機(jī)械畢設(shè)-發(fā)動(dòng)機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙說(shuō)明書(shū)+翻譯】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
系部
與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
指導(dǎo)教師姓名
職稱
講師
從事
專業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
發(fā)動(dòng)機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。在現(xiàn)代社會(huì)中，工業(yè)不僅能為人類提供數(shù)量最多及適宜的交通運(yùn)輸工具，而且還能帶動(dòng)相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的繁榮。目前全世界的總產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)6400萬(wàn)輛，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中工業(yè)的產(chǎn)值已占其國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的8%以上，占其整個(gè)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)值的30%。工業(yè)在100多年的發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)歷激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與兼并改組世界能源危機(jī)及第三次工業(yè)革命的沖擊，依然發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，并呈現(xiàn)出兩種迥然不同的發(fā)展模式。一種是美、日、歐洲等主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展工業(yè)的模式：資本高度集中壟斷，利用其高科技優(yōu)勢(shì)自主開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，頻繁換型，采取大批量規(guī)模經(jīng)營(yíng)的生產(chǎn)方式，同時(shí)將產(chǎn)品輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y本輸出，以多種合作方式跨國(guó)經(jīng)營(yíng)，使的生產(chǎn)趨于國(guó)際化。另一種是一些新興工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展中國(guó)家發(fā)展工業(yè)的模式：采用優(yōu)惠政策引進(jìn)外資及先進(jìn)的技術(shù)與裝備，先期進(jìn)口散件進(jìn)行裝車(chē)，之后逐步提高零件的國(guó)產(chǎn)化率，進(jìn)而達(dá)到零部件自給，最終形成自成體系的工業(yè)。第二種模式中，韓國(guó)和西班牙先獲得了成功經(jīng)驗(yàn)，之后巴西、中國(guó)和墨西哥亦采用了這種模式使各自國(guó)家的工業(yè)獲得了快速發(fā)展。
工業(yè)是當(dāng)代工業(yè)大生產(chǎn)的典型代表。它實(shí)行大批量規(guī)模生產(chǎn)，追求大批量、優(yōu)質(zhì)量、低成本與高效益的綜合經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。為達(dá)此目標(biāo)，工業(yè)要不斷吸收與采納新技術(shù)、新工藝核心材料方便的最新研究成果。目前工業(yè)已成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要載體，許多高效自動(dòng)的加工制造技術(shù)，如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）等均已應(yīng)用于工業(yè)中。但無(wú)論是傳統(tǒng)的制造技術(shù)還是先進(jìn)制造技術(shù)，其核心均是以工藝信息內(nèi)容為中心?？梢?jiàn)工藝問(wèn)題在整個(gè)制造業(yè)乃至制造中的重要性。
眾所周知，連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的五大主關(guān)件之一，其在發(fā)動(dòng)機(jī)中的地位是顯而易見(jiàn)的。它是發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力的主要運(yùn)動(dòng)件，在機(jī)體中做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，連桿小頭隨活塞作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；連桿大頭隨曲軸作高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；連桿桿身在大、小頭孔運(yùn)動(dòng)的合成下作復(fù)雜的擺動(dòng)。
