万向节滑动叉加工工艺及夹具设计

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1、北华航天工业学院毕业论文- 1 -“万向节滑动叉”零件机械加工工艺规程及夹具设计第1章 引言本次毕业设计的课题名称是万向节滑动叉机加工艺及工装设计。万向节滑动叉位于传动轴的端部，主要作用之一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。万向节滑动叉就是将万向节叉和滑动花键副的一部分组合起来，使其成为一个零件，其特征是该万向节滑动叉为采用管材制作的万向节叉与滑动套为一体的整体式结构，其端部呈叉形结构，并设有两个十字销孔，用于安装十字万向节；在管内设有内花键，这种呈整体式结构的滑动叉，不仅加工容易、成本低，而且强度高，故其使用寿命与传

2、统的万向节叉滑动套合件相比，有了成倍的提高。它的研究和使用可以简化万向传动装置的结构，也满足功能要求，因此对万向节滑动叉的研究有极大的实际意义。本课题的研究及论文的撰写是在焦老师的悉心指导下完成的。焦老师在百忙中给我们讲解论文中的细节以及论文中所涉及的工艺分析，还有他严谨的治学态度也是我学习的榜样。通过本次毕业设计，使我对本专业有了更加深刻的了解，在以后的工作中也具有重要意义。全套图纸加扣全套图纸加扣 3346389411或或3012250582北华航天工业学院毕业论文- 2 -第 2 章 零件的分析2.1 零件的作用题目所给定的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉，它位于传动轴的端部。

3、主要作用一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由本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 mm 的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。39027. 0010. 0零件 65mm 外圆内为 50mm 花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力之用。2.2 零件的材料万向节滑动叉的材料选用 45 钢，属于优等碳素结构钢，经调质处理后有良好的综合机械性能和加工工艺性能，零件材料的选择主要是考虑到满足使用要求，同时兼顾材料的工艺性和经济性，45 钢满足以上要求，所以选用 45 钢。 45 钢调质后机械性能屈服强度抗拉强

4、度延伸率布氏硬度=550MN/ms2b=750 MN/m2s=20%HB=2352.3 零件的工艺分析2.3.1. 结构分析该零件由两个叉头和一个圆套筒内有的花键孔组成，类似套筒类零件，各部分作用如下： a.零件的两个叉头部位上有两个直径为mm 的孔，用以安装滚针轴承和0.0270.01039十字轴相联，起万向连轴节的作用；北华航天工业学院毕业论文- 3 -b.在叉头和花键孔套筒相联结的筋条起过渡联结和加强零件刚性作用，防止零件受阻变形；c.外圆为 65mm，内圆 50mm 花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用以传递动力。2.3.2 加工表面的技术要求分析万向节滑动叉共有两组加工表面，他们相互

5、间 有一定的位置要求。现分述如下：a. 以 39mm 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：两个 mm 的孔及其倒角，尺寸为的与两个39027. 0010. 0118007. 0孔 mm 相垂直的平面，还有在平面上的四个 M8 螺孔。其中，主要加工表39027. 0010. 0面为 mm 的两个孔。39027. 0010. 0b. 以 50mm 花键孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：mm 十六齿方齿花键孔，55mm 阶梯孔，以及50039. 0065mm 的外圆表面和 M601mm 的外螺纹表面。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：(1) mm 花键孔与 mm 二孔中心联线的

6、垂直度公差为 100：0.2；50039. 0039027. 0010. 0(2) 39mm 二孔外端面对 39mm 孔垂直度公差为 0.1mm；(3) mm 花键槽宽中心线与 39mm 中心线偏转角度公差为 2。50039. 00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确要求。2.3.3. 表面处理内容及作用由于零件受正反向冲击性载荷，容易疲劳破坏，所以采用表面喷砂处理，提高表面硬度，还可以在零件表面造成残余压应力，以抵消部分工作时产生的拉应力，从而提高疲劳极限。北华航天工业学院毕业论文- 4 -第 3 章 工

7、艺规程设计3.1 制定零件工艺规程的原则和技术要求3.1.1 工艺要求制定零件机械加工工艺过程是生产技术准备工作的一个重要组成部分。一个零件可以采用不同的工艺过程制造出来，但正确与合理的工艺过程应满足以下基本要求：（1） 保证产品的质量符合图纸和技术要求条件所规定的要求；（2） 保证提高生产率和改善劳动条件；（3） 保证经济性的合理。3.1.2 技术依据 （1）. 产品零件图和装配图，技术条件； （2）. 毛坯生产和供应条件； （3）. 年生产纲领 （4）. 本车间生产条件（包括设备，工人技术等级，劳动场合条件等） ； （5）. 工艺技术条件，手册等。3.2 生产类型的确定计算零件生产纲领的公

8、式： N=Q*n(1+&%)(1+%)其中： Q=5000 辆/年（产品的年产量） n=1 件/辆（每辆汽车该零件的数量） &=4（零件的备品率） =1（零件的废品率）则 N=5000 x1x(1+4%)x(1+1%)=5252（件）根据生产纲领确定该零件为成批生产。3.3 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，以使金属纤维不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为 5252 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。这对提高生产率、保证加工质量也是有利的。

