连杆机械加工工艺和铣床专用夹具设计
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四川理工学院毕业设计（论文）
绪 论
机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济各部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机车车辆、汽车、船舶等设备，从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械及其制造。连杆也是有些设备中所不可缺少的，我们应该了解连杆的机械制造工艺过程才能把产品制造出来。
连杆广泛运用于汽车、压缩机中，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力。在设计连杆机械加工工艺过程时要合理选择加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩提高加工精度，来提连杆加工精度，保证加工质量。
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第1章 零件的分析
1.1 零件的结构特点及其材料
1.1.1连杆的工作条件
(1)运动
连杆是柴油机以及空压机等机器的主要传动构件之一，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力。
(2)受力
工作时,连杆承受大小、方向为周期性变化的动载荷.在做功冲程,燃气压力在连杆轴线上的分力S产生压缩应力;在进气冲程上止点,活塞组和连杆本身的惯性力在横断面内造成拉伸应力;燃气压力在水平方向的分力引起纵向弯曲应力;摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力.而且,交变应力值在很宽的范围内急剧变化,弯曲应力引起弯曲变形,导致产生疲劳破坏。
(3)连杆的结构特点
连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。杆身多为工字形断面,大头孔用连杆螺母和螺栓与曲柄轴颈装配在一起,孔内装有薄壁轴瓦。钢质瓦背表面浇有一层耐磨合金;大头结合面多为平切口,为便于从汽缸中装卸,大头结合面也有做成斜切口的。定位方式有销钉定位、套筒定位、齿形定位和凸肩定位。小头孔一内般压入铜套,用以补偿磨损,以便更换,也有压装轴瓦的。小头、大头与 杆身采用较大圆弧过度,逐渐变化,以获得足够的强度和刚度。
1.1.2连杆的材料
(1)对连杆材料的要求
①具有较高的机械强度和刚度
②具有较高的抗疲劳强度
③为减小惯性力,尽量减轻杆身重量
(2)材料
通常采用相同的材料,对于本连杆采用45号钢,毛坯整体模锻,正火处理,加工中间采用调质处理,提高强度和抗冲击能力。
1.2 零件的工艺分析
连杆的加工精度将直接影响柴油机等的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因数，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与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。
1.3连杆裂纹主要原因剖析
连杆是柴油机、压缩机等的主要零件，所选用的材质为45#钢。它的工艺流程为：锻造成型—正火—粗加工—调质处理—精加工—组装。
为了保证连杆的使用性能，要求它具有较高的强度，较好的耐磨性，足够的塑性、韧性以及相应的抗疲劳性等。多年实践表明，通过调质处理，可以满足以上的要求。因为调质处理可以细化晶粒，获得均匀的具有一定弥散度和综合机械性能的细密球状珠光体—回火索氏体。
但是，连杆在调质过程中，有时产生裂纹，其废品率最多可达12%，裂纹的位置分别在小头部、杆侧面、槽内圆角处。为了保证连杆的质量，下面从热处理工艺的选择和钢的原材料等几个方面进行剖析。
1.3.1技术要求
(1)化学成份 C:0.42～0.50%；Si:0.17～0.37%;Mn:0.50～0.80%;P≤0.04%;S≤0.04%；Cr≤0.25%;Ni≤0.25%
(2)机械性能 HB217～293
(3)金相组织 为较均匀的索氏体，允许有少量断续、网状分布的铁素体。
1.3.2热处理工艺参数的影响
在现实生产中，选择连杆的调质工艺如图1所示。
图1 45#钢连杆调质工艺曲线
（1）加热温度
45#钢是低淬透性钢，且由于它的MS点较高，淬火后，组织应力很大。而且，淬火时片状马氏体也占了相当的数量，所以，很容易淬裂。如果热处理不当，极易有裂纹产生。但是，淬火开裂的原因是多种多样的，过热是主要原因之一，所以选择淬火温度很主要。
制定淬火加热规范的主要依据是材料 的AC3点温度。我们将《热处理手册》第四分册中各中碳钢的AC3点联成曲线，即AC3线如图2所示。我们又选用了35钢、40钢、45钢、50钢、55钢加热，5～10%盐水淬火做试验，然后用金相法结合硬度值确定相应钢种的AC3温度，见图2。从图2中看出：含碳量从0.45～0.50%范围内出现了一个陡降的低谷，最低点在0.48%C处。此时，AC3约为750～760℃，而0.42%C钢AC3=780℃，所以45#钢含碳量在下限时选用840℃加热淬火，而含碳量在上限时仍选用840℃加热淬火，就容易因过热而产生淬火裂纹。