連桿在承受往復(fù)的慣性力之外，還要承受高壓氣體的壓力，在氣體的壓力和慣性力合成下形成交變載荷，這就要求連桿具有耐疲勞、抗沖擊，并具備足夠的強(qiáng)度、剛度和較好的韌性。
連桿材料一般采用45鋼或40cr，45Mn2等優(yōu)質(zhì)鋼或合金鋼。鋼制連桿都用模鍛制造毛坯。它的鍛造工藝有兩種方案，將連桿體和蓋分開(kāi)鍛造，連桿體和蓋整體鍛造。
從鍛造后材料的組織來(lái)看，分開(kāi)鍛造的連桿蓋金屬纖維是連續(xù)的，因此具有較高的強(qiáng)度，而整體鍛造的連桿，銑切后，連桿蓋的金屬纖維是斷裂的，因而削弱了強(qiáng)度。整體鍛造要增加切開(kāi)連桿的工序，但整體鍛造可以提高材料利用率，減少結(jié)合面的加工余量。加工時(shí)裝夾也比較方便。工廠中連桿的材料是40cr，調(diào)質(zhì)處理，整體鍛造，只需要一套鍛模，一次便可鍛成，也有利于組織和管理生產(chǎn)。鍛造師表面冷卻速度快，對(duì)內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面應(yīng)力是平衡的，但銑分開(kāi)面后應(yīng)力不平衡，易變形，所以要增加校力這一工序。
曲軸連桿廠的連桿加工屬于大批量生產(chǎn)，而連桿剛性差，因此工藝路線多為工序分散，大部分工序用高生產(chǎn)的組合機(jī)床和專用機(jī)床，并廣泛地使用氣動(dòng)、液動(dòng)夾具、以提高生產(chǎn)率。在加工過(guò)程中，連桿毛坯件的大頭孔是橢圓的，沿橢圓短軸銑分開(kāi)面，去掉加工余量，正好是一個(gè)圓與曲軸相配合，毛坯鍛造后要進(jìn)行磁場(chǎng)探傷，檢驗(yàn)裂紋，并校直保證直線度。在車(chē)間，連桿的工藝過(guò)程卡把工序排為40多個(gè)，主要分為粗加工，半精加工和精加工三個(gè)階段。
首先進(jìn)行兩端面加工。連桿的兩端面是連桿加工過(guò)程中最主要的定位基準(zhǔn)面，而且在許多工序中使用，所以應(yīng)先加工它，且隨著工藝過(guò)程的進(jìn)行要逐漸精化其基準(zhǔn)，以提高其定位精度。在車(chē)間銑兩端時(shí)，為保證兩端面對(duì)稱于桿身軸線，以桿身定位，在專用銑床上裝兩把硬質(zhì)合金端銑刀盤(pán)，工件裝夾在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上作低速回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工完一個(gè)面，轉(zhuǎn)過(guò)180°再加工另一端面。然后采用雙端面磨床進(jìn)行磨削，以保證兩端面的平行度和高的生產(chǎn)率。
連桿大小頭端面對(duì)稱分布在桿身的兩側(cè)，由于大小頭孔厚度不等，所以大頭端面與同側(cè)小頭端面不在一個(gè)平面上，用這樣不等高面作定位基準(zhǔn)，必定會(huì)產(chǎn)生定位誤差。因大小頭厚度公差要求不高，工廠在制定工藝時(shí)采用最經(jīng)濟(jì)的方法加工成一樣的厚度。這樣，以任一端面、小頭孔及工藝凸臺(tái)作為大部分工序的統(tǒng)一定位基準(zhǔn)，有利于保證連桿的加工精度，而且端面面積大，定位也比較穩(wěn)定。
連桿大小頭孔德加工時(shí)連桿加工中的關(guān)鍵工序，尤其大頭孔的加工時(shí)連桿各部位加工中要求最高的部位，直接影響連桿成品的質(zhì)量。
一般先加工小頭孔，因尺寸小，鍛坯上不鍛出預(yù)孔，所以小頭孔首道工序?yàn)殂@削加工，加工方案多為：鉆--擴(kuò)（拉）--鏜（鉸），采用有三個(gè)爪的浮動(dòng)夾板，自動(dòng)定心夾緊，它的錐度和小頭錐度相同，并用大孔心軸定位，避免轉(zhuǎn)動(dòng)。然后加工大頭孔，一般都會(huì)鍛出預(yù)孔，所以加工方案為粗鏜--半精鏜--精鏜。采用整體鍛造大頭孔在半精鏜之后將連桿身蓋銑開(kāi)，并以分開(kāi)面定位鉆螺紋出孔，斜剖式結(jié)構(gòu)連桿剛性不足，設(shè)計(jì)時(shí)加浮動(dòng)支撐，然后合鉆擴(kuò)，攻螺紋保證同軸度，修正螺紋孔時(shí)，可用銑刀擴(kuò)孔，不用鉆頭，以消除向下的力。這一工序主要保證螺紋孔的垂直度，可將垂直度轉(zhuǎn)化為平行度進(jìn)行檢驗(yàn)。
組裝后精鏜大小頭孔，在專用雙軸鏜床上同時(shí)進(jìn)行。大小頭孔的光整加工是保證孔的尺寸，形狀精度和表面粗糙度不可缺少的工序。大孔的衍磨是一種有切屑的加工，去掉波峰，提高孔德圓柱度，小孔的滾壓則是一種無(wú)切屑的加工，把波峰壓下去，降低表面粗糙度。
連桿本身剛度比較低，易變形，所以在安排工藝時(shí)應(yīng)把各主要面粗、精加工工序分開(kāi)，這樣，粗加工產(chǎn)生的變形在半精加工中得到修正，半精加工產(chǎn)生的變形在精加工中得到修正，最后達(dá)到零件的技術(shù)要求。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各料、新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，機(jī)械制造工藝正向高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。電火花、電解、超聲波、種新材激光、電子束和離子束加工等工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機(jī)械能、切削力進(jìn)行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復(fù)雜的型面和某些具有特殊要求的零件。