9、北华航天工业学院毕业论文- 5 -模锻毛坯具有以下特点：1. 其轮廓尺寸接近零件的外形尺寸，加工余量及材料消耗均大量减少；2. 其制造周期短，生产率高，保证产品质量。3.4 制定工艺路线及方法3.4.1 加工方法的选择零件各表面加工方法的选择，不但影响加工质量，而且也要影响生产率和成本。同一表面的加工可以有不同的加工方法，这取决于表面形状，尺寸，精度，粗糙度及零件的整体构型等因素。 主要加工面的加工方法选择：（1） 两个 mm 孔及其倒角可选用加工方案如下：39027. 0010. 0a) 该零件的批量不是很大，考虑到经济性，不适用于钻-拉方案b) 该零件除上述因素外，尺寸公差及粗糙度要求均不

10、是很高，因此只需采用钻-镗方案。（2） 尺寸为mm 的两个与孔 mm 相垂直的平面根据零件外形及尺寸118007. 039027. 0010. 0的要求，选用粗铣-磨得方案（3） 50mm 花键孔因孔径不大，所以不采用先车后拉，而采用钻-扩-拉方案。（4） 65mm 外圆和 M60 x1 外螺纹表面均采用车削即可达到零件图纸的要求3.4.2 基准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。3.4.2.1 粗基准的选择对于一般的轴类零件而言，以外圆作

11、为粗基准是完全合理的。但对本零件来说，如果以 65mm 外圆（或 62mm 外圆）表面作基准（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） ，现选择叉部两个 mm 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39027. 0010. 0mm 的外轮廓作主要定位面，以消除 四个自由度，再用一对自动39027. 0010. 0 xxyy北华航天工业学院毕业论文- 6 -定心的窄口卡爪，夹持

12、在 65mm 外圆柱面上，用以消除 两个自由度，达到完全zz定位。3.4.2.2 精基准的选择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，应该进行尺寸换算。3.4.3. 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当适时零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。由于生产类型为大批生产，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。根据零件的结构形状和技术要求，现初步制定两种工艺路线方案：3.4.3.1 工艺路线方案一工序 车外圆 62mm，60mm，车螺纹 M601mm。工序 两次

13、钻孔并扩钻花键底孔 43mm，锪沉头孔 55mm。工序 倒角 560。工序 钻 Rc1/8 底孔。工序 拉花键孔。工序 粗铣 39mm 二孔端面。工序 精铣 39mm 二孔端面。工序 钻、扩、粗铰、精铰两个 39mm 孔至图样尺寸并锪倒角245。工序 钻 M8mm 底孔 6.7mm，倒角 120。工序 攻螺纹 M8mm 底孔 6.7mm，倒角 120。工序 冲箭头。工序 检查。3.4.3.2 工艺路线方案二工序 粗铣 39mm 二孔端面。工序 精铣 39mm 二孔端面。工序 钻 39mm 二孔（不到尺寸） 。工序 镗 39mm 二孔（不到尺寸） 。工序 精镗 39mm 二孔，倒角 245。北华

14、航天工业学院毕业论文- 7 -工序 车外圆 62mm，60mm，车螺纹 M601mm工序 钻、镗孔 43mm，并锪沉头孔 55mm。工序 倒角 560。工序 钻 Rc1/8 底孔。工序 拉花键孔。工序 钻 M8mm 螺纹底孔 6.7mm 孔，倒角 120。工序 攻螺纹 M8mm 底孔 6.7mm，倒角 120。工序 冲箭头。工序 检查。3.4.3.3 工艺路线方案三工序 车端面及外圆 62mm，60mm，车螺纹 M601mm。工序 钻、扩花键底孔 43mm，并锪沉头孔 55mm。工序 内花键孔 560倒角。工序 钻锥螺纹 Rc1/8 底孔。工序 拉花键。工序 粗铣 39mm 二孔端面。工序 钻

15、、扩 39mm 二孔及倒角。工序 精、细镗 39mm 二孔。工序 磨 39mm 二孔端面，保证尺寸 1180-0.07mm。工序 钻叉部四个 M8mm 螺纹底孔并倒角。工序 攻螺纹 4-M8mm，Rc1/8。工序 冲箭头。工序 终检。3.4.3.4 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工以花键孔为中心的一组表面，然后以此为基面加工 39mm 二孔；而方案二则与此相反，先是加工 39mm 孔，然后再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，先加工花键孔后再以花键孔定位加工 39mm 二孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹等比较方便。但方案一中的工序 35

16、 虽然代替了方案二中的工序 10、15、20，减少了装夹次数，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。而转塔车床目前大多适用于粗加工，用来在此处加工 39mm 二孔是不合适的。通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现方案二还有其他问题，主要表现在 39mm 两个孔及其端面加工要求上。图样规定：北华航天工业学院毕业论文- 8 -39mm 二孔中心线应与 55mm 花键孔垂直，垂直公差为 100：0.2；39mm 二孔与其外端面应垂直，垂直度公差为 0.1mm。由此可

17、以看出：因为 39mm 二孔的中心线要求与 55mm 花键孔中心线相垂直，因此，加工及测量 39mm 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，39mm 二孔与其外端面的垂直度（0.1mm）的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：39mm 孔加工时，以 55mm 花键孔定位（这是正确的） ；而 39mm 孔的外端面加工时，也是以55mm 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 39mm 二孔的外端面以花键孔为基准加工时，如