图2 部分钢的线
加热温度过低，奥氏体晶粒均匀化程度不好，而且部分铁素体不能溶解于奥氏体，淬火后得到马氏体加块状铁素体混合组织，硬度不高，机械性能不好，达不到淬火的目的。
由以上分析我们可以看出，同样是45#钢，由于批次不同，其含碳量有差异。所以，同为45#钢的零部件，在淬火前要进行化学成份分析，根据其变化，选择最为适当的加热温度。我们把这种做法称之为连杆淬火工艺的跟踪分析，通过采用这种方法，使连杆的裂纹大大减少。
（2）保温时间
淬火是为了得到均匀一致的组织和所要求的机械性能，除了严格控制加热温度外，正确地确定保温时间也是一个极为重要的问题，它取决于工件的大小、形状、钢的化学成份，原始组织及装炉情况等，但保温时间的选择应能保证组织转变的完成并能使奥氏体成份均匀。因此，保温时间要足够长，保温时间过短，奥氏体晶粒均匀化程度不好，影响淬火质量。不过，保温时间又不能过长，否则，零件表面氧化脱碳程度加大，同样影响了淬火质量。实际生产中，连杆保温时间我们选择为60～90min。
（3）冷却速度
热处理工序有两个重要的组成环节，即加热与冷却。工件冷却时所采用的冷却介质及冷却方式对热处理后的工件质量起着重要作用。许多热处理缺陷如：变形、开裂、硬度不足等，往往因冷却介质和冷却方式选择不当所致。因此，冷却介质的选择也是连杆产生裂纹的重要因素。
由于加热至奥氏体状态的工件必须在冷速大于临界淬火速度情况下，才能得到预期马氏体组织，即希望在C曲线鼻子附近的冷速越大越好。但在MS点以下，为了减少因马氏体形成而造成组织应力，又希望冷却小些，图3为几个淬火介质的淬火冷却曲线，其中A为理想淬火冷却曲线，它既能保持工件淬火，又不致于引起太大的变形，能减少淬火裂纹的产生。
图3 几种介质淬火冷却曲线
A为理想淬火介质冷却曲线； B为水的淬火冷却曲线； C为油的淬火冷却曲线
在连杆调质处理中我们选用的是40℃，5～10%的盐水溶液，这种淬火介质，在鼻子附近的冷却速度较大，完全满足理想要求。但在低温200～300℃之间的冷速大些(大于理想要求)，由于实际生产的一些原因，没有改变。在此，建议用114淬火剂为宜。
1.3.3原材料的影响
为了分析原材料的影响，我们首先回顾一下淬透性的内容，所谓钢的淬透性，是钢经过加热奥氏体化后，接受淬火的能力，它表示钢淬火后从表面到心部的硬度分布情况，钢的淬透性是钢本身所固有的属性，它与钢的化学成份、原始组织、晶粒度以及零件的尺寸等有关，但主要与钢的化学成份有关。
钢的淬透性已成为选用钢材及生产上制订工艺规程的主要依据之一，这是因为钢淬火时完全淬透，则沿其截面的性能将是一致的，如果淬火时不能完全淬透则自表面向中心的性能就会不同，但是钢的淬透性愈大，转变为马氏体的体积变化也愈大，即在淬火时工件发生的变形及应力也愈大。当淬火应力超过其断裂极限时，就会产生裂纹。
（1）化学成份的影响
我们生产的L195柴油机连杆的材质为45#钢、45#钢属优质碳素结构钢，实际生产中，化学成份超标现象也偶有发生，其中起主要作用的元素有Si.Mn.P.S.Cr.Ni。合金元素基本上不影响马氏体的硬度，对于强度的影响也不大，合金元素对马氏体的主要作用是明显地提高马氏体的塑性。实践表明，碳钢马氏体中碳的分布是不均匀的，这会引起应力的不均匀分布，从而降低塑性，加入合金元素以后，可以使马氏体中的碳分布均匀化，因此，改善塑性。但大多数合金元素(Cr.Mn.Si)只是在含量不超过一定的极限时，才增加马氏体的塑性，超过极限后，将降低马氏体的均匀性，使塑性和断裂强度降低［1］，所以我们既希望钢中有合金元素，但又不可过多。
Si.Mn.Cr.Ni都能增加钢的淬透性，对淬透性的作用依次为：Mn.Cr.Si.Ni。不过，越提高钢的淬透性，钢的淬裂危险性越大，并且，当合金元素含量超过一定量时，则会降低钢的淬透性。S.P是钢中有害杂质，钢中含有这两种元素要尽可能降低。
（2）显微组织的影响
这里主要探讨钢的晶粒度、魏氏组织及带状组织的影响。
从马氏体形成原理看出，显微裂纹主要是在粗大的马氏体中形成的，而当马氏体非常细小时，则很少出现显微裂纹，细小奥氏体晶粒可减少钢的显微裂纹。在奥氏体比较均匀的情况下，初期形成的马氏体片的长度和奥氏体的晶粒大小有关，粗大的奥氏体晶粒形成粗大马氏体，易促成显微裂纹形成。
生产中，我们要求连杆在调质处理之前的预备处理为正火，这样做的目的是在调质处理前获得比较均匀、细小的原始组织，减少甚至避免显微裂纹的产生。
在亚共析钢中分布特殊而呈片状的铁素体称为魏氏组织，魏氏组织及与其伴生的粗晶组织会使钢的机械性能，尤其是塑性和冲击韧性显著降低，所以我们要求魏氏组织不大于2级。
另外，钢中显微缺陷—带状组织、非金属夹杂物的存在是淬火裂纹的根源，所以生产中连杆调质之前，不希望存在这些缺陷。
（3）宏观缺陷的影响
工艺要求连杆纵剖面的宏观组织中，纤维方向应沿着连杆中心线并与外形相符，不得有紊乱及间断，但实际生产中，有许多连杆从杆侧面形成横向裂纹，出现这种裂纹的连杆其落刺量很大。正常正火、淬火后，落刺部位的纤维流向出现的紊乱、间断不能消除。以此可见淬火过程中，有较大应力而产生裂纹。
因此，工艺上要求连杆的纤维流向外，还不允许连杆有折叠、裂纹、分层、夹渣等缺陷，以消除淬火裂纹源。
（4）外观形状的影响
