机械制造工艺学 课程设计 说明书.docx

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机械制造工艺学课程设计说明书

青岛理工大学琴岛学院

课程设计说明书

设计题目：

万向节滑动叉机械加工工艺设计

课题名称：

机械加工工艺课程设计

学院：

机电工程系

专业班级：

机电一体化技术10-2

学号：

20100212044

学生：

席庆明

指导老师：

管文

青岛理工大学琴岛学院教务处

2012年6月26日

青岛理工大学琴岛学院

机械制造工艺学课程设计任务书

题目：

万向节滑动叉零件的机械加工工艺设计

内容：

1、零件图一张

2、毛坯图一张

3、机械加工工艺卡片一套

4、课程设计说明书一份

设计要求

1.产品生产纲领

（1）产品的生产纲领为200台/年，每台产品轴承座数量2件

（2）轴承座的备品百分率为2%，废品百分率为0.4%

2.生产条件和资源

（1）毛坯为外协件，生产条件可根据需要确定

（2）现可供选用的加工设备有：

X5030A铣床1台

B6050刨床1台

CA6140车床1台

Z3025钻床1台（含钻模或组合夹具）

各设备均达到机床规定的工作精度要求，不再增加设备

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目：

滑动轴承座零件的机械加工工艺设计

班级：

学号：

姓名：

青岛理工大学琴岛学院

年月日

1零件的分析

1.1零件的作用

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。

其主要作用，一是传递转矩，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φ39mm的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴器的作用。

零件φ65mm外圆处有一φ50mm的内花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力。

1.2零件的工艺分析

万向节滑动叉共有两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求。

先分析如下：

1.φ39mm孔为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：

两个φ39mm的孔及其倒角，尺寸为118mm的与两个φ39mm的孔相垂直的平面，还有在平面上的4个M8螺孔。

其中，主要加工表面为φ39mm的两个孔。

2.φ50mm孔为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：

φ50mm十六齿方齿花键孔、φ55mm阶梯孔以及φ65mm的外圆表面和Ｍ６０Ｘ１的外螺纹表面。

（１）φ50mm花键孔与φ３９mm两孔中心线连线的垂直度公差为

１００:

０.２。

（２）φ３９mm两孔外端面对φ３９mm孔垂直度公差为０.１ｍｍ。

（３）φ50mm花键孔宽中心线与φ３９mm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。

２毛坯的确定

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，已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可用模锻成型。

这对于提高生产率，保证加工质量也是有利的。

３定位基准选择

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基准选择的正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率。

否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。

３.1粗基准的选择

对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。

但对本零件来说，如果以φ６５mm（或以φ６２mm外圆）外圆表面作为基准（四点定位），则可能造成这一组内外圆柱表面与零件的交叉部外形不对称。

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为粗精准；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Φ39

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Φ39

mm的外轮廓作为主要定位面，以消除Ｘ，Ｙ的移动和旋转四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪夹持在φ６５mm外圆柱面上，用以消除Ｚ的移动与旋转两个自由度，达到完全定为。

３.2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。

4拟定机械加工工艺路线

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。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工序1：

模锻。

工序2：

正火热处理。

工序3：

车端面及外圆φ62mm，φ60mm,并车螺纹M60×1mm。

以两个叉耳外轮廓及φ65mm外圆为粗基准，选用CA6140卧式车床和专用夹具。

工序4：

钻、扩花键底孔φ43mm，并锪沉头孔φ55mm。

以φ62mm外圆为基准，选用C365L转塔车床。

工序5:

