万向节滑动叉加工工艺及夹具设计

序 言 机械制造工艺学课程设计是在学完了大学的全部基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 一 . 零 件 的 分 析 （一）零件的作用 题目所给的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节 滑动叉（见附图 1），它位于传动轴的端部。主要作用一是传递扭矩；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由于零件可以调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉头部位上有两个 39 孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联节的作用。零件 外圆内为 花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力之用。 （二）零件的工艺分析 万向节滑动叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分 述如下： 1 以 39 为中心的加工表面 这一组加工表面包括：两个 39 寸为 118007.0孔相垂直的平面，还有在平面上的四个螺孔。其中，主要加工表面为 的两个孔。 2.以 花键孔为中心的加工表面 （ 1） 这一组加工表面包括： 50 六齿方齿花键孔，阶梯孔，以及 65 外圆表面和的外螺纹表面。花键孔与二孔中心联线的垂直度公差为 100:（ 2） 二孔外端面对孔垂直度公差为 （ 3） 50 中心线偏转角度公差 为2° . 由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先 加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求 二 艺 规 程 设 计 （一）确定毛坯的制造形式 零件材料为 45 钢。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，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。由于零件年产量为 4000 件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。 （二）基面的选择 基面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。 （ 1） 粗基准的选择。对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准完全合理的。但对本零件来说，如果以 外圆（或外圆）表面作基 准面（四点定位），则可能造成这一组内外圆柱表面与零件的叉部外形不对称。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时 ，应以这些不加工表面作粗基准：若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现选取叉部两个 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短 V 形块支承这两个 的外轮廓作主要定位面，以消除 x x y y 四个自由度 ，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在 外圆柱面上，用以消除 z z 两个自由度，达到完全定位。 （ 2） 精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸转算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 （三）制订工艺路线 制订工艺路线的出发点，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的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用 数控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，以便使生产成本尽量下降。 1. 工艺路线方案一 工序 车外圆 ， ，车螺纹 1工序 两次钻孔并扩钻花键底孔 ，锪沉头孔 。 工序 倒角 5× 30°。 工序 钻 底孔。 工序 拉花键孔。 工序 粗铣 二孔端面。 工序 精铣 二孔端面。 工序 钻、扩、粗铰、精铰两个 孔至图样尺寸并锪倒角 2× 45°。 工序 钻 孔 ，倒角 120°。 工序 攻螺纹 。 工序 冲箭头。 工序 检查。 2. 工艺路线方案二 工序 粗铣 二孔端面。 工序 精铣 二孔端面。 工序 钻 二孔（不倒尺寸）。 工序 镗 二孔（不倒尺寸）。 工序 精镗 二孔，倒角 2× 45° . 工序 车外圆 ， ，车螺纹 1工序 钻，镗孔 ，并锪沉头孔 。 工序 倒角 5× 30°。 工序 钻 底孔。 工序 拉花键孔。 工序 钻 孔 ，倒角 120°。 工序 攻螺纹 。 工序 工序 检查。 