 制坯方法的确定 .................................................................................... 6

2.3连杆工件的定位基准和定位方案分析 ........................................................ 7

2.3.1 定位基准的选择 .................................................................................... 7

2.3.2 确定合理的夹紧方法 ............................................................................ 8

2.4加工经济精度与加工工序安排 .................................................................. 10

2.4.1 加工经济精度 ...................................................................................... 10

2.4.2 连杆加工主要加工表面工序安排 ...................................................... 10

2.5 典型表面的加工方法 ................................................................................. 11

2.6 连杆加工工艺过程的确定 ......................................................................... 11

2.6.1 定位基准的选择 ................................................................................ 11

2.6.2 工艺路线的拟定 ................................................................................ 11

2.7 加工设备与工艺设备的选择 ................................................................... 13

2.8 确定加工工艺过程 ..................................................................................... 14

2.9 切削用量的选择 ......................................................................................... 15

2.9.1粗加工时切削用量的选择原则 ........................................................... 15

2.9.2精加工时切削用量的选择原则 ........................................................... 16

2.10连杆的检验 ................................................................................................ 17

2.10.1观察外表缺陷及目测表面粗糙度 ..................................................... 17

2.10.2连杆大头孔圆柱度的检验 ................................................................. 17

2.10.3连杆体、连杆上盖对大头孔中心线的对称度的检验 ..................... 17

2.10.4连杆大小头孔平行度的检验 ............................................................. 18

2.10.5连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验 ................................................. 18

第3章 夹具设计 ......................................................................................................... 19

3.1 扩大头孔夹具 ............................................................................................. 19

3.1.1 问题的指出 .......................................................................................... 19

3.1.2 夹具设计 .............................................................................................. 19

第4章 结论 ................................................................................................................. 23

致谢 ................................................................................................................................. 24

参考文献 ......................................................................................................................... 25

附录：连杆机械加工工艺卡片 ..................................................................................... 26

2.9 切削用量的选择 ......................................................................................... 15

2.9.1粗加工时切削用量的选择原则 ........................................................... 15

2.9.2精加工时切削用量的选择原则 ........................................................... 16

2.10连杆的检验 ................................................................................................ 17

2.10.1观察外表缺陷及目测表面粗糙度 ..................................................... 17

2.10.2连杆大头孔圆柱度的检验 ................................................................. 17

2.10.3连杆体、连杆上盖对大头孔中心线的对称度的检验 ..................... 17

2.10.4连杆大小头孔平行度的检验 ............................................................. 18

2.10.5连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验 ................................................. 18

第3章 夹具设计 ......................................................................................................... 19

3.1 扩大头孔夹具 ............................................................................................. 19

3.1.1 问题的指出 .......................................................................................... 19

3.1.2 夹具设计 .............................................................................................. 19

第4章 结论 ................................................................................................................. 23

致谢 ................................................................................................................................. 24

参考文献 ......................................................................................................................... 25

附录：连杆机械加工工艺卡片 ..................................................................................... 26

1.1 连杆的结构特点 第1章 绪论

连杆是发动机的主要两件之一，它是接活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传动曲轴：将活塞的往复运动变为曲柄的旋转运动，又受到曲轴的驱动面而带动活塞压缩气缸中的气体。因此，连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大的冲击特性。发动机正常工作时，连杆大头约为以3000r/min的转速旋转，线速度以10m/s，所以连杆在工作时，形成巨大的离心力。由于连杆横向窜动和形位误差引起连杆受压时产生弯曲，是连杆很容易断裂，断裂是连杆的主要损伤形式，对于EQ6100-I型汽车发动机连杆，其断裂率为0.5/1000。

连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状复杂，制造难度大，而且批量大，直接影响发动机的质量，本篇论文详细介绍了其加工方法的拟订和确立，并对加工中某工序所采用夹具进行设计，从工艺与专用夹具的方向进行了一定的探讨。

