连杆的加工工艺（共8篇）
连杆的加工工艺 篇1
【摘要】随着机械加工行业自主创新加工工序在不断更新，这就兴起了科研课题热，企业在产品的质量和效率上有了较高的要求。本文主要针对产品材料和形状的特殊性，经过不断改进加工工艺，在质量和效率上有了很大的突破，现将工艺流程叙述如下，以便有同样类型的产品加工时，有一定的参考依据。在保证质量的情况下，提高生产效率。
【关键词】材质;加工;方法
一、引言
由于连杆本身形状的特殊性，中间是圆柱形，两端是需要加工的。选择常规的v型铁作为工装，在压紧时，压板和圆柱只有几个点的接触。显然在装卡的过程中容易出现碰伤，在加工的过程中容易出现撞刀的可能性，在加工不同位置时需要反复移动压板才能继续加工。这样直接影响到加工的精度。为了保证加工过程中少装卡，又要装卡合理。必然要设计特定的工装。
二、当根据工件的外形和加工需要设计好2件工装后，下面将整个加工方案叙述如下：
加工过程中需要三次装卡
第一次装卡
根据先粗后精的加工理念
先将连杆圆形底座朝下放置在事先加工好的工装上面，该工装的好处是，只要第一件工件的四个面加工完成后，将数据输入系统里。以后每件工件只需要找正就可以，然后设备会根据事先输入的数据按制定的程序进行加工。这样最大限度的降低职工的劳动强度，增加生产效率。
由于工件的材质是42cr，材质较硬，加工四个表面用的刀具是160刀盘，需要装上与材质相匹配的进口刀片进行加工。
根据每一面的加工余量不同，加工的次数不同。当工作台每次转90度加工一面，直至转回起始位置才加工完毕。这样的加工方法，可以保证工件四个面的垂直度。可以很好的保证图纸上的要求。
第二次装卡
1、先用百分表将工件的水平和垂直以及侧面找正。
2、用粗镗刀粗加工r76.2的圆弧，单边留0.2毫米。
3、用进口中心钻点圆形底座端面6-∮20.62、2-∮12.7、2-∮16.5的中心孔(由于材料的特殊，用一般的中心钻根本无法加工)。
4、用∮20.4的钻头加工6-∮20.62的孔。
5、加工∮76.2的孔时，先将粗镗刀调为∮75.9进行粗加工。
6、用∮20.4的钻头加工后，孔的内部会出现比较粗糙的纹理，为了保证里面的光洁度。需要用∮20*80的合金铣刀。
为了保证加工后孔内成锥度，分两次加工，第一次用铣刀的头部全部将孔加工好，再多下20毫米将6-∮20.62的孔精加工一遍，这样就可以保证孔内部有锥度。
7、加工2-∮16.5，由于这两个孔是螺纹孔，这时就需要更换小一点的钻头∮16.4加工。
8、加工2-∮12.7，由于这两个孔是定位销用的。这时需要用∮12的钻头打底孔，还需要2把∮12的涂层铣刀，一把用于粗铣，单边留0.1毫米。另一把用于精铣，直至加工合格。
9、第4步已经粗加工∮76.2结束，这步选择精镗刀加工合格。
10、第1步已经粗加工完r76.2的圆弧，这步要精加工，由于材质比较硬，又是半圆。刀具在加工过程中磨损较大，为了防止刀片震动，导致松动后将圆弧加工偏大。固分3次进行加工。直至加工合格。
11、加工r76.2内部圆弧面上∮6.35毫米的孔。
12、加工r76.2内部圆弧面上2-∮19.05毫米的孔，由于该孔用于定位销，所以严格按图纸要求。先用∮18.5毫米的钻头打底孔，再需要2把∮12涂层铣刀，分粗精加工，粗加工时留0.1毫米的余量，精加工时加工至成。
13、用∮160毫米的刀盘加工半圆弧的端面以前，先用∮12的铣刀按图纸要求铣出要加工的深度。然后工作台旋转90度，用∮160的刀盘加工。以保证连杆的总长度符合图纸要求。
14、当上述工序完成后，检查无误后，按图纸要求进行倒角。
第三次装卡
这次主要加工工件上的斜孔
1、先用百分表将工件的水平和垂直以及侧面找正。
2、由于工装未动，所以只需要找斜孔的位置。
3、按图纸要求，在cad中抓点。找到位置，先不转工作台，用顶尖点出水平位置，再将工作台转到要求的.角度，按刚才点的那个位置在设备里设置好参数。
4、因为是斜孔，斜孔内部有台阶。最外边的孔为∮28.5.毫米里边的通孔为∮20.5毫米，先用∮25的合金铣刀，将角度转到制定角度。当铣刀加工到斜面时，将铣刀移出，深度下10毫米，加工到标记位置。加工成平面。按此方法，将剩下的一个斜孔加工成平面。
5、用进口中心钻按标记位置在平面上加工中心孔。
6、用∮20.5的钻头加工该斜面的两个通孔。
7、按图纸要求，圆弧端面一端到另一端的距离是22.2，其他表面需要加工成斜面，以保证距离为22.2毫米的一端。
8、在用∮28的铣刀按图纸要求，圆弧表面到孔内部台阶为18.5毫米。先下深度10毫米，进行加工后用游标卡尺测量出最终的深度。
9、由于第8部加工后，孔的口部有大量挤出的小毛刺。为了保证工件的美观，再用∮125盘刀按第7步的距离再加工一遍。
10、检查合格后，将工件的毛刺打磨干净。
在加工过程中，选择刀具的原则为，尽量选择普通刀具，选择合理的刀具参数进行加工，最大程度的合理使用刀具。
参考文献
[1]裴炳文.数控加工工艺与编程.机械工业出版社 .7
[2]韩旻.数控机床应用与编程.高等教育出版社 .3
[3]倪森寿.机械制造基础.高等教育出版社
连杆的加工工艺 篇2
关键词：连杆,镗孔,设备
1 引言
连杆是发动机的八大核心部件之一。连杆承受活塞销传来的气体作用力以及连杆本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力, 这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此, 连杆受到压缩、拉伸和弯曲等交变载荷的作用, 这要求连杆的质量尽可能小并具有足够的刚度和强度。如强度不足, 会发生连杆螺栓、大头盖及杆身断裂, 造成严重事故。如刚度不足, 会使连杆大头变形失圆, 导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损;还会使连杆杆身弯曲, 造成活塞与气缸偏磨、活塞环漏气和窜油等。因而其加工质量的好坏, 对发动机各方面性能有非常大的影响。对康明斯B系列连杆来说, 半精加工和精加工是其最关键的工序, 工艺及设备也较复杂, 其工序中有八项要求CPK值大于1.33, 因此本工序是整个连杆加工中最关键的和最重要的工序, 本工序控制不好将直接导致零件废品率上升, 同时也使零件的成本居高不下, 降低了市场的竞争力。本文主要针对我公司使用的BW多工位连杆加工设备的加工工艺及设备的特点进行介绍。
2 连杆的结构及特点
由于连杆要承受周期性往复惯性力, 就需要有足够的强度和刚度, 而强度和刚度与重量及外形尺寸是相矛盾的, 因此康明斯B系列连杆的设计在确保刚性的同时, 力求减轻重量, 并对连杆的加工工序进行有效控制。在考虑连杆小头受到的爆发压力及惯性力影响, 将小头侧面加工成斜面形, 杆身截面采用“I”字形, 大头采用台阶形平切口, 以减少螺栓受到的剪切力, 防止螺栓松动等。因而对其加工尺寸及形位公差要求更苛刻。连杆结构如图1。
3 BW多工位连杆加工设备的加工工艺及设备动作简介
