西北工業大學明德學院本科畢業設計論文本科畢業設計論文 題 目 連桿工藝及擴孔夾具設計 專業名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 柯昌軍 指導教師 鄧修瑾 畢業時間 2014年7月1日 設計論文 畢業 任務書一、題目連桿工藝及擴孔夾具設計二、指導思想和目的要求1.本課題主要研究連桿的加工路線及擴孔夾具的設計；2.在指導老師的指導下，能獨立完成加工方案的擬定，編制工藝規程；3.能熟練運用學過的理論知識，正確完成設計中的計算工作；4.能熟練運用繪圖軟件繪制連桿及夾具圖；5.撰寫設計說命書。三、主要技術指標1. 翻譯文獻1500-2000字；2. 完成連桿零件圖毛坯圖的繪制；3. 完成連桿加工工藝規程的編制；4. 完成擴孔夾具的設計；5. 完成論文的撰寫。四、進度和要求 1.分析并繪制零件圖 1 周 2.繪制毛坯圖 1 周 3.設計工藝路線及編制工藝規程 4 周 4.設計工藝裝備 3 周 5.編寫設計說明書（論文） 2 周 6修改論文 1 周 7.制作文稿，準備答辯 1 周 8.畢業答辯 1 周5、 主要參考書及參考資料 1 閻光明，侯忠濱，張云鵬.現代制造工藝基礎.西安:西北工業大學出 社,2007 2 朱耀祥，蒲林祥.現代夾具設計手冊.北京：機械工業出版社,2011 3 楊叔子.機械加工工藝師手冊. 北京：機械工業出版社,2010 4 王先逵.機械加工工藝手冊. 北京：機械工業出版社，第二版,2003 5 陳宏鈞.機械加工工藝設計員手冊. 北京：機械工業出版社，2009 6 陳宏鈞.機械加工工藝施工員手冊. 北京：機械工業出版社，2008 7 鄧文英.宋力宏.金屬工藝學.北京：高等教育出版社，第五版，2008 8 趙家齊.北京：機械制造工藝學課程設計指導書,1994 9 李旦.王杰等.哈爾濱：機床專用夾具圖冊，第2版，2009 10 吳拓.北京：現代機床夾具設計，2009 11 陸劍中.孫家寧.金屬切削原理與刀具.北京:機械工業出版社,第五 版，2009 學生 柯昌軍 指導教師 鄧修瑾 系主任 魏生民 III摘要 連桿是柴油機中的主要傳動件之一，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，并作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個復雜的應力狀態下工作。它既受交變的拉壓應力、又受彎曲應力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產生變形，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內應力的作用，并修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術要求。本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設計。關鍵詞: 連桿，變形，加工工藝，夾具設計IVABSTRACT The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, it is connected to the piston and the crankshaft, its role is to the reciprocating piston movement into rotary movement of the crankshaft, and the of the force in the piston to the crankshaft to the output power. When working, the connecting rod not only support the pressure from the gas chamber, but also bear the vertical and horizontal inertia force. Therefore the connecting rod works in a complex environment .The main damage of the connecting rod is fatigue and excessive deformation . The working conditions of the connecting rod require it has higher strength and fatigue performance, and has enough rigidity and toughness. