CA141汽车转向节的工艺的设计与工艺装配设计毕业设计说明

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1、毕业设计论文任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 下发日期2010-03-08题目CA141汽车转向节的工艺设计及工艺装配设计专题主要容及要求设计容：首先仔细分析所加工零件的主要表面、技术要求、生产纲领。制定一套以上的本零件的加工工艺规程,认真分析各规程的优缺点,从中选择最优的,根据这一规程,绘制出各个主要工序的工序卡片,设计主要工序的机床夹具,分析计算定位误差,设计机床夹具的主要零件,设计刀具。要求：根据CA141汽车转向节给定的零件图,制定出符合加工要求的工艺规程,并对所制定各种规程进行可行性和优化性比较,从中选出最好的工艺设计,设计其中重点工序的工艺装备,要求的图纸量为折合零号图不少

2、于3.5,设计说明书不少于两万字。主要技术参数主要数据为：1. 零件图上的技术要求2. 零件的生产纲领大批量生产进度及完成日期4.2日4.22日认真分析被加工零件的结构特点,分析主要加工表面的表面精度、尺寸精度和其他面的相互闻之精度,绘制出该零件的零件图。4.23日5.20日拟定零件的加工工艺规程,绘制各主要工序的工艺卡片。5.216.3日设计并绘制出机床夹具图、夹具零件图、拉刀结构。6.4日6.15日整理设计计算结果,撰写设计说明书。注：设计说明书的大部分容是穿插在上述容中进行的616日6.20日：准备答辩。6.23日 ：毕业答辩。教学院长签字日期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期指 导

3、 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日答 辩 委 员 会 评 语评定成绩指导教师给定成绩评阅人给定成绩答辩成绩40%总 评答辩委员会主席签字85 / 89摘要本文介绍了汽车转向节设计制造的整个过程,其中机械工艺规程部分详细说明零件工艺分析,基准选择,工艺路线制定,加工经济度和加工方法的经济选择,加工阶段上述分析,毛坯的制造,拟定工艺路线,确定切削余量,毛坯决定的加工尺寸大小；机床夹具设计,机床夹具包括一些主要的夹具组成,夹具的类型,夹具的功能,工件在夹具上的位置,工件夹的夹紧,拉主销孔夹具设计,刀具设计部分包括的主要刀具,拉刀的设计特点

4、,种类,拉削销孔的主要刀具的设计。有效的利用高效组合机床,不仅要效率,而且要确保该定位精度的要求,重点放在加工过程和减少定位误差,加工效率高。组合夹具,专有夹具,操作简便,缩短了辅助实践。合理有序的工序不足,以减少工件量,节约资源。拉削主销孔夹具采用摇板与支撑组成的自我定位的支撑,让拉刀在这个拉削过程中的切割保持和主销孔的同轴度。机构简单,易于操作,并确保准确和精度,拉削过程中就用一次行程可以完成拉削过程,提高加工效率。拉刀的设计采用了组合式来源空拉刀设计方法,拉刀的特点分析,类型,材料和其他问题,根据加工余量,大小,工件材料的设计需要的刀具。拉刀这种工具,具有高效率,高精密加工的特点,在机械

5、加工中被广泛的加工应用。关键词 转向节 加工工艺 工艺路线 切削余量 机床夹具 夹具 拉刀AbstaracThis paper describes the car section of the manufacturing process to design the whole process of which machinery of the order of the detailed description of the parts analysis, the benchmark choice of route development, precision machining and pro

6、cessing methods of economic choice, the processing stage of the Analysis rough the manufacture, preparation of the road, determined cutting cushion and processing determine the size and rough; machine fixture of the function, the workpiece in the fixture on the location, folder Tight, pull the main

7、pin hole fixture design, including the man tool of the design characteristics of Broach, Broach type, pin hole Broaching the main tool used by design.Efficient use of processing combination of machine tools, not only efficient, but also to ensure that the location accuracy requirements focus on proc

8、esses and reduce the positioning error processing efficiency. A combination of fixture, proprietary fixture, easy to operate, shortened the time to support. Reasonable and orderly process for steps to reduce the workload, saving resources.Broaching the main pin hole fixture with a shake-sales suppor

9、t of the self-targeted support to broach in Rafah in the process of cutting its own maintain and broach the main line of the pin hole. Bodies simple, easy to operate, and ensure the accuracy of processing Broaching process can be completed in one trip Broaching process, the processing efficiency.Bro

10、ach the design using a modular design methods hole Broach, Broach analysis of the characteristics, types, materials and other issues, according to the cutting csshion, size, the workpiece materials designed for tool. Rafah processing tool has high efficiency, high-precision machining characteristics

11、, it was widely machining applications.Keyword: Knuckle, technological manufacturing design, the line of the manufacture, fixture, broach摘要2ABSTARAC3第1章绪言6一制定工艺路线6二夹具设计6三专用刀具设计6第2章零件分析82.1 零件用途与使用环境82.2 零件结构分析与工艺分析82.3计算生产纲领,确定生产类项11第3章转向节机械加工工艺规程123.1 制定毛坯123.2基准的选择123.3 工艺路线的制定133.3.1 定位基准的选择133.3