随着科学技术的发展，各科、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正在搞质量、搞生产率和低成本方向发展。电火花、电解、超声波，电子束和离子束加工等工艺的出现，已突破传统的依靠机械能。切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。

数控机床的出现，提高了更新频繁的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，大大推进了机械加工工艺的进步，使工艺工程的自动化达到了一个新的阶段。目前，数控机床的工艺功能已由加工循环控制、加工中心，发展到适应控制。加工循环控制虽可以实现每个加工工序的自动化，但不同的工序中道具的更换及工件的重新装夹，仍需仍 人工来完成。加工中心是一种高度自动化的多工序机床，能自动完成道具的更换，工作的转位和定位，主轴和进给量的变换等，使工序在机床上只安装一次就能完成全部加工。因此他可以显著缩短辅助时间，提高生产率，改善劳动条件，适应控制数控机床是一种具有“随机应变”功能的机床，他能在加工中，根据切削条

件的变化。自动调节切削条件，是机床保持最佳状态下进行加工，因而有效调高加工效率，扩大品种，更好的保证了加工质量，并到达最大的经济效益。

近年发展起来的以计算机为行动中心，完成加工、装卸、运输、管理的柔性制造系统，具有监视、诊断、修复、自动转位加工产品的功能，使多品种、中小批量生产实现了加工自动化，大大促进了自动化进程，尤其是将计算机辅助设计与制造结合起来而形成的计算机集成制造系统，是加工自动化向智能化方向的发展的又一关键技术，并进一步朝着网路化、集成化和智能化的方向发展。

工艺装备的设计、制造、使用和管理，体现一个企业的工艺技术水平，夹具设计与制造又是制造环境中的生产准备周期时间和加工成本的主要因素，工装设计水平的高低，很大程度上反应企业制造能力的高低。

夹具设计与制造是机电产品设计与制造的一项重要步骤，传统的夹具设计制造时需大量的工时消耗和金属材料的消耗。目前，基于特征参数化技术已在机电产品设计与制造的各个阶段得到了广泛的应用，夹具设计也必须向标准化、系统化、参数化方向发展。而且，为了适应我国迅速加入WTO后机电产品的创新能力和尽快机电产品设计制造的全程仿真，快速组合夹具的发展正是适应了这种需求。

夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精度、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

1.2 本次设计内容

本设计主要是针对连杆工艺及钻孔夹具的设计。夹具设计是组合机床设计中的主要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的精度参数。在设计中，设计的主要思路是用于工件以加工端面为定位基准，夹具体的凸台和大端面孔为定位面，工件以气动夹紧，这样设计主要是为了解决了手动夹紧是夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点：气动夹紧采用空气作为动力源，资源丰富并且干净、清洁，对周围环境没有污染：不足是噪音比较大。

具体设计思路是：首先确定工件的已加工端面定位方式，通过夹具体的凸台、内孔，再用气动装置将其夹紧，这样连杆六个自由度全部限制，实现了零件的定位夹紧，然后确定零件的夹紧方式。在本次设计中采用的是手动夹紧方式：然后进行误差分析、夹紧力的计算对夹具的主要零件进行结构设计。

第2章 机械加工工艺规程的制定

2.1 零件的工艺性分析

2.1.1 产品结构和工艺分析

⑴ 该零件为发动机上的重要组成部分之一，其大头孔和轴连接，小头孔通过活塞销和活塞连接，将作用于活塞的力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞。因此连杆器将受到压缩力，纵向弯曲应力和拉应力，故要求此杆有较轻的重量、较高的强度，同时大小孔还有较高的耐磨性和互换性。

⑵该连杆由连杆大头连杆身和连杆小头三部分组成，连杆大头盖和连杆身分开，由螺栓连接，小头孔装有衬套提高耐磨性和互换性。

⑶大小头两孔的轴线的平行度有较高的要求，中心距有绝对的要求，其精度主要有机加工机床本身来保证，平行度要求为0.05，中心度为280±0.036。

⑷大头孔的表面粗糙度要求为1.6，小头孔的表面粗糙度要求为6.3，连杆端面的表面粗糙度为12.5，身盖配合的表面精度为6.3.