连杆槽内圆角要求为R5，但我们对产生裂纹的连杆进行实际检测，槽内有裂纹的连杆，其圆角基本不符合要求，也就是说，外形槽内无圆滑过渡的圆角，在淬火中，产生很大的淬火应力，而易产生淬火裂纹。这是由于外形尺寸影响钢的淬透性。棱角、无圆滑过渡圆角的零件，淬火后淬火应力增强，故易在槽内圆角处出现裂纹。
1.3.4结论
连杆的调质处理在淬火过程中，产生裂纹主要因素有：加热温度、材料的晶粒度、纤维流向、外形尺寸等。防止措施为：
(1)45#钢，当含碳量0.48%时，AC3陡降现象，我们根据每批连杆的化学成份不同，制定不同的加热温度。
(2)确保连杆在调质前的供货组织为正火组织，晶粒度不大于3级。
(3)确保连杆纤维方向沿着连杆中心线并与外形相符，不得有紊乱及间断，不允许有折叠、裂纹、分层、夹渣等缺陷。
第2章 工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
零件材料为45钢，考虑到连杆在工作过程中经常受到交变载荷及冲击载荷等，因此应该选用锻件以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。
2.2基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出。更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。对于连杆来说，粗基准及精基准都是连杆的端面。
2.3工艺路线制定
2.3.1工艺特点分析
制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理保证，在生产纲领已确定为大批生产的条件下可以考虑采用万能性机床配以专用工夹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生产成本尽量下降。
在连杆的外行复杂不易定位和夹紧，刚度差容易变形，因而连杆机械加工工艺过程有如下几个特点：
1.被加工连杆数量大，生产节拍短，需要采用多高效率的机床来满足这种特殊要求。
2.由于连杆主要工作面的尺寸精度，形状精度，位置精度及边面粗糙度要求很高，其加工设备多，用高精度的机床（或加工中心）和工装。
3.同组连杆质量及质量差有严格要求需要特殊称重去重和分组打印设备。
4.必须有探伤和去毛刺。
2.3.2工艺方案确定
以下我便初拟两个工艺方案：
方案一：
1. 粗铣连杆两端面。
2. 铣连杆两侧定位面。
3. 钻扩大小头孔，扩大都孔。
4. 半精镗、精镗小头孔，半精镗、精镗大头孔，两端倒角。
5. 钻连杆油孔。
6. 粗精铣螺栓座面，钻扩螺栓孔倒角。
7. 去毛刺。
8. 激光加工大头解裂槽胀断连杆，装配螺栓。
9. 粗精车连杆两侧面。
10. 压装铜套。
11. 粗铣连杆小头两斜面。
12. 精磨连杆两端面。
13. 精铣连杆小头两斜面。
14. 小头铜套孔倒角。
15. 半精镗、精镗大头孔且两面倒角，精镗小头铜套孔。
16. 铣轴瓦锁口槽。
17. 探伤。
18. 清洗。
19. 检验。
方案二：
1. 模锻。
2. 粗铣连杆两端面。
3. 粗磨两平面，退磁。
4. 钻扩小头孔。
5. 扩大头孔。
6. 半精镗小头孔。
7. 精镗小头孔、倒角。
8. 半精镗大头孔。
9. 钻油孔。
10. 粗铣螺栓座面。
11. 精铣螺栓座面。
12. 钻螺栓孔、倒角。
13. 去毛刺。
14. 铣开连杆大头。
15. 精铣体盖分开面。
16. 钻连杆盖Φ9.5孔及M5螺纹孔并攻丝。
17. 钻连杆体Φ9.5孔及M5螺纹孔并攻丝。
18. 精磨体盖分开面。
19. 体盖装合。
20. 精车连杆两侧面。
21. 压装铜套。
22. 粗铣连杆小头两斜面。
23. 精磨连杆两端面。
24. 精铣连杆小头两斜面。
25. 小头铜套孔倒角。
26. 半精镗大头孔。
27. 精镗大头孔、两面倒角。
28. 精镗小头铜套孔。
29. 探伤。
30. 清洗。
31. 检验入库。
工艺方案的比较与分析：
方案一工艺过程较为粗略，很多工序（比如粗精镗大小头孔）本应分为几个工序来写，而它却列在一个工序中，这是不合理的。因为粗加工、精加工的机床也许就不同，或者加工大头或小头孔的夹具也许不同，这样就应当分开来写。还有就是，它的一些加工工序的安排不太合理。就拿钻油孔来说，在连杆大头还未铣开前是无法加工的，应当在大头铣开后再加工。再者，连杆的头每必要用激光加工来使其断开，从实际出发，这样不节约成本，反而大大提高了成本，直接在铣床上铣开就好。
就方案二来说许多方面都比方案一好，它避开了高成本，工序粗糙等一些问题，但还是存在三大问题：
1． 钻油孔的问题仍未解决，和方案一一样。
2． 在刚开始的时候用粗磨来加工两端面，而在体盖装合后又用了精车两端面，这便成了精加工后又粗加工，违背了先粗后精的原则。
3． 在钻扩大小头孔后，便直接半精镗、精镗大小头孔等。这也是错误的，因为未粗镗便直接半精镗或精镗会使工时等增加，变相的提高了成本，不符合实际加工方法。在铣开连杆后，还会再半精镗，精镗大小头孔，在这里就没有必要进行这些加工。
通过以上两个方案的比较，最终确定方案如下：
1． 模锻。
2． 正火。
3． 粗铣连杆两端面。
4． 粗磨两平面退磁。
5． 扩小头孔。
6． 粗镗小头孔。
7． 扩大头孔。
8． 粗镗大头孔。
9． 调质。
10． 粗铣螺栓座面。
11． 精铣螺栓座面。