12、.2 加工经济精度与加工方法的选择153.3.3 加工阶段的划分163.3.4 拟定工艺路线173.4 确定加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图193.4.1毛坯机械加工余量确定193.4.2设计毛坯图203.5工序设计213.5.1工序加工余量与加工尺寸213.5.2重要工序的详细介绍24工序1：铣上下耳外端面24工序2：钻、扩主销孔25工序3：车轴颈台肩及端面26工序10：钻铰锥孔26工序14：精磨轴颈:273.5.3重点工序加工精度保证措施28第4章夹具设计304.1夹具概述304.1.1机床夹具及其组成304.1.2机床夹具的分类304.1.3机床夹具的功用304.1.4工件在夹具上的定位3

13、14.1.5工件在夹具中的夹紧324.2拉主销孔夹具设计344.2.1研究加工图样344.2.2拟定夹具的结构方案35第5章拉刀设计385.1分析拉刀特点与零件拉削数据385.1.1 拉削的主要特点385.1.2拉刀的多用及各部分作用385.1.3拉削方式395.1.4转向节拉削基本数据405.2综合轮切式圆拉刀设计步骤：40参考文献53致54附件155附件262第1章 绪言 本次机械制造工艺设计的主要容是对CA141型汽车转向节的加工工艺过程进行分析设计,使整个加工过程达到低能耗、高质量的目的。主要包括工艺路线拟定、方案比较、制作工艺卡片夹具设计、刀具设计等方面。是一次结合大学所学多门专业课

14、知识的重要的实践设计。通过独立思考,老师指导,和同学的一些帮助,既巩固了在大学中所学的专业知识,也在实践中锻炼自身的知识运用能力,为更进一步的学习和将来的工作打下坚实的基础。 此次设计主要包括三大部分一 制定工艺路线 根据被加工件转向节的实际结构,对所需加工的面进行仔细认真的测量,之后,对加工过程进行分析。考虑在加工过程中,遵循简、省、精的原则,减少转向节的挪动次数,以尽量减少加工误差,保证产品的装配质量,以延长产品的使用寿命。设计多套方案,通过多方面的考虑选出最佳方案,以便得到更加合理细致严密的加工工艺规程,二 夹具设计 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置,其作用是使工件相对于机床或刀

15、具有一个正确的位置,并在加工过程中保持这个位置不变。机床夹具通常可以分为五个大类：分别是通用夹具、专用夹具、通用可调整夹具和成组夹具。在转向节的加工过程中,由于转向节的不对称特殊结构,需要特别设计适合加工的专用夹具,使之能够精确的固定在各种加工机械上,使之尽量少的产生加工误差。三 专用刀具设计 转向节的加工工艺,包括铣、钻、锪、磨、拉削、扩等多种加工制造方法,对于不同的加工步骤,都有相应的刀具配合使用,可以达到不同的加工精度,根据不同要求进行选择。此次选用加工主销孔的拉刀,它大体上有拉削部分和夹持部分组成,拉刀一般有很多刀齿,由于拉刀的后一个或一组刀齿高于前一个刀齿,因而能够在一次拉削过程中,

16、将工件余量金属材料逐层的切除掉,一次行程就可以完成粗、精加工,并且加工结束后,被加工面具有很高的精度,拉刀主要有生产率高、加工精度和表面质量高、加工围广、结构简单的优点。所以本次设计采用的是综合轮切式圆拉刀。第2章 零件分析2.1 零件用途与使用环境 转向节是汽车前桥转向部分的重要零件之一,它连接车轮与主销,传递弯矩,达到控制车轮转动,使车拐弯的功能,属于汽车运动部位的关节。由于转向节的功能主要是传递弯矩与扭矩,长期处于运动状态,手里较大且不均匀,因此在制造的过程中需要选择硬度合适的材料和合理的加工方法以及加工尺寸。2.2 零件结构分析与工艺分析 在机械制造业中,通常按照零件加工工艺过程的相似

17、性,对结构复杂的各种零件大体分为轴类零件、套类零件、盘环类零件、叉架类零件以及箱体五大类型,这几类零件的结构形状、精度要求各具特点、加工所需的设备工装差异较大。转向节集中了轴、套、盘环、叉架等四类零件的结构特点。按结构特点,我们把转型节分为三部分进行精度分析。1） 轴颈部分转向节轴颈精度要求狗的部位有四个外圆、2个端面、两处圆角。即与轮毂轴承配合的两个支撑轴颈、及端面,油封轴颈及端面,刹车盘止口两处圆角R7-1、R4-1.5。除刹车盘止口处,上述加工面粗糙度值不小于。两支撑轴颈对轴心线的同轴度不大于,端面对轴心线的垂直度不大于0.03mm。R7-1mm处是受力集中部位,要求有较高的强度, 油封

18、轴颈端面易磨损,要求表面硬度高因此,在此区域中频淬火,淬火深度,硬度。因淬火层深,区域较大,易产生淬火裂纹。对感应线圈的形状、规格、加热时间、冷却水温等参数要求较严格,国外多采用冷压工艺,因冷压产生的塑性变形,不但使表面能获得较细的表面粗糙度,而且也使表面层金属结构和性能发生变化,晶粒变细,并沿着变形最大的方向延伸,有时呈纤维状,在表面留下有利的的残余应力,使零件抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有显著改善,显微硬度可提高。而且具有效率高、无废品、加工方便等优点。 在轴颈端头有长28mm、M301.5h6的螺纹,为了装螺母锁环,在螺纹全长上铣平台,保证尺寸。2） 法兰部分。法兰面的功用是和刹车盘相