數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，提高了更新頻繁的小批量零件和形狀復(fù)雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大大推進(jìn)了機(jī)械加工工藝的進(jìn)步，使工藝過(guò)程的自動(dòng)化達(dá)到了一個(gè)新的階段。目前，數(shù)控機(jī)床的工藝功能已由加工循環(huán)控制、加工中心，發(fā)展到適應(yīng)控制。加工循環(huán)控制雖可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)加工工序的自動(dòng)化，但不同的工序中刀具的更換及工件的重新裝夾，仍須人工來(lái)完成。加工中心是一種高度自動(dòng)化的多工序機(jī)床，能自動(dòng)完成刀具的更換，工件的轉(zhuǎn)位和定位，主軸和進(jìn)給量的變換等，使工件在機(jī)床上只安裝一次就能完成全部加工。因此，他可以顯著縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，適應(yīng)控制數(shù)控機(jī)床是一種具有“隨機(jī)應(yīng)變”功能的機(jī)床，他能在加工中，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)整切削條件，是機(jī)床保持最佳狀態(tài)下進(jìn)行加工，因而有效提高加工效率，擴(kuò)大品種，更好的保證了加工質(zhì)量，并達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效率。
近年發(fā)展起來(lái)的以計(jì)算機(jī)為行動(dòng)中心，完成加工、裝卸、運(yùn)輸、管理的柔性制造系統(tǒng)，具有監(jiān)視、診斷、修復(fù)、自動(dòng)轉(zhuǎn)位加工產(chǎn)品的功能，使多品種、中小批量生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了加工自動(dòng)化，大大促進(jìn)了自動(dòng)化的進(jìn)程，尤其是將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造結(jié)合起來(lái)而形成的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，是加工自動(dòng)化向智能化方向發(fā)展的又一關(guān)鍵性技術(shù)，并進(jìn)一步朝著網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化的方向發(fā)展。
工藝裝備的設(shè)計(jì)、制造、使用和管理，體現(xiàn)著一個(gè)企業(yè)的工藝技術(shù)水平，夾具設(shè)計(jì)與制造又是制造環(huán)境中的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期時(shí)間和加工成本的重要因素，工裝設(shè)計(jì)水平的高低，很大程度上反映出企業(yè)制造能力的高低。
夾具設(shè)計(jì)與制造是機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的一項(xiàng)重要步驟，傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)制造時(shí)需大量的工時(shí)消耗和金屬材料的消耗。目前，基于特征參數(shù)化技術(shù)已在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的各個(gè)階段得到廣泛的應(yīng)用，夾具設(shè)計(jì)也必須向標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、參數(shù)化方向發(fā)展。而且，為了適應(yīng)我國(guó)加入WTO后機(jī)電產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和盡快機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的全程仿真，快速組合夾具的發(fā)展正是適應(yīng)了這種要求。
夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
在今天隨著工業(yè)的高速發(fā)展，“小體積、大功率、低油耗”的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)連桿提出更新、更高的要求,對(duì)其連桿的工藝設(shè)計(jì)的目的和意義在于：
1）作為高速運(yùn)動(dòng)件重量要輕，減小慣性力，降低能耗和噪聲；
2）強(qiáng)度、剛度要高，并具有較高的韌性；
3）連桿比要大，連桿要短。