内花键孔5×30º倒角。

选用CA6140车床和专用夹具。

工序6：

钻锥螺纹Rc1/8底孔。

选用Z525立式钻床及专用钻模。

这里安排Rc1/8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7：

拉花键孔。

利用花键内底孔φ55mm端面及Rc1/8锥螺纹底孔定位，选用L6120卧式拉床加工。

工序8：

粗铣φ39mm两孔端面，以花键孔定位，选用X63卧式铣床加工。

工序9：

钻、扩φ39mm两孔及倒角。

以花键孔及端面定位，选用Z535立式钻床加工。

工序10：

精、细镗φ39mm两孔，选用T740卧式金刚镗床及专用夹具加工，以花键内孔及其端面定位。

工序11：

磨φ39mm两孔端面，保证尺寸118

mm，以φ39mm孔及花键孔定位，选用M7130平面磨床及专用夹具加工。

工序12：

钻叉部四个M8mm螺纹底孔并倒角。

选用Z525立式钻床及专用夹具加工，以花键孔及φ39mm孔定位。

工序13：

攻螺纹4-M8mm及Rc1/8。

工序14：

冲箭头。

工序15：

终检。

以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”。

5机械加工余量、工序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207～241HBW，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。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：

5.1外圆表面（φ62mm及M60×1mm）

考虑其加工长度为90mm，与其联结的非加工外圆表面直径为φ65mm，为简化模锻毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为φ65mm。

φ62mm表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求为Rz200μm，只要求粗加工，此时直径余量2Z=3mm已能满足加工要求。

5.2外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（M60×1mm端面）

查《机械制造工艺设计简明手册》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M1，锻件轮廓尺寸（长度方向）>180-315mm,故长度方向偏差为

。

长度方向的余量查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-2.5，其余量值规定为2.0-2.5mm，现取2.0mm。

5.3两内孔φ

mm（叉部）

毛坯为实心，不冲出孔。

两内孔精度要求界于IT7-IT8之间，参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9及表2.3-13确定工序尺寸及余量为：

钻孔：

Eφ25mm

钻孔：

φ37mm2Z=12mm

扩钻：

φ38.7mm2Z=1.7mm

精镗：

φ38.9mm2Z=0.2mm

细镗：

φ

mm2Z=0.1mm

5.4花键孔（16-φ

mm×φ

mm×

mm）

要求花键孔为大径定心，故采用拉削加工。

内孔尺寸为φ

mm，见图样。

参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9确定孔的加工余量分配：

钻孔：

φ25mm

钻孔：

φ41mm

扩钻：

φ42mm

拉花键孔（16-φ

mm×φ

mm×

mm）

花键孔要求大径定心，拉削时的加工余量参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-19取2Z=1mm。

5.5φ

mm两孔外端面的加工余量（计算长度为

mm）

（1）按照《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-25，取加工精度F2，锻件复杂系数S3，锻件重6kg，则两孔外端面的单边加工余量为2.0-3.0mm，取Z=2mm。

锻件的公差按照《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-14，材质系数取M1，复杂系数S3，则锻件的偏差为

。

（2）磨削余量：

单边0.2mm（见《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-21），磨削公差即零件公差–0.07mm。

（3）铣削余量：

铣削的公称余量（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，因此可知本程序的加工公差为–0.22mm（人体方向）。

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。

由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应该调整法家方式予以确定。

φ39mm两孔外端面尺寸加工余量和工序间余量及公差分布见表5-1。

表5-1加工余量计算表

工序

加工尺寸及公差

锻件毛坯

（φ39两端面，零件尺寸

）

粗铣两端面

磨两端面

加工前尺寸

最大

124.6

118.4

最小

120.6

118.18

加工后尺寸

最大

124.6

118.4

118

最小

120.6

118.18

117.93

加工余量（单边）

2

最大

3.1

0.2

最小

1.21

0.125

加工公差（单边）

+1.3

-0.7

-0.22/2

-0.07/2

6确定切削用量及基本工时

工序3：

车削端面、外圆及螺纹本工序采用计算法确定切削用量

6.1加工条件

工件材料：

45钢正火，σb=0.60GPa，模锻。

加工要求：

粗车φ60mm端面及φ60mm、φ62mm外圆，表面粗糙度值

；车螺纹M60×1mm。

机床：

CA6140卧式车床。

刀具：

刀片材料YT15，刀杆尺寸16×25mm2，κr=90º，γo=15º，αo=8º，

=0.5mm。

60º螺纹车刀：

刀片材料：

W18Cr4V。

6.2计算切削用量

（1）粗车M60×1mm端面

1）确定端面最大加工余量：

已知毛坯长度方向的加工余量为

mm，考虑7º的模锻拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量

=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，而可以留出一个φ30mm芯部待以后钻孔是加工掉，故此时实际端面最大加工余量可按