⑸为了便于加工和保证加工精度，大头设置工艺凸台。

2.1.2平面加工

⑴两端面

大头两端面间的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于1.6。

小头两端面间的尺寸公差等级为IT5，表面粗糙度Ra不大于3.2。

⑵大头凸块两侧面 表面Ra6.3。

⑶体和盖的结合面 表面粗糙度Ra0.8 。

⑷轴瓦锁口槽 铣保证尺寸42-0.62保证尺寸40的Ra值为1.6

2.1.3孔加工

⑴大头孔 扩、粗镗达尺寸¢102mm，Ra0.8

⑵小头孔 钻、扩、粗镗达尺寸¢55mm，Ra0.8

⑶钻、扩、铰螺栓孔M18 mm，Ra值为12.5

2.1.4技术要求分析

连杆上需要进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及两端面，连杆与杆盖

的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要要求如图2.1

所示：

图2.1 连杆总成

⑴ 为了使连杆大、小头运动副之间配合良好，大头孔的尺寸公差等级取为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.5um；小头孔的尺寸公差等级应取为IT5（加工后再按0.0025mm间隔分组），表面粗糙度Ra应不大于0.5mm。

⑵大、小孔的中心距影响到气缸的压缩比，进而影响发动机的效率，两孔中心距的公差等级应不低于IT9。大、小头孔中心线在两个相互垂直的方向上的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，致使气缸壁磨损不均匀，缩短发动机的使用寿命，同时也使曲轴的连杆颈磨损加剧。若称大、小孔理想中心线所在的公共平面为连杆轴线平面，一般规定两孔轴线在连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于IT7，在垂直于连杆轴线平面内的平行度公差等级应不低于8级

⑶连杆大头两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将大头两端面与曲轴连杆两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一般规定其垂直度公差等级应不低于9级。

⑷连杆大、小头两端面间距离基本尺寸相同，但技术要求是不同的。大头两端面间的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8um；小头两端面间的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3um。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方面。

⑸为了保证发动机的运转平稳，对连杆小头(约占连杆全长2/3)质量差和大头

(约占连杆全长1/3)质量差给以较严格的规定。

⑹两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.06 mm。

⑺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：190±0.05 mm。

⑻在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于6.3μm加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25 mm。

⑼在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm。 。

2.2 毛坯的确定

毛坯的选择应从生产批量的大小，非加工面的技术要求，零件的材料、结构、形状、尺寸、重量技术要求等方面综合考虑。通常情况下，主要以生产类型来决定。正确选择制坯方式可以使整个工艺过程经济合理，故应认真的选择并要加以论述。

2.2.1 有关设计条件的说明

大批量生产的工艺特点：⑴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：⑵毛坯的制造方法和加工余量：广泛采用金属模机器造型、模锻或其他高效方法，毛坯精度高，加工余量小；⑶机床设备及

布置形式：广泛采用高效专用机床及自动机床，按流水线和自动线排列设备：⑷工艺工装：广泛采用专用高效夹具、复合刀具、专用量具或自动检验装置，靠调整法到达精度要求：⑸对工人技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求低；⑹工艺文件：要有工艺过程卡和工序卡，关键工序要调整卡和检验卡：⑺成本：较低。

2.2.2 毛坯的材料

连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有较高的强度，因此连杆材料要采用高强度的碳钢和合金钢，可用来制作连杆的材料有45钢、55钢、40cr、40MnB等，此连杆要求大批量生产，毛坯材料选用锻件。

45钢----一般为中碳的优质碳素结构钢与合金结构钢，主要用于制造承受很大变动载荷与冲击载荷或各种复合应力的零件﹙如机器中传递力的轴、连杆、齿轮等﹚。这类零件要求钢材具有较高的综合力学性能，即强度、硬度、塑性、韧性有良好的配合。连杆需要承受多向交变载荷的作用，对材料的综合力学性能要求高，45钢可以满足这一要求，最终选定45钢作为毛坯材料。