BW多工位连杆加工设备是由德国BURKHARDT+WEBER GRUPPE公司制造的 (下面简称BW) , 是SLP连杆自动线中的OP60工序, 该设备采用五个工位, 可实现一次装夹完成上下料、半精镗、压衬套、精镗及自动检测5个工序, 减少了加工过程中连杆的重复定位, 提高了加工质量和效率。
(1) 上下料工位。采用手动上下料, 用液压销、液压钉和液压手臂夹紧限位, 确保装夹可靠;上料时限制小头内孔的液压销缩回, 连杆用五个液压定位钉进行初步定位, 关上防护门后, 液压定位销伸出, 将零件的上下位置限制住, 同时液压手臂伸出压紧连杆大头孔四周, 确保零件准确定位并牢靠。
(2) 对大头孔进行半精镗, 并对大头孔两端面倒角。其动作顺序如下:滑台向前快速前进→滑台工进 (压行程阀) 镗完内孔, 同时挡铁油缸带电, 伸出 (起缓冲滑台) →行程开关发迅→倒角油缸前进倒完前角→挡铁油缸失电→滑台快进 (行程约2mm即挡铁油缸行程) →倒角油缸快进到最前面 (伸刀) →挡铁油缸带电, 伸出推动滑台快退 (行程约2mm) →倒角油缸带电退回倒完后角 (外圆半径由大到小) →滑台快速退回, 挡铁油缸失电。如果加工中动作顺序出现差错, 将会出现严重的打刀现象。其中值得注意的是:滑台在整个加工过程中前进一侧始终带电, 直至滑台后退, 电磁阀才反向带电返回, 这个过程非常重要, 曾经因为该动作的一个换向阀的电磁铁接线不可靠, 出现频繁的打刀, 电气监控各阀的动作顺序没有一点问题, 从各方面查找没有发现异常, 用手捅阀机床动作正常, 经过反复检查, 发现控制滑台换向的电磁铁带电 (电磁铁上的指示灯亮) , 可是阀芯没有动作, 即该信号不可靠, 后更换了该电磁铁的接头, 故障消除。由于对整体过程的动作顺序清楚了, 再也没有出现加工过程中倒角刀频繁打刀现象。另外, 该挡铁油缸为单腔缸, 只能伸出, 返回靠滑台前进中的力量顶回, 行程约2mm。
(3) 压装衬套工位。通过滑道将衬套滑到气缸手爪上, 气缸将衬套送到位, 用液压压头将衬套压入连杆小头中。衬套位置由压头的定位套来保证其压入深度。
(4) 精镗连杆大、小头孔。保证连杆所有的关键尺寸的公差及CPK值。这是一个要求非常严格的工序, 其中镗大头孔利用了气液转换装置, 保证精镗刀准确地加工尺寸, 并自动缩回不留刀痕。小头孔采用比较常用的推杆机构控制精镗刀的伸张及回缩。
(5) 对零件的大、小头孔径进行检测, 并将检测结果反馈给精镗工位, 实现自动补偿, 保证加工尺寸长期稳定 (由于该设备使用时间较长, 该工位的功能失效, 已失去自动检测功能, 因而第四工位的自动补偿也暂且没有使用, 但其设计理念是非常先进的, 值得借鉴) 。
4 机床主要部件结构、功能及维护方法
4.1 半精镗镗刀结构
半精镗镗刀是由四把刀组成, 四把刀的安装位置分别成90°, 其中两个刀片安装于镗刀体上, 位置相差180°, 位于同一截面上, 作用是对大头孔半精镗, 另两个刀片安装于斜面滑动体上, 通过油缸推动滑动体在固定的斜面上前进、后退, 实现对大头孔的两端面进行倒角。其镗头结构如图2。
1.镗刀主体2.油缸推杆机构3.斜面滑块4.可调刀体
只要调整好各行程开关的位置及各管路的压力, 系统按上面介绍的顺序动作, 就不会出现异常的打刀现象, 并且倒角大小也很均匀。
4.2 精镗大小头主轴结构及精镗大小头的镗刀结构
精镗工位分别对连杆的大、小头孔进行精密镗孔, 公差要求大头孔径:±0.013mm;小头孔径:±0.007mm;大小头孔中心距:±0.025mm;两孔中心平行度0.15mm;大头孔对定位端面的垂直度0.07;大头孔的圆度0.013, 直线度0.013;小头孔表面粗糙度Ra0.6;大头孔表面粗糙度Ra0.4, 并且前面的八项都要求CPK值>1.33, 因而对设备的自身精度及加工过程控制非常关键。
大、小头主轴结构是采用高精度角接触球轴承和双列圆柱滚子轴承支承, 能使机床中主轴的刚性达到很高, 采用角接触轴承可以实现对轴承的预紧, 使主轴能承受更大的轴向和径向的负荷, 并且装配后主轴能达到很高的精度, 一般主轴的径向跳动精度都可控制在0.002mm以内。BW精镗工位大、小头的主轴具体结构见图3。
如图4, 小头镗刀采用推杆式镗刀机构, 通过调整油缸行程控制刀尖的伸缩量, 控制小头孔径尺寸。精镗小头孔的镗刀由两把刀组成, 两刀安装位置成90°, 相距约40mm, 第一把刀在镗刀本体4上, 初镗内孔, 第二把刀在可调刀体3上, 自动伸张精镗小头孔, 精镗后第二把刀自动缩回, 使精镗后不留下退刀痕。
1.小头镗刀油缸拉杆机构2.小头孔镗头3.大头孔镗头4.大头镗刀自动伸缩机构5.小头气液转化装置
1.油缸活塞推杆2.楔形导柱3.可调刀体4.镗刀本体
大头镗刀采用SAMSOMATIC刀具径向尺寸补偿机构 (ATC) , 该装置是将气压转化为液压, 以油压作为动力使补偿头部位发生弹性变形来实现自动伸缩和补偿, 该机构由驱动刀座位移的补偿头和控制压力的控制器组成, 控制器上装有控制压力功能的气动伺服阀门, 其基本结构见大头主轴结构, 具体控制过程如图5。
1.可换刀体2.镗刀壳体3.弹性变形体4.动力组件
其补偿头的结构原理如图6。
这种结构的突出特点是具有装有动力组件并可发生弹性变形的补偿头, 该补偿头是一种刚性整体结构, 在其内部装有由液压活塞和气缸组成的动力组件系统, 而由气液压变换器产生的液压则被传递过来, 并被转变为使动力组件发生强制性扩张的力, 同时在补偿头的外壳装有一个带有平行平板型弹性部的S状切槽, 是一个整体结构, 但通过油压产生的张力, 通过平行弹簧的作用, 使其作用于补偿头外壳的受压部件上, 使补偿头发生强制性补偿位移。其补偿头的位移量与液压系统的压力成正比, 如要控制位移量或补偿量, 只需对其施加的压力进行控制即可。由于采用可压缩气体作为介质的气动伺服机构, 使刚性体发生弹性变形的动力在气液压变换器处转换为巨大的压力, 并且动力源的压力具有可控性, 使本系统具备微米级的控制精度。这种系统在解除液压后瞬间即可使刀体恢复到原来的位置, 实现自动退刀, 确保刀具退刀时不留下退刀痕, 达到较高的表面加工质量, 当再次施加液压时, 立即可回归到弹性变形的状态, 进行精密镗削加工, 并可对刀具的磨损进行补偿调节。由于该结构本身不存在机械间隙, 驱动补偿作用的压力传递在毛细管内进行, 不存在结合部位的磨损, 并可获得稳定的作用力输出, 因而可实现长期的高精度及稳定性。此外, 该机构还可通过接收检测装置的补偿信号来进行自动补偿, 系统将输入的补偿量指令通过控制器内的逻辑处理转变为输出电流从而来控制气压, 实现自动补偿功能。
该机构的维护方法是:一般在气压0.4MPa时, 将表打在刀尖处, 指针能快速移动到全行程, 如果指针在一定范围内摆动或不稳定, 则说明油腔中有气体, 需要进行排气。排气时拧松螺钉, 重复进刀动作即可;如发现有退刀痕时, 需要给油室加油, 将重约30g、清洁的液压油放入加油器中, 再将加油器插入充油单向阀中给系统供油, 慢慢将油加入到油室中直到加满为止;检查有无油泄漏, 可在0.4MPa下, 让补偿装置进刀, 并保持该状态约15min。指针如有任何下降动作, 表明系统存在泄漏点, 需及时对该系统检查并更换相应的密封等。