12． 钻扩螺栓孔、倒角。
13． 铣开连杆大头。
14． 钻连杆油孔。
15． 去毛刺。
16． 精铣体盖分开面。
17.钻连杆盖Φ9.5及M5螺纹孔并攻丝。
18.钻连杆体Φ9.5及M5螺纹孔并攻丝。
19.精磨体盖分开面。
20.体盖装合，加垫片。
21.粗磨连杆两侧面。
22.精磨连杆两侧面。
23.半精镗小头孔。
24.精镗小头孔，倒角。
25.半精镗大头孔。
26.精镗大头孔，倒角。
27.镗小头油槽。
28.小头压入轴瓦。
29.精镗小头轴瓦孔。
30.超声波探伤。
31.清洗。
32.检验入库。
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定
2.4.1机械加工余量的分析
1.机械加工余量的概念：
总余量：在由毛坯变为成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层的总厚度。
工序余量：完成一个工序中某一个表面所需要切除的金属层厚度。
公称余量：前工序的基本尺寸与本工序基本尺寸之差，通常所说的加工余量及查表所得加工余量均是指公称余量。
工序余量公差：本工序最大余量与最小余量之差。
2.影响机械加工余量的因素：
前工序（或毛坯）加工后的表面粗糙幅及表面缺陷层。
前工序（或毛坯）的尺寸公差。
前工序（或毛坯）个表面相互位置的空间偏差，如弯曲度、轴心线偏移及平行度、垂直度和同轴度误差等。
本工序的安装误差包括定位误差和夹紧误差。
2.4.2工序余量及工时的确定
1.工序余量可以通过查表确定其要点有：
应考虑前道工序的加工精度和表面质量，加工精度和表面质量较好 ，应取得较小的余量，反之应取较大的余量。
应考虑前道工序 的加工方法、设备、安装以及加工过程中变形所引起的个表面间相互位置的空间偏差，空间偏差大，应取较大的余量。
应考虑本工序的定位和夹紧所造成的安装误差，尤其是对刚度小的零件，安装误差大，工件变形大应取得较大的余量。
应考虑热处理工序引起的零件变形。
2.毛坯余量：
根据年产量确定锻件形式为：锤上模锻件。查《机械加工工艺手册》表2.3-13得连杆毛坯端面余量为5mm。根据《机械加工工艺手册》表2.3-48确定孔的毛坯余量为6mm。
3.工序余量及工时的确定：
（1）粗铣端面：
根据《机械加工工艺手册》表3.1-73选机床为X52K
根据《机械加工工艺手册》表2.3-59两端面留余量3mm
由《机械加工工艺手册》表2.4-73得粗铣每齿进给量为:0.06～0.1mm
再由《机械加工工艺手册》表2.4-96得：
切削速度
其中=1.5mm 《机械加工工艺手册》表2.4-72得：T=180
刀具选镶齿套式面铣刀，直径=100mm Z=10《机械加工工艺手册》表4.4-4
铣削宽度=192mm
切削速度修正系数=0.87《机械加工工艺手册》表2.4-94
∴
=50.8m/min
确定机床主轴转速：
161.8r/min
根据《机械加工工艺手册》表3.1-75：161.8r/min与150r/min及190r/min相近，为防止速度的损失现选取190r/min。
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-10
《机械加工工艺手册》表2.5-10
《机械加工工艺手册》表2.5-10
《机械加工工艺手册》表2.5-10
《机械加工工艺手册》表2.5-10
∴
（2）粗磨端面：
选机床为M7130卧轴矩台平面磨床《机械加工工艺手册》表3.1-47
粗磨平面进给量为0.032mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-170
本工序加工余量为0.8mm 《机械加工工艺手册》表2.3-59
工件运动速度为0.2m/s 《机械加工工艺手册》表2.4-171
确定机床主轴转速：
《机械加工工艺手册》表3.1-49
切削工时：小头 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=100+20 b=100 =0.1 k=1《机械加工工艺手册》表2.5-13
40mm/r 同时磨削工件数量z=1
=0.39min
大头 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=213 b=192 k=1《机械加工工艺手册》表2.5-13
40mm/r 同时磨削工件数量z=1
=1.33min
∴=3.44min
（3）扩小头孔：
机床选为Z5163A立式钻床 《机械加工工艺手册》表3.1-35
进给量为1.8～2.2mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-52
本工序加工余量为4mm 《机械加工工艺手册》表2.3-48
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中套式扩孔钻 T=120《机械加工工艺手册》表2.4-37
《机械加工工艺手册》表2.4-55
《机械加工工艺手册》表2.4-68
∴0.68m/s
确定机床主轴转速：
根据《机械加工工艺手册》表3.1-36现选取转速
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
其中 《机械加工工艺手册》表2.5-7