3. 工艺方案的比较与分析。 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工一花键孔为中心的一组面， 让后以此为基面加工 二孔；而方案二则与此相反，先是加工 孔，然后在以此二孔为基准加工花键孔及其外表面。两相比较可以看出，先加工花键孔定位加工 二孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹等都比较方便。但方案一中的工序虽然代替了方案二中的工序 ， ，减少装夹次数，但在一道工序中要完成这么多工作，除了选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用组合机床）外，只能选用转塔机床，利用转塔头进行加工。 而转塔机床目前大多使用于粗加工，用来在此处加工 二孔是不合适的，因此决定将方案耳中的工序 ， ，移入方案一，改为两道工序加工。具体工艺过程如下： 工序 车外圆 ， ，车螺纹 前所述。 工序 两次钻孔并扩钻花键底孔 ，锪沉头孔 ，以 外圆为定位基准 工序 倒角 5× 30°。 工序 钻 底孔。 工序 拉花键孔。 工序 粗铣 二孔端面，以花键孔及其端面为基准。 工序 精铣 二孔端面。 工序 钻孔两次并扩孔 。 工序 精镗 二孔，倒角 2× 45° ，的定位基准均与工序相同。 工序 钻 角 120°。 工序 攻螺纹 。 工序 冲箭头。 工序 查。 以上加工方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求及可能采用的加工手段之后，就会发现仍存在问题，主要表现在 两个孔及其端面加工要求上。图样规定： 二孔中心线应与 垂直，垂直度公差为100： 二孔与其外端面应垂直，垂直度公差为 此可以看出：因为 二孔的中心线要求与 花键孔中心线相垂直，因此，加工及测量 孔时应以花键孔为基准。这样做，能保证设计基准与工艺基准相重合。在上述工艺路线制订中也是这样做了的。同理 二孔与其外端面的垂直度（ 技术要求在加工与测量时也应遵循上述原则。但在已制订的工艺路线中却没有 这样做： 孔加工时，以 花键孔定位（这是正确的）；而 孔的外端面加工时，也是以 花键孔定位。这样做，从装夹上看似乎比较方便，但却违反了基准重合的原则，造成了不必要的基准不重合误差。具体来说，当 二孔的外端面以花键孔为基准加工时，如果两个端面与花键孔中心线已保证绝对平行的话（这是很难的），那么由于 二孔中心线与花键孔仍有 100： 孔与其外端面的垂直度误差就会很大，甚至会造成超差而报废。这就是由于基准不重合而造成的恶果。为了解决这个问题，原有的加工路线可仍大致保持不变，只是在 二孔加工完了以后，再增加一道工序：以 孔为基准，磨 二孔外端面。这样做，可以修正由于基准不重合造成的加工 误差，同时也照顾了原有的加工路线中装夹较方便的特点。因此，最后的加工路线确定如下： 工序 车外圆 ， ，车螺纹 外圆粗基准，选用 统卧式车床并加专用夹具。 工序 钻 扩花键底孔 ，锪沉头孔 ，以 外圆为基准，选用 工序 内花键孔 5× 30°倒角。 选用 工序 钻 底孔。选用 专用钻模。这里安排钻 底孔主要是为了下道工序拉花键孔时为消除回转自由度而设置的一个定位基准。本工序以花键内底孔定位，并利用叉部外轮廓消除回转自由度。 工序 拉花键孔。利用花键内底孔， 端面及 锥螺纹底孔定位，选用 工序 粗铣 二孔端面，以花键孔定位，选用 专用夹具加工。 工序 钻 扩 二孔及倒角。以花键孔及端面定位，选用 加工。 工序 精细镗 二孔。选用 专用夹具加工，以花键 内孔及 其端面定位。 工序 磨 二孔端面，保证尺寸 以 孔及花键孔定位，选用 面磨床及专用夹具加工。 工序 钻叉部四个 纹底孔并倒角。选用 专用夹具加工，以花键孔及 孔定位。 工序 攻螺纹 4。 工序 冲箭头。 工序 检。 以上工艺过程详见附表 1“机械加工工艺过程综合卡片”。 (3) 车 外圆柱面 f = r(见机械加工工艺师手册 ,m,刀夹圆弧半径切削速度 = 242， m = T = 60， 见工艺手册表 =130.3(m/n =000=60 = 691.2(r/按机床说明书取 n =700 r/此时 v = 132 m/削工时 t = nf 1其中 ： l = 20, 4, 0 所以 t = 20= （ 4） 车削螺纹 1) 切削速度计算 见工艺手册，刀具寿命 T= 60用告诉钢螺纹车刀，规定粗车螺纹时 刀次 数 i = 2 = m = 螺距 1 (= 以粗车螺纹时 ： =m/粗车螺纹时 ：=36.8(m/2） 确定主轴转速 粗车螺纹时 ： n1=000 =60 = r/按机床说明书取 n =96 r/此时 48 m/车螺纹时 ： n2=000 =60 = 195(r/按机床说明书取 n =184 r/此时 34 m/） 切削工时 取切入长度 3车螺纹工时 151 精车螺纹工时 151 所以车削螺纹的总工时为 t t1+ 工序 ： 钻扩花键底孔 及锪沉头孔 ，选用 （ 1） 钻孔 ns=000 =25 = r/按机床选取 00 r/际切削速度 v =1000 =100020025 = 15.7(m/切削工时 t = f = 0 4101 5 0 （ 其中 ： l = 150, 切入 10, 切出 4 （ 2） 钻孔 根据 