2.2.3 制坯方法的确定

连杆的特殊作用要求机械性能应大于或等于

抗拉强度 бb=735Mpa

屈服极限 σs=539 Mpa

冲击韧性 ak=588J/cm2

毛坯的选择有两种：使毛坯形状与尺寸和零件接近；使毛坯的形状尺寸与零件相差较大。

这影响着毛坯的制造费用及劳动量，与机械加工费用及劳动量。为节省能源与金属材料，随着毛坯制造专业化生产的发展，制坯方法夫人确定应取向前种方法，其中前种方法又有模锻和铸造两种毛坯制造形式最常用，考虑到零件工作的场所和综合力学性能要求，毛坯选用模锻的方式进行生产。

连杆锻坯形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另外一种是将体和盖锻成一体。整体锻造的毛坯，需要在以后机械加工过程中将体切开，为保证切开后粗镗孔余量均匀，需将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造能够减少一定的工序，加工效率高。故最终选用分体锻造的方式制造毛坯。

锻造的工艺过程如下：将棒料在炉中加热至1140-1200℃，现在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边。为了改善毛坯的切削加工性能，锻造好的栏杆毛坯需要进行调制处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，减少毛坯的内应力。为了提高毛坯的精度，连杆毛坯还需要进行热校正。

此外，连杆的显微组织在连杆小头“工”字形截面检验，应符合NJ24-86《曲轴技术条件》附录中的1-4级。连杆的纵剖面的金属宏观组织，其纤维方向应沿着连杆中心线，并与外形相符，不得间断。

连杆外观缺陷，内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查合格后就可以进入机械加工生产线了。

2.3 连杆工件的定位基准和定位方案分析

2.3.1 定位基准的选择

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样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。具体的办法是，如图2.2所示：

图2.2连杆的定位方向

在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不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。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。

2.3.2 确定合理的夹紧方法

既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选

择。在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。

在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。小头杆外形比较复杂而刚性较差，它的技术要求高，恰当地选择继续加工中的定位基准是能否保证连杆技术要求夫人重要问题之一。

在连杆实际加工过程中，一般都会对连杆进行完全定位，即按六点定位原理来限制连杆的六个自由度。多数情况下，选用连杆的大、小端面作为主要定位基准，使零件的支持面积大、定位稳定、装夹方面。同时同时选择小头孔和大头孔连杆的外侧面作为一般定位基准，从而限制了连杆的六个自由度。选用连杆端面和小头孔作为定位基准，不仅便于在加工过程中实现基准统一，更重要的是使连杆夫人重要技术要求（如大、小头孔之间的中心距要求，大、小头孔中心线在两个相互垂直方向上平行度要求，端面与大头孔中心线夫人垂直度要求，两端面间的距离要求等）在加工过程中实现基准重合，以减少定位误差。对于一些要求高或将中不易保证的技术要求，在精加工时也可以采用自为基准的原则进行加工（小头孔尺寸精度的保证），或采用互为基准的原则进行加工（如大、小头孔中心距精度保证），有机床精度直接保证（大、小头孔中心距要求可在双轴镗床上一次安装同时加工出大、小孔来直接保证）。

按照“先加工基面后加工其他表面”的加工原则，作为连杆主要定位基准的两端面的加工，一般都是安排在工艺过程最初工序进行，即以未加工过的第一个端面在、为粗基准定位，加工第二个端面，紧接着以已加工的第二个端面作为基准，定位加工第一个端面。显然第一个端面的精度要比第二个端面高，在以后的加工中，用第一个端面做精基准最好。但由于连杆外形的对称性，后续工序操作者不易分清哪个端面是第一个端面，为此连杆和连杆盖的零件图上特意设计一个加工和一个装配用的工艺标记，并在连杆工艺规程中，规定无工艺标记的一侧端面为主要定位精基准，在后续的各个加工工序中尽可能的用它来定位。