19、配合的,其上有均布的的螺钉孔,轴心线的位置度为,法兰面对轴心线的垂直度为垂直度超差竟导致刹车时摩擦片与刹车毂贴合性差,影响刹车性能。轴心线是螺钉孔和限位螺钉孔位置度的测量基准,因此,应以加工后的支承轴颈为定位基准钻螺钉孔。限位螺钉孔与轴心线在同一水平线,距离60mm,限位螺钉控制前轮的转向角。法兰背面因锻造拔模角是斜面,为了螺母端面与法兰面贴合性好,每个螺钉孔均锪有工的的坑。3） 叉架部分。转向节的上下耳和法兰面均成叉架形体,精度高的部位有：（1） 主销孔。主销孔尺寸要求,是长225的断续长孔,最大实体状态同轴度不大于,与轴心线的位置度不大于,到叉架底面距离。为了减小磨损,在主销孔压入青铜衬套

20、,尺寸,表面粗糙度不大于在压入衬套时转向节注油孔应与衬套油孔相吻合,使的量油棒通过。以便润滑油通过油嘴压入衬套油槽。（2） 轴承窝座。轴承窝座是放置止推轴承的。尺寸,端面至上耳端面的距离,对主销孔的垂直度不大于0.05mm。由于空间位置决定轴承窝座的加工只能采用以主销孔定位锪窝座的加工方法,因工艺系统的累积误差大于行位误差的要求,因此垂直度0.05mm不易保证。（3） 锥孔。锥孔小端直径,孔长度55mm,锥度1:8,小端面与量规不齐度为0.3mm,锥孔与塞规着色面积不小于75%。下耳外端面至锥孔中心线34mm,两锥孔距离160mm,至住锥孔中心线距离为44mm。在加工中受锥铰刀制造误差和对刀误

21、差的影响,锥孔与塞规着色面积不易达到75%。2.3计算生产纲领,确定生产类项 零件图1是解放CA1091型汽车的转向节,该产品的年生产量是：Q=100000,n=2件/台,设其备品率a%=10%,机械加工废品率b%=1%,现制定该转向节的接卸加工工艺规程。 年生产纲领：N=Qn1a%b%=1000002110%1%=222000件/年 该转向节的年生产纲领是222000件/年,现已知该产品为小型机械,根据机械制造工艺设计手册差得,由生产类型与生产纲领的关系,可确定其生产纲领为大批生产。第3章 转向节机械加工工艺规程3.1 制定毛坯 制定毛坯的主要依据主要是根据零件在产品中的作用和生产纲领以及零

22、件本身的结构。毛坯的种类和质量与机械加工关系密切,毛坯质量好、精度高,它们对保证加工质量、提高劳动生产率和降低机械加工工艺成本具有重要的作用。在选择毛坯的时候,应从实际出发,出了要考虑零件的作用、生产纲领和零件的结构外,要充分考虑实际情况。常用的毛坯的种类有：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等。汽车转向节的材料是合金工具钢40Cr,该种材料主要用于较重要的调制零件,中等转速或者中等载荷的零件,表面淬火后可作为载荷及耐磨性较高、而无很大冲击的零件,这些符合转向节的工作特点。转向节结构复杂,轻度要求较高,毛坯均用模锻。模锻的毛坯制造精度较高,加工余量小,生产效率高,而且金属材料经模锻后纤维组织的分

23、布有利于提高零件的强度。转向节毛坯经过模锻成型,切边,调质调制处理硬度255-285HB ,检查后,送往冷加工车间。3.2基准的选择 从设计和工艺两个方面看基准,可以把基准分为两大类：即设计基准和工艺基准。 一 设计基准 设计者在设计零件时,根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系,确定标注尺寸或角度的起始位置。这些尺寸或角度的起始位置称作设计基准。简言之,设计图样上所采用的基准就是设计基准。设计基准可以是点、线或面。 二工艺基准 零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。工艺基准又进一步可以分为：工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 1 工序基准 在工序图

24、上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准,成为工序基准。在设计工序基准时,主要考虑一下三个方面的问题： 1应首先考虑用设计基准为工序基准 2所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查 3当采用设计基准为工序基准有困难时,可另选工序基准,但必须可靠的保证零件设计尺寸的技术要求。 2 定位基准 在加工时用于工件定位的基准,称为定位基准。定位基准准是获得零件尺寸的直接基准,占有很重要的地位。定位基准还可以进一步分为：粗基准、精基准,另外还有附加基准。 1 粗基准和精基准 未经机械加工的定位基准称为粗基准,经过机械加工的定位基准称为精基准。机械加工工艺规程中第一道机械加工工序所

25、采用的定位基准都是粗基准。 2 附加基准 零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准,称为附加基准。 3 测量基准 在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差,测量时所采用的基准,称为测量基准。 4 装配基准 在装配式用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准,称为装配基准。3.3 工艺路线的制定 工艺路线的制定是整个加工制造过程的核心,也是至关重要的一步。工艺路线的制定包括了如何选择定位基准、如何确定加工方法、如何安排交加工顺序以及热处理、检验等工序步骤。选择最佳的工艺路线方案,可以极大的改善加工状况,节省材料,减少工人的工作量。对于设计人员来说,这是需要谨慎细心的设计工作