在機(jī)械制造工業(yè)中，完成工件所需要的加工工序時(shí)，經(jīng)常通過(guò)使用夾具來(lái)提高生產(chǎn)效率，提高加工精度，減少?gòu)U品，改善操作的勞動(dòng)強(qiáng)度。設(shè)計(jì)宗旨是在確保質(zhì)量的前提下, 改善加工條件, 提高工作效率。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1. 基本內(nèi)容
1) 客觀分析連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)要求，選出最佳材料和毛坯；
2) 分析連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程并編制出連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片；
3）計(jì)算工藝尺寸鏈和工時(shí)定額,以此減小加工誤差，提高生產(chǎn)效率；
4）設(shè)計(jì)出合理的夾具；
5）連桿和夾具的檢驗(yàn)，利用AutoCAD畫(huà)出連桿及其夾具。
2. 擬解決的主要問(wèn)題
2.1工序安排
連桿加工工序安排應(yīng)注意兩個(gè)影響精度的因素：（1）連桿的剛度比較低，在外力作用下容易變形；（2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。因此在連桿加工工藝中，各主要表面的粗精加工工序一定要分開(kāi)。
2.2定位基準(zhǔn)
精基準(zhǔn)：以桿身對(duì)稱面定位，便于保證對(duì)稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。
統(tǒng)一精基準(zhǔn)：以大小頭端面，小頭孔、大頭孔一側(cè)面定位。因?yàn)槎嗣娴拿娣e大，定位穩(wěn)定可靠；用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。
2.3夾具使用
應(yīng)具備適應(yīng)“一面一孔一凸臺(tái)”的統(tǒng)一精基準(zhǔn)。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準(zhǔn)”情況，這時(shí)小頭定位銷應(yīng)做成活動(dòng)的，當(dāng)連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進(jìn)行加工。
保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此，精銑端面時(shí)，夾具可考慮重復(fù)定位情況，如采用夾具限制7個(gè)自由度（其是長(zhǎng)圓柱銷限制4個(gè)，長(zhǎng)菱形銷限制2個(gè)）。長(zhǎng)銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復(fù)定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采取一定措施，一方面長(zhǎng)圓柱銷削去一邊，另一方面設(shè)計(jì)頂出工件的裝置。
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)研和查閱資料
確定發(fā)動(dòng)機(jī)連桿工藝設(shè)計(jì)及其夾具設(shè)計(jì)方案
連桿加工過(guò)程中的夾具設(shè)計(jì)
連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)工藝性分析
夾具設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作（生產(chǎn)綱領(lǐng)、零件圖與工序圖、工序內(nèi)容）
連桿的材料、毛坯及主要技術(shù)要求
定位基準(zhǔn)的分析和定位方案的確定
連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程卡編寫(xiě)
對(duì)刀元件和導(dǎo)向元件的選擇
夾具總圖的繪制及尺寸和夾具技術(shù)要求的標(biāo)注
完成設(shè)計(jì)圖紙，說(shuō)明書(shū)
四、進(jìn)度安排
1.第1-2周（3月1～3月14） 調(diào)研、收集資料、撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
2.第3-4周（3月15 ～3月28） 確定連桿的工藝設(shè)計(jì)及其夾具設(shè)計(jì)方案。
3.第5-8周（3月29 ～4月25） 連桿的CAD零件圖及工藝過(guò)程卡的編制。
4.第9-10周（4月26～5月9） 連桿工藝過(guò)程中夾具的設(shè)計(jì)。
5.第11-12周（5月10～5月16） 夾具圖的繪制。
7.第13-14周（5月17～5月30） 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì)提交指導(dǎo)老師審核。
8.第15-16周（5月31～6月13） 畢業(yè)設(shè)計(jì)修改。
9.第17周（6月14～20） 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
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