2.4 加工经济精度与加工工序安排

2.4.1 加工经济精度

各种加工方法（车、铣、刨、磨、钻、镗、铰等）所达到的加工精度和表面粗糙度，都应该满足图纸设计要求。精度不是越高越好，满足要求就行了，因为生产中控制生产成本对企业很重要的，加工精度得愈高，表面粗糙度减少得愈小，则所消耗的时间与成本也会愈大。在实际的生产中应在满足设计精度的要求下尽可能地降低成本。

2.4.2 连杆加工主要加工表面的工序安排

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：第一阶段为连杆体的加工，第二阶段为连杆盖的加工，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度准（端面、小孔头和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准意外的其它的表面，包括大、小头粗加工、为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗精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精加工及大、小头孔的精加工。如果按主要表面的粗、精加工来划分连杆的加工阶段的话，可以按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属于主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为表面的半精加工、精加工阶段。

工序顺序的安排原则

① 先加工基准面，再加工其它面

② 一般情况下，先加工平面，后加工孔

③ 先加工主要表面，后加工次要表面

④ 先安排粗加工工序，后安排精加工工序

⑤ 检查、检验工序，去毛刺、平衡、清洗工序根据需要穿插在各其它工序中

进行。

2.5 典型表面的加工方法

连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，这几种表面在加工的过程中最大且典型，它们的加工方法分别有一下几种选择：

⑴两端面加工方法的选择：

端面的加工通常有铣、刨、磨三种，其中铣和磨的加工精度较高，刨的加工精度较低，由于两端面在后续加工过程中会多次被用作定位基准，所以为了保证零件的整体加工精度，选用铣和磨两种加工方式，其中铣为粗加工，磨用于精加工。

⑵孔的加工方法选择：

孔的加工方法有钻孔、铰孔、镗孔等加工方式，其中镗孔精度高，在连杆所以以需要加工的部位中，大、小头孔的加工要求是最高的，所以宜用钻头钻、扩孔，最后采用镗、磨的方式保证精度。