26、。3.3.1 定位基准的选择 一 粗基准的选择粗基准的选择对零件的加工会产生重要的影响,在选择粗基准的时候,一般应遵循下列原则： 1 保证相互位置要求的原则 如果必须保证工件上加工表面与不加工表面的相互位置要求,则应以不加工表面作为粗基准 2 保证加工表面加工余量合理分配的原则,如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀,应选择该表面的毛坯面为粗基准 3 便于工件装夹的原则 选择粗基准时,不需考虑定位准确,夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等问题。为了保证定位准确,加紧可靠,要求选用的粗基准尽可能凭证、光洁和有足够大的尺寸,不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其他缺陷。 4 粗基准一般不得重复使用的

27、原则 如果能使用精基准定位,则粗基准一般不应被重复使用。这是因为若毛坯的定位面很粗糙,在两次装夹中重复使用同一粗基准,就会造成相当大的定位误差。 由于转向节的不对称结构,其粗基准一般选择轴颈与两耳端面。 二 精基准的选择 选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹的准确、可靠、方便,为此,一般应遵循下列原则： 1 基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。这称为基准重合原则。 在对加工面位置尺寸有决定作用的工序中,特别是当位置公差要求很小的时候,一般不应违反这一原则。因为违反了这一原则就必然或产生基准不重合误差,增大加工难度。 2 统一基准原则 党工件以某一

28、精基准定位,可以比较方便的加工大多数或所有其他表面,则应尽早的把这个基准面加工出来,并达到一定精度,以后工序均以它为精基准加工其它表面。这称之为基准统一原则。 采用该原则可以简化夹具设计,可以减少工件搬动和翻转次数。 3 互为基准原则 某些位置度要求较很高的表面,常采用护卫基准反复加工的方法来达到位置度要求。这称为互为基准原则。 4自为基准原则 旨在减少表面粗糙度,减少加工余量和保证加工余量均匀的工序,常以加工面本身为基准进行加工,称为自为基准原则。 5 便于装夹原则 所选择的精基准,应能保证定位基准可靠,夹紧机构简单,操作方便,这称为便于装夹原则。 6 转向节轴颈中心线和主销孔中心线及两中心

29、线交点是零件的设计基础,也是所有加工面的测量基准。因此在加工构成中均以中心线和精加工后的支承轴颈及主销孔作为定位基准。转向节加工顺序有两种。一是以粗基准定位加工上下耳外端面、主销孔。然后以精加工的主销孔及上耳外端面定位加工中心孔,在以中心孔定位加工各轴颈外圆及端面,其他各部位的加工均以精加工后的支承轴颈和主销孔作为定位定位基准。第二种方法是粗基准定位铣端面打中心孔,以中心孔定位加工轴颈及端面,然后以精加工支承周景作为定位基准加工主销孔。其他部位的加工同第一种方法。国各种型号的载重车转向节加工多采用第二种加工顺序。第一汽车制造厂因换型改造利用了部分设备,所以CA141转向节采用第一种加工顺序。3

30、.3.2 加工经济精度与加工方法的选择 各种加工方法所能达到的加工精度和表面粗糙度,都是在一定的围的。所谓加工经济精度是指在正常加工条件下采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人,不延长加工时间所能保证的加工精度和表面粗糙度。 生产商加工精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小,则加工精度高；加工误差大,则加工精度低。 根据加工经济精度的因素选择加工方法,在选择加工方法时英考虑的主要问题有： 1所选择的加工方法能否达到零件精度的要求 2零件材料的课加工性如何 3生产率对加工方法有无特殊要求 4工厂的工艺能力和现有加工设备的加工精度如何 根据转向节的加工要求与精度

31、要求,选择了车削、铣削、磨削、拉削、钻孔、扩孔等加工方法,在加工左右耳外端面时,虽然不需要保证较高的精度,但是由于后面的工序多次用到该面作为定位基准,所以选择铣削,提高精度。由于主销孔要与销有密切的配合,因此需要高精度,低粗糙度,在加工时首先在钻床上钻扩孔,流出加工余量,然后用拉削的加工方法,通过拉刀的一次行程就可以达到所需的精度,提高工作效率。对轴的加工,由于轴颈大部分与其他零件进行配合,因此要严格保证精度,选择先车后磨的加工方法,用车削进行粗加工,磨削进行半精加工,精磨进行精加工,通过三道工序达到所需的精度。3.3.3 加工阶段的划分 1 加工阶段的划分 零件表面的加工是一个有粗到精的过程

32、,通过若干工序的加工逐步达到质量的要求。对加工精度要求较高的零件,按工序性质和容不不同,将工艺路线划分为粗加工、半精加工和精加工等阶段,各种加工阶段的基本要求如下： 1粗加工阶段：粗加工阶段是切除毛坯黑皮和大部分加工余量,为以后加工提供精准几面,并留出均匀而合适的余量。 2半精加工阶段：半精加工阶段可提高精加工需要定位基准的准确性和控制精加工余量,为主要表面的精加工创造条件。 3精加工阶段：该阶段主要为精度和粗糙度要求较高的表面进一步改善表面质量,使零件加工表面达到技术要求。 4光整加工阶段：光整加工阶段的重点是保证获得几个重点表面粗糙度或进一步提高精度。 转向节的主销孔的加工分粗加工和精加工