4.3 液压回转工作台工作原理
该回转工作台是采用液压缸推动齿条, 齿条再带动齿轮旋转来实现的。当转台抬起油缸落下时, 齿条油缸向右移动, 带动转台顺时针旋转。当转台旋转到位后, 转台抬起油缸上升, 齿条油缸向左移动, 为下一循环作准备, 同时转台锁紧插销油缸上升将转台锁往, 使转台准确定位于每一个工位, 确保加工质量的可靠性。
转台转不到位的故障维护方法:先将转台抬起, 让齿轮轴与齿条油缸脱开, 松螺母, 让齿条油缸前进到位, 然后再将齿轮轴啮合, 拧紧螺母, 转台落下即可使转台到位, 即可进行自动循环。
总之, 只有对其整个结构进行深入的分析, 了解其结构与原理, 掌握机床工作的每一个动作顺序, 相信没有什么解决不了的故障。
5 结语
经过对该设备的深入分析及日常维护, 发现该设备有许多值得我们工程人员学习和借鉴的地方, 其中很多结构都是比较精典的。同时也为今后对设备进行有针对性的维护和保养, 并及时排除设备故障提供有益的帮助。
参考文献
连杆的加工工艺 篇3
关键词：连杆零件；机械加工工艺规程；专用夹具及其设计
1.引言
近年来，我国机械制造业随着科学技术的不断进步，得到了飞快的发展，也取得了较好的成效。机械制造是制造具有操作功能的零件和产品，其产品和零件在生活生产中可以直接被人们所使用，在社会中占据着举足轻重的地位，为国家的生活生产活动作出了巨大的贡献。连杆零件经常运用于我们的生活中，是活塞式压缩机、发动机重要的零件之一，其力学性能较好，使得机器在运行过程中，有足够的强度和刚度，能保证机器运行的效率。本文就连杆零件的机械加工工艺的规程和专用夹具的设计进行讨论分析。
2.连杆零件的机械加工工艺规程
2.1机械加工工艺规程设计
一般来讲，连杆零件的机械加工工艺规程包括：分析零件工艺性、选择毛坯的制造方法、选择基面的水位和高程的起始面、制定相关的工艺制造路线、确定各工艺的制造设备、刀具和夹具等、确定工序的切削用量，最后完整的填写工艺文件。这些步骤和环节紧紧相扣，缺一不可，为工艺生产奠定了坚实的基础。
2.2连杆的工艺性分析及生产类型的确定
连杆是机构中两端分别与主动和从动构件衔接，达到传递运动和力的目的，连杆工作的条件要求连杆具有较高的力学性能。这就对连杆机械加工工艺有了严格的要求。在连杆机械工艺性方面，应从其焊接性能、成型性能、铸造性能、热处理性等方面考虑，以保证连杆的强度、硬度、刚度和韧度，同时，还应该注意反映连杆进度的参数，如连杆大小头孔中心距尺寸进度、连杆大小头孔平行度等。由于连杆使用的比较广泛，生产类型一般为大批生产，因此在生产中，可以根据生产类型和生产条件，采用先进的制造方法，对此进行机械制造。
2.3拟定连杆工艺路线
连杆的工艺路线是描述机械制造中的操作顺利的技术。一般来说，连杆的机械制造的一项集很多工序为一体的制造工艺，为了完成连杆制造，需要进行一串的连续动作。制定出科学完善的工艺路线，对机械制造的有序进行有着重要的意义。对于连杆工艺路线，可拟定设计为：铸造—时效处理—铣上下2端面—铣下面侧面—钻孔—镗孔—钻孔—沟槽—铣宽槽—质检—入库。制造工艺却不是一层不变的，企业可根据自身的实际特点，对其中的环节进行增加、减少、交换和改变等。
2.4加工余量、工序尺寸和公差的确定
连杆机械制造工序的加工余量应该选择最小的加工余量，其目的是为了缩短加工时间，降低制造成本。加工余量必须保证能达到规定标准的精度和表面粗糙度。当然，加工连杆零件的尺寸越大，加工余量就越大，切削力、内应力引起的形变也会随之增大。因此，在选择加工余量和工序尺寸时，可以引入工序尺寸公差来进行经济加工精度范围的判断，以保证选择最佳的连杆零件的加工余量和工序尺寸。
2.5切削用量、时间定额的计算
切削用量是连杆零件机械制造过程中所采用的切削速度、切削深度和进给量等参数。可利用公式：vf=f.n=ɑf·z·n（n为工件或刀具的转速（转/分）或每分钟行程数（双行程/分）；z为多齿刀具的齿数），对其参数进行计算。针对时间定额的计算，可以根据粗铣槽底面和两侧面、半精铣槽底面和两侧面的时间计算公式：tj=（1+1a+1b）/fmz计算出基本时间。当然，每道工序时间还包括布置时间、休息与生理需要时间等，由于连杆零件机械生产类型为大量生产，其时间可以忽略不计。
3.连杆零件机械制造工序专用夹具的设计
3.1定位方案及定位误差分析
定位基准的选择应该尽量符合基准重合原则，但是对于工件槽深的要求来说，选择所加工槽相对的另一端面为定位基准，不重合的误差为ΔB，ΔB为两端面间的尺寸公差0.1mm，加工的槽深公差为0.4mm。槽角度位置为45±30’，工序要求的是大孔中心为基准，与两孔连线为45±30’。这样的定位方案，完全符合基准重合，使其定位精度比较高。
3.2夹紧机构
设计加紧机构时，应该充分考虑动作迅速可靠，加紧点接近被加工部位，提高生产效率，保证加工质量。因此，可以采用两个手动螺旋压板，夹紧点选择在大孔端面，同时把防转销设置在压板外侧，使其使用方便，进一步满足加工需求。
3.3对刀及夹具的安装方案的确定
在夹具设计安装方案时，可以拟定夹具机构方案或者绘制夹具草图，这对于设计定位装置，确定工具安装位置有很大的作用。由于槽的加工要保证刀具方向的位置，为了快速准确的对刀，必须使用直角对刀块。夹具在安装时，采用一对定位键定向，用螺母加紧两端耳座的T形螺栓，以保证对刀块的方向和工作台纵向方向一致，进一步提高槽深进度，使得加工质量得到保证。
3.4夹具体
夹具是机械制造过程中用来固定加工对象，让其能占有正确的位置，以接受施工或者检测。夹具体一般夹具上较为复杂的元件，不仅要考虑安置在夹具中所需要的各种元件，还要考虑工件的装卸和机床的固定较为方便。因此在设计夹具体的时候，应该满足一些基本要求：1）重量较轻，便于操作；2）有良好的强度、刚度等力学性能；3）应吊装方便，安全使用；4）结构和尺寸都较为稳定，有一定的精度；5）排屑方面，保证机器性能。
3.5方案综合评价和总结
在连杆零件专用夹具设计方案进行综合评价，该夹具结构比较简单，操作方面，不仅可以提高加工效率，还可以保证加工质量。采用手动加紧装置，直角对刀块可以使夹具在连杆零件加工前很好的对刀；同时，两对定位键可以使整个夹具在机床工作台有正确的安装位置，装卸比较方便，保证了加工精度，提高生产效率，扩大机床使用范围，减少成本投入，进一步提高了加工质量，达到了加工的目的。
4.总结
总而言之，连杆零件设计加工，包括了加工工艺规程和夹具设计。因为连杆工作条件要求比较高，在连杆的设计时，应该选择合适的机械定位基准，分析连杆的工艺性，拟定工艺制造路线，较准确的确定加工余量和切削用量；对夹具进行专业的设计，严格的考虑夹具定位的误差，进一步提高加工精度，减少成本，降低劳动力，确保连杆零件制造的质量。（作者单位：重庆市凯喆机械配件厂）
参考文献：
[1]贾会会.数控加工工艺规程与夹具设计的问题研究[J].机电产品开发与创新，2012，05：175-177.