2.6 连杆加工工艺过程的确定

在拟订工艺路线时，正确的处理粗、精加工工序的安排是最重要的。因为连

杆是大批量生产，所以粗、精加工要分开。

因为连杆的大、小头孔的精度要求比较高，所以应安排粗加工、半精加工和精加工三个阶段，其它部位也应根据精度要求合理划分加工阶段。

2.6.1 定位基准的选择

⑴粗基准的选择

a.以不需加工的杆身侧面作为基准面，来加工连杆的两侧面，设计基准和定位基准要重合；

b.钻小头孔以粗磨后的两端面作为粗基准采用外定位，同时以未加工过的毛面作为粗基准。

⑵精基准的选择

以加工过的两端面，大小头孔和工艺凸台作为精基准。

⑶小头孔的加工均采用外定位方式，均以工艺凸台和工艺面作定位基准。

2.6.2 工艺路线的拟定

⑴ 两端面的加工

⑵ 身盖分开面加工

⑶ 小头孔加工

⑷ 大头孔加工

其中工艺过程设计大致采用：锻造→调制→粗加工→检验→入库

通过对连杆零件图以及其技术要求进行认真分析后，得到了连杆工艺过程的最后方案：

连杆体的加工：

工序1 粗铣两端面

工序2 精铣两端面

工序3 磨两端面

工序4 钻小头孔

工序5 粗镗小头孔

工序6 小头孔倒角及去毛刺

工序7 粗铣工艺凸台及结合面

工序8 精铣工艺凸台及结合面

工序9 粗镗大头孔、倒角

工序10 磨结合面

工序11 钻攻螺纹孔

工序12 钻定位孔

工序13 铰定位孔及去毛刺

连杆盖的加工：

工序1 粗铣两端面

工序2 精铣两端面

工序3 磨两端面

工序4 粗铣结合面

工序5 粗铣结合面

工序6 错镗大头孔及倒角

工序7 磨结合面

工序8 钻、扩沉头孔

工序9 钻铰定位孔

工序10 铰定位孔

工序11 去毛刺

工序12 清洗

工序13 终检（尺寸分组）

连杆总成的加工：

工序1 粗铣螺母座面

工序2 钻、扩、铰螺栓孔

工序3 扩螺栓孔、倒角

工序4 去结合面毛刺

工序5 清洗

2.7 加工设备与工艺装备的选择

由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各个机床上的装卸及各机床间的传送均有人工来完成。

1、 粗铣两端面。考虑到工作的定位夹紧方案及夹具结构的设计等问题，选择

XF924铣床。选择直径D为100mm的硬合金面铣刀，刀具材料为YW2，代号M20（GB2075-1987），采用专用夹具和游标卡尺；

2、 半精加工，精加工表面。采用磨削方式即可满足工艺要求均使用M7350平面

磨床，量具使用游标卡尺；

3、 大小头孔是该零件的重要加工部位，钻小头孔使用通用钻床Z3080，使用钻小

头孔夹具，量具使用游标卡尺；

4、 一次粗镗大头孔。考虑到该孔的结构特点，使用镗床TF673

5、 精镗大小头孔。同时进行为保证加工质量使用金刚石镗床T60，使用量具是游

标卡尺。

6、 挤压小头孔。加工设备为压床。

7、 铣锁口槽。采用立式铣床，查表选用型号为X51的立式铣床，专用夹具，专

用铣刀，用游标卡尺测量。

8、 加工螺栓底座面。采用立式铣床，查表选用型号为X51的立式铣床，专用夹

具、专用铣刀、用游标卡尺测量。

9、 倒角。采用立式铣床，铣床型号为X51，专用夹具、专用铣刀、用游标卡尺测

量。

10、 拉大、小头凸台及两侧面。查表选用型号为L5120的立式铣床

2.8 确定加工工艺过程

1、连杆总成的加工路线：

毛坯准备----校直----磁粉探伤----粗铣两端面----精铣两端面----磨两端面----钻小孔----粗镗小头孔----小头孔倒角去毛刺----粗铣工艺凸台及结合面----精铣工艺凸台及结合面----粗镗大头孔，倒角----磨结合面----钻攻螺纹孔----钻定位孔----铰定位孔及去毛刺----清洗----打印件号----检验。

2、连杆盖加工工艺路线：

毛坯准备----校直----磁粉探伤----粗铣两端面----精铣两端面----磨两端面----粗铣结合面----精铣结合面----粗镗大头孔及倒角----磨结合面----钻，扩沉头孔----钻铰定位孔----铰定位孔----去毛刺----清洗----打印件号----检验。

3、连杆总成的加工路线：

体与盖对号，清洗，装配----磨两端面----半精镗大头孔及倒角----精镗大头孔----精镗小头孔----液压大头孔----粗铣小头孔端面----精铣小头孔端面----大头孔压入衬套----精镗大头孔衬套孔----拆开连杆盖----铣体与盖大头轴瓦定位槽----对号，装配----退磁----检验----包装入库。

4、机械加工余量的确定

连杆材料为45钢，硬度为226-271HBS，生产类型为大批生产，采用整体锻造毛坯。

根据有关资料及制订夫人加工工艺，分别确定各工序尺寸如下：

⑴、 两端面间距离52mm

查《金属机械加工工艺设计手册》（简称《工艺手册》）表4-28得，端面加工余量为1.0mm，粗加工的加工余量约占共余量的2/3-3/4，粗铣端面加工余量取为0.5mm，精铣余量为0.25，铣削公差即零件公差为0.20mm。