33、两个阶段,先由钻扩孔达到粗加工要求在用拉削的加工方法进行精加工。轴颈的加工分成粗加工、半精加工和精加工三个阶段,车削作为粗加工阶段加工方法,在磨床上完成半精加工和精加工三个阶段。其他部分的加工都只有一个阶段。 在实际生产中,对于刚性好、精度要求不高或加工余量不大的工件,就不一定要严格划分阶段,因为严格划分阶段不可避免的药增加贡献的数目,使成本高。而在机械加工工序中间,如果工件要进行热处理,则又必然要把工艺路线分为热处理前后两个阶段,这是因为热处理往往要引起较大的变形,使加工精度和表面粗糙度下降,这时常需要靠热处理后的机械加工予以修正。 2 划分加工阶段的目的 1保证加工质量。 粗加工时,切除较

34、厚的金属层,使工件发热而产生热变形,以及因较大的切削力、夹紧力而产生工件的弹性变形等原因,使加工精度不高且较粗糙,因此必须增加半精加工和精加工工序。 2合理使用设备。 在各种加工过程中,根据加工阶段的特性,选择不同功率和特点的机床进行加工,有利于合理使用设备。 3粗加工阶段便于及时发现毛坯缺陷,以确定后续工作能进行,避免浪费工时,减少费用。3.3.4 拟定工艺路线 根据汽车转向节的结构形状,主要加工面的精度要求,公差要求等方面,在设计工艺路线时主要考虑以下几个方面： 1 由于转向节的两耳的不对称性结构,为转向节的精确装夹提供了困难,所以在加工的过程中,应尽量减少转向节的挪动次数,尽可能的在同一

35、个装夹位置时完成多项加工工序,减少工件在装夹时产生的误差。 2 加工过程要满足同轴度要求、主要加工面的精度要求,以及孔系的尺寸和形位误差。保证正确的装夹定位。 拟定工艺路线方案如下： 方案1： 工序一：铣上、下耳外端面 工序二：钻、扩主销孔 工序三：拉主销孔 工序四：钻绞锥孔 工序五：拉键槽 工序六：轴承窝座 工序七：挤压衬套 工序八：铣端面钻中心孔 工序九：车轴颈台肩及端面 工序十：磋磨轴颈及端面 工序十一：精磨轴颈及端面 工序十二：钻法兰面螺钉孔 工序十三：中频淬火 工序十四：铣耳环侧面 工序十五：镗衬套孔 工序十六：车螺纹孔 工序十七：铣平台 方案2： 工序一：铣上、下耳外端面 工序二：

36、钻、扩主销孔 工序三：拉主销孔 工序四：铣端面钻中心孔 工序五：车轴颈台肩及端面 工序六：粗磨轴颈及端面 工序七：钻法兰面螺钉孔 工序八：中频淬火 工序九：铣耳环侧面 工序十：钻绞锥孔 工序十一：拉键槽 工序十二：锪轴承窝座 工序十三：压挤衬套 工序十四：精磨轴颈及端面 工序十五：镗衬套孔 工序十六：车螺纹孔 工序十七：铣平台 方案比较：方案一的工艺路线着重考虑了减少多次装夹产生的定位误差,但是只是理论上考虑转向节的位置关系,而没有考虑到实际操作中机械设备的结构情况,因此,虽然理论上减少了装夹次数,但是在实际的操作中缺增加了难度,造成了更多的定位误差的产生,装夹此说也有所增加。总体上,方案一设

37、计的路线没有达到最优的设计效果,缺乏实践经验。方案二是在充分吸收方案一的经验基础上,结合工厂的实际生产状况,加工设备的结构情况,从转向节的实际结构出发,根据不同的加工要求,主要加工面有条理的分为：粗加工、半精加工、精加工阶段,以保证尺寸、精度、表面粗糙度的要求。同时,将实际操作中,工件的装夹次数减到最少,大大节省加工时间,减少了工人的工作量,更重要的是将因装夹而产生的定位误差减少到最低,提高了产品质量,减少了加工成本。因此,通过方案一盒方案二的比较,选择方案二作为最终加工工艺路线。 经过综合考虑,最终确定转向节加工工艺过程如下：表2.1转向节加工工艺过程序号工序名称定位基准1铣上、下耳外端面2

38、钻、扩主销孔上、下耳外端面3拉主销孔上、下耳外端面与法兰面4铣端面钻中心孔上、下耳外端面5车轴颈台肩及端面中心孔6粗磨轴颈及端面中心孔7钻法兰面螺钉孔轴颈外圆、端面及主销孔圆面8中频淬火9铣耳环侧面轴颈外圆与主销孔圆面10钻绞锥孔上、下耳外端面与主销孔圆面11拉键槽上、下耳外端面与主销孔圆面12轴承窝座下耳外端面与主销孔圆面13挤压衬套上、下耳外端面与主销孔圆面14精磨轴颈及端面中心孔15镗衬套孔轴颈外圆与法兰面17车螺纹孔中心孔18铣平台中心孔3.4 确定加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图3.4.1毛坯机械加工余量确定 已知锻件毛坯重量17kg,锻件形状复杂系数为查机械加工工艺手册表3.1-56