18、果两个端面与花键孔中心线已保证绝对平行的话（这是很难得），那么由于 39mm 二孔中心线与花键孔仍有 100：0.2 的垂直公差，则 39mm 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。方案三解决了上述问题，因此，最后的加工路线确定如下：工序 车端面及外圆 62mm，60mm，车螺纹 M601mm。以两个叉耳外轮廓及 65mm 外圆为粗基准，选用 C620-1 卧式车床，专用夹具装夹。工序 钻、扩花键底孔 43mm，并锪沉头孔 55mm。以 62mm 外圆为基准，选用 C365L 转塔车床。工序 内花键孔 560倒角。选用 C620-1 车床加专

19、用夹具。工序 钻锥螺纹 Rc1/8 底孔。选用 Z525 立式钻床及专用钻模。这里安排钻 RC1/8 底孔主要是为了下道工序拉花键时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、55mm 端面及 RC1/8 锥纹孔定位，选用 L6120 卧式拉床加工。工序 粗铣 39mm 二孔端面，以花键孔定位，选用 X63 卧式铣床加工。工序 钻、扩 39mm 二孔及倒角。以花键孔及端面定位，选用 Z550 立式钻床加工。工序 精、细镗 39mm 二孔。选用 T740 型卧式金刚镗床及用夹具加工，以花键内孔及端面定位。工序 磨 3

20、9mm 二孔端面，保证尺寸 1180-0.07mm，以 39mm 孔及花键孔定位，选用 M7130 平面磨床及专用夹具加工。工序 钻叉部四个 M8mm 螺纹底孔并倒角。选用 Z4012 立式及专用夹具加工，以花键孔及 39mm 孔定位。工序 攻螺纹 4-M8mm，Rc1/8。北华航天工业学院毕业论文- 9 -工序 冲箭头。工序 终检。以上工艺过程详见附表 1“机械加工工艺过程综合卡片”3.5 机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 “万向节滑动叉”零件材料为 45 钢，硬度 207241HBS，毛坯重量约为 6Kg，生产类型为大批生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。根据上述原是资料及加工工艺，分别

21、确定各加工表面的加些加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.外圆表面（62mm 及 M601mm）考虑其加工长度为 90mm，与其联结的非加工表面直径为 65mm，为简化模锻毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为 65mm。62mm 表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求为 Rz200m,只要求粗加工，此时直径余量 2Z=3mm 已能满足加工要求。2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（M601mm 端面）查机械制造工艺设计简明手册 （以下简称工艺手册 ）表 2.2-14，其中锻件重量为 6Kg，锻件复杂形状系数为 S1，锻件材质系数取 M1，锻件轮廓尺寸（长度方向）180315mm，故长度方向

22、偏差为mm。5.17.0长度方向的余量查工艺手册表 2.22.5，其余量值规定为2.02.5mm，现取 2.0mm。3.两内孔 39mm（叉部）毛坯为实心，不冲出孔。两内孔精度要求界于 IT7IT8 之间，参照工艺手册表 2.3-9 及表 2.3-12 确定工序尺寸及余量为： 钻孔：25mm 钻孔：37mm 2Z=12mm 扩钻：38.7mm 2Z=1.7mm 精镗：38.9mm 2Z=0.2mm 细镗：mm 2Z=0.1mm39027. 0010. 04.花键孔（16-mmmmmm）50039. 004316. 005048. 00要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。内孔尺寸为 mm，见图

23、样。参照工艺手册表 2.3-9 确定孔的加工余量4316. 00分配：钻孔：25mm钻孔：41mm 扩钻：42mm拉花键孔（16-mmmmmm）50039. 004316. 005048. 00北华航天工业学院毕业论文- 10 -花键孔要求外径定心，拉削时的加工余量参照工艺手册表 2.3-19 取 2Z=1mm。5.mmmm 二孔外端面的加工余量（加工余量的计算长度为mm）39027. 0010. 0118007. 0（1）按照工艺手册表 2.2-25，取加工精度 F2，锻件复杂系数 S3，锻件重 6Kg，则二孔外端面的单边加工余量为 2.03.0mm，取 Z=2mm。锻件的公差按工艺手册表

24、2.2-14，材质系数取 M1，复杂系数 S3，则锻件的偏差为 mm。3.17.0（2）磨削余量：单边 0.2mm（见工艺手册表 2.3-21 ） ，磨削公差即零件公差-0.07mm。（3）铣削余量：铣削的公差余量（单边）为： Z=2.0-0.2=1.8（mm）铣削公差：现规定本工序（粗铣）的加工精度为 IT11 级，因此可知本工序的加工公差为-0.22mm（入体方向） 。由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余

25、量时，应按调整法加工方式予确定。 39mm 二孔外端面尺寸加工余量和工序间余量及公差分布见图。 毛坯名义尺寸 118+2x2=122 118+0.2x2=118.4 最大余量 118 最小余量 最大余量 最小余量 磨 粗铣 -0.07/2 -0.02/2 -0.7 +1.339mm 孔外端面工序间尺寸公差分布图（调整法）由图可知：毛坯名义尺寸：118+22=122（mm）毛坯最大尺寸：122+1.32=124.6（mm）毛坯最小尺寸：122-0.72=120.6（mm）粗铣后最大尺寸：北华航天工业学院毕业论文- 11 -118+0.22=118.4（mm）粗铣后最小尺寸：118.4-0.22=