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . This text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. Keyword: connecting rod ，deformation ，processing technology ，design of clamping deviceV 目錄第一章 緒 論7第二章 連桿的結構分析和技術要求82.1 連桿的結構分析82.2 連桿的技術要求9第三章 連桿毛坯類型的選擇和工藝路線的制訂103.1 連桿的材料和毛坯類型的選擇103.2 連桿工藝過程的安排113.3 連桿的機械加工工藝過程分析133.3.1 工藝過程的安排133.3.2 定位基準的選擇143.3.3 確定合理的夾緊方案153.3.4 各孔及面的加工163.4 確定各工序的加工余量173.4.1 確定大小頭兩平面加工尺寸173.4.2 確定大頭孔加工尺寸173.4.3 小頭孔各工序尺寸及其公差183.5 計算50道工序工藝尺寸鏈183.5.1 連桿蓋上軸瓦鎖口槽的計算183.5.2 連桿蓋上軸瓦鎖口槽的計算19第四章 對工藝規程部分工序的說明21第五章 夾具設計和分析235.1 擴大頭孔的方法和要求235.2 定位基準和夾緊方案235.3 夾具的設計245.4 夾具體設計245.5 切削力及夾緊力的計算265.5.1切削力的計算265.5.2夾緊力的計算275.6 夾具精度分析28第六章 全文總結30參考文獻31致 謝32畢業設計小結33VII第1章 緒 論 連桿是汽車與船舶等發動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃氣產生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。它既受交變的拉壓應力、又受彎曲應力。因此機械加工工藝對零件由設計到成品是至關重要的。機械制造加工工藝主要是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理性質，成為具有一定精度、粗糙度的零件。對于加工藝的編制主要是對其加工工序的確定對機械加工工藝規程的基本要求可以總結為質量、產生率和經濟性三個方面。所以在對機械加工工藝過程、機械制造工藝過程、加工工藝的編制時應取其長，避其短。在編制工藝過程時應在保證零件質量的前提下，盡可能的降低生產成本。因此零件的質量、生產率和經濟性應綜合考慮。第2章 連桿的結構分析和技術要求2.1 連桿的結構分析連桿是柴油機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。連桿的結構圖如下圖： 圖（21）連桿結構圖在柴油機工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應具有足夠的強度和剛度外，還應盡量減小連桿自身的質量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證柴油機運轉均衡，同一發動機中各連桿的質量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設置了去不平衡質量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質量。連桿大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側?？紤]到裝夾、安放、搬運等要求，連桿大、小頭的厚度相等(基本尺寸相同)。在連桿小頭的頂端設有油孔(或油槽)，發動機工作時，依靠曲軸的高速轉動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副。連桿的作用是把活塞和曲軸聯接起來，使活塞的往復直線運動變為曲柄的回轉運動，以輸出動力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數主要有5個：（1）連桿大小頭平面的中心對稱度；（2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；（3）連桿大、小頭孔平行度；（4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。2.2 連桿的技術要求 連桿上需進行機械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結合面及連桿螺栓定位孔等。連桿的具體技術要求如下：1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為IT6，表面粗糙度Ra應不大于0.4m；大頭孔的圓柱度公差為0.012 mm，小頭孔公差等級為IT8，表面粗糙度Ra應不大于3.2m。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025 mm，素線平行度公差為100：0.04mm。2 大、小頭孔中心距大小頭孔的中心距影響到發動機的效率，所以規定了比較高的要求：1900.1mm。3大、小頭孔兩端面粗糙度連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，大小頭兩端面的尺寸公差等級為IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8m。