39、知锻件的单边余量为：直径方向2.3-3.0mm水平方向为2.5-3.0mm3.4.2设计毛坯图 一确定毛坯热处理 合金结构钢铸造后应该进行退火处理,以消除残余的铸造应力,细化部金相组织,使部组织分布的更加均匀,从而大大改善加工性,提高工件的质量。 二确定毛坯加工余量与加工尺寸零件尺寸加工余量锻件尺寸偏差555666571575622696275 三转向节毛坯图3.5工序设计3.5.1工序加工余量与加工尺寸 毛坯尺寸与零件设计尺寸之差车位加工余量,加工总余量的大小取决于加工过程中各个工步切除金属层厚度的总和。每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。工序总余量按照下式进行计算：式中：加工总余量工序

40、余量n工序次数 工序余量还可以定义为相邻两工序基本尺寸之差,工序余量有单边余量和双边余量之分,零件非对称疾厄宫的非对称表面,其叫那个余量一般为单边余量。零件对称疾厄宫的对称表面,其叫那个余量为双边余量。在转向节加工过程中,主销孔的加工、轴颈外圆加工都是使用双边余量。对于,回转体的叫那个余量为双边余量,对于外圆表面有：对于圆面： 由于工序尺寸有公差,所以加工余量也必然在某个公差围变化,其公差大小等于本道工序尺寸公差与上道工序工序尺寸之和。余量公差可以表示为以下：式中工序余量公差工序最大余量工序最小余量加工面在本道工序的加工尺寸公差加工面在上道工序的工序尺寸公差 一般情况下,工序尺寸的公差按入体原

41、则标注。即对被包容尺寸轴的外径、实体长、宽、高,其最大加工尺寸就是基本尺寸,上偏差为零,对包容尺寸孔的直径、槽的宽度,其最小加工尺寸就是基本尺寸,下偏差为零。 综合考虑工序余量的各个影响因素,可有下面的计算公式： 1对于单边余量 2对于双边余量 确定加工余量的方法有三种：计算法、查表法和经验法。在此采用计算法和查表法相结合的方法,得到的加工余量如下列举： 工序1：铣上、下耳外端面 一上耳：加工余量：5双边余量 加工尺寸：570.2 590.5 二下耳：加工余量：5双边余量 加工尺寸：1020.2 工序2：钻扩主销孔 加工尺寸：72 工序3：拉主销孔 加工余量：1.439双边余量 加工尺寸 工序

42、4：铣端面、钻中心孔 加工余量：6 加工尺寸：,1160.1 工序5：车轴颈台肩及端面 一车轴颈外圆1：加工余量：6双边余量 加工尺寸： 二车轴颈外圆2：加工余量：5.25双边余量 加工尺寸： 三车轴颈外圆3：加工余量：5.25双边余量 加工尺寸： 四车轴颈外圆4：加工余量：5.25双边余量 加工尺寸： 工序6：粗磨轴颈及端面 一车轴颈外圆2：加工余量0.25双边余量加工尺寸： 二车轴颈外圆3：加工余量0.27双边余量加工尺寸： 三车轴颈外圆4：加工余量0.25双边余量加工尺寸： 工序7：钻法兰面螺孔： 一钻两侧孔：叫那个尺寸： 60 二钻法兰面均布四孔：加工尺寸： 工序9：铣耳侧面 加工余量

43、：5 加工尺寸： 工序10：钻绞锥孔 加工余量：30双边余量 加工尺寸：160 37.5 44 工序11：拉键槽 加工余量：7.52 加工尺寸： 工序12：轴承窝座 加工余量：9 加工尺寸： 工序13：压挤衬套 加工尺寸： 工序14：精磨轴颈及端面 一车轴颈外圆2：加工余量：0.5双边余量加工尺寸： 二车轴颈外圆3：加工余量：0.48双边余量加工尺寸： 三车轴颈外圆4：加工余量：0.5双边余量加工尺寸： 工序15：镗衬套孔 加工余量：0.3 加工尺寸： 工序16：车螺纹 加工尺寸：M301.56h 工序17：铣平台 加工余量：4 加工尺寸：3.5.2重要工序的详细介绍工序1：铣上下耳外端面（1

44、） 刀具的选择：选择YT15硬质合金机夹式盘铣刀选择铣刀直径,齿数z=5（2） 确定铣削用量：1） 背吃刀量：由于加工余量为2.5mm,故可在一次走刀切完,取2） 确定每齿进给量：根据2.1-73知每齿进给量 取：3） 确确定铣削速度v：根据表2-1-75,表2,-7,1铣刀后刀面最大磨损度为0.40.6mm刀具寿命为T=120根据给定的条件,查表2.1-80得,表中数据对应的加工条件为铣削宽度为60mm现工件,实际铣削最大宽度达到85mm根据表2.1-79查出修正系数：,表2.1-79第二项表2.1-79第三项,考虑到修正系数后的铣削速度计算出刀具速度及进给转速根据专用铣床说明书取：, 这时

45、,工序2：钻、扩主销孔1钻孔：（1） 刀具大选择;选用标准高速钢麻花钻（2） 确定钻削用量： 确定进给量f,查手册知f=0.32-0.4由于孔深比 查两面十轴组合钻床说明书取f=0.25mm/r 查表知钻头强度所允许的进给量f2mm/r故选f可用确定切削速度v：根据所给条件,可直接在表3.4-15中用插入法计算得V=22mm/min由于实际加工条件与上表所给的条件不完全相同,应进行修正查表,查机床说明书,取n=175r/min,实际切削速度v为3. 扩主销孔：（1） 选用的标准YT15硬质合金扩孔钻（2） 确定扩孔切削用量1） 查表3.4-5,取f=0.45-1.20.9mm/r=0.405-

