連桿零件機(jī)械加工技術(shù)及專用夾具設(shè)計(jì)研究

刁文海

（廣州市機(jī)電高級(jí)技工學(xué)校，廣東 廣州 510435）

連桿零件機(jī)械加工技術(shù)及專用夾具設(shè)計(jì)研究

刁文海

（廣州市機(jī)電高級(jí)技工學(xué)校，廣東 廣州 510435）

隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，連桿零件機(jī)械類的加工工藝流程以及對(duì)專業(yè)夾 具的設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了一定的高度，促進(jìn)了零件加工制造業(yè)的蓬勃發(fā)展。然而，現(xiàn)在連桿零件的機(jī)械加工制造流程工藝并未按照常規(guī)規(guī)范進(jìn)行，加之夾具的設(shè)計(jì)不具備科學(xué)化合理化特點(diǎn)，從而影響了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，而且導(dǎo)致原材料大量浪費(fèi)。本文就連桿零件機(jī)械加工技術(shù)和專業(yè)夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的分析介紹。

連桿零件；機(jī)械加工；專用夾具；設(shè)計(jì)理念

連桿零件廣泛使用在壓縮機(jī)器、汽車(chē)配件中，目的是為了把活塞和車(chē)內(nèi)曲軸連接起來(lái)，從而保證這兩者可以穩(wěn)定工作，轉(zhuǎn)速均勻。連接起來(lái)的兩種結(jié)構(gòu)不僅具有高強(qiáng)度，而且抗震能力也有所加大，同時(shí)也提高了零件的韌性和強(qiáng)度，讓汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率保持在一定范圍內(nèi)，不會(huì)超出規(guī)定范圍，從而增加了車(chē)輛在行駛途中的穩(wěn)定性。隨著工業(yè)制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展，連桿零件的制作越來(lái)越精巧，提高了制作的難度，從而催發(fā)了專業(yè)夾具的生產(chǎn)，以專業(yè)夾具為輔，整體的提高連桿零件的精準(zhǔn)度。

1 連桿零件機(jī)械加工水平

1.1 連桿的結(jié)構(gòu)及原材料選取

眾所周知，連桿是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中很重要的零件，連接著活塞和曲軸，是相對(duì)細(xì)長(zhǎng)的截面形桿體，細(xì)桿截面大多從上到下是由粗變細(xì)的，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能更好的連接兩個(gè)零件，而且可以承受汽車(chē)轉(zhuǎn)軸時(shí)的強(qiáng)大沖勁。一般來(lái)說(shuō)，連桿由連桿大頭蓋、桿體和連桿小頭等組成，連桿小頭大多為圓形結(jié)構(gòu)，連桿桿體是一個(gè)長(zhǎng)桿，在工件運(yùn)作過(guò)程中受力是最大的，所以需要很大的韌性。此外，連桿的大頭、小頭與桿體的連接應(yīng)該呈圓弧形，這樣可以減輕集中在桿體上的受力程度。

在連桿零件的材料選擇上一定要保證的就是有足夠的剛度和強(qiáng)度，這是由連桿零件的本質(zhì)所決定的，因此在選擇時(shí)通常會(huì)采用碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼或者粉末冶金連桿，碳素調(diào)質(zhì)鋼一般適用于功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，而合金調(diào)質(zhì)鋼主要適用于大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，粉末冶金連桿具有高強(qiáng)度和足夠的韌性，足以通過(guò)對(duì)連桿零件的疲勞測(cè)試。

1.2 確保連桿的精度

由于連桿的作用是將活塞的來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將作用在活塞上的力傳遞給曲軸，確保連桿的輸出功率。因此，連桿的精度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是否可以穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義，如果連桿的精度不能保證，后續(xù)的機(jī)械加工過(guò)程都會(huì)受到不小的影響。