⑵大头孔¢102mm

其毛坯为分体锻造毛坯，查《工艺手册》表4-1得

合装后扩大头孔至1001mm ，其余量为1.6mm公差为0.20 mm粗镗余量查手册表1-31的，0.8mm粗镗完尺寸为100.9mm公差为0.046mm；半精镗和精镗的余量查表手册表1-31得0.6 mm加工完尺寸为101.5mm，公差为0.03mm，其最终加工为磨加工，查手册表1-35得，其余量为0.5mm，加工完尺寸为102mm，为最终加工尺寸。

⑶、小头孔¢55mm

其锻造毛坯小头孔为实体，首先加工为钻孔，加工至尺寸为53.2mm，查《工艺手册》表1-32得，加工余量为1.1mm公差为0.033mm，拉孔至尺寸54.3 mm半精镗和精镗的余量查手册表1-31得，其余量为0.7mm，加工完成尺寸为55mm，为最终加工尺寸。

2.9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。

2.9.1 粗加工时切削用量的选择原则

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：

Zw ≈V.f.ap.1000

式中：Zw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）

ap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ap,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ap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、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大ap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。

（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。

2.9.2 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。

（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ap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。

2.10 连杆的检验

连杆在机械加工中要进行中间检验，加工完毕后要进行最终检验，检验项目按图纸上的技术要求进行。

2.10.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度

2.10.2 连杆大头孔圆柱度的检验

用量缸仪表，在大头孔内分三个断面测量其内径，每个断面测量两个方向，三个断面测量的最大值与最小值之差的一半即圆柱度。

2.10.3 连杆体、连杆上盖对大头孔中心线的对称度的检验

图2.3 连杆上盖对大头孔中心线的对称度的检验

采用图（2.3）所示专用检具（用一平尺安装上百分表）。用结合面为定位基准分别测量连杆体、连杆上盖两个半圆的半径值，其差为对称度误差。

2.10.4 连杆大小头孔平行度的检验

如图2.4所示,将连杆大小头孔穿入专用心轴，在平台上用等高V形铁支撑连杆大头孔心轴，测量小头孔心轴在最高位置时两端面的差值，其差值的一半即为平行度。

图2.4大小头孔平行度的检验图

2.10.5 连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验

制做专用垂直度检验心轴，其检测心轴直径公差，分三个尺寸段制做，配以不同公差的螺钉，检查其接触面积，一般在90%以上为合格，或配用塞尺检测。

第3章 夹具设计

3.1 扩大头孔夹具

由连杆工作图可知，连杆材料为45钢，年产量20万件。根据指导老师的要求，需设计一套扩大头孔夹具。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。

3.1.1 问题的指出

本夹具主要用来扩Φ65.5的大头孔，大头孔的轴心线相对于小头孔轴心线有一定的尺寸精度要求。由于本工序是粗加工，在加工本道工序时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

3.1.2 夹具设计

（1) 定位基准的选择

由零件图可知，在粗加工大头孔之前，连杆的两个端面，小头孔及大头孔的两侧面都已加工，且表面粗糙度要求较高。为了使定位误差为零，按基准重合原则选Φ29.29h7定位销与基面为定位基准，定位销限制2个自由度，基面限制工件3个自由度，大头孔的外侧面限制工件1个自由度，属完全定位。由于生产批量大，为了提高加工效率，缩短辅助时间，准备采用手动式滑柱钻模，采用了常用的圆锥自锁装置，装卸工件方便、迅速。

（2) 夹紧方案

由于所加工的零件比较小，夹具的夹紧力与加工零件时的轴向力方向相同，为了装卸工件方便，采用手动式滑柱钻模。加工的大头孔为通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但实际上以工件的端面定位时，必须限制该方向上的自由度。故应按完全定位设计夹具。

滑柱式是一种带有升降钻模板的通用可调夹具，它由钻模板、三根滑柱、夹具体和传动、锁紧机构所组成。使用时，转动手柄，经过齿轮齿条的传动和左右滑柱的导向，便能顺利的带动钻模板升降，将工件夹紧或松开。钻模板在夹紧工件或升降至一定高度后，必须自锁。自锁机构的种类很多，但用得最广泛的是圆锥锁紧机构。