46、1.08mm/r,根据两面十轴说明书取f=0.5mm/r2） 确定切削速度v及n 根据表3.4-35取v=63m/min由于切削条件与上表不同,切削速度需乘以以下修正系数,故v=63m/min0.70.87=38.37m/min根据说明书,去n=300r/min,实际扩孔速度工序3：车轴颈台肩及端面（1） 刀具的选择：这里选择YT15硬质合金机夹刀具（2） 车削用量的确定1） 背吃刀量：由于加工余量为2.5mm所以可知在一次走刀切完取背吃刀量2） 确定切削速度由表1.1-46知v取70m/min由于上表中的参数与实际不完全一致查表知则工序10：钻铰锥孔1. 钻孔：1刀具的确定：选择标准高速钢麻

47、花钻（3） 确定钻削用量：1） 确定进给量f查手册知f=0.250.35mm/r由于孔深比l/d0=60/25=2.04, ,故查立式六工位钻铰组合机床说明书,取f=0.25mm/min2确定切削速度v：根据所给条件可直接在表3.4-15中用插入法计算器得V=25m/min 由于实际加工条件与上表所给条件不完全一致应进行修正查表：, 则,2. 铰锥孔1） 刀具的确定：选用1:8高速钢锥形铰刀2） 确定铰孔切削用量：确定进给量f,根据表3.4-41查出f=0.18按立式六工位钻铰组合机床2A449X说明书取f=0.18mm/min切削速度v及n,根据表3.4-40取v=46m/min这里取5m/

48、min切削速度的修正系数由表3.4-9查出,故 根据机床说明书取n=35r/min 工序14：精磨轴颈:、与端面 1选择砂轮。见金属机械加工工艺人员手册第十章中磨具中从表10-62、表10-65、表10-66、表10-67选择结果为 WA54L6P30035127其含义为：砂轮末了为白刚玉,粒度为54号,硬度为中软2级,瓷结合剂,6号组织,平型砂轮,其尺寸为30035120DBd。 2切削用量的选择。砂轮转速=1500r/min,=27.5m/s 轴向进给量=32 工件速度=10m/min 颈项进给量=0.5双行程 3切削工时 根据： 见工艺手册表6-8 式中：L加工长度B加工宽度单面加工余量

49、k系数,1.10v工作台移动速度m/min工作台往返一次砂轮轴进给量工作台往返一次砂轮径向进给量轴颈加工工时轴颈加工工时轴颈加工工时该工序的总工时是：各工序加工尺寸、加工余量、精度。3.5.3重点工序加工精度保证措施 转向节精磨工序保证两支承轴颈、对轴心线的同轴度为,大轴颈端面和油封颈端面对轴心线的垂直度分别为和,若按传统工艺采用端面外圆磨床和外圆磨床分别磨削外圆和端面、外圆和端面及外圆,需要三次装夹定位。由于工艺系统的误差和定位误差的影响,磨出的各外圆位置度保证不了产品要求。 为了减少多次装夹产生的定位误差,CA141转向节轴颈磨削工序采用进口的双砂轮端面外圆磨床4RPL-A。一次装夹定位,

50、同时磨出外圆、外圆及端面、外圆及端面及R7-1mm、R4-1.5mm两处圆角每磨20件,金刚石按仿形靠模自动修整一次砂轮使切削微刃总处于锐利期和半钝期状态,从而获得较低的表面粗糙度。零件轴向和径向的磨削量分别为0.12mm左右,但是,每个零件装夹后轴向位置都不同,为了保证等量磨削,轴向探测器使砂轮架自动调整工件的相应位置。 机床有自动测量自动补偿机构,当砂轮修整后直径变小,步进电机驱动砂轮架递进补偿砂轮的修磨量,使零件保持而定的尺寸。磨削过程中动态数字显示,到预定尺寸砂轮架自动退回。一个工作循环砂轮经过：快速进给稍停粗磨稍停精磨稍停光磨稍停快速退回等工序。稍停时间很短,在加工过程中观察不出砂轮

51、进给运动变化,但它起到了由于切削力而产生的工艺系统弹性变形的回复和制件圆度修整等作用。因此磨出的零件尺寸误差不大于0.005mm表面粗糙度值不大于位置度均在产品要求围。第4章 夹具设计4.1夹具概述4.1.1机床夹具及其组成 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置,其作用是在使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置,并在加工过程中保持这个位置不变。机床夹具的基本组成部分是： 1定位元件或装置 用以确定工件在夹具中的位置 2刀具导向元件或装置 用以引导刀具或者用以调整刀具相对于夹具的位置 3夹紧元件或装置 用以夹紧工件 4连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接 5夹具体 用以连接夹具

