连杆加工工艺及夹具设计

连杆加工工艺及夹具设计————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:摘要连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。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。关键词:连杆变形加工工艺夹具设计第一章概述1.1工艺和夹具设计的特点及意义1.2国内外研究现状与发展方向1.3课题研究1.1机床专用夹具的分类与组成1.１.1机床夹具的分类机床夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和夹紧的装置,它的种类繁多,为了设计、制造和管理的方便,可以从不同的角度对机床的夹具进行分类。按夹具的使用特点分类,机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和随行夹具等五大类:（1)通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已规格化,且具有一定通用性的夹具,如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状范围内的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种,从而降低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。(2）专用夹具专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强,没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中,常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生许多问题。(３)可调夹具可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。通用可调夹具的通用范围大,适用性广，加工对象不太固定。成组夹具是专门为成组工艺中某组零件设计的,调整范围仅限于本组内的工件。可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。（4)组合夹具组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性,可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸,留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点；因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。(5）随行夹具随行夹具在使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。机床夹具亦可按使用机床分类、或按夹紧动力源分类等。1.１.2机床夹具的组成机床夹具虽然种类繁多,形状千差万别,其作用主要是保证加工精度，提高生产率,扩大机床工艺范围,减轻工人劳动强度。但它们的工作原理基本相同。如果将各种夹具中作用相同的元件或机构加以概括，夹具一般是由以下几部分组成,如图1.２所示:(1)定位装置主要包括定位元件及其组合,用于确定工件在夹具中的位置，即通过它使工件加工时相对于刀具及切削运动处于正确的位置,如定位销、V形块等。(2)夹紧装置用于保持工件在夹具中的确定位置,使工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力、惯性力以及切削力等外力作用下而产生位移,如压块、压板、螺钉、螺母等。(3)导向或对刀装置用于引导刀具进行加工或确定刀具与夹具之间的正确位置，如对刀块、塞尺、钻模、镗套等。(４)其它装置根据夹具特殊功能需要而设计的一些装置，如定向件、定位键、操作件等。（5）夹具体用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体夹具骨架，并与机床有关部位进行连接,使其成为一个整体的基础件，以确定夹具相对于机床的位置。1．2机床专用夹具设计的发展方向夹具是数控机床加工过程中必不可少的部件，随着CAＤ技术的普及应用越来越广和越来越深入，夹具设计已经从传统的手工设计发展到利用二维、三维CAＤ绘图软件的集成设计。同时，为了达到现代机床加工对数控技术提出了更高的要求,在数控技术向高速、高效、高精度、模块化、智能化、柔性化和集成化方向发展的带动下,现代机床夹具设计技术正朝着高效化、精密化、模块化、智能化、柔性化、集成化、标准化等7个方向发展。（１)高效化高效化夹具主要用来减少加工工件的基本时间和辅助时间,以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。如瑞典３R夹具仅用1分钟,即可完成线切割机床夹具的安装与校正、美国Jergens(杰金斯）公司的球锁装夹系统,１分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上。（２)精密化随着机械产品精度的日益提高,势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1＇;用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。（３）模块化夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具,已成为夹具技术开发的基点。（４)智能化智能化夹具最初主要应用的是专家系统,利用人工智能技术将各种技术综合应用,有助于提高机床夹具的设计效率。（５）柔性化机床夹具的柔性化是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具当前夹具发展的重要方向。(6)集成化机床夹具设计是生产准备的重要部分。确定该工序所使用的夹具,给出夹具的装配图和零件图是连接设计与加工的纽带,实现与CAPP的集成。集成化是夹具设计发展的必然方向,是企业信息集成的必然要求。(7)标准化标准化是提高机床夹具设计系统适应性和促进集成的基础。