[2]徐晋之.“钻床夹具设计”零件的机械加工工艺过程及工艺装备[J].科技传播，2013，03：169+120.
[3]许自英.车床专用夹具设计的分析与加工[J].硅谷，2012，12：130-131.
连杆的加工工艺 篇4
关键词：机械加工工艺;零件加工精度;热变形
机械加工工艺，即利用机械加工的相关办法更改毛坯，使其逐渐与零件的生产标准相吻合，主要包括了更改毛坯的形状、尺寸等方面。通常情况下，机械加工工艺越合理、越到位，则对应的零件加工精度也就越高。因此，加强对机械加工工艺对零件加工精度影响的分析，无疑对于从基础工艺层面提高零件加工的精度具有重要的作用和意义。
1机械加工概述
机械加工工艺过程的组成 篇5
2.安装――经一次装夹后所完成的工序内容
装夹――定位――加工前工件在机床或夹具上占据一正确的位置
夹紧――使正确位置不发生变化
增加安装误差
增加装夹时间――应尽量减少安装次数
3.工位――工件与工装可动部分相对工装固定部分所占的位置
多工位加工――提高生产率、保证加工面间的相互位置精度
4.工步――加工表面和加工工具不变条件下所完成的工艺过程
一次安装中连续进行的若干相同的工步→1个工步
用几把不同刀具或复合刀具加工→复合工步
5.走刀――每进行一次切削――1次走刀
二.工艺规程
1.工艺规程的作用――①指导生产
②组织生产和管理生产
③新建、扩建或改建工厂及车间
2.工艺规程的设计原则――①技术上的先进性
②经济上的合理性
典型零件的机械加工工艺分析 篇6
本章要点
本章介绍典型零件的机械加工工艺规程制订过程及分析，主要内容如下： 1．介绍机械加工工艺规程制订的原则与步骤。
2．以轴类、箱体类、拨动杆零件为例，分析零件机械加工工艺规程制订的全过程。
本章要求：通过典型零件机械加工工艺规程制订的分析，能够掌握机械加工工艺规程制订的原则和方法，能制订给定零件的机械加工工艺规程。
§4.1 机械加工工艺规程的制订原则与步骤
§4.1.1机械加工工艺规程的制订原则
机械加工工艺规程的制订原则是优质、高产、低成本，即在保证产品质量前提下，能尽量提高劳动生产率和降低成本。在制订工艺规程时应注意以下问题：
1．技术上的先进性
在制订机械加工工艺规程时，应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验，并保证良好的劳动条件。2．经济上的合理性
在规定的生产纲领和生产批量下，可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比，一般要求工艺成本最低。充分利用现有生产条件，少花钱、多办事。3．有良好的劳动条件
在制订工艺方案上要注意采取机械化或自动化的措施，尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全、创造良好、文明的劳动条件。
由于工艺规程是直接指导生产和操作的重要技术文件，所以工艺规程还应正确、完整、统一和清晰。所用术语、符号、计量单位、编号都要符合相应标准。必须可靠地保证零件图上技术要求的实现。在制订机械加工工艺规程时，如果发现零件图某一技术要求规定得不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改零件图或不按零件图去做。
§4.1.2 制订机械加工工艺规程的内容和步骤 1．计算零件年生产纲领，确定生产类型。
2．对零件进行工艺分析
在对零件的加工工艺规程进行制订之前，应首先对零件进行工艺分析。其主要内容包括：
（1)分析零件的作用及零件图上的技术要求。
(2)分析零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度以及设计基准等；
(3)分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性。
3．确定毛坯
毛坯的种类和质量对零件加工质量、生产率、材料消耗以及加工成本都有密切关系。毛坯的选择应以生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面及非加工表面的技术要求等几方面综合考虑。正确选择毛坯的制造方式，可以使整个工艺过程更加经济合理，故应慎重对待。在通常情况下，主要应以生产类型来决定。4．制订零件的机械加工工艺路线
(1)确定各表面的加工方法。在了解各种加工方法特点和掌握其加工经济精度和表面粗糙度的基础上，选择保证加工质量、生产率和经济性的加工方法。
(2)选择定位基准。根据粗、精基准选择原则合理选定各工序的定位基准。(3)制订工艺路线。在对零件进行分析的基础上，划分零件粗、半精、精加工阶段，并确定工序集中与分散的程度，合理安排各表面的加工顺序，从而制订出零件的机械加工工艺路线。对于比较复杂的零件，可以先考虑几个方案，分析比较后，再从中选择比较合理的加工方案。5.确定各工序的加工余量和工序尺寸及其公差。
6.选择机床及工、夹、量、刃具。机械设备的选用应当既保证加工质量、又要经济合理。在成批生产条件下，一般应采用通用机床和专用工夹具。7.确定各主要工序的技术要求及检验方法。8.确定各工序的切削用量和时间定额。
单件小批量生产厂，切削用量多由操作者自行决定，机械加工工艺过程卡片中一般不作明确规定。在中批，特别是在大批量生产厂，为了保证生产的合理性和节奏的均衡，则要求必须规定切削用量，并不得随意改动。9.填写工艺文件
§4.2 轴类零件的加工工艺制订
轴类零件是机器中的常见零件，也是重要零件，其主要功用是用于支承传动零部件（如齿轮、带轮等），并传递扭矩。轴的基本结构是由回转体组成，其主要加工表面有内、外圆柱面、圆锥面，螺纹，花键，横向孔，沟槽等。
轴类零件的技术要求主要有以下几个方面：
（l）直径精度和几何形状精度
轴上支承轴颈和配合轴颈是轴的重要表面，其直径精度通常为IT5~IT9级，形状精度（圆度、圆柱度）控制在直径公差之内，形状精度要求较高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差。
（2）相互位置精度
轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）对于支承轴颈的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴为0.001~0.005mm。此外，相互位置精度还有内外圆柱面间的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。
93（3）表面粗糙度
根据机器精密程度的高低，运转速度的大小，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.16~0.63μm，配合轴颈Ra值为0.63~2.5μm。
各类机床主轴是一种典型的轴类零件，图4-1所示为车床主轴简图。下面以该车床主轴加工为例，分析轴类零件的工艺过程。
图4-1 车床主轴简图
§4.2.1 主轴的主要技术要求分析
1．支承轴颈的技术要求 一般轴类零件的装配基准是支承轴颈，轴上的各精密表面也均以其支承轴颈为设计基准，因此轴件上支承轴颈的精度最为重要，它的精度将直接影响轴的回转精度。由图4-1见本主轴有三处支承轴颈表面，（前后带锥度的Ａ、Ｂ面为主要支承，中间为辅助支承）其圆度和同轴度（用跳动指标限制）均有较高的精度要求。
2．螺纹的技术要求 主轴螺纹用于装配螺母，该螺母是调整安装在轴颈上的滚动轴承间隙用的，如果螺母端面相对于轴颈轴线倾斜，会使轴承内圈因受力而倾斜，轴承内圈歪斜将影响主轴的回转精度。所以主轴螺纹的牙形要正，与螺母的间隙要小。必须控制螺母端面的跳动，使其在调整轴承间隙的微量移动中，对轴承内圈的压力方向正。
