发动机连杆加工工艺与镗孔夹具设计毕业设计论文

发动机连杆加工工艺与镗孔夹具设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：
指导教师签名：日期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日
导师签名：日期：年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
教研室（或答辩小组）及教学系意见
目录
第一章绪论 (6)
1.1 课题的目的及意义 (6)
1.2 设计要求 (7)
第二章零件的工艺分析 (8)
2.1 零件的结构特点 (8)
2.2 零件的技术要求 (8)
第三章工艺规程设计 (11)
3.1 确定毛坯的制造形式 (11)
3.2 基面的选择 (11)
3.2.1 粗基准的选择 (13)
3.2.2 精基准的选择 (13)
3.3 制定工艺路线 (14)
3.3.1 工艺路线方案一......................... 错误！未定义书签。

3.3.2 工艺路线方案二......................... 错误！未定义书签。

3.3.3 工艺方案的比较与分析................... 错误！未定义书签。

3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定..... 错误！未定义书签。

3.5 确定切削用量及基本工时 (21)
第四章夹具设计 (36)
4.1 问题的提出 (36)
4.2 镗φ29.5小头孔 (37)
4.2.1 定位基准的选择 (37)
4.2.2 切削力及夹紧力的计算 (38)
4.2.3 定位误差分析 (39)
第五章总结 (40)
致谢
参考文献
附录：外文文献翻译原文及其译文
发动机连杆加工工艺与镗孔夹具设计
摘要
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。

然而夹具又是制造系统的重要组成部分，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、标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。

因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。

当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。

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：夹具、组合夹具、成组夹具、计划调度
Connecting Rod Boring Process and Fixture Design
Abstract
Machining process is to achieve product design, product quality, save energy and reduce the cost of an important means to prepare the enterprise for production, planning and scheduling, processing operations, production safety, labor organizations, to detect and sound an important basis for the enterprise on a variety , the quality, the level, speed up product updates, technical assurance and improving economic efficiency. However fixture is an important component of manufacturing systems, process requirements of the fixture will increase, special fixtures, group fixtures, modular fixture and the accompanying fixtures are toward flexibility, automation, standardization, universal and efficient direction of the development of meet the processing requirements. Therefore, a good fixture design can improve the products of labor productivity, guarantee and improve the processing accuracy, reduce production costs, can also be used to expand the scope of machine tools, thus ensuring the accuracy of the product subject to increase efficiency and reduce costs. Today's fierce market competition and business requirements of information technology, business and fixture design and manufacturing has put forward higher requirements. Therefore, the processing technology and the mechanical fixture design is of great significance.
Key words: jig, fixture, group fixture, planning and scheduling
第一章绪论.
1.1课题的目的及意义
机械加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，巩固了大学四年来所学专业基础知识和专业知识，并运用所学的机械设计制造知识，解决机械加工工艺中的实际问题，提高分析问题，解决工程实际问题的能力。

毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。

其目的是培养学生综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题能力，树立正确的设计思想和工作作风。

另外，还可进一步熟悉有关标准和规范，能够熟练使用有关设计手册和熟悉编写技术文件和设计说明书，进一步培养和提高科技写作的能力。

机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。

然而夹具又是制造系统的重要组成部分，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、标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。

因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。

当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。

所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。

夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。

人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。

随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。

特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还
处于落后阶段。

在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。

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高效模块组合通用经济方向发展。

1.2设计要求
(1)阅读与课题有关的文献资料10篇以上，查找相关英文文献一篇，要求不少于12000字符，并完成文献的翻译工作;
(2)写出开题报告一份;
(3)机械加工工艺过程卡一份;
(4)机械加工工序卡一套;
(5)绘制夹具装配图和零件图，图纸工作量不少于3张A0图纸;
(6)毕业设计说明书一份,文本质量符合规范。

第二章零件的工艺分析
2.1零件的结构特点
连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。

连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。

连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。

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。

为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。

轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。

在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。

连杆小头用活塞销与活塞连接。

小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。

在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。

连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。

为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。

连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。

考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。

在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。

连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。

因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。

反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。

2.2 零件的技术要求
连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。

连杆总成的主要技术要求（图1-1）如下。

图2—1 连杆总成图
为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。

大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.4μm；大头孔的圆柱度公差为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2μm。

小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。

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。

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。

连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100 mm长度上公差为0.08 mm）。

连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大
头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。

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便。

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。

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。

第三章工艺规程设计
3.1 确定毛坯的制造形式
连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度，为了使发动机结构紧凑，连杆的材料大多数采用具有高强度的精选45号中碳钢，40Cr等并经过调质处理以改善切削性能和提4高抗冲击能力，硬度要求用45号钢的为217~293HB，用40Cr的为223~280HB。

近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。

随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。

因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。

连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。

根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。

连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成—体。

整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。

相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。

总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。

本设计材料用45号钢，调质处理，加工方法为体和盖锻成—体的模锻。

3.2基面的选择
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。

这是由于：端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。

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（1—5）所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不
图3-1 连杆的定位方向
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。

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3.2.13.
3.2.1粗基准的选择
粗基准选择应当满足以下要求：
（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。

目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。

如果工件上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。

以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。

因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。

这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

这样可以保证该面有足够的加工余量。

（4）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。

多次使用难以保证表面间的位置精度。

为了满足上述要求，选着连杆未标记的面为粗基准面。

3.2.2 精基准的选择
选择精基准一般应遵循以下几项原则：
（1）基准重合原则:应尽可能选择被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。

（2）统一基准原则:应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证各加工表面之间的相对位置精度。

（3）互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准反复加工的方法。

（4）自为基准原则：一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常
以加工表面自身作为精基准。

为了满足上述要求，选着连杆标记的面为精基准面
具体各工序基准参见工序卡。

3.3 制定工艺路线
制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。

部分采用专用刀具和专一量具。

并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

表3-1 工艺路线方案一
表3-2 工艺路线方案二
3.3.3 工艺方案的比较与分析
以上两工艺方案的特点在于：方案一先钻油头孔之后再称重去重，方案二称重去重安排在钻油头孔的后面，这能保证最终连杆的质量。

质量是影响连杆正常工作的一个因素，所以选择方案二
3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
用查表法确定机械加工余量：
（根据《机械制造工艺设计简明手册》下简称《工艺手册》表 2.2~2.5 表2.2-14）
表3-3 平面加工的工序余量（mm）
则连杆两端面总的加工余量为：
A
总=
2
1
⨯∑
=
n
i
i
A
=（A
粗铣+A
精铣
+A
粗磨
+A
精磨
）⨯2
=（1.5+0.6+0.3+0.1）⨯2
=055.05-mm
（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=38+055.05-=055.043-mm
（根据《工艺手册》表2.3-8 表2.3-9）
表3-4 大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为Φ55 mm ） （根据《工艺手册》 表2.3-8表2.3-9）
表3-5 小头孔各工序尺寸及其公差
3.5确定切削用量及基本工时
1.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。

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：
Z w ≈V.f.a
p
.1000
式中：Z
w
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）
a
p
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a
p
,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a
p
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、a
p 的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。

此外，增大a
p
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：。