26、118.18（mm）磨后尺寸与零件图尺寸应相符，即 1180-0.07mm最后，将上述计算的工序间尺寸及公差整理成表 1。表 1 加工余量计算表(mm)锻件毛坯（39mm 二端面，零件尺寸 1180-0.07）粗铣二端面磨二端面最大124.6118.4加工前尺寸最小120.6118.18最大124.6118.4118加工后尺寸最小120.6118.18117.93最大3.10.2加工余量（单边）2最小1.210.125加工公差+1.3-0.7-0.22/2-0.07/23.6 确定切削用量及基本工时工序：车削端面、外圆及螺纹。本工序采用计算法确定切削用量。3.6.1 加工条件件工件材料：45

27、钢正火，b=0.60GPa、模锻。加工要求：粗车 60mm，断面及 60mm、62mm 外圆，Rz200m；车螺纹M601mm。机床：C620-1 卧式车床。刀具：刀片材料 YT15，刀杆尺寸 1625mm2，r=90，r0=15，0= 12，r=0.5mm。60螺纹车刀：刀片材料：W18Cr4V。3.6.2 计算切削用量（1）粗车 M601mm 端面1） 已知毛坯长度方向的加工余量为mm，考虑 7的模锻拔1.50.72工序加工尺寸及公差北华航天工业学院毕业论文- 12 -模斜度，则毛坯超过年度方向的最大加工余量 Zmax=7.5mm。但实际上，由于以后还要钻花键底孔，因此端面不必全部加工，而

28、可以留出一个 40mm 芯部待以后钻孔时加工掉，故此时实际端面最大加工余量可按 Zmax=5.5mm 考虑，分两次加工，p=3mm 计。长度加工公差按 IT12 级，取-0.46mm（入体方向）2） 进给量 f 根据切削用量简明手册 （第三版） （以下简称切削手册 ）表 1.4，当刀杆尺寸为 16mm25mm，p3mm 以及工件直径为 60mm 时 f=0.50.7mm/r按 C620-1 车床说明书（见切削手册表 1.30）取 f=0.5mm/r3）计算切削速度 按切削手册表 1.27，切削速度的计算公式为（寿命选 T=60min） 。 Vc=Cv/TmpXvfYvkv（m/min）其中：C

29、v=242，Xv=0.15，Yv=0.35，m=0.2。修正系数 Kv 见切削手册表1.28，即 kmv=1.44，ksv=0.8，kkv=1.04，kkrv=0.81，kBv=0.97。所以 Vc=242/600.230.150.50.351.440.81.040.810.97 =108.6（m/min）4）确定机床主轴转速 ns=1000vc/dw=532（m/min）按机床说明书（见工艺手册表 4.2-8） ，与 532r/min 相近的机床转速为480r/min 及 600r/min。现选取 nw=600r/min。如果选 nw=480r/min，则速度损失太大。所以实际切削速度 v=

30、122m/min。5） 切削工时，按工艺手册表 6.2-1。 l=65-40/2=12.5（mm） ，l1=2mm，l2=0，l3=0 tm=l1+l2+l3/nwfi=12.5+2/600*0.5=0.096（min）（1） 粗车 62mm 外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。1） 切削深度 单边余量 Z=1.5mm，可一次切除。2） 进给量 根据切削手册表 1.4，选用 f=0.5mm/r。3） 计算切削速度 见切削手册表 1.27 Vc=Cv/TmpXvfYvkv =116 （m/min） 4） 确定主轴转速 ns=1000vc/dw =568 （r/min）按机床选取 n=600r

31、/min所以实际切削速度北华航天工业学院毕业论文- 13 - V=dn/1000=65x600/1000=122(m/min)5） 检验机床功率 主切削力 Fc 按切削手册表 1.29 所示公式计算 Fc= CFc FcFcFcKFcaxpyfvnc 其中：CFc=2795，XFc=1.0，YFc=0.75，nFc=-0.15， =(b/650) =0.94MpKnF kkr=0.89所以 Fc=27951.50.50.75122-0.150.940.89 =1012.5（N） 切削时消耗功率 Pc 为 Pc=FcVc/6x=2.06(Kw)410 由切削手册表 1.30 中 C620-1 机

32、床说明书可知，C620-1 主电动机功率为7.8kW，当主轴转速为 600r/min 时，主轴传递的最大功率为 5.5kW，所以机床功率足够，可以正常加工。6） 校验机床进给系统强度 已知主切削力 Fc=1012.5N，径向切削力 Fp按切削手册表 1.29 所示公式计算 Fp= CFp FpFpFpKFpaxpyfvnc 其中：CFp=1940，xFp=0.9，yFp=0.6，nFp=-0.3 =(b/650) =0.897MpKnF Kkr=0.5所以 Fp=19401.50.90.50.6122-0.30.8970.5 =195（N） 而轴向切削力 Ff= CFfFfFpKFpaxfvn

33、c 其中：CFf =2880，xFf=1.0，yFf=0.5，nFf=-0.4 kM=(b/650)=0.923nF kk=1.17 轴向切削力 Ff=28801.50.50.5122-0.40.9231.17 =480（N） 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 =0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 F=Ff+（Fc+Fp） =480+0.1（1012.5+195）=600（N） 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N（见切削手册表 1.30） ，故机床进给系统可正常工作。 7） 切削工时 t=l+l1+l2/nf北华航天工业学院毕业论文- 14 - 其中 l=90，l