=5.5mm考虑，分两次加工，

=3mm计。

长度加工公差按IT12级，取–0.46mm（入体方向）。

2）确定进给量ƒ：

根据《切削用量简明手册》（第3版）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm，

以及工件直径为60mm时ƒ=0.5-0.7mm/r

按CA6140车床说明书参考《切削用量简明手册》（第3版）表3-9）取

ƒ=0.5mm/r

3）计算切削速度：

按《切削用量简明手册》（第3版）表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。

其中：

Cv=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2。

修正系数kv见《切削用量简明手册》（第3版）表1.28，即kMv=1044，ksv=0.8，kkv=1.04，kkrv=0.81，kBv=0.97。

所以

=108.6m/min

4）确定机床主轴转速

r/min

按机床说明书（见《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-8），与532r/min相近的机床转速为500r/min及560r/min。

现选取

如果选

=500r/min，则速度损失太大。

所以实际切削速度v=114.35m/min。

5）切削工时，按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-1。

（mm），

（min）

（2）粗车φ62mm外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。

1）背吃刀量：

单边余量Z=1.5mm，可一次切除。

2）进给量：

根据《切削用量简明手册》（第3版）表1.4，选用ƒ=0.5mm/r。

3）计算切削速度：

见《切削用量简明手册》（第3版）表1.27

=116（m/min）

4）确定主轴转速：

ns=1000vc/

dw=568r/min

按机床选取n=560r/min，所以实际切削速度

V=

dn/1000=

65x560/1000=114.35m/min

5）检验机床功率：

主切削力Fc按《切削用量简明手册》（第3版）表1.29所示公式计算

其中：

CFc=2795，XFc=1.0，YFc=0.75，nFc=-0.15，

=（σb/650）

=0.94kkr=0.89

所以Fc=2795×1.5×0.50.75×114.35-0.15×0.94×0.89=1024.5（N）

切削时消耗功率Pc为

Pc=FcVc/6x

=1.95Kw

由《切削用量简明手册》（第3版）表1.30中CA6140机床说明书可知，CA6140主电动机功率为7.8kW，当主轴转速为560r/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。

5）校验机床进给系统强度：

已知主切削力Fc=1024.5N，径向切削力Fp按《切削用量简明手册》（第3版）所示公式计算

其中：

CFp=1940，xFp=0.9，yFp=0.6，nFp=-0.3

=（σb/650）

=0.897

Kkr=0.5

所以Fp=1940×1.50.9×0.50.6×114.35-0.3×0.897×0.5

=199.5（N）

而轴向切削力Ff=CFf

Ff

FpKFp

其中：

CFf=2880，xFf=1.0，yFf=0.5，nFf=-0.4

kM=（σb/650）

=0.923

kk=1.17

轴向切削力Ff=2880×1.5×0.50.5×114.35-0.4×0.923×1.17

=499.5（N）

取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数μ=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+μ（Fc+Fp）

=499.5+0.1（1024.5+199.5）=622（N）

而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N（见《切削用量简明手册》（第3版）），故机床进给系统可正常工作。