=2.6mm
mm 《机械加工工艺手册》表2.5-7
∴
（4）粗镗小头孔：
机床选为T4613B坐标镗床 《机械加工工艺手册》3.1-表39
进给量《机械加工工艺手册》表2.4-66
本工序加工余量为：1mm《机械加工工艺手册》表2.3-48
切削速度《机械加工工艺手册》表2.4-66
确定机床主轴转速：
现选取转速
切削工时 《机械加工工艺手册》表2.5-3
其中 《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
∴
（5）扩大头孔：
机床选为Z5163A立式钻床 《机械加工工艺手册》表3.1-35
进给量 《机械加工工艺手册》表2.4-52
本工序加工余量为4mm 《机械加工工艺手册》表2.3-48
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中套式扩孔钻 T=120 《机械加工工艺手册》表2.4-37
《机械加工工艺手册》表2.4-55
确定机床主轴转速：
根据表3.1-34现选取转速
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
其中 《机械加工工艺手册》表2.5-7
=2.58mm
mm 《机械加工工艺手册》表2.5-7
∴
（6）粗镗大头孔：
选为T4163B坐标镗床 《机械加工工艺手册》表3.1-39
量 《机械加工工艺手册》表2.4-66
本工序加工余量为1mm 《机械加工工艺手册》表2.3-48
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-66
机床主轴转速：
取 《机械加工工艺手册》表3.1-39
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-3
其中 《机械加工工艺手册》表2.5-3
∴
（7）粗铣螺栓座面：
选机床为X62W《机械加工工艺手册》表3.1-73
粗铣每齿进给量为0.09～0.18mm 《机械加工工艺手册》表2.4-74
本工序留加工余量为4mm
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-96
其中mm T=120《机械加工工艺手册》表2.4-72
圆柱形铣刀mm 齿数z=6 《机械加工工艺手册》表4.4-3
铣削宽度mm
确定机床主轴转速：
根据《机械加工工艺手册》表3.1-74现选取
切削工时：《机械加工工艺手册》表2.5-10
其中
∴
（8）精铣螺栓座面：
选机床为X62W 《机械加工工艺手册》表3.1-73
精铣每转进给量为0.5～1.0mm 《机械加工工艺手册》表2.4-74
本工序留加工余量为1mm
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-96
其中 T=120 《机械加工工艺手册》表2.4-72
圆柱形铣刀 齿数z=6 《机械加工工艺手册》表4.4-3
铣削宽度
确定机床主轴转速：
根据《机械加工工艺手册》表3.1-74现取
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-10
其中
∴
（9）钻扩螺栓孔：
选机床为Z3025摇臂钻床 《机械加工工艺手册》表3.1-35
钻头为锥柄长麻花钻，钻头直径为25mm，切削部分mm 《机械加工工艺手册》表2.4-38
钻进给量 《机械加工工艺手册》表2.4-38
切削速度： 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-68
T=50 《机械加工工艺手册》表2.4-37
∴=1.1m/s
确定机床主轴转速：
根据《机械加工工艺手册》表3.1-336现取
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
《机械加工工艺手册》表2.5-7
由于是钻通孔，所以
∴
扩进给量为0.8～1.0mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-52
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-68
T=30 《机械加工工艺手册》表2.4-51
mm mm
∴
确定机床主轴转速：
根据《机械加工工艺手册》表3.1-36现取750r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
《机械加工工艺手册》表2.5-7
mm
∴
倒角：采用忽孔钻倒角
进给量f为0.1～0.5mmm/s 《机械加工工艺手册》表2.4-67
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
确定机床主轴转速：
现取转速195r/min
∴
∴
（10）铣开连杆大头：
选机床为X62W《机械加工工艺手册》表3.1-73
本工序留加工余量为3. mm
铣刀选为粗齿锯片铣刀，直径D=200，厚度L=3mm,齿数z=40 《机械加工工艺手册》表4.4-10
每齿进给量为0.01～0.02mm/z《机械加工工艺手册》表2.4-79
切削速度《机械加工工艺手册》表2.4-96