34、1=4，l2=0所以 t=90+4/6000.5=0.31（min）（2） 车 60mm 外圆柱面p=1mm f=0.5mm/r（切削手册表 1.6，Ra=6.3m，刀夹圆弧半径 rs=1.0mm） Vc=Cv/TmpXvfYvkv 其中：Cv=242 m=0.2,T=60 xv=0.15,yv=0.35,kM=1.44,kk=0.81 Vc=159(m/min) n=843(r/min)按机床说明书取 n=770r/min则此时 v=145m/min切削工时 t=（l+l1+l2）/nf其中：l=20 l1=4 l2=0所以 t=（20+4）/7700.5=0.062（min）（3） 车螺纹

35、 M601mm 1）切削速度的计算 见切削用量手册 （艾兴、肖诗纲编，机械工业出版社，1985）表 21，刀具寿命 T=60min，采用高速螺纹车刀，规定粗车螺纹时 p =0.08，走刀次数 i=2 Vc=Cv/TmpXvfYvkv其中：Cv=11.8，m=0.11，xv=0.70，yv=0.3，螺距 t1=1 kM=（0.637/0.6）1.75=1.11，kk=0.75所以粗车螺纹时： Vc=21.57(m/min)精车螺纹时 Vc=36.8(m/min) 2）确定主轴转速 粗车螺纹时 n1=1000vc/D=100021.57/60=114.4（r/min） 按机床说明书取 n=96r/

36、min实际切削速度 vc=18m/min 精挑螺纹时 n1=1000vc/D=100036.8/60=195（r/min） 按机床说明书取 n=184r/min实际切削速度 vc=34m/min北华航天工业学院毕业论文- 15 - 3）切削工时 取切入长度 l1=3mm 粗车螺纹工时 t1 =（l+ l1） /nf*i=0.75(min) 精车螺纹 t2 =（l+ l1） /nf*i=0.18 所以车螺纹的总工时为 t=t1+t2=0.93（m/min） 工序：钻、扩花键底孔 43mm 及锪沉头孔 55mm，选用机床：转塔车床C365L。1. 钻孔 25mm f=0.41mm/r （见切削手册

37、表 2.7） v=12.25m/min （见切削手册表 2.13 及表 2.14，按 5 类加工性考虑） nS=1000v/dW=100012.25/25=155（r/min）按机床选取 nW=136r/min（按工艺手册表 4.2-2）所以实际切削速度 v=dWnW/1000=10.68（m/min）切削工时 t=（l+l1+l2）/nWf=3(min)其中：切入 l1=10mm，切出 l2=4mm l=150mm2. 钻孔 41mm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时的进给量与切削速度之关系为 f=（1.21.8）f钻 v=（1/21/3）v钻式中

38、 f钻、v钻-加工实心孔时的切削用量。现已知 f钻 =0.56mm/r （切削手册表 2.7）v钻=19.25m/min （切削手册表 2.13）并令f=1.35f钻=0.76mm/r 按机床选取 f=0.76mm/r v=0.4v钻=7.7m/min nS =1000v/D=59(r/min)按机床选取 nW=58r/min所以实际切削速度为 v=41*58/1000=7.47(m/min)切削工时 l1=7mm，l2=2mm，l=150mm北华航天工业学院毕业论文- 16 - t=(150+7+2)/0.76x59=3.55(min)3扩花键底孔 43mm 根据切削手册表 2.10 规定，

39、查得扩孔钻扩 43mm 孔时的进给量，并根据机床规格选 f=1.24mm/r扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其他有关资料，确定为v=0.4v钻其中 v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。故 V=0.4 19.25=7.7（m/min）nS =1000*7.7/*43=57(r/min)按机床选取 nW=58r/min切削工时切入 l1=3mm， ，切出 l2=1.5mm t=(150+3+1.5)/58*1.24=2.14(min)4 锪圆柱式沉头孔 55 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 1/2-1/3，故 f=1/3f钻=1/3 0.6=0.2（mm/r） 按机床取

40、 0.21mm/r v=1/3v=1/3 25=8.33（m/mm） nS =1000v/D=48(r/min)按机床选取 nW=44r/min，所以实际切削速度 v=DnW /1000=8.29(m/min)切削工时 切入 l2=2mm，l2=0，l=8mm t=（l+l1+l2）/nf=1.08(min)在本工步中，加工 55mm 沉头空的测量长度，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 45mm。 尺寸链如下图所示，尺寸 45mm 为终结环，给定尺寸 185mm 及 45mm，由于基准不重合，加工时应保证尺寸 AA=185-45=140（mm）

41、 规定公差值。因终结环公差等于各组成环公差之和，即 T（45）=T（185）+T（140）现由于本尺寸链较简单，故分配公差采用等公差法。尺寸 45mm 按自由尺寸取公差等级 IT16，其公差 T（45）=1.6mm，并令 T（185）=T（140）=0.8 mm 45 A 185北华航天工业学院毕业论文- 17 -55mm 孔深的尺寸换算工序：43mm 内孔 530倒角，选用卧式车床 C620-1。由于最后的切削宽度很大，故按成形车削制定进给量。根据手册及机床取 f=0.08mm/r （见切削手册表 1.8）当采用高速钢车刀时，根据一般材料，确定切削速度 v=16m/min则 ns=1000v