（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。扩大头孔夹具体图3.1如下

：

图3.1扩大头孔

夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。

（4) 切削力及夹紧力的计算

由于本工序主要是粗加工大头孔，所以只对夹具的定位稳定性进行计算，及夹紧力和钻削力的计算。

扩孔时的切削力计算：

根据（《机械加工工艺手册》 李洪 主编 ）表2.4-69

扩孔时的切削力为： F9.8161.2d0f0.7kF

1.2 9.8161.261.3

5194.136 N.m

夹紧力的计算： 0.7

根据（《机床夹具设计手册》 第三版 王光斗 王春福 主编）表1-3-11

2Q0d0p/43.1462230/4=90526 N

在计算切削力时，必须考虑安全系数。

安全系数 KK1K2K3K4

式中：K1—基本安全系数；取1.5

K2—加工性质系数；取1.1

K3—刀具钝化系数；取1.1

K4—断续切削系数；取1.1

则F'KF

1.51.11.11.15194.136

10370.093 N

钻削力F'小于夹紧力Q0 ，所以该夹紧装置可靠。

（5) 定位误差分析

① 定位元件尺寸及公差的确定：

本夹具的主要定位元件为一固定定位销，结构简单，但不便于更换。该定位销尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相配孔的尺寸公差相同，即为 Φ29.49h7.

② 对于连杆体剖分面中心距1900.1的要求，以Φ29.49

造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：

ΔDw=δD+δd+Δmin

=0.033+0.012+0

=0.045 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

此项中心距加工允差为0.2mm,因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。

0.0330的中心线为定位基准，虽属“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位间存在间隙，

③ 大头孔两侧面对中心距的要求：扩大头孔时，限制Z轴的转动是一挡板（工序基准），同时亦为第一定位基准，对加工大头孔来说，它与工序基准的距离49及相应的平行度误差只取决于工序基准在夹具中的位置。因为工序基准同时为定位基准，即基准重合，没有基准不重合误差。即基准位置误差为零，定位误差为零。

第４章 结 论

通过对汽车连杆的机械加工工艺及对粗加工铣结合面夹具的设计，使我们学到了许多 机械加工的知识，主要归纳为以下三个方面：

第一个方面：连杆件外形比较复杂，其技术要求很高，加工刚性度差，这就要求做设计的我们正确的掌握定位基准的选择、切削用量、精度控制等专业知识，此外要有严谨的态度，设计过程繁琐，不认真是不可能完成的。

第二方面：主要是关于夹具的设计方法及其步骤：定位方案的设计、导向及对刀装置的设计、夹紧装置的设计、夹具体设计、定位精度和定位误差的计算、绘制夹具装备图及夹具零件图等。以前在学习过程中只是听到老师讲了夹具方面的一些基本知识，而通过这次设计，我几乎翻遍了图书馆百十种夹具设计的书籍，极大地补充了学习的不足，让我懂得了不少这方面的专业知识。

第三方面：在次设计过程中，除了涉及到本专业的专业知识外，大学三年所学的其它知识几乎全派上用场，在此过程中涉及到其它知识有Word和Excel文档的编辑、Auto CAD铸造等。可以说这次设计是对三年所学的一次全面整合，十分到位。

除了以上三个方面，在设计过程中我还熟悉了查各种手册，接触到了大量的专业书籍，真是获益良多。在此我要再次感谢帮助我设计的李老师，谢谢她给我耐心的指导，帮我解决了设计过程中我无法解决的难题。

致 谢

三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。三年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在毕业设计即将结束之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人。名人为我所崇拜，可是我更念切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是你最出色的学生，而你却是我最尊重的老师。你治学严谨，学识渊博，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神气氛。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作指导，经由你悉心点拨，再经思考后的领悟，常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。

感谢我的爸爸妈妈，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意 !

最后再一次感谢在毕业设计中给以我们辛勤指导的李老师还有曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

参考文献：

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附录：