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-96
《机械加工工艺手册》表2.4-95
T=150 《机械加工工艺手册》表2.4-72
∴
确定机床主轴转速：
根据《机械加工工艺手册》表3.1-74 现取190r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-10
（11）钻连杆油孔：
机床选为Z5132A立式钻床 《机械加工工艺手册》表3.1-35
钻头选为锥柄超长麻花钻，型式为：Ⅷ型。
进给量为0.22～0.28mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-38
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-68
T=15 《机械加工工艺手册》表2.4-37
∴
确定机床主轴转速：
2197r/min为理论值，而实际所用转速不需要这么大，一般的钻床也没这么大的转速，因此选取190r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
∴
（12）精铣体盖分开面：
选机床为X52K
本工序留加工余量为0.4mm
铣刀进给量为0.5～1.0mm/r
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-96
其中圆柱形铣刀直径63mm 《机械加工工艺手册》表4.4-3
T=120 《机械加工工艺手册》表2.4-72
∴=0.77m/s
确定机床主轴转速：
现取转速为r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-10
∴
（13）连杆盖钻9.5孔及螺纹孔加工：
选机床为Z525B立式钻床
钻Φ9.5孔：进给量为0.22～0.28mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-38
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-68
T=15 《机械加工工艺手册》表2.4-37
∴=1.14m/s
确定机床主轴转速：
根据实际情况钻孔不可能这么大转速，所以现选取=265r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
当钻中心孔和钻盲孔时
∴
钻螺纹孔：进给量为0.08～0.1mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-38
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-68
T=8 《机械加工工艺手册》表2.4-37
∴
确定机床主轴转速：
实际中不可能有这么大的钻孔速度，所以根据实际需要选取=265r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
当钻中心孔和钻盲孔时
∴
（14）连杆体钻孔：
选机床为Z535立式钻床 《机械加工工艺手册》表 3.1-35
钻Φ9.5孔：进给量为0.22～0.28mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-38
切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-68
T=15 《机械加工工艺手册》表2.4-37
∴=1.14m/s
确定机床主轴转速：
根据实际情况钻孔不可能这么大转速，所以现选取=265r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
当钻中心孔和钻盲孔时
∴
钻螺纹孔：进给量为0.08～0.1mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-68
切削速度切削速度 《机械加工工艺手册》表2.4-68
其中 《机械加工工艺手册》表2.4-68
T=8 《机械加工工艺手册》表2.4-37
∴
确定机床主轴转速：
实际中不可能有这么大的钻孔速度，所以根据实际需要选取=275r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-7
当钻中心孔和钻盲孔时
∴
（15）精磨体盖分开面：
选机床为M7150A卧轴矩台平面磨床 《机械加工工艺手册》表3.1-47
本工序留加工余量为0.1mm
进给量为0.016mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-170
工件速度为0.2m/s
转速=1450r/min 《机械加工工艺手册》表3.1-47
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=32+20=52 b=60 =0.2 k=1《机械加工工艺手册》表2.5-13
=0.016 20 z=1
=0.4min
(16)粗磨连杆两侧面：
选机床为7130卧轴矩台平面磨床 《机械加工工艺手册》表3.1-47
本工序留加工余量为0.8mm