4 螺栓孔的技術要求連桿在工作過程中受到急劇的動載荷的作用。這一動載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個螺栓及螺母上。因此除了對螺栓及螺母要提出高的技術要求外，對于安裝這兩個動力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規定：螺栓孔按IT8級公差等級和表面粗糙度Ra應不大于6.3m加工；兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對稱度公差為0.25 mm。5 結合面的技術要求在連桿受動載荷時，接合面的歪斜使連桿蓋及連桿體沿著剖分面產生相對錯位，影響到曲軸的連桿軸頸和軸瓦結合不良，從而產生不均勻磨損。結合面的平行度將影響到連桿體、連桿蓋和墊片貼合的緊密程度，因而也影響到螺栓的受力情況和曲軸、軸瓦的磨損。對于本連桿，要求結合面的平面度的公差為0.025 mm。第三章 連桿毛坯類型的選擇和工藝路線的制訂3.1連桿的材料和毛坯類型的選擇連桿是傳遞動力的主要運動件之一，在運動過程中連桿承受著復雜的力和力矩。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如45鋼、40Cr、40CrMnB等等。 圖（31）連桿毛坯圖連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據生產類型、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，毛坯車間現有生產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。根據生產綱領為大量生產，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、模具少等優點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式?？傊鞯姆N類和制造方法的選擇應使零件總的生產成本降低，性能提高。本工藝中我們將采用連桿的材料是45號鋼，毛坯采用模鍛制造，整體鍛造毛坯。毛坯鍛造出來之后需進行熱處理至223262HB，在指定處檢驗硬度；連桿的毛坯圖如圖（31）。3.2連桿工藝過程的安排由上述技術條件的分析可知，連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產生變形，這就給連桿的機械加工帶來了很多困難，必須充分的重視。所以要選好連桿加工工藝過程，對于加工主要表面，按照“先基準后一般”的加工原則。連桿的主要加工表面為大小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結合面及螺栓孔定位面，次要的加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側面及連桿體和蓋上的螺栓座面等。連桿機械加工路線是圍繞主要加工表面來安排的。連桿加工路線按連桿的分合可以分為三個階段：第一個階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二個階段為連桿體和蓋的切開加工；第三個階段為連桿體和蓋合裝后的加工。連桿加工工藝過程方案如下表：表（31）連桿加工工藝過程 工序工序名稱工序內容工藝裝備05鍛造鍛造毛坯，熱處理223-262HB.空氣錘10銑銑連桿大小頭兩平面，每面留磨量0.5mm。X52K15粗磨以一平面定位，磨另一平面，保證中心對稱，無標記面即基面。M375020鉆 擴 鉸以基面定位，先鉆小頭孔27.8 mm再擴小頭孔29.09mm，最后鉸小頭孔29.49mm。Z308025銑以基面及大小頭孔定位，銑大頭兩側面，保證中心對稱（此平面為工藝基準面）。 X62W30 粗鏜以基面和小頭定位，粗鏜大頭孔。 T71635銑以基面定位和小頭孔定位，切開工件，編號連桿體及上蓋。X613240銑以基面和一側面定位裝夾工件，銑連桿體和上蓋結合面。 X62W45磨以基面和一側面定位裝夾工件，磨連桿體和上蓋結合面。M375050銑以基面和結合面定位裝夾工件，銑連桿體和上蓋軸瓦鎖緊槽。X62W55銑以基面，結合面和一側面定位，銑連桿體和上蓋的兩螺栓座面。X62W 60鉆以基面和小頭孔定位鉆210mm螺栓孔。Z3050 65 擴以基面和小頭孔定位，先擴212.2mm，再擴213mm深10mm螺栓孔。Z3050 70倒角對螺栓孔內部倒角。 Z3050 75 裝配用專用螺釘螺母將編號的連桿體合上蓋裝配起來，扭緊力矩為98-118N.m，扳手80半精鏜以基面和小頭孔定位，半精鏜大頭孔至64.3mm。T716 85倒角以基面小頭孔定位，對大頭孔兩端倒45。Z3080 90 磨以基面定位，精磨大小頭兩端面，保證中心對稱。M7130 95 鉆以基面定位，鉆擴小頭油孔。Z2030100倒角以基面定位，對小頭油孔倒角。 Z2030105壓及基面和兩側面定位，壓小頭銅套孔。 壓床110倒角以基面和大頭兩側面定位，對小頭銅套孔倒角45。Z3080115精鏜以基面和側面定位，精鏜大頭孔和小頭銅套孔。