有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔用的进给量与切削速度之关系为 钻钻式中 、 加工实孔时的切削用量 现已知 =r （表 28 10） =16m/ 28 15） 并令 f=mm/r 按机床选取 f=0.8 mm/r v=6.4 m/ = = 49（ r/ 按机床选取 =50 r/以实际切削速度为 V= = m/ 切削工件时 =7=2l=150mm t= = 3 扩花键底孔 根据 工艺手册 表 28 30规定，查得扩孔钻孔 孔时的进给量，并根据机床规格 选 f=1.2 mm/r 扩孔钻孔 时的切削速度，根据有关资料，确定为 v=其中 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。故 v=6=m/ = = r/ 按机床选取 =48 r/削加工时切入 =3切出 =t= = 4. 锪圆柱式沉头孔 根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的 ，故 f= = mm/r）按机床取 mm/r v= = 25=m/ = = = 48（ r/ 按机床选取 =50 r/以实际切削速度 v= = =m/ 切削工件时 切入 =2 =0 l=8mm t= = = 在本工步中，加工 沉头孔的测量长度，由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算。按图样要求，加工完毕后应保证尺寸 45 尺寸链如图所示，尺寸 45终结环，给定尺寸 185 45于基准不重合，加工适应保证尺寸 A A=18540（ 规定公差值。因终结环公差等于各组成环公差之和，即 = 现由于本尺寸链较简单，故分配公差采用等公差法。尺寸 45自由尺寸取公差等级 公差 =令 =序 内孔 5 倒角，选用数控车床 于最后的切削宽度很大，故按成形车削制定进给量。根据手册及机床 f=r（见工艺手册 当采用高速钢车刀时，根据一般资料，确定切削速度 v=16m/ = = = 118（ r/ 按机床说明书取 =120 r/时的切削速度为 v= = =m/ 切削工件时 l=5 =3mm t= = = 工序 钻锥螺纹 底孔（ ） f=r（工艺手册表 28 10） v=25m/工艺手册表 28 10） 所以 n= = = 579（ r/ 按机床选取 =600r/际切削速度 v= = =m/ 切削工件时 l=11 =4 =3mm t= = = 工序 ：拉花键孔 单面齿深：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿深为 工艺手册表 32 3），拉削速度 v=s（ 4m/工艺手册表 322） 切削加工时 t= 式中 单面余量 拉削到 ）； l 拉削表面长度 140 考虑校准部分的长度系数，取 k 考虑机床返回行程系数，取 v 拉削速度（ m/ 拉刀单面齿深； z 拉刀同时工作齿数， z= p 拉倒齿距。 p=（ l =40 =16以拉刀同时工作齿数 z=6140 9 所以 t= = 工序：粗铣 二孔端面， 保证尺寸 mm （工艺手册表 30 39） 切削速度：参考有关手册，确定 v=s 即 24 m/ 采用高速钢镶齿三面刃铣刀， 225数 z=20。则 ）（ r / m 41 0 0 0wd 0 0n s 现采用加工中心，根据机床使用说明书（表 7 9），取 r/w ， 当 r/w 时，工作台的每分钟进给量 为 ）（ m m / m z 查机床说明书， m/m 。 切削工件时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，利用作图法可得出铣刀的行程 ，则机动工件为 ）（ m 5f m l 2l 1lt m 工序：钻、扩 二孔及倒角。 1 钻孔 确定进给量 f：根据切削手册表 钢的 P ， 时， f=r。由于本零件在加工 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数 f=（ × mm/r) 根据加工中心说明书，现取 f=mm/r。 切削速度根据工艺手册表 28 15，查得切削速度 v=20m/以 ）（ r / m 01 0 0 0wd 0 0n s 根据机床说明书，取 r/w ，故实际切削速度为 ）（ m / m 00251000 n wd 切削工件时 l=19 ， ）（ m 919fn w l 2l 1lt m 1 以上为钻一个孔的机动时间。故本工序的机动时间为 ）（ m m 1t m 2扩孔 孔 利用 的钻头对 的孔进行扩钻。根据有关手册的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 ）（）（钻）（ m m / 21 8 根据机床说明书，选取 f=r ）（）（钻）（ m / m i 1231211v 则主轴转速为 n=34r/按机床说明书选取 r/w 实际切削速度为 ）（ m / m 91000 68371000 n wd 切削工件时（一个孔）： l=19 ， ）（ m 720. 5768 3619fn w l 2l 1 当扩钻两个孔时，机动工时为 ）（ m 3扩孔 采用刀具： 专用扩孔钻 进给量： ）（）（ m m / 01 . 