3．前端锥孔的技术要求 主轴锥孔是用于安装顶尖或工具的莫氏锥炳，锥孔的轴线必须与支承轴颈的轴线同轴，否则影响顶尖或工具锥炳的安装精度，加工时使工件产生定位误差。
4．前端短圆锥和端面的技术要求 主轴的前端圆锥和端面是安装卡盘的定位面，为保证安装卡盘的定位精度其圆锥面必须与轴颈同轴，端面必须与主轴的回转轴线垂直。
5．其它配合表面的技术要求 如对轴上与齿轮装配表面的技术要求是：对Ａ、Ｂ轴颈连线的圆跳动公差为0.015mm，以保证齿轮传动的平稳性，减少噪音。
上述的（1）、（2）项技术要求影响主轴的回转精度，而（3）、（4）项技术要求影响主轴作为装配基准时的定位精度，而第（5）项技术要求影响工作噪音，这些表面的技术要求是主轴加工的关键技术问题。
综上所述，对轴类零件，可以从回转精度、定位精度、工作噪音这三个方面分析其技术要求。
§4.2.2 主轴的材料、毛坯和热处理
1．主轴材料和热处理的选择。一般轴类零件常用材料为45钢，并根据需要进行正火、退火、调质、淬火等热处理以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。
对于中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等牌号的合金结构钢，这类钢经调质和表面淬火处理，使其淬火层硬度均匀且具有较高的综合力学性能。精度较高的轴还可使用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，它们经调质和局部淬火后，具有更高的耐磨性和耐疲劳性。
在高速重载条件下工作的轴，可以选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等渗碳钢，经渗碳淬火后，表面具有很高的硬度，而心部强度和冲击韧性好。
在实际应用中可以根据轴的用途选用其材料。如车床主轴属一般轴类零件，材料选用45钢，预备热处理采用正火和调质，最后热处理采用局部高频淬火。
2．主轴的毛坯。轴类毛坯一般使用锻件和圆钢，结构复杂的轴件（如曲轴）可使用铸件。光轴和直径相差不大的阶梯轴一般以圆钢为主。外圆直径相差较大的阶梯轴或重要的轴宜选用锻件毛坯，此时采用锻件毛坯可减少切削加工量，又可以改善材料的力学性能。主轴属于重要的且直径相差大的零件，所以通常采用锻件毛坯。
§4.2.3 主轴加工的工艺过程
一般轴类零件加工简要的典型工艺路线是：毛坯及其热处理→轴件预加工→车削外圆→铣键槽等→最终热处理→磨削。
某厂生产的车床主轴如图4-1所示，其生产类型为大批生产；材料为45钢；毛坯为模锻件。该主轴的加工工艺路线如表4-1。
§4.2.4 主轴加工工艺过程分析 1．定位基准的选择
在一般轴类零件加工中，最常用的定位基准是两端中心孔。因为轴上各表面的设计基准一般都是轴的中心线，所以用中心孔定位符合基准重合原则。
同时以中心孔定位可以加工多处外圆和端面，便于在不同的工序中都使用中心孔定位，这也符合基准统一原则。
当加工表面位于轴线上时，就不能用中心孔定位，此时宜用外圆定位，例如表4-1中的第10序钻主轴上的通孔，就是采用以外圆定位方法，轴的一端用卡盘夹外圆，另一端用中心架架外圆，即夹一头，架一头。作为定位基准的外圆面应为设计基准的支承轴颈，以符合基准重合原则。如上述工艺过程中的17和23序所用的定位面。
表4-1 车床主轴加工工艺过程
此外，粗加工外圆时为提高工件的刚度，采取用三爪卡盘夹一端（外圆），用顶尖顶一端（中心孔）的定位方式，如上述工艺过程的6、8、9序中所用的定位方式。
由于主轴轴线上有通孔，在钻通孔后（第10序）原中心孔就不存在了，为仍能够用中心孔定位，一般常用的方法是采用锥堵或锥套心轴，即在主轴的后端加工一个1：20锥度的工艺锥孔，在前端莫氏锥孔和后端工艺锥孔中配装带有中心孔的锥堵，如图4-2ａ所示，这样锥堵上的中心孔就可作为工件的中心孔使用了。使用时在工序之间不许卸换锥堵，因为锥堵的再次安装会引起定位误差。当主轴锥孔的锥度较大时，可用锥套心轴，如图4-2ｂ所示。
图4-2 锥堵与锥套心轴
为了保证以支承轴颈为基准的前锥孔跳动公差（控制二者的同轴度），采用互为基准的原则选择精基准，即第11、12序以外圆为基准定位车加工锥孔（配装锥堵），第16序以中心孔（通过锥堵）为基准定位粗磨外圆；第17序再一次以支承轴颈附近的外圆为基准定位磨前锥孔（配装锥堵），第21、22序，再一次以中心孔（通过锥堵）为基准定位磨外圆和支承轴颈；最后在第23序又是以轴颈为基准定位磨前锥孔。这样在前锥孔与支承轴颈之间反复转换基准，加工对方表面，提高相互位置精度（同轴度）。
2．划分加工阶段
主轴的加工工艺过程可划分为三个阶段：调质前的工序为粗加工阶段；调质后至表面淬火前的工序为半精加工阶段；表面淬火后的工序为精加工阶段。表面淬火后首先磨锥孔，重新配装锥堵，以消除淬火变形对精基准的影响，通过精修基准，为精加工做好定位基准的准备。
3．热处理工序的安排
45钢经锻造后需要正火处理，以消除锻造产生的应力，改善切削性能。粗加工阶段完成后安排调质处理，一是可以提高材料的力学性能，二是作为表面淬火的预备热处理，为表面淬火准备了良好的金相组织，确保表面淬火的质量。对于主轴上的支承轴颈、莫氏锥孔、前短圆锥和端面，这些重要且在工作中经常摩擦的表面，为提高其耐磨性均需表面淬火处理，表面淬火安排在精加工前进行，以通过精加工去除淬火过程中产生的氧化皮，修正淬火变形。
4．安排加工顺序的几个问题 1）深孔加工应安排在调质后进行
钻主轴上的通孔虽然属粗加工工序，但却宜安排在调质后进行。因为主轴经调质后径向变形大，如先加工深孔后调质处理，会使深孔变形，而得不到修正（除非增加工序），安排调质处理后
钻深孔，就避免了热处理变形对孔的形状的影响。
2）外圆表面的加工顺序
对轴上的各阶梯外圆表面，应先加工大直径的外圆，后加工小直径外圆，避免加工初始就降低工件刚度。
3）铣花键和键槽等次要表面的加工安排在精车外圆之后，否则在精车外圆时产生断续切削，影响车削精度，也易损坏刀具。主轴上的螺纹要求精度高，为保证与之配装的螺母的端面跳动公差，要求螺纹与螺母成对配车，加工后不许将螺母卸下，以避免弄混。所以车螺纹应安排在表面淬火后进行。
4）数控车削加工
数控机床的柔性好，加工适应性强，适用于中、小批生产。本主轴加工虽然属于大批生产，但是为便于产品的更新换代，提高时生产效率，保证加工精度的稳定性，在主轴工艺过程中的第15序也可采用数控机床加工，在数控加工工序中，自动的车削各阶梯外圆并自动换刀切槽，采用工序集中方式加工，既提高了加工精度，又保证了生产的高效率。由于是自动化加工，排除了人为错误的干扰，确保加工质量的稳定性。取得了良好的经济效益。同时采用数控加工设备为生产的现代化提供了基础。在大批生产时，一些关键工序也可以采用数控机床加工。
§4.3 箱体类零件的加工工艺
箱体零件是机器或部件的基础零件，轴、轴承、齿轮等有关零件按规定的技术要求装配到箱体上，连接成部件或机器，使其按规定的要求工作，因此箱体零件的加工质量不仅影响机器的装配精度和运动精度，而且影响机器的工作精度、使用性能和寿命。下面以图4-3所示齿轮减速箱体零件的加工为例讨论箱体类零件的工艺过程。
§4.3.1 箱体类零件的结构特点和技术要求分析
图4-3所示零件为某车床主轴箱体类零件，属于中批生产，零件的材料为HT200铸铁。一般来说，箱体零件的结构较复杂，内部呈腔形，其加工表面主要是平面和孔。对箱体类零件的技术要求分析，应针对平面和孔的技术要求进行分析。
1．平面的精度要求