42、/D=100016/43=118（r/min）按机床说明书取 nW=120r/min，则此时切削速度为 v=DnW/1000=16.2（m/min）切削工时 l=5mm l1=3mm t=（l+l1）/nWf=0.83（min）工序：钻锥螺纹 Rc1/8 底孔（8.8mm） f=0.11mm/r （切削手册表 2.7） v=25m/min （切削手册表 2.13）所以 n=1000v/D=100025/8.8=904（r/min）按机床选取 nW=680r/min （切削手册表 2.35）实际切削速度 v=Dn/1000=8.8680/1000=18.8（m/min）切削工时 l=11mm，l

43、1=4mm，l2=3mm t=（l+l1+l2）/nWf=0.24(min)工序：拉花键孔单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升为 0.06mm，拉削速度 v=0.06m/s（3.6m/min）切削工时 t= Zblk/1000vfZz式中 Zb-单面余量 3.5mm（由 43mm 拉削到 50mm） ； l-拉削表面长度，140mm； -考虑校准部分的长度系数，取 1.2； k-考虑机床返回行程系数，取 1.4； v-拉削速度（m/min） ； fZ-拉刀单面齿升； z-拉刀同时工作齿数，z=l/p； p-拉刀齿距。 p=（1.251.5）=1.35 =16mml140北华

44、航天工业学院毕业论文- 18 -所以 拉刀同时工作齿数 z=l/p=140/169所以 t=3.51401.21.4/10003.60.069=0.42（min）工序：粗铣 39mm 二孔端面，保证尺寸 118.40-0.22mm fz=0.08mm/齿 （参考切削手册表 3-3）切削速度：参考有关手册，确定 v=0.45m/s 即 27m/min。采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dW=225mm，齿数 z=20。则 ns=1000v/dW=100027/225=38（r/min）现采用 X63 卧式铣床，根据机床使用说明书（见工艺手册表 4.2-39） ，取 nW =37.5r/min，故实际切削

45、速度为 v=dWnW/1000=22537.5/1000=26.5（m/min）当 nW =37.5r/min 时，工作台的每分钟进给量 fm应为 fm=fzznW=0.082037.5=60（m/min）查机床说明书，刚好有 fm=60m/min，故直接选用该值。切削工时：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 l+l1+l2=105mm，则机动工时为 tm=（l+l1+l2）/fM=105/60=1.75(min)工序： 钻、扩 39mm 二孔及倒角。1. 钻孔 25mm确定进给量 f：根据切削手册表 2.7，当钢 b800MPa，d0=25mm时，f=0

46、.390.47mm/r。由于本零件在加工 25mm 孔时属于低钢度零件，故进给量应乘系数 0.75，则 f=（0.390.47）0.75=0.290.35（mm/r）根据 Z535 机床说明书，现取 f=0.25mm/r。切削速度：根据切削手册表 2.13 及表 2.14，查得切削速度 v=18m/min。所以 ns=1000v/dW=100018/25=229（r/min）根据机床说明书，取 nW=195r/min，故实际切削速度为v=dWnW/1000=25195/1000=15.3（m/min）切削工时 l=19mm l1=9mm l2=3mm tW1= （l+l1+l2）/nWf=19

47、+9+3/195*0.25=0.635（min）以上为钻一个孔时的机动时间。故本工序的机动工时为 tM=tM12=0.6352=1.27（min）2. 扩钻 37mm 孔利用 37mm 的钻头对 25mm 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北华航天工业学院毕业论文- 19 - f=（1.21.8）f钻=（1.21.8）0.650.75 =0.5850.87（mm/r）根据机床说明书，选取 f=0.57mm/rv=（1/21/3）v钻=（1/21/3）12 =64（m/min）则主轴转速为 n=51.634r/min 并按机床说明书取 nW=68r/min。

48、实际切削速度为v=dWnW/1000=25195/1000=15.3（m/min）切削工时（一个孔）：l=19mm， l1=6mm， l2=3mmt1=（19+6+3）/nWf=0.72(min)当扩钻两个孔时，机动工时为 t=0.722=1.44（min）3. 扩孔 38.7mm采用刀具：38.7 专用扩孔钻。进给量：f=（0.91.2）0.7 （切削手册表 2.10） =0.630.84（min/r）查机床说明书，取 f=0.72mm/r。机床主轴转速：取 n=68r/min，其切削速度 v=8.26m/min。机动工时 l=19mm， l1=3mm， l2=3mm t1=(19+3+3)

49、/nf=0.51(min)当加工两个孔时 tm=0.512=1.02（min）4. 倒角 245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/min手动进给。工序：精、细镗 mm 二孔，选用机床：T740 金刚镗床。39027. 0010. 0（1）精镗孔至 38.9mm，单边余量 Z=0.1mm，一次镗去全部余量，p=0.1mm。进给量根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为 v=100m/min，则nW=1000v/D=1000100/39=816（r/min）由于 T740 金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。切削工时：当加工

50、一个孔时北华航天工业学院毕业论文- 20 - l=19mm， l1=3mm， l2=4mm t1=（l+l1+l2）/nWf=0.32（min）所以加工两个孔时的机动时间为t=0.322=0.64（min）（2）细镗孔至 mm。由于细镗与精镗孔共用镗杆，利用金刚镗床同时对39027. 0010. 0工件精、细镗孔，故切削用量及工时均与精镗相同p=0.05mm；f=0.1mm/r；nW=816r/min，v=100m/min；t=0.64min工序：磨 39mm 二孔端面，保证尺寸 1180-0.07mm（1）选择砂轮。见工艺手册第三章中磨料选择各表，结果为 WA46KV6P35040127其含