7）切削工时：

t=l+l1+l2/nf

其中l=90，l1=4，l2=0

所以t=90+4/560×0.5=0.336min

（3）车Φ60mm外圆柱面。

аp=1mmf=0.5mm/r（《切削用量简明手册》（第3版），Ra=6.3μm，刀夹圆弧半径rs=1.0mm）

Vc=Cv/TmаpXvfYvkv

其中：

Cv=242m=0.2,T=60xv=0.15,yv=0.35,kM=1.44,kk=0.81

Vc=159m/min

n=843r/min

按机床说明书取n=710r/min

则此时v=133.8m/min

切削工时t=（l+l1+l2）/nf

其中：

l=20l1=4l2=0

所以t=（20+4）/710×0.5=0.068（min）

（4）车螺纹M60×1mm。

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аp=0.08，走刀次数i=2

Vc=Cv/TmаpXvfYvkv

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=21.57m/min

精车螺纹时Vc=36.8m/min

2）确定主轴转速

粗车螺纹n1=1000vc/

D=1000×21.57/

60=114.4（r/min）

按机床说明书取

n=100r/min

实际切削速度vc=18.85m/min

精车螺纹时n1=1000vc/

D=1000×36.8/

60=195r/min

按机床说明书取n=200r/min

实际切削速度vc=37.7m/min

3）切削工时取切入长度l1=3mm

粗车螺纹工时t1=（l+l1）/nf*i=0.75min

精车螺纹t2=（l+l1）/nf*i=0.18min

所以车螺纹的总工时为t=t1+t2=0.93m/min

工序4：

钻、扩花键底孔Φ43mm及加工沉头孔Φ55mm，选用机床：

C365L转塔车床。

（1）钻孔Φ25mm

f=0.41mm/r（见《切削用量简明手册》（第3版）表2.7）

v=12.25m/min（见《切削用量简明手册》（第3版）表2.13及表2.14，按5类加工性考虑）

nS=1000v/

dW=1000×12.25/

25=155r/min

按机床选取nW=136r/min（按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-2）

所以实际切削速度v=

dWnW/1000=10.68m/min

切削工时

t=（l+l1+l2）/nWf=3min

其中：

切入l1=10mm，切出l2=4mml=150mm

（2）钻孔Φ41mm

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=（1.2～1.8）f钻

v=（1/2～1/3）v钻

式中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=59r/min

按机床选取nW=58r/min

所以实际切削速度为

v=

41*58/1000=7.47m/min

切削工时l1=7mm，l2=2mm，l=150mm

t=（150+7+2）/0.76x59=3.55min

（3）扩花键底孔Φ43mm

根据《切削手册》表2.10规定，查得扩孔钻扩Φ43mm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=7.7m/min

nS=1000*7.7/

*43=57r/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=2.14min

（4）锪圆柱式沉头孔Φ55。

根据有关资料介绍，加工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=0.2mm/r，按机床取0.21mm/r

v=1/3v=1/3×25=8.33m/min

nS=1000v/

D=48r/min

按机床选取nW=44r/min，所以实际切削速度

v=

DnW/1000=8.29m/min

切削工时切入l2=2mm，l2=0，l=8mm

t=（l+l1+l2）/nf=1.08min

在本工步中，加工Φ55mm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。

工序5：

Φ43mm内孔5×30°倒角，选用卧式车床CA6140。

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/

D=1000×16/

43=118r/min

按机床说明书取nW=120r/min，则此时切削速度为

v=

DnW/1000=16.2m/min

切削工时

l=5mml1=3mm

t=（l+l1）/nWf=0.83min

工序6：

钻锥螺纹Rc1/8底孔（Φ8.8mm）

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=1000×25/

×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=

×8.8×680/1000=18.8（m/min）

切削工时

l=11mm，l1=4mm，l2=3mm

t=（l+l1+l2）/nWf=0.24（min）

工序7：

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=Zblηk/1000vfZz

式中Zb-----单面余量3.5mm（由Φ43mm拉削到Φ50mm）；

L-----拉削表面长度，140mm；

η-----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=（1.25～1.5）

=1.35

=16mm

所以拉刀同时工作齿数z=l/p=140/16≈9

所以t=3.5×140×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×9=0.42min

工序8：

粗铣Φ39mm两孔端面，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=1000×27/

225=38r/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，故实际切削速度为

v=

dWnW/1000=

×225×37.5/1000=26.5m/min

当nW=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为

fm=fzznW=0.08×20×37.5=60mm/min

查机床说明书，刚好有fm=60mm/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=