1.3 連桿定位基準(zhǔn)的選擇

連桿定位基面的選擇分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)的選擇原則是將未經(jīng)過(guò)加工的表面作為粗基準(zhǔn)；選擇剩余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)；還可以選擇尺寸足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，同時(shí)要注意不能重復(fù)使用粗基準(zhǔn)，這樣會(huì)降低基準(zhǔn)選擇的精度。精基準(zhǔn)由于大小兩端的面積都不小，所以會(huì)選用一個(gè)指定的端面和小端孔作為精基準(zhǔn)。要將粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)分別做到位才是真正的完成了連桿定位基準(zhǔn)的選擇。

1.4 加工設(shè)備的選擇

由于連桿零件的零碎性，所以生產(chǎn)時(shí)往往都是大規(guī)模的生產(chǎn)，且主連桿加工機(jī)床的選擇會(huì)直接影響到連桿的加工精度和質(zhì)量，如果選擇了適合而又穩(wěn)固的加工設(shè)備，連桿零件的機(jī)械加工效率就會(huì)提高，因此，對(duì)加工設(shè)備的選擇應(yīng)十分慎重。

1.5 連桿零件強(qiáng)度測(cè)試

在機(jī)械加工完成之后，對(duì)連桿零件的強(qiáng)度測(cè)試是必不可少的，否則如果在工作的過(guò)程中發(fā)生因疲勞而導(dǎo)致工作中斷就是得不償失了。在連桿零件的疲勞試驗(yàn)中主要有兩種不同的方法。一種方法是對(duì)某個(gè)連桿零件進(jìn)行針對(duì)性的無(wú)休止的疲勞試驗(yàn)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低，只是無(wú)法確定連桿零件在此條件下的狀態(tài)如何。另一種是直接放在發(fā)動(dòng)機(jī)架上進(jìn)行試驗(yàn)，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果簡(jiǎn)單明了，并且十分準(zhǔn)確，不會(huì)存在其它不必要的風(fēng)險(xiǎn)。但是這樣的試驗(yàn)方法也存在一定的缺點(diǎn)，就是所花費(fèi)的成本比較大。但是這兩種方法都是簡(jiǎn)單有效的，完全適用于連桿零件的強(qiáng)度測(cè)試。

2 專用夾具的設(shè)計(jì)

2.1 夾具的基本構(gòu)造

夾具是將零件部件與機(jī)床進(jìn)行有效連接的裝置設(shè)備，夾具使用性能的高低直接影響著加工部件不同位置檢測(cè)的精確度，具有特殊的功能效果。夾具構(gòu)造形式具有多樣化，通常包括方案部件的選擇設(shè)計(jì)、夾緊方案的具體設(shè)計(jì)以及對(duì)夾緊定位產(chǎn)生的誤差進(jìn)行合理分析，以此不斷提升夾具的應(yīng)用范圍。

2.2 定位方案

對(duì)連桿零件進(jìn)行定位和夾緊是夾具的主要作用，在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)該要符合六點(diǎn)定位原理，即先在平面上確定六個(gè)定位支撐點(diǎn)，使其與工件上的定位基面緊密接觸，每一個(gè)支撐點(diǎn)都都限制工件的一個(gè)自由度，最后將六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)可能性全部限制，在空間上形成確定的位置。六點(diǎn)定位就是為連桿零件的定位量身定做的，這樣的定位方案，完全符合連桿零件對(duì)定位的要求。

2.3 夾緊機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，首先要保證工件可以牢固的接觸到相應(yīng)的定位基面，否則會(huì)在夾緊后產(chǎn)生移位或晃動(dòng)等從而影響工件的位置，所以?shī)A緊機(jī)構(gòu)必須有足夠的夾緊力和韌性；其次，為了縮短加工時(shí)間，應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，且?jiàn)A緊動(dòng)作要十分敏捷、安全省力，因此夾緊機(jī)構(gòu)需要具有很強(qiáng)的電動(dòng)力，來(lái)保證工件的生產(chǎn)高效而有序的進(jìn)行。

2.4 對(duì)刀及夾具的安裝設(shè)計(jì)