T2115120稱重按規定稱重。彈簧秤125去重按規定去重。虎鉗 銼刀130珩磨以基面和小頭和兩側面定位，珩磨大頭孔和小頭銅套孔，保證尺寸。珩磨機床135檢驗檢驗各尺寸精度。140 驗傷無損驗傷145入庫連桿的第一階段的加工主要是為其后續加工準備精基準（端面、小頭孔和大頭外側面）；第二階段主要是加工除精基準以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準備的螺栓孔和結合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。3.3 連桿的機械加工工藝過程分析3.3.1 工藝過程的安排在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度：（1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形。（2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產生較大的殘余內應力，并引起內應力重新分布。因此，在安排工藝進程時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產生變形。粗、精加工分開后，粗加工產生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內應力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術條件。各主要表面的工序安排如下： （1）大小頭兩平面：粗銑、粗磨、精磨 （2）小頭孔：鉆孔、擴孔、鉸孔、壓入襯套、半精鏜、精磨 （3）大頭孔：粗鏜、半精鏜、精鏜、珩磨一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。3.3.2 定位基準的選擇 在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側的外表面作為另一基面。這是由于端面的面積大，定位比較穩定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準統一起來，減少了定位誤差。具體的辦法如圖（32）所示：在安裝工件時，注意將成套編號標記的一面不與夾具的定位元件接觸（在設計夾具時亦作相應的考慮）。在半精鏜小頭孔時，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時將定位銷做成活動的稱“假銷”。當連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進行加工。為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要適當配合：即在粗加工大、小頭孔前，粗磨端面，在精鏜大、小頭孔前，精磨端面。由于用小頭孔和大頭孔外側面作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴孔和鉸孔，這些工序對于鉸后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續工序的加工精度。在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加工精度會有很大影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整個工藝過程的加工精度常有深遠的影響。在精加工主要表面開始前，先粗銑兩個端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗銑就是關鍵工序。在粗銑中工件中有兩種定位方法，一個方法是以毛坯端面定位，在側面和端部夾緊，粗銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。但是由于毛坯面不平整，連桿的剛性差，定位夾緊時工件可能變形，粗銑后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢復變形，影響后續工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形及連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小，同時可以銑工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。同時，由于是以對稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小，但是，難以夾緊。 圖（32）連桿的定位3.3.3 確定合理的夾緊方案既然連桿是一個剛性比較差的工件，就應該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點的選擇，避免因受夾緊力的作用而產生變形，以影響加工精度。