箱体零件的设计基准一般为平面，本箱体各孔系和平面的设计基准为G面、H面和P面，其中G面和H面还是箱体的装配基准，因此它有较高的平面度和较小表面粗糙度要求。
2．孔系的技术要求 箱体上有孔间距和同轴度要求的一系列孔，称为孔系。为保证箱体孔与轴承外圈配合及轴的回转精度，孔的尺寸精度为IT7，孔的几何形状误差控制在尺寸公差范围之内。为保证齿轮啮合精度，孔轴线间的尺寸精度、孔轴线间的平行度、同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差，均应有较高的要求。
3．孔与平面间的位置精度
箱体上主要孔与箱体安装基面之间应规定平行度要求。本箱体零件主轴孔中心线对装配基面（G、H面）的平行度误差为0.04mm。
4．表面粗糙度
重要孔和主要表面的粗糙度会影响连接面的配合性质或
接触刚度，本箱体零件主要孔表面粗糙度为0.8μm，装配基面表面粗糙度为1.6μm。
§4.3.4 箱体类零件的加工工艺过程分析
一、主要表面的加工方法选择
箱体的主要加工表面有平面和轴承支承孔。
箱体平面的粗加工和半精加工主要采用刨削和铣削，也可采用车削。当生产批量较大时，可采用各种组合铣床对箱体各平面进行多刀、多面同时铣削；尺寸较大的箱体，也可在多轴龙门铣床上进行组合铣削，可有效提高箱体平面加工的生产率。箱体平面的
精加工，单件小批量生产时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研外，一般多用精刨代替传统的手工刮研；当生产批量大而精度又较高时，多采用磨削。为提高生产效率和平面间的位置精度，可采用专用磨床进行组合磨削等。
箱体上公差等级为IT 7级精度的轴承支承孔，一般需要经过3～4次加工。可采用扩一粗铰一精铰，或采用粗镗－半精镗一精镗的工艺方案进行加工(若未铸出预孔应先钻孔）。以上两种工艺方案，表面粗糙度值可达Ra0.8～1.6μm。铰的方案用于加工直径较小的孔，镗的方案用于加工直径较大的孔。当孔的加工精度超过IT 6级，表面粗糙度值Ra小于0.4μm时，还应增加一道精密加工工序，常用的方法有精细镗、滚压、珩磨、浮动镗等。
二、箱体加工定位基准的选择
1．粗基准的选择
粗基准的选择对零件主要有两个方面影响，即影响零件上加工表面与不加工表面的位置和加工表面的余量分配。为了满足上述要求，一般宜选箱体的重要孔的毛坯孔作粗基准。本箱体零件就是宜主轴孔Ⅲ和距主轴孔较远的Ⅱ轴孔作为粗基准。本箱体不加工面中，内壁面与加工面（轴孔）间位置关系重要，因为箱体中的大齿轮与不加工内壁间隙很小，若是加工出的轴承孔与内壁有较大的位置误差，会使大齿轮与内壁相碰。从这一点出发，应选择内壁为粗基准，但是夹具的定位结构不易实现以内壁定位。由于铸造时内壁和轴孔是同一个型心浇铸的，以轴孔为粗基准可同时满足上述两方的要求，因此实际生产中，一般以轴孔为粗基准。
2．精基准的选择
选择精基准主要是应能保证加工精度，所以一般优先考虑基准重合原则和基准同一原则，本零件的各孔系和平面的设计基准和装配基准为为G、H面和P盖，因此可采用G、H面和P三面作精基准定位。
三、箱体加工顺序的安排
箱体机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则： 1．先面后孔的原则
箱体加工顺序的一般规律是先加工平面，后加工孔。先加工平面，可以为孔加工提供可靠的定位基准，再以平面为精基准定位加工孔。平面的面积大，以平面定位加工孔的夹具结构简单、可靠，反之则夹具结构复杂、定位也不可靠。由于箱体上的孔分布在平面上，先加工平面可
以去除铸件毛坯表面的凹凸不平、夹砂等缺陷，对孔加工有利，如可减小钻头的歪斜、防止刀具崩刃，同时对刀调整也方便。
2．先主后次的原则
箱体上用于紧固的螺孔、小孔等可视为次要表面，因为这些次要孔往往需要依据主要表面（轴孔）定位，所以这些螺孔的加工应在轴孔加工后进行。对于次要孔与主要孔相交的孔系，必须先完成主要孔的精加工，再加工次要孔，否则会使主要孔的精加工产生断续切削、振动，影响主要孔的加工质量。
3． 孔系的数控加工
由于箱体零件具有加工表面多，加工的孔系的精度高，加工量大的特点，生产中常使用高效自动化的加工方法。过去在大批、大量生产中，主要采用组合机床和加工自动线，现在数控加工技术，如加工中心、柔性制造系统等已逐步应用于各种不同的批量的生产中。车床主轴箱体的孔系也可选择在卧式加工中心上加工，加工中心的自动换刀系统，使得一次装夹可完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工，减少了装夹次数，实行工序集中的原则，提高了生产率。
图4-3 某车床主轴箱体简图
§4.4 拨动杆零件机械加工工艺规程 §4.4.1 零件的工艺分析
图4-4所示零件是某机床变速箱体中操纵机构上的拨动杆，用作把转动变为拨动，实现操纵机构的变速功能。本零件生产类型为中批生产。下面对该零件进行精度分析。对于形状和尺寸（包括形状公差、位置公差）较复杂的零件，一般采取化整体为部分的分析方法，即把一个零件看作由若干组表面及相应的若干组尺寸组成的，然后分别分析每组表面的结构及其尺寸、精度要求，最后再分析这几组表面之间的位置关系。由图4-4零件图样中可以看出，该零件上有三组加工表面，这三组加工表面之间有相互位置要求，具体分析如下：
三组加工表面中每组的技术要求是：
1．以尺寸φ16H7mm为主的加工表面，包括φ25h8mm外圆、端面，及与之相距74±0.3mm的孔φ10H7mm。其中φ16H7mm孔中心与φ10H7mm孔中心的连线，是确定其它各表面方位的设计基准，以下简称为两孔中心连线。
2．粗糙度Ra6.3μm平面M，以及平面M上的角度为130°的槽。3．P、Q两平面，及相应的2－M8mm螺纹孔。对这三组加工表面之间主要的相互位置要求是：
第⑴组和第⑵组为零件上的主要表面。第⑴组加工表面垂直于第⑵组加工表面，平面M是设计基准。第⑵组面上的槽的位置度公差φ0.5mm，即槽的位置(槽的中心线)与B面轴线垂直且相交，偏离误差不大于φ0.5mm。槽的方向与两孔中心连线的夹角为22°47’±15’。第⑶组及其它螺孔为次要表面。第⑶组上的Ｐ、Ｑ两平面与第⑴组的M面垂直，P面上螺孔M8mm的轴线与两孔中心连线的夹角45°。Q面上的螺孔M8mm的轴线与两孔中心连线平行。而平面P、Q位置分别与Ｍ８的轴线垂直，Ｐ、Ｑ位置也就确定了。
§4.4.2毛坯的选择
此拨动杆形状复杂，其材料为铸铁，因此选用铸件毛坯。§4.4.3定位基准的选择
1．精基准的选择
选择基准思路的顺序是，首先考虑以什么表面为精基准定位加工工件的主要表面，然后考虑以什么面为粗基准定位加工出精基准表面，即先确定精基准，然后选出粗基准。由零件的工艺分析可以知道，此零件的设计基准是M平面和φ16mm和φ10mm两孔中心的连线，根据基准重合原则，应选设计基准为精基准，即以M平面和两孔为精基准。由于多数工序的定位基准都是一面两孔，也符合基准同一原则。
2．粗基准的选择
根据粗基准选择应合理分配加工余量的原则，应选φ25mm外圆的毛坯面为粗基准（限制四个自由度），以保证其加工余量均匀；选平面N为粗基准（限制一个自由度），以保证其有足够的余量；根据要保证零件上加工表面与不加工表面相互位置的原则，应选R14mm圆弧面为粗基准
106（限制一个自由度），以保证φ10mm孔轴线在R14mm圆心上，使R14mm处壁厚均匀。
§4.4.4工艺路线的拟定
1．各表面加工方法的选择
根据典型表面加工路线，M平面的粗糙度Ra6.3μm，采用面铣刀铣削；130°槽采用“粗刨－精刨”加工；平面P、Q用三面刃铣刀铣削；孔φ16H7mm、φ10H7mm可采用“钻－扩－铰”加工；φ25mm外圆采用“粗车－半精车－精车”，Ｎ面也采用车端面的方法加工；螺孔采用“钻底孔－攻丝加工”。