對(duì)刀時(shí)為了避免刀具與對(duì)刀塊直接接觸而造成刀具的磨損，需要將塞尺置于刀具與對(duì)刀塊之間?？梢允褂玫娜哂袌A柱形和平面形兩種，均可選擇。夾具在安裝時(shí)，需采用夾緊機(jī)構(gòu)將對(duì)刀塊夾緊，從而保證對(duì)刀塊的方向工作臺(tái)縱向方向保持一致，提高夾具位置的準(zhǔn)確性，不會(huì)發(fā)生晃動(dòng)等不必要的麻煩，在夾具安裝時(shí)，還有很重要一點(diǎn)就是要符合基準(zhǔn)重合原則，達(dá)到基準(zhǔn)統(tǒng)一，這樣完全可以保證夾具安裝的穩(wěn)固性，切實(shí)提高工件的生產(chǎn)效率。

2.5 夾具體的設(shè)計(jì)

夾具體是夾具上最大且最復(fù)雜的原件，在夾具體上需要安裝許多原件、裝置，同時(shí)還要考慮如何保證夾具體的穩(wěn)定性。所以對(duì)夾具體的體積要有一定的要求，不能因過(guò)大而影響其布置情況。

在設(shè)計(jì)夾具體的時(shí)候，需滿足以下幾點(diǎn)最基本的要求：（1）重量較輕，便于操作；（2）有良好的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能；（3）應(yīng)吊裝方便，安全使用；（4）結(jié)構(gòu)緊湊且穩(wěn)定；（5）排屑方便，保證機(jī)器性能。

2.6 夾具定位誤差的具體分析

夾具定位誤差分析主要包括兩種形式，分別為垂直方向上定位誤差分析和水平方向上定位誤差分析。這兩種分析法都要控制好物體與板面之間的尺寸和距離。首先是基準(zhǔn)不重合誤差ΔB：這時(shí)夾具的定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)是相互重合的，所以ΔB=0；其次是基準(zhǔn)位移誤差ΔY：這是一種平面定位法，基準(zhǔn)誤差可以適當(dāng)忽略不計(jì)，所以ΔY=0；最后一種是垂直方向上定位誤差：ΔD=ΔB+ΔY=0。水平方向上定位誤差分析主要包括兩種首先也是基準(zhǔn)不重合誤差ΔB：這時(shí)夾具的整體定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)處于重合狀態(tài)，所以ΔB=0；然后是基準(zhǔn)位移誤差ΔY：當(dāng)定位銷垂直放置時(shí)，這時(shí)銷與孔表面可以相互融合接觸，達(dá)到比較好的效果?；鶞?zhǔn)位移誤差按教材公式計(jì)算為：ΔY=TD+Td+Xmin=0025+0016+0009=0050＜018/3。經(jīng)過(guò)計(jì)算，能夠有效滿足當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展理念。

2.7 方案綜合評(píng)價(jià)及總結(jié)

此種夾具設(shè)計(jì)方案將加工工藝簡(jiǎn)單化，且?jiàn)A具的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)電動(dòng)來(lái)控制的，所以其工作時(shí)間是人類無(wú)法企及的，由此大大縮短了加工時(shí)間，降低了成本，減少了定位誤差，在提高效率的同時(shí)，還保證了加工出零件的質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

由于對(duì)的連桿工作性能要求比較高，所以在連桿零件機(jī)械加工設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)慎重選擇合適的機(jī)械定位基準(zhǔn)，將粗基準(zhǔn)與精基準(zhǔn)的選擇做到位；其次要深入的分析連桿的性能，將其優(yōu)良性能充分發(fā)揮出來(lái)；再次是要提前將加工的流程確定下來(lái)，保證中間不能出現(xiàn)任何差錯(cuò)，準(zhǔn)確而高效地將連桿零件機(jī)械加工流程完成；在夾具的設(shè)計(jì)方面，應(yīng)實(shí)施嚴(yán)格的定位誤差分析，將夾緊機(jī)構(gòu)和夾具體設(shè)計(jì)完善，保證連桿零件的質(zhì)量，不斷提高加工的高效性。

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