52、各元件及装置,使之成为一个整体,并通过它将夹具安装在机床上 6其他元件或装置 除上述各部分以外的元件或装置4.1.2机床夹具的分类 机床夹具按其使用围可以分为以下五种基本类型; 1通用夹具 2专用夹具 3通用可调整夹具和成组夹具 4组合夹具 5随行夹具4.1.3机床夹具的功用 1保证加工质量 机床夹具的主要任务是保证加工精度,特别是保证被加工件的加工面与定位面之间以及被加工表面之间的位置精度。使用夹具后,这种精度主要靠夹具和机床来保证,不再依赖工人的技术水平。 2提高生产效率,降低成本,使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间按,且易于实现多件,多工位加工。 3扩大机床工艺围 在机床上使用夹具可使

53、加工变得方便,并可扩大机床工艺围。4.1.4工件在夹具上的定位 常用的定位方法与定位元件 一工件以平面定位 平面定位的主要形式是支撑定位。夹具上常用的支撑元件有： 1 固定支撑 固定支撑有支撑钉和支撑板两种形式。 1支撑钉 只能限制一个自由度：两个支撑钉组合形成直线定位副,限制两个自由度；三个支撑钉组成平面定位副,限制三个自由度。支撑钉组合多用于粗基准定位。图4-1支撑钉的种类和形状 2支撑板 这种定位元件多用于精基准平面定位且成组使用。一组支撑板,与精基准面接触形成平面定位副,相当于三个支撑钉或三个点定位副,限制三个自由度。一块长支撑板定位时,形成线定位副。限制两个自由度。图4-2支撑板的种

54、类和形状 2 可调支撑 支撑点位置可以调整的支撑称为可调支撑。当工件定位表面不规整以及工件批与批之间毛坯尺寸变化较大时,常使用可调支撑。有时,可调支撑也可用作成组夹具。 3 自位支撑 自位支撑在定位过程中,支撑本身可以随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。 4 辅助支撑 辅助支撑是在元件定位后才残余支撑的元件,它不起定位作用。 二 工件以圆柱孔定位 工件以圆柱孔定位大都属于定心定位定位基准为孔的轴线,夹具上相应的定位元件是心轴和定位销。 三工件以外圆表面定位 工件以外圆表面定位有两种形式,一种是定心定位,一种是支撑定位。工件以外圆表面支撑定位常用的定位元件是V型块。4.1.5工件在夹具

55、中的夹紧 夹紧装置时夹具的重要组成部分。在设计夹紧装置时,应满足一下基本要求。 1在夹紧过程中,应能保持工件定位时所获得的正确位置。 2夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用,保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时,不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。 3夹紧装置应操作方便、安全、省力。 4夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑。并尽可能采用标准化元件。 二 夹紧力的确定 夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素,它们的夹紧机构中首先要解决的问题。 一夹紧力方向的选择 夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则： 1夹紧力的作用方向应有利于

56、工件的准确定位,而不能破坏定位。为此一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面。 2夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向一致,以减小工件变形。 3夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致,以减小所需夹紧力。 二夹紧力作用点的选择 夹紧力作用点的选择是指夹紧力作用方向已定的情况下,群定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目。一般应注意以下几点： 1夹紧力作用点应对支撑元件或位于之成员间所形成的支撑面,以保证工件已获得的定位不变。 2夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位,以减小工件的变形。 3夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面,以便减少切削力对工件造成的翻转力矩。必要时应在工件刚度差

57、的部位增加辅助支撑并施加夹紧力,以减少切削过程中的振动和变形。 三夹紧力大小的估算 在夹紧力方向和作用点位置确定后,还需合理的确定夹紧力的大小。夹紧力不足,会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动；夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。因此,应对所需的夹紧力进行估算。 估算夹紧力的一般方法是将工件视为分离体,并分析作用在工件上的各种力；再根据力系平衡条件,确定保持工件所需的最小夹紧力；最后将此最小夹紧力乘以适当的安全系数,即可得到所需要的夹紧力。 三 常用的夹紧机构 一斜楔夹紧机构 二螺旋夹紧机构 三偏心夹紧机构 四铰链夹紧机构 五定心夹紧机构 六联动夹紧机构4.2拉主销孔夹具

58、设计 由于转向节的特殊不对称形状,在对其进行加工时,需要设计专有夹具。在转向节的加工过程中,主要有铣、钻扩孔、拉孔、拉键槽、车、磨、惚、镗八种加工工艺,一共有八种空间为之需要夹具设计。在此,只对其中的工序之一拉主销孔的夹具进行设计。4.2.1研究加工图样 该工件的结构形状、尺寸、材料、热处理要求、主要表面的加工精度、表面粗糙度如下图所示：图4-3加工参数 被加工件的毛坯是铸件,拉主销孔工序的加工余量是1.439mm,加工精度为IT7.本工序所使用的机床是卧式拉床7A520,所使用的道具师组合式圆孔拉刀。在本工序之前工件的结构形状、尺寸、主要表面的加工精度、表面粗糙度如下图所示：图4-4加工件参数 本由于拉削的独特特地,拉刀的后一个后一组刀齿高于前一个刀齿,因而能够在一次拉削行程中,将工件余量金属材料一层一层的切除掉。4.2.2拟定夹具的结构方案 该家具用于卧式拉成,属于拉削盘类工件的孔。图4-5夹具图 转向节以法兰面两侧底面放在四个支撑销4上与定位。工件由拉刀自动找正球心。球面滑块3能在各个方向上做适量的转动,便于工件自动定位。本夹具采用了支撑滑座5、半圆键型摇板1组