2．加工顺序的确定
虽然零件某些表面需要粗加工、半精加工、精加工，由于零件的刚度较好，不必划分加工阶段。根据基准先行、先面后孔的原则，以及先加工主要表面（M平面与φ25mm外圆和φ16mm孔），后加工次要表面（P、Q平面和各螺孔）的原则，安排机械加工路线如下所示：
①以N面和φ25mm毛坯面为粗基准，铣M平面。②以M平面定位，同时按φ25mm毛坯外圆面找正，“粗车－半精车－精车”φ25mm外圆到设计尺寸，“钻－扩－铰”φ16mm孔到设计尺寸，车端平面N到设计尺寸。
③以Ｍ面（三个自由度）、φ16mm（两个自由度）和Ｒ14mm（一个自由度）为定位基准，“钻－扩－铰”φ10mm孔到设计尺寸。
④以N平面和φ16mm、φ10mm两孔为基准，“粗刨－精刨”130°槽。⑤铣P、Q平面。（一面两孔定位）。
NSE连杆涨断加工关键技术研究 篇7
南汽小排量发动机 (简称NSE) 连杆生产线采用的是德国ALFING公司制造的目前世界上最先进的激光涨断设备, 连杆的材料为C70S6高碳微合金非调质钢, 采用激光涨断工艺代替传统的铣、拉、磨等分体加工方法 (如图1) , 使连杆体和连杆盖的重复定位精度及装配质量大幅度提高, 对提高连杆承载、抗剪切能力以及发动机整机性能具有重要作用。
2 C70S6材料成分、组织与力学性能
2.1 化学成分
C70S6材料的化学成分如表1。
研究表明, 当含C量小于0.6%时, 锻造空冷后会得到更多的铁素体组织, 降低材料屈服强度与抗拉强度, 减小材料脆性, 不利于裂解加工;而含C量大于0.75%时, 锻造空冷后可能出现贝氏体与马氏体组织, 使锻钢毛坯组织中出现硬点, 恶化可切削性能, 从而降低刀具使用寿命。
为了改善材料的可切削性能, 要增加Mn的含量, 且Mn的含量至少要大于0.25%。Mn与S结合形成MnS, 可以避免热脆性。两者的比例要保证为3∶1左右, 同时Mn的含量要小于0.6%, 否则锻造空冷后很难得到所需的硬度。
%
2.2 显微组织
C70S6材料的室温组织为珠光体加断续的铁素体, 而且铁素体大致呈网状包围在珠光体周围, 二者比例大致为10%的铁素体和90%的珠光体, 其珠光体组织为由铁素体和渗碳体交替组成的片层状珠光体, 如图2。
2.3 力学性能
C70S6材料的力学性能如表2。
C70S6材料涨断后, 断口基本无塑性变形, 为脆性解理断裂。图3、图4分别表示屈服强度和抗拉强度与应变速率的关系。从图3、图4看出, 随着应变率的上升, 屈服强度随之增加, 而抗拉强度变化幅度不大。
3 连杆锻造工艺特点
锻钢连杆利用锻后余热直接冷却即可, 从而取消了常规的调质处理以及校直和消除应力的工序, 节约了生产成本。
为保证锻造加工后连杆内部为珠光体组织 (尽量减少铁素体组织) , 应控制始锻温度与冷却速度, 从而有利于脆性断裂的实现。一般始锻温度控制在1 150℃, 采用强风冷却, 硬度控制在29～31HRC。获得较高的硬度和抗拉强度, 可使涨断过程中塑性变形小, 更有利于实现脆性断裂。
加热温度、冷却速度对C70S6锻造连杆裂解质量的影响如图5。
研究表明, 锻造温度与锻后冷却速度对材料力学性能有明显影响。图6为硬度与加热温度和冷却速度关系。图7为抗拉强度与加热温度的关系。在同一锻造加热温度下, 冷却速度越快, 连杆的硬度、强度越高。冷却速度相同时, 随锻造加热温度的增高, 硬度、强度降低;但锻造的加热温度超出1 250℃时, 其硬度、强度略有增高, 原因是锻造加热温度增高使其晶粒尺寸增大、珠光体团尺寸增大。
4 连杆涨断工艺分析
4.1 工艺流程
连杆涨断工艺流程如表3。
4.2 激光割槽和涨断的原理
(1) 连杆分离面的涨断工艺是把连杆盖从连杆的本体上断裂而分离开来, 它不是用铣、拉削这类传统的切削加工方法, 而是用激光在连杆大头孔的断裂处首先加工出两条应力集中槽;裂解过程中造成应力集中, 把连杆盖从连杆本体上涨断而分离出去, 靠自然形成的断口将连杆体和连杆盖合拢装配, 获得良好的重复定位和装配精度。
(2) 连杆大头孔在涨断后的圆度和楔力与大头孔预加工槽深度有关。断裂槽的深度大, 则连杆大头孔在涨断后的变形小, 涨断时的楔力小;但是, 断裂槽的深度不能太深, 因为大头孔的精镗和铰珩的余量只有1.6 mm, 所以激光割槽深度控制在0.35～0.40mm, 而且分离面外缘不产生多于一个的崩口, 且崩口面积<2 mm2。
(3) 采用激光加工连杆大头孔的两条槽, 可保持形状一致, 也就保证了连杆大头孔在涨断后的变形一致。
4.3 激光涨断加工优点
(1) 节省了连杆盖和连杆体结合面的加工, 自然形成的断口将连杆体和连杆盖合拢装配, 获得良好的重复定位装配精度。
(2) 节省了螺栓定位孔的加工, 只需两个螺栓拉紧就可以满足使用, 省掉了螺栓孔的精加工 (铰和镗) 。
(3) 节省了连杆盖的输送, 提高了生产率;减少了连杆大头孔的变形, 提高了连杆加工精度和装配质量。
(4) 与传统加工方法相比, 减少加工工序50%, 减少设备投资25%, 降低生产成本30%, 提高了生产效率。
5 涨断设备组成及加工过程分析
5.1 设备组成
涨断设备的组成如表4, 其总布置如图8。
5.2 加工过程分析
(1) 工位1
机械手水平和垂直方向皆由CNC控制, 机械手下面带有的旋转气缸能实现90°水平和垂直方向旋转, 旋转气缸连接两个平行夹爪, 用来抓取工件。机械手将抓取的工件放在转台上, 电机带动转台每次旋转60°, 将工件输送到加工位置上, 锁紧装置将转台锁紧。
(2) 工位2
连杆大、小头孔定位在中心销上, 并且小头孔外侧有一压板将工件压紧, 工件外面有一黑色的防护罩, 用来吸收涨断过程中产生的部分能量。防护罩连接抽吸管, 将割槽过程中产生的粉尘和颗粒吸出。激光加工头可水平及垂直移动, 从而对工件进行割槽。
激光加工头的喷嘴和工件的距离通常为1±0.05mm。激光割槽深度控制在0.35～0.40 mm (如图9) 。操作者要经常检查喷嘴与工件的距离以及割槽的深度, 否则影响涨断质量并加速涨断轴的磨损。
(3) 工位3
转台将工件输送到涨断工位, 抬起装置将工件抬起, 连杆大头孔进入涨断轴内, 小头孔进入菱形销内, 菱形销在滑台的带动下移动, 大头孔的一侧紧靠在固定的涨断轴面上, 工件的定位点处于大头孔的中心, 2个支撑销在连杆大头连杆盖两侧, 弹性压板将工件压紧, 液压缸带动斜铁向上移动, 工件瞬间被涨开, 滑台带动菱形销同时回到原位, 涨开的连杆盖和连杆体被迅速对齐 (如图10) , 连杆在涨断的同时, 压缩空气打开, 吹在涨断面上。
(4) 工位4
连杆螺栓输送和预拧紧工位主要由螺栓的振动输送分选装置、液压抬起装置、Bosch气动拧紧枪 (2个) 、气动吹螺栓装置、环形传感器 (检测螺栓有无状态) 、气动平行夹爪 (将工件中心定位夹紧装置) 和自动横向移动螺栓孔距调整装置组成。
(5) 工位5
螺栓终拧紧工位主要由液压抬起装置、Bosch气动拧紧枪 (2个) 、液控工件分开装置、铁屑分离气动振动装置、环形传感器、气动平行夹爪、自动横向移动螺栓孔距调整装置组成。
这个工位能够对螺栓扭矩及角度进行测量。最大的扭矩测量范围为102 Nm, 空转速为3 291 r/min;NSE发动机连杆螺栓装配扭矩为18±2 Nm, 角度要求为90°±5°。
(6) 工位6
目前是空工位, 为二期产量达到42万台/年预留。
6 连杆涨断常见的质量缺陷及解决措施
常见的质量缺陷主要有掉渣、错位和夹屑。解决措施如下:
a.控制连杆锻件毛坯质量;
b.调整左右激光割槽的深度;
c.及时更换磨损的涨块和斜铁;
d.连杆涨断时, 压缩空气吹在涨断面上确保无夹屑;
e.及时调整相应的工装夹具精度等.