粗磨进给量为0.032mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-170
工件运动速度为0.2m/s
机床主轴转速为1500r/min 《机械加工工艺手册》表3.1-49
切削工时：小头 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=100+20=120 b=100 k=1《机械加工工艺手册》表2.5-13
z=1
∴
大头 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=213 b=192 k=1 《机械加工工艺手册》表2.5-13
z=1
∴
∴
（17）精磨连杆两侧面：
选机床为M1730卧轴矩台平面磨床 《机械加工工艺手册》表3.1-47
本工序留加工余量为0.2mm
进给量为0.015mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-168
工件运动速度为0.4m/s 《机械加工工艺手册》表2.4-167
机床主轴转速为1500r/min 《机械加工工艺手册》表3.1-49
切削工时：小头 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=120 b=100 k=1《机械加工工艺手册》表2.5-13
z=1
∴0.74min
大头 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=120 b=100 k=1《机械加工工艺手册》表2.5-13
z=1
大头 《机械加工工艺手册》表2.5-11
L=213 b=192 k=1 《机械加工工艺手册》表2.5-13
z=1
∴
∴min
(18)半精镗小头孔：
机床选为T4163B坐标镗床 《机械加工工艺手册》表3.1-39
进给量为0.15～0.3mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-66
本工序加工余量留为0.7mm
切削速度为0.25～0.5m/s 《机械加工工艺手册》表2.4-66
确定机床主轴转速：
现选取转速为200r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
∴
（19）精镗小头孔：
机床选为T4163B坐标镗床 《机械加工工艺手册》表3.1-39
刀具选为浮动镗刀
进给量为0.1～0.2mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-66
本工序余量留为0.3mm
切削速度为0.15～0.25m/s 《机械加工工艺手册》表2.4-66
确定机床主轴转速：
现选取转速为80r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
∴
（20）半精镗大头孔：
机床选为T4163B坐标镗床 《机械加工工艺手册》表3.1-39
进给量为0.15～0.3mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-66
本工序加工余量留为0.7mm
切削速度为0.25～0.5m/s 《机械加工工艺手册》表2.4-66
确定机床主轴转速：
现选取转速为80r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
∴
（21）精镗大头孔：
机床选为T4163B坐标镗床 《机械加工工艺手册》表3.1-39
刀具选为浮动镗刀
进给量为0.1～0.2mm/r 《机械加工工艺手册》表2.4-66
本工序余量留为0.3mm
切削速度为0.15～0.25m/s 《机械加工工艺手册》表2.4-66
确定机床主轴转速：
现选取转速为40r/min
切削工时： 《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
《机械加工工艺手册》表2.5-3
∴
第3章 夹具设计
正确设计和合理使用机床夹具，对保证机械加工质量、提高生产效率、扩大机床使用范围及降低产品成本都具有重要意义。
3.1夹具的基本概
3.1.1机床夹具的定义和组成
1.机床夹具的定义
夹具是在机床上用来装夹工件的工艺装备。在机床上加工工件时，为了保证加工表面的尺寸精度、形状精度和位置精度的要求，在工件加工以前先要确定工件相对于机床或刀具占有正确的加工位置，即定位，然后迅速地将工件紧固在这个确定的位置上，即夹紧。这个过程称为装夹（安装）。
机床夹具是将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，一保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置，简称为夹具。
2.机床夹具的组成
（1）定位元件
（2）夹紧元件
（3）导向元件和对刀装置
（4）连接元件
（5）夹具体
（6）其他元件及装置
3.1.2机床夹具的作用
（1）保证加工质量
（2）提高生生产率
（3）扩大机床的工艺范围
（4）减轻劳动强度
（5）保持生产的节奏性及平衡流水加工的节拍
3.1.3工件在夹具中加工的加工误差
1.工件的加工误差
（1）安装误差
工件在夹具中的定位误差和夹紧误差。