在加工連桿的夾具中，可以看出設計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。在粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力的作用方向上，大頭端部與小頭端部的剛性高，變形小，既使有一些變形，亦產生在平行于端面的方向上，很少或不會影響端面的平面度。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產生彎曲或扭轉變形。在加工大小頭孔工序中，主要夾緊力垂直作用于大頭端面上，并由定位元件承受，以保證所加工孔的圓度。在精鏜大小頭孔時，只以大平面（基面）定位，并且只夾緊大頭這一端。小頭一端以假銷定位后，用螺釘在另一側面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產生的變形。 3.3.4 各孔及面的加工第四章 對工藝規程部分工序的說明10工序： 設備為X52K，在銑平面時，先以一個平面為基準，銑另一個平面。 等該平面加工好后，再翻過來，以加工好的平面為基準，加工另一 平面，此平面用作后道工序的基準平面。15工序： 設備為M7350，主要是對上一道工序中加工的平面進一步磨削加 工，以上一道工序最后加工出來的面為定位基準磨另一平面。在 加工過程中，多翻轉幾次，保證零件中心對稱。20工序： 設備為Z3080，工序內容為鉆、擴、鉸小頭孔，先鉆20mm 。 在鉆的時候要注意定位，不能引偏，否則可能使工件報廢。在擴 小頭孔至 29.09mm，最后鉸小頭孔到29.49mm。 25工序： 設備為X62W銑大頭兩側面，零件在裝卡時要注意平行度，否則 會使大頭兩側面傾斜，因此該道工序中零件的裝卡很重要。 30工序： 鏜大頭孔，設備為T716，加工尺寸為64mm。35工序： 切開連桿體和上蓋，設備為X6132。當加工完成之后，一定要給 連桿體和連桿蓋編上號，目的是防止后面組裝連桿體和連桿蓋時 出錯。 40工序： 銑連桿體和連桿蓋結合面，設備為X62W。45工序： 磨連桿體和連桿蓋結合面，設備為M7350。50工序： 銑連桿體和連桿蓋的軸瓦鎖口槽，設備X62W。55工序： 銑連桿體和連桿蓋上的螺栓座面，設備為X62W。60工序： 鉆螺栓孔，設備為Z3050，鉆孔時注意不要引偏。65工序： 擴螺栓孔，設備為Z3050，先擴212.2mm螺栓孔，再擴 213mm深10mm螺栓孔。70工序： 螺栓孔倒角。75工序： 裝配之前在30道工序切開并編號的連桿體和連桿蓋，用螺栓螺母 緊固起來，扭緊力矩為98-118N.m。該工序的目的是為以后連桿的 精加工做準備。 80工序： 鏜大頭孔，設備為T716，定位有底平面，側面和小頭孔。在保證孔 尺寸的同時，還要保證孔中心距。85工序： 大頭孔倒角。90工序： 精磨大小頭兩平面，此道工序是大小頭端面加工的最后一道工序， 因此，在保證尺寸，粗糙度的同時，還有保證中心對稱。 95工序： 鉆小頭油孔。100工序： 小頭油孔倒角90。105工序： 壓銅套孔，設備為壓床。110工序： 銅套孔兩端倒角。115工序： 鏜大小頭孔，設備為T2115。該工序為精加工，而且是鏜大頭孔 和小頭孔，因此大小孔尺寸和孔中心距以及表面粗糙度都要保證。130工序： 該工序為珩磨大小頭孔，屬于精加工，也是最后一道保證大小頭孔 尺寸，粗糙度，和孔中心距的工序。第5章 夾具設計和分析 設計夾具時，應該滿足以下幾條基本要求： （1）保證工件的加工精度要求，即在機械加工工藝系統中，夾具要滿足以下三項要求：工件在夾具中的正確定位；夾具在機床上的正確位置；刀具的正確位置。 （2）保證工人的操作方便、安全。 （3）達到加工的生產率要求。 （4）滿足夾具一定的使用壽命和經濟性要求。5.1擴大頭孔的方法和要求擴孔的加工方法很多，可以在車床上加工，可以在鉆床上直接利用擴孔鉆加工，可以在銑床上加工，也可以在鏜床上加工。由連桿工作圖可知，連桿材料為45鋼，年產量20萬件。根據指導老師的要求，需設計第80道工序鏜大頭孔（鏜孔也屬于擴孔的一種）夾具。根據工序要求，需限制的自由度有：、。為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。主要目的是鏜大頭孔至65mm，表面粗糙度要求3.2m，大小孔中心距要求1900.13mm。由于本工序是半精加工，在加工本道工序時，主要應考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度。5.2定位基準和夾緊方案 由零件圖可知，在粗加工大頭孔之前，連桿的兩個端面，小頭孔及大頭孔的兩側面都已加工，且表面粗糙度要求較高。為了使定位誤差減小，按基準重合原則選29.49h7定位銷與基面為定位基準，定位銷限制工件兩個自由度和，基面限制工件三個自由度,，大頭孔的外側面限制工件1個自由度，屬完全定位。由于生產批量大，為了提高加工效率，縮短輔助時間，準備采用手動夾緊方式，采用了常用的手動齒輪嚙合鎖緊裝置，裝卸工件方便、迅速。由于所加工的零件比較小，夾具的夾緊力與加工零件時的軸向力方向相同，為了裝卸工件方便，采用手動夾緊方案。