51、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，平型砂轮，其尺寸为 35040127（DBd） 。（2）切小用量的选择。砂轮转速 n砂=1500r/min（见机床说明书） ，v砂=27.5m/s。轴向进给量 fa=0.5B=20mm（双行程）工作速度 vW=10m/min径向进给量 fr=0.015mm/双行程（3）切削工时。当加工一个表面时 t1=2LbZbk/1000v fa fr (见工艺手册表 6.2-8) 式中 L-加工长度 73mm； b-加工宽度，68mm； Zb-单面加工余量，0.2mm； k-系数，1.10； v-工作台移动速度（m/min

52、） ； fa-工作台往返一次砂轮轴向进给量（mm） ； fr-工作台往返一次砂轮径向进给量（mm） 。 t1=273681.1/100010200.015 =10920/3000=3.64（min）当加工两端面时 tm=3.642=7.28（min）工序：钻螺纹底孔 4-6.7mm 并倒角 120。 f=0.20.50=0.1（mm/r） （切削手册表 2.7）北华航天工业学院毕业论文- 21 - v=20m/min （切削手册表 2.13 及表 2.14）所以 ns=1000v/D=100020/6.7=950（r/min）按机床取 nW=960r/min，故 v=20.2m/min。切削工

53、时（4 个孔） l=19mm， l1=3mm， l2=1mm tm=（l+l1+l2）/nWf= 倒角仍取 n=960r/min。手动进给。工序：攻螺纹 4-M8mm 及 Rc1/8由于公制螺纹 M8mm 与锥螺纹 Rc1/8 外径相差无几，故切削用量一律按加工 M8 选取 v=0.1m/s=6m/min所以 ns=238r/min按机床选取 nW=195r/min，则 v=4.9m/min。机动工时 l=19mm， l1=3mm， l2=3mm攻 M8 孔 tm1=（l+l1+l2）*2/nf*4=1.02(min)攻 Rc1/4 孔 l=11mm， l1=3mm， l2=0mm tm2=（

54、l+l1+l2）/nf*2=0.15(min)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综合卡片，见工艺单。第 4 章 夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。指导老师要求设计第道工序钻锥螺纹 Rc1/8 底孔（8.8mm）和第道工序粗铣 39mm 二孔端面的铣床夹具。道工序将用于立式钻床 Z525，刀具为 8.8mm 麻花钻头。道工序夹具将用于 X63 卧式铣床。刀具为两把高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件的两个端面同时进行加工。4.1 问题的提出本夹具主要用来粗铣 39mm 二孔的两个端面，这两个端面对 39mm

55、孔及花键孔都有一定的技术要求。但加工本道工序时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。北华航天工业学院毕业论文- 22 -4.2 夹具设计4.2.1 定位基准的选择由零件图可知，39mm 二孔端面应对花键孔中心线有平行度及对称度要求，其设计基准为花键孔中心线。为了使定位误差为零，应该选择以花键孔定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以花键孔为主要定位基面。为了提高加工效率，现决定用两把镶齿三面刃铣刀对两个 39mm 孔端面同时进行加工。4.2.2 切削力及夹紧力计算刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，225mm，z=20 F= CFFF F

56、FZ/dFF（见切削手册表 3.28）xpayzauenw其中：CF=650，ap =3.1mm，xF=1.0，fz=0.08mm，yF=0.72，e=40mm（在加工面上测量的近似值）uF=0.86，d0=225mm，qF=0.86，wF=0，z=20所以 F=6503.10.080.72400.8620/2250.86 =1456（N）当用两把刀铣削时，F实=2F=2912（N）水平分力：FH=1.1F实=3203（N）垂直分力：Fv=0.3F实=873（N）在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数 K=K1K2K3K4。其中：K1为基本安全系数 1.5； K2为加工性质系数 1.

57、1； K3为刀具钝化系数 1.1； K4为断续切削系数 1.1。所以 F=KFH=1.51.11.11.13203=6395（N）夹紧力的计算 采用联动移动压板式夹紧，利用螺栓和螺母的拧紧来夹紧工件。由机床夹具设计手册表 2-18 可知用扳手的六角螺母产生的夹紧力F=1303X9.8=12769.4N，大于切削力的水平分力。此时夹紧力大于切削力，故本夹具可以安全工作。4.2.3 定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一花键轴，该定位花剑轴的尺寸与公差现归定位与本零件在工作时与其相配花键轴的尺寸与公差相同，即 1643H1150H85H10mm。（2）零件图样规定 mm

58、 花键孔键槽宽中心线与 mm 两孔中心线0.03905039027. 0010. 0北华航天工业学院毕业论文- 23 -转角公差为 2。由于 39mm 孔中心线应与其外端面垂直，故要求 39mm 二孔端面之垂线应与 50mm 花键孔键槽宽中心线转角公差为 2。此项技术要求主要应由花键槽宽配合中的侧向间隙保证。已知花键孔键槽宽为mm，夹具中定位花键轴键宽为mm，因此当零件安5048. 005025. 0065. 0装在夹具中时，键槽处的最大侧向间隙为 bmax=0.048-（-0.065）=0.113（mm）由此而引起的零件最大转角 为 tan=bmax /R=0.113/25=0.00452所