（2）对定误差
刀具的导向或对刀误差，即夹具与刀具的相对位置误差；夹具在机床是行的定位和夹紧误差，即夹具与机床的相对位置误差。
（3）加工过程误差
如加工方法的原理误差，工艺系统的受力变形、受热变形、工艺系统组成部分的静精度和磨损等。
2.误差植的估算
（1）一般夹具的制造精度等于工件尺寸公差的1/5～1/3；
（2）安装误差和对定位误差都是和夹具有关的误差，一般约占加工误差的1/3。
3.2定位及夹紧
3.2.1问题的提出
本夹具主要用来钻两个螺栓孔，对于螺栓孔的要求不是很高。因此，在本道工序加工使，主要应考虑如何 劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要的问题。
3.2.2 工件的定位
1.定位基准的选择
由零件图可知，螺栓孔端面对其轴线有垂直度要求，在这道工序前，连杆两端面已粗磨过，精度相对较高，则可以用连杆端面作为定位基面，再用连杆大小头孔作为另一定位基面。
2.定位元件的选择
本夹具利用一面两销定位，在配以开口垫圈夹紧。
3.定位误差
∵螺孔有垂直度要求
∴
定位误差偏角
3.2.3工件的夹紧
1.夹紧的方式
本夹具的夹紧是用开口垫圈放在夹具体上的螺栓柱使其靠在连杆侧面，然后旋紧螺母从而夹紧工件。
2.夹紧力的计算
切削力 《机床夹具设计手册》表1－2－7
其中钻头直径Ｄ＝25mm 每转进给量mm/r
《机床夹具设计手册》表1－2－8
∴
夹紧力 《机床夹具设计手册》表1－2－11
其中
＝1.2 =1.0～1.9 =1.0 =1.3 =1.0 =1.0《机床夹具设计手册》表1－2－1
L=30mm H=60mm =95mm
夹紧元件与工件间的摩檫系数＝0.16《机床夹具设计手册》表1－2－12
∴
3.2.4夹具的使用
采用一面（夹具体端平面）两销（大小头孔销）使连杆定位，这样在钻螺栓孔时，连杆只有可能水平往外移动，所以为防止起向外移动，则在夹具体上装螺栓柱，使其从连杆大头孔中伸出，再配以开口垫圈及螺母便能防止其移动。开口垫圈的好处是当螺母旋松以后，便可以将其拿出，取出工件，螺母则不必完全旋掉。
结 论
本次毕业设计论文所选的题目是连杆工艺，在设计过程中，通过文献检索、综合分析、报告编写、书面及口头表达等能力的练习，从而加强了我们获取新知识能力和创新能力的培养，提高了学习他人经验和借鉴其他学科研究方法的悟性，提高了处理新情况、解决性问题的应变能力。从分连杆零件图到完成成品的三个月的时间里，遇到了不少的问题；比如：如何确定毛坯的外形尺寸，如何合理的选用连杆的加工工艺，在零件的加工过程中怎样能够既保证了加工精度又能够更好的节约工件材料，提高生产效率等等。如：
（1）对于金属材料的选用方面：应选用具有较高的机械强度和刚度、具有较高的抗疲劳强度的材料，45#钢的选择非常适合本设计材料要求。
（2）热处理：为了保证连杆的使用性能，要求它具有较高的强度，较好的耐磨性，足够的塑性、韧性以及相应的抗疲劳性等。多年实践表明，通过调质处理，可以满足以上的要求。因为调质处理可以细化晶粒，获得均匀的具有一定弥散度和综合机械性能的细密球状珠光体—回火索氏体。
（3）加工连杆应注意的问题：连杆端面的精度以及孔的位置精度都是有较高的要求的，这些就要通过合理地安排工序以及合理地选择机床和刀具来满足它的要求。
这些问题的 发现和解决对于我而言，既增长了专业知识，又学会了另外一种考虑问题的新视角，使我受益非浅。我相信，通过这次的毕业设计，我所学到的东西将伴随着我在以后的人生道路上越走越远。
参考文献
1． 李洪，机械加工工艺手册.北京出版社，1990年12月
2． 成大先，机械设计手册. 哈尔滨工业出版社，2004年1月
3． 王启平，机床夹具设计.哈尔滨工业大学出版社，1996年
4． 龚定安 蔡建国，机床夹具设计原理.陕西科学技术出版社，1981年
5． 金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所.机械工业出版社，1984年12月
6. 天津大学机械零件教研室，机械零件手册.人民教育出版社.1975年9月
7． 廖念钊 莫雨松 李硕根 杨兴骏等，互换性与技术测量.中国计量出版社，2000年1月
8． 吴宗泽 罗圣国，机械设计课程设计手册.高等教育出版社，1999年6月2版
9． 傅水根，机械制造工艺基础.清华大学出版社，1998年12月
10. 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学，机床夹具设计手册.第二版
致 谢
时间转瞬即过，一眨眼，我便要踏入社会的大家庭。大学四年里，我与学校建立了很深的感情。学校给了我很大的培养，他使我不断地成熟、长大。对于这次的毕业设计，能够完成，不单是自己的努力，在我遇到技术问题不能解决的时候，我的指导教师林老师都能给予我耐心的指导，让我在迷雾之中豁然开朗；我设计中细小的错误以及粗心的地方，我的林老师都能给我指出，这种一丝不苟的精神深深地感动了我，在此，我对我的指导老师表示深深的感谢。其次不得不感谢我的同学，他们在本次设计中也给了我不少的帮助。而校图书馆、CAD机房给我们提供了大量的做设计所必需的文献、资料以及做设计的场所，使我最终能完成本次毕业设计，在此表示感谢！
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