加工的大頭孔為通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但實際上以工件的端面定位時，必須限制該方向上的自由度。故應按完全定位設計夾具。該夾緊裝置由夾具體、軸齒輪、齒條軸桿、壓板和襯套所組成。使用時，轉動手柄，經過齒輪齒條的傳動使壓板和襯套向下移動，便能將工件夾緊或松開。同時齒輪齒條之間又具有自鎖，可以起到放松作用，結構簡單，操作方便。5.3 夾具的設計由上述條件知道該鏜孔夾具應該具備的定位鍵有小頭孔的定位銷釘、固定大小頭平面的壓板和支架，還有固定一側面的壓緊螺釘。 除了定位鍵，還有夾緊裝置。鏜孔夾具圖如下圖：圖（51）夾具圖其中定位元件有：圓柱定位銷、墊塊、定位銷、支架。夾緊裝置包括：軸齒輪、齒條軸桿、壓板、手柄、螺釘、螺母。采用齒輪齒條自鎖手動加緊方式，簡化了夾具的夾緊結構，而且提高了裝卸速度。 5.4 夾具體設計夾具體是將夾具上各種裝置和元件連接成一個整體的最大、最復雜的基礎件。夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機床的連接，而且在零件的加工過程中，夾具還要承受夾緊力、切削力以及由此產生的沖擊和振動，因此，夾具體必須具有必要的強度和剛度。切削加工過程中產生的切屑有一部分還會落在夾具體上，切屑聚集過多會影響工件的定位和夾緊，因此設計夾具體時，必須考慮其結構應便于排屑。此外，及具體結構的工藝性、經濟性以及操作和裝拆的便捷性等等，在設計時也都必須認真加以考慮。鏜孔夾具體設計結構如圖5-2。 圖（52）夾具體主視圖和俯視圖夾具體毛坯的制造方法，通常根據工序加工情況和工廠生產情況確定。一般有四類：鑄造夾具體，其特點是能鑄造出各種復雜的形狀，工藝性好，有較好的強度、剛度和抗振性。但是生產成本高，生產周期長。用于切削力較大，工藝系統剛度不足或工件要求精度高的夾具體。焊接夾具體，特點是制造方便，成本低。缺點是工藝性差。適用于夾具體形狀簡單，零件精度要求一般，切削力不大的場合。鍛造夾具體，用于形狀簡單，尺寸不大，要求強度和剛度大的夾具體。裝配夾具體，特點是制造成本低，周期短，精度穩定。由于該夾具體形狀復雜，所以用鑄造方法得到。 5.5 切削力及夾緊力的計算由于本工序要求半精鏜加工大頭孔，所以需要對夾具的穩定性進行計算，穩定性計算主要內容是切削力與夾緊力的計算。5.5.1切削力的計算刀具材料選高速鋼，刀具主偏角為45，前角為10，刃傾角為5，刀尖圓弧半徑為2mm,背吃刀量取0.5mm，進給量取2mm。工件材料是45號鋼，其為600MPa.根據（現代機床夾具設計吳拓主編）表418查得： 鏜孔時的圓周分力 鏜孔時的徑向分力 鏜孔時的軸向分力其中,根據刀具參數差得，各值如下表：表51名稱1.01.01.01.01.01.01.01.250.851.01.01.0根據工件材料取得，其中n的取值如下表：表52名稱n0.352.01.5由上述數據求得個切削分力為 =1297N =1016N = 266N 從而切削合力為： = =1669N 5.5.2夾緊力的計算 由上述內容可以知道，三個切削分力的大小。但是由于三種力各自的作用不同，是校驗和選擇機床功率，校驗和設計機床主運動機構、刀具和夾具強度和剛性的主要依據；在加工工藝系統剛性差，例如在縱車細長軸、鏜孔和機床主軸承載間隙較大的情況下，是頂彎工件、刀具、引起振動，影響加工精度、表面粗糙度的主要因素；是校驗進給機構強度的主要依據。由于本工序是鏜孔，半精加工，需要對夾具穩定性計算，而影響夾具穩定性的主要因素是，因此在計算夾緊力時，是主要切削力。根據夾具結構查現代機床夾具設計（吳拓主編）表421知夾緊力計算公式為： 安全系數 式中：基本安全系數；取1.5 加工性質系數；取1.1 刀具鈍化系數；取1.5 連續切削系數；取1.0 手動加緊系數；取1.3 手柄位置系數；取1.0 支撐面接觸系數；取1.0 則 = =3.22 從而 = =3272N 5.6 夾具精度分析在夾具結構方案確定及總圖設計完之后，還應對夾具精度進行分析和計算，以確保設計的夾具能滿足工件的加工要求。造成被加工表面位置誤差的影響因素大致可分為五種分別是：定基誤差（）、定位誤差（）、夾緊誤差（）、安裝誤差（），加工誤差（）。他們在原始尺寸方向上的總和應小于該尺寸的公差，即滿足下列不等式： 連桿要加工的孔如圖所示，下面將進行有關誤差的分析和校核。 對影響尺寸1900.13mm的誤差分析。 1）定基誤差。由于基準重合，所以定基誤差=0。 2）定位誤差。因圓柱銷定位，定位誤差計算如下： =0.038+0.018+0 =0.056mm a工件孔的直徑公差 定位銷的直徑公差 孔和銷的最小保證間隙3）夾緊誤差。在加緊工件時，定位端面的接觸變形甚小，工件在拆卸后，由于彈性變形可能使被加工孔的軸線變斜，但其值鉸小，估計不會大于0.01mm，可按=0.01mm來估算。4）安裝誤差。由于夾具在機床上的安裝的不確定性并不是影響孔的位置尺寸因素，所以可以不考慮。5）加工誤差。刀具尺寸誤差、調刀誤差、鏜床工作臺的傾斜和變形等等所引起的加工誤差，可以參照加工經濟度，大約取=0.10mm。以上各項誤差值相加為 0+0.056+0.01+0+0.1=0.1660.26mm說明各項誤差之和遠遠小于原始尺寸（1900.