连杆的加工工艺 篇8
关键词：机械；加工工艺；加工精度；影响
机械加工精度是机械加工质量的关键所在，主要就是指加工产品的尺寸、几何形状和相互位置与最初设计的参数是否符合。具体来说影响机械加工精度的因素很多，本文着重分析了机械加工工艺对加工精度的影响，通常而言，影响加工精度的原因主要表现在三个方面：几何精度、受力变形和热变形。
1.机械加工工艺简介
通常所说的机械加工工艺，指的就是：按照加工工艺流程，通过合适的途径改变生产产品的几何形状、尺寸、相对位置以及特性等，完成对生产的加工或半加工。工艺流程是指具体采用何种工艺对产品进行加工，工艺流程过程的确定主要依据产品的数量、设备条件、操作人员素质等。工艺规程就是将工艺过程按照有关规定写成工艺文件。
1.1.机械加工工艺过程
机械加工生产过程所包含的内容非常多，包括原材料的运输、保存，加工准备阶段，毛坯制作和产品的热处理等工作。工艺过程就是直接改变原材料的几何形状、尺寸和特性变成成品的过程。该过程是机械加工中的关键环节，它由若干个按顺序排列的工序组成。按生产类型可以大致将机械加工分为三类：单件生产、成批生产和大量生产。
1.2.机械加工工艺路线制定
机械加工工艺规程的制定主要由以下几方面确定：
1.2.1.规范合理的零件加工工艺路线；
1.2.2.各工序所需的工序尺寸 ；
1.2.3.完成各工序需要的机床设备。制定工艺路线主要坚持的原则有：
1.2.3.1.对于基准面优先加工，在加工过程中，先平面后孔的加工次序，这是为了保证平面和孔有足够的相对位置精度；
1.2.3.2.加工过程中有粗加工和精加工，分开加工注意次序，根据具体的零件选择合适的加工设备与热处理方法。
2.机械加工工艺系统对加工精度的影响
机械加工工艺对加工精度的影响主要划分为三方面：工艺系统的几何精度、工艺系统的受力变形和工艺系统的热变形。
2.1.工艺系统的几何精度对加工精度的影响
加工工艺系统对加工精度的影响主要是由误差造成的，主要的误差包括：加工原理误差、机床误差、调整误差以及刀具、夹具的误差等。
2.1.1.加工原理误差的产生主要是由于加工时刀具进行的是近似的成型运动。例如在数控铣床上铣削复杂曲面的产品时，采用的是球头刀具沿着曲面每个点的切线进行近似成形的加工，由于其原理上是近似的所以会有误差产生。大部分的机床都采用这种工作方式，虽然会降低加工精度，但是这样原理上的简化有利于简化机床的结构和刀具的形状，并且其误差也是控制在一定范围之内的，因此，这种加工方式应用广泛。
2.1.2.引起机床误差的原因较多，主要的原因有以下三方面：机床的制造误差、安装误差以及机床运行由于磨损、振动等原因引起的误差。
2.1.3.在进行机械加工时对加工工艺系统的调整是不可避免的，但是调整就会存在误差，调整误差就是这么来的。
2.1.4.加工时使用的刀具在出厂时，因为制造工艺的问题就会存在误差，由刀具加工的产品一样会有误差，这就是刀具误差。夹具的误差主要是由夹具制造误差、夹具定位误差、夹具安装误差三者构成。针对机床、刀具以及夹具的制造误差，一般通过误差补偿技术来减少误差提高加工精度。
2.2.工艺系统受力变形对加工精度的影响
在机床进行加工时，工艺系统一般会受到切削力、传动力以及机器、工件自身的重力等，产生一定的变形，这样可能会使刀具和工件的相对位置发生变化，进而在加工时出现几何形状和尺寸误差。工艺系统受力变形产生的误差主要有以下三个方面：
2.2.1.工件的刚度，当工件刚度小于机床和刀具刚度时，在加工时各种力的作用下，工件应其刚度较小而发生变形，从而使精度下降；
2.2.2.刀具的刚度，当外圆车刀的刚度较大相连的刀杆刚度较差时，两者之间刚度的差距使得刀杆受力变形，影响加工精度；
2.2.3.机床部件的刚度，到目前为止，测定机床部件的刚度仍未应用到实践的生产过程中。
2.3.工艺系统的热变形对加工精度的影响
在进行机械加工的过程中，由于各种热的产生使工艺系统产生热变形，变形后使的加工的刀具与加工的工件之间的相对位置改变，致使精度下降。热变形是一定会存在的并且对零件的加工精度影响很大，特别是工件需要精加工时，例如精度要求高的细长杆的加工，这种误差可能使工件变为废品。工艺系统的热变形主要有三方面组成：工件的热变形、刀具的热变形和机床的热变形。减少工件热变形的措施：
2.3.1.在切削作业时，保证冷却液的充足，防止工件的切削面温度过高，同时也可以进行相应的误差补偿；
2.3.2.在进行工件的夹紧时，可以使工件表面存在微量变形，抵消热变形。
刀具的热变形产生的误差也是很大的。刀具的热变形主要是由切削热产生。为了减少刀具热变形，合理分配切削量进给量等，减少切削热的产生，同时还要注意对刀具进行足够的冷却。
对于加工工件的机床而言，内部结构复杂，受热各组件温升不同，导致不同的温度场，各组件的相对位置也发生变化，使的加工精度下降。通常，减少机床热变形主要通过以下几方面的措施：
2.3.2.1.减少热量产生的源头；
2.3.2.2.加强机床的散热能力；
2.3.2.3.优化机床的结构，例如使机床内部结构是热对称的；
2.3.2.4.阻止外部热量的进入，调控机床周围温度；
2.3.2.5.预热机床，使机床进入热平衡状态，使机床的热变形会趋于稳定。
结语：我国的科学技术在飞速发展，加工工艺技术也在不断的提高，为了使加工精度保持允许的误差范围内，这就要求相关工作人员不断的试验、仔细的分析研究，提高加工工艺技术水平，提高加工精度。
参考文献：
[1] 任妙芳. 浅析机械加工精度的影响因素及提高措施[J]. 机械研究与应用. 2010（02）
[2] 李万岭，李宝魁. 工艺系统热变形对加工精度的影响及措施分析[J]. 现代商贸工业. 2009（14）
[3] 秦云，赵超峰. 机械加工中获得零件加工精度的方法[J]. 中国科技信息. 2009（15）
作者简介：