59、以 =0.258即最大侧隙能满足零件的精度要求。（3）计算 39mm 二孔外端面铣加工后与花键孔中心线的最大平行度误差。零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为： max=0.048-（-0.083）=0.131（mm）当定位花键轴的长度取 100mm 时，则由上述间隙引起的倾角为 0.131/100。此即为由于定位问题而引起的 39mm 孔端面对花键孔中心线的最大平行度误差。由于 39mm孔外端面以后还要进行磨削加工，故上述平行度误差值可以允许。1.1.镗床夹具设计镗床夹具设计镗床夹具又称镗模它主要用于加工相体，支架等工件上的单孔或孔系。镗模不仅广泛用于一般镗床和镗孔组合机床上也可以用在一般车床

60、、铣床和摇臂钻床上，加工有较高精度要求的孔或孔系。镗床夹具，除具有定位元件、加紧机构和夹具体等基本部分外，还有引导刀具的镗套。而且还像钻套布置在钻模板上一样，镗套也按照被加工孔或孔系的坐标位置，布置在一个或几个专用的镗孔的位置精度和孔的几何形状精度。因此，镗套、镗模支架和镗杆是镗床夹具的特有元件。夹具的结构类型夹具的结构类型镗床夹具按其结构特点，使用机床和镗套位置的不同，有以下分类方法。（一） 按使用机床类别分，可分为万能镗床夹具、多轴组合机床镗床夹具、精密镗床夹具，以及一般通用机床镗床夹具。（二） 按夹具的结构特点分，可分为卧式镗床夹具和立式镗床夹具等。（三） 按镗套的位置分布，可分为单支承

61、前引导的镗床夹具，即镗套为于被加工孔的前方；单支承后引导的镗床夹具。本夹具属于单支承后引导的镗床夹具，本就加以说明介绍。北华航天工业学院毕业论文- 24 -单支承后引导的镗床夹具，既镗套位于被加工孔的后方，介于工件与机床主轴之间，主要用于加工 D90mm。但根据有两种类型：DL1、镗削D 的方式，则在加工这种较长的孔时，刀具的悬伸长度 h必然很大，起码应大于 L.由于刀具悬伸长度大，所以刀具易引偏，严重时会使镗杆与镗套蹩住，否则须增加镗套长度，以保证足够的导引刚度。但这样将导致整个镗套部分的结构庞大。上述两种的单支承引导的镗杆与机床主轴作刚性联接，这样，要使镗套中心对准机床主轴中心，不容易做到

62、很准确，而且还需要技术水平较高的工人能胜夹紧力大小的确定原则夹紧力大小的确定原则夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构尺寸，保证夹紧可靠性等有很大影响。夹紧力过大易引起工件变形，影响加工精度。夹紧力过小则工件夹不紧，在加工过程中容易发生工件位移，从而破坏工件定位，也影响加工精度，甚至造成安全事故。由此可见夹紧力大小必须适当。计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数 K。kWW 式中 W计算出的理论夹紧力；W实际夹紧力；北华航天工业学院毕业论文- 25 -K安

63、全系数，通常 k=1.53.当用于粗加工时，k=2.53,用于精加工时 k=1.52.这里应注意三个问题：（一）切削力在加工过程中往往方向、大小在变化，在计算机中应按最不利的加工条件下求得的切削力或切削合力计算。如图 2-1 所示切削方向进行静力平衡，求出理论夹紧力，再乘以安全系数即为实际夹紧力，图中 W 为夹紧力，N1、N1为镗孔各方向镗削力，可按切削原理中求切削力。而 N1 切削力将使夹紧力变大，在列静平衡方程式时，我们应按不利的加工条件下，即 N1 时求夹紧力。既KNKNW5 . 11图2-1（二）在分析受力时，往往可以列出不同的工件静平衡方程式。这时应选产生夹紧力最大的一个方程，然后求

64、出所需的夹紧力。如图所示垂直方向平衡式为 W=1.5KN;水平方向可以列出：,f 为工件与定位件间的摩擦系数，一般fKNW/5 . 10.15,即 W=10KN；对 o 点取矩可得下式 KNlllllllKNW2 . 325 . 05 . 022222比较上面三种情况，选最大值，既 W=10KN。（三）上述仅是粗略计算的应用注意点，可作大致参考。由于实际加工中切削力是一个变值，受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动、刀具的钝化等因素影响，计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种计算而得到结果。生产中也有根据一定生产实际经验而用类比法估算夹紧力的，如果是一些关键性的重要

65、夹具，则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。北华航天工业学院毕业论文- 26 -本夹具主要用来镗左端平面夹具， ，这个工艺孔有尺寸精度要求，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与顶面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工1.6aRm质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第一道工序，加工到本道工序时只完成了传动箱体上表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。定位基准的选择由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使

66、各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣箱体的下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准，为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。3.1.2 切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工，参考文献9得：镗削力 6 . 08 . 026HBDfF 镗削力矩 6 . 08 . 09 . 110HBfDT 式中： 62Dmm2321872553125531minmaxmaxHBHBHBHB 115. 0rmmf 0.80.626 25 0.152323755.2FN 1.90.80.610 250.1523226174TN mm本道工序加工工艺孔时，工件的下平面与台价台靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献11可查得夹紧力计算公式： 式（3.1）012()ZQLWrtgr tg式中