2 （工艺手册表 323） 查机床说明书，取 f=r。 机床主轴转速：取 n=68r/则其切削速度 v= 机动工时 l=19 ， 则 ）（ m 510. 7268 3319nf l 2l 1 当加工两个孔时 = 4. 倒角 2× 45°双面。 采用 90°锪钻。 为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与扩孔时 相同： n=68r/动进给。 工序：精，细镗 二孔，选用机床：加工中心。 （ 1） 精镗孔至 ，单边余量 Z=次镗去全部余量，进给量 f=r 根据有关手册，确定加工中心的切削速度 v=100m/ D 391001000 =816(r/V 切削速度， D 二孔直径。 由于加工中心主轴转速为无级调速，故以上可以作为加工时选用，但考虑实际情况取 00r/（ 切削工时：当加工一个孔时 l=19mm fl n =319 =所以加工两个孔时的机动时间为 t=2=(2)细镗孔至 。由于 细镗与精镗共用一个镗杆，利用金刚镗床同时对工件精，细镗孔，故切削用量及工时与精镗相同 f=r; 00r/v=100m/T=工序：磨二孔端面，保证尺寸 1) 选择砂轮。见工艺手册中磨料选择各表，结果为 40× 127 其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为 46# ，硬度为中软 1 级，陶瓷结合剂， 6号组织，平形砂轮，其尺寸为 350× 40× 127（ D× B× d） . (2) 切削用量的选择。砂轮转速 500r/机床说明书）， s. 轴向进给量 0行程 ) 工件速度 0m/向进给量 行程 (3) 切削工时。当加工 1 个表面时 见工艺手册表 式中 L 加工长度 73b 加工宽度 68 单面加工余量 K 系数 v 工作台移动速度（ m/; 工作台往返一次砂轮轴向进给量（ ; 工作台往返一次砂轮径向向进给量（ 01 0 = 30000920 = 当加工两端面时 2= 工序：钻螺纹底孔 4- 并倒角 120°。 f=r） (工艺手册表 28v=25m/ 工艺手册表 28 v 1000=51000=1187.7(r/按机床取 200r/ 故 v=切削工时（四个孔） l=19mm fl n × 4=319 × 4=l 所加工孔的长度； 进刀口长度； 出刀口长度。 倒角时仍取 n=1200r/动进给。 工序：攻螺纹 4 由于公制螺纹 锥螺纹 外径相差无几，故切削用量一律按加工 v=（ s (工艺手册表 28取 v=s 38r/机床选取 95r/ v=机动工时 l=19 42)(32 fl n 41195 2)3319( =l 所加工孔的长度； 进刀口长度； 出刀口长度。 攻 孔 l=11mm 2)( 32 fl n 311( =最后，将以上各工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程及工序卡片，见附表。 零件号 机 械 加 工 工 艺 卡 片 零件名称 万向节滑叉 生产类型 大批生产 工 序 安装（工位） 工位） 工 步 工 序 说 明 工 序 简 图 机 床 1 1 2 3 4 5 粗车端面至 ， 保证尺寸 车 外圆 车 外圆 车 1纹 粗车螺纹 精车螺纹 1 1 2 3 4 钻 ， 扩 花 键 底 孔及 锪 沉 头 孔 钻孔 钻孔 扩花键底孔 锪 圆 柱 式 沉 头 孔 1 1 内孔 倒角 5× 30 1 1 钻锥螺纹 底孔（ ） 加工中心 1 1 拉花键孔 16× 4305式拉床 L 6120 1 1 粗铣 二孔端面 加工中心 1 2 1 2 3 4 1 钻，扩 二孔 及倒角 钻孔 扩孔 扩孔 倒角 2× 45° 倒角 2× 45° 加工中心 1 1 2 精 镗 ， 细 镗39 孔 精镗孔 细镗孔 39 工中心 1 2 1 1 磨 二孔端面 磨上端面 磨另一端面 平面磨床 1 2 3 1 1 2 1 钻 螺 纹 底 孔4- 并倒角 钻孔 2- 钻孔 2- 倒角 倒角 加工中心 1 2 3 1 1 1 攻螺纹 4 冲 箭 头 查 材 料 45 钢 编 制 （日 期） 毛坯重量 6 指 导 毛坯种类 模 锻 件 审 核 夹具及辅助工具 刀 具 量 具 走刀次数 走刀长度(切削速度 (进给量 (mm/r) 主轴转速(r/切削速度 (m/工时额定 （ 基本时间 辅 助时间 工作地服务 专 用 夹 具 圆 车刀 纹车刀 卡 板 螺纹量规 2 1 1 4 2 4 24 18 2 3 1 480 400 700 96 184 32 18 34 用夹具 麻花钻 扩孔钻 锪钻 卡 尺 1 1 1 1 164 159 0 1 6 00 58 58 44 用夹具 成 形 车 刀 样 板 1 8 20 用 麻 花 1 18 80 具 钻 头 专 用 夹具 花 键 拉 刀 花 键 量 规 1 用夹具 高速钢镶齿 三面刃铣刀 卡 板 1 105 0 mm/用量具 麻花钻 扩孔钻 90 锪钻 90 锪钻 1 1 1 1 1 62 56 50 95 用夹具 刀 塞 规 1 1 52 52 00 900 用夹具 砂 轮 卡 板 73 73 s s 用夹具 麻花钻 锪钻 120 1 1 1 23 23 200 960 960 锪钻 120 1 960 锥 锥 丝 锥 1 1 1 25 25 25 95 195 195