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/Ｔ2１48~Ｔ22５9-９1以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产,有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。1.3研究的意义夹具的设计制造在整个制造生产准备工作中占有很重要的地位，它的设计与制造质量对保证产品质量有决定性的影响，其设计与制造的周期在整个生产准备中最长,实际决定着整个生产准备周期。通过调研得知，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具，在具有中等生产能力的工厂里,约拥有数千甚至近万套专用夹具,传统专用夹具设计依赖设计人员的设计经验，会导致产生以下主要问题。（1)生产准备周期长、设计效率低、生产成本高;(２）很少采用标准件,难以实现对高精度、相似性特征工件设计。针对以上特点,本文着重研究并充分利用己有的夹具设计经验,将参数化、模块化技术应用到系统当中,从机床专用夹具可重构性的角度出发，建立参数化夹具定位机构、夹紧机构、对定机构以及对机床专用夹具的建模和虚拟装配,基于UＧ的二次开发对机床专用夹具进行设计,改变传统夹具设计模式,技术革新,创建夹具三维设计的新环境,可以大大缩短设计与制造周期,减少重复劳动,提高工作效率，降低生产成本。此外,利用UG二次开发三维参数化技术应用于夹具设计,对夹具的标准化、系列化将会起到积极的推动作用，有利于夹具设计的科学性和系统性管理，有利于企业取得良好的经济效益和社会效益。1.3研究的内容(课题的研究内容）对夹具的基本要求就是将工件定位并牢固的夹持在一定位置，并在机床工作台上有一定的方位,其次，还要满足其他要求,如保证夹具的生产率(容易装卸工件，采用自动或半自动夹紧装置,切屑容易排除），操作简单并安全(如对贵重工件采用防误功能的元件)，有效降低成本(考虑夹具材料和制造过程，优先选用标准件）。因此,夹具设计是一个复杂的过程，在传统夹具设计中,这些基本原理应用于具体夹具设计中主要取决于设计者的经验。从夹具设计人员的经验中收集表达这些知识是夹具设计的关键。夹具一般由定位装置、夹紧装置、对刀引导装置、其他元件及装置和夹具体等基本装置组成:其中定位装置主要包括定位元件及其组合,其作用是确定工件在夹具中的位置,即通过它使工件加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置,如支承钉、支承板、Ｖ形架、定位销等;夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力、惯性力以及切削力等外力作用而产生位移，同时防止或减少振动。它通常是一种机构,包括夹紧元件（如夹爪、压板等)，增力及传动装置(如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等)以及动力装置(如气缸、液压缸）等;对刀引导装置的作用是确定夹具相对于刀具的位置,或引导刀具进行加工，如对刀块、钻套、撞套等；其他元件及装置,如定向件、操作件以及根据夹具特殊功用需要设置的一些装置，如分度装置、工件顶出装置、上下料装置等；夹具体用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关部位连接，以确定夹具相对于机床的位置。根据夹具的基本组成，可以看出夹具设计的主要内容包括：(1)在收集整理有关产品设计参考资料和技术标准的基础上,分析产品零件的加工特征和加工车间的机床装备的情况并提取零件的特征信息，确定零件的加工方案;(2)切削力计算，根据零件的加工方案计算相关的切削力；(3)定位装置设计，其中包括定位方案的确定，定位元件的选择以及定位误差的计算等。定位方案和定位元件的选择包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等,主要决定于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用状况等因素；（4）夹紧装置设计，其中包括夹紧方案的确定,夹紧元件的选择以及夹紧力计算等；（5）对刀、引导装置以及夹具体的设计，其它特定要求涉及的相关元件与装置的确定,例如分度装置、定向键等；（6)完成夹具总体布局和装配图的设计绘制,并制定夹具的制造工艺。第二章汽车连杆加工工艺２.1任务分析机械制造业是国民经济的基础产业，是国民经济发展的支柱产业，国民经济中的任何行业的发展,都必须依靠机械制造业的支持并提供装备。工艺装备是机械制造系统中的一个重要组成部分。随着世界经济形式的不断变化,制造技术的不断发展以及企业竞争的全球化,为了赢得产品的上市时间，现代生产要求企业所制造的产品更新换代速度越来越快,传统的大批量生产模式逐渐被中、小批量生产模式所取代。根据国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。另一方面,根据有关资料统计,我国现有工业水平，生产准备周期一般要占整个产品研制周期的５０%~７０%，而工艺装备的设计制造周期又占生产准备周期的50%~70%，其中工艺装备的准备阶段中有70％～80％的时间用于夹具的设计和制造。所以夹具设计与制造对于产品的开发周期、产品上市的时间有重大的影响。因此，传统的夹具设计方法已不能满足现有机械制造行业的发展需要。为了适应多品种、中、小批量生产模式对夹具快速设计的需求,随着数控机床不断的广泛使用，越来越多的机械制造企业采用机床专用夹具。机床专用夹具是为加工某一零件的某一工序而专门设计,加工之前,根据工件加工要求、所采用的机床以及夹具的设计原则，选取夹具元件,确定所选元件之间的位置关系，设计制造装配得到满足要求的夹具。机床专用夹具具有结构紧凑、刚性好、操作迅速、方便、应用面广、量大等优点,由于机床专用夹具满足批量的生产要求,它将成为制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。传统的机床专用夹具设计是一种基于经验的夹具设计方法,需要经验丰富的夹具设计人员来完成，设计周期长,劳动量大，修改不便。效率低,因为传统设计方法通常没有利用ＣAD技术，给设计和修改带来了很大不便,越来越不能适应现代制造的要求。但是,在制造业中根据统计，超过70%的夹具设计都来源于对现有的相似夹具修改而成。机床专用夹具的设计也不例外。而一些大型的三维参数化CAD软件如ＵG、Ｐro/E、SoldｉＥdｇｅ等均未提供专用的夹具设计模块。为此,很有必要利用CＡD软件二次开发出能快速、准确绘制、装配和管理的参数化机床专用夹具设计软件,以提高夹具的设计效率和规范性，实现夹具设计经