万向节滑动叉说明书.docx
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万向节滑动叉说明书
机械制造专业
课程设计说明书
设计题目：
万向节滑动叉机加工艺及工装设计
设计者
指导教师
河南理工大学高等职业学院
机械制造专业课程设计任务书
题目：
万向节滑动叉机加工艺及工装设计
内容：
（1）零件图l张
（2）毛坯图l张
（3）机械加工工艺规程卡片1套
（4）铣床夹具装配图及零件图1套
（5）课程设计说明书1份
原始资料：
万向节滑动叉零件图一份，零件材料为45钢。
评语：
指导教师
2年月日
1引言.............................................................................................................................2
2零件的分析3
2.1零件的作用3
2.2零件的材料3
2.3零件的工艺分析........................................................................................................3
2.3.1.结构分析3
2.3.2加工表面的技术要求分析4
2.3.3.表面处理内容及作用4
3工艺规程设计5
3.1制定零件工艺规程的原则和技术要求5
3.1.1工艺要求5
3.1.2技术依据5
3.2生产类型的确定5
3.3确定毛坯的制造形式6
3.4制定工艺路线及方法6
3.4.1加工方法的选择6
3.4.2基准的选择6
3.4.3制定工艺路线....................................................................................................7
3.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定............................................10
3.6确定切削用量及基本工时...............................................................................13
3.6.1加工条件.............................................................................................................13
3.6.2计算切削用量...................................................................................................13
4夹具设计.......................................................................................................................25
4.1问题的提出...........................................................................................................25
4.2夹具设计..................................................................................................................25
4.2.1定位基准的选择............................................................................................25
4.2.2切削力及夹紧力计算.......................................................................................25
4.2.3定位误差分析...................................................................................................26
4.2.4铣床夹具操作的简要说明.........................................................................27
4.2.5车床夹具操作的简要说明............................................................................27
总结.................................................................................................................................29
参考文献.................................................................................................................................30
致谢...........................................................................................................................31
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。
2零件的分析
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。
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Φ
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。
零件Φ65mm外圆内为Φ50mm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
抗拉强度
延伸率
布氏硬度
σ
=550MN/m
σb=750MN/m
δs=20%
HB=235
2.3零件的工艺分析
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十字轴相联，起万向连轴节的作用；
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Φ65mm，内圆Φ50mm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，他们相互间有一定的位置要求。
现分述如下：
a.以Φ39mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
两个Φ
mm的孔及其倒角，尺寸为
的与两个孔Φ
mm相垂直的平面，还有在平面上的四个M8螺孔。
其中，主要加工表面为Φ
mm的两个孔。
b.以Φ50mm花键孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
Φ
mm十六齿方齿花键孔，Φ55mm阶梯孔，以及Φ65mm的外圆表面和M60×1mm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）Φ
mm花键孔与Φ
mm二孔中心联线的垂直度公差为100：
0.2；
（2）Φ39mm二孔外端面对Φ39mm孔垂直度公差为0.1mm；
（3）Φ
mm花键槽宽中心线与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。
3工艺规程设计
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式：
N=Q*n（1+&%）（1+β%）
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）
β=1（零件的废品率）
则N=5000x1x（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。
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Φ
mm孔及其倒角可选用加工方案如下：
a）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是很高，因此只需采用钻-镗方案。
（2）尺寸为
mm的两个与孔Φ
mm相垂直的平面根据零件外形及尺寸的要求，选用粗铣-磨得方案
（3）Φ50mm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）Φ65mm外圆和M60x1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，以外圆作为粗基准是完全合理的。
但对本零件来说，如果以Φ65mm外圆（或Φ62mm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Φ
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Φ
mm的外轮廓作主要定位面，以消除
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
两个自由度，达到完全定位。
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00车外圆Φ62mm，Φ60mm，车螺纹M60×1mm。
工序05两次钻孔并扩钻花键底孔Φ43mm，锪沉头孔Φ55mm。
工序10倒角5×60°。
工序15钻Rc1/8底孔。
工序20拉花键孔。
工序25粗铣Φ39mm二孔端面。
工序30精铣Φ39mm二孔端面。
工序35钻、扩、粗铰、精铰两个Φ39mm孔至图样尺寸并锪倒角2×45°。
工序40钻M8mm底孔Φ6.7mm，倒角120°。
工序45攻螺纹M8mm底孔Φ6.7mm，倒角120°。
工序50冲箭头。
工序55检查。
3.4.3.2工艺路线方案二
工序00粗铣Φ39mm二孔端面。
工序05精铣Φ39mm二孔端面。
工序10钻Φ39mm二孔（不到尺寸）。
工序15镗Φ39mm二孔（不到尺寸）。
工序20精镗Φ39mm二孔，倒角2×45°。
工序25车外圆Φ62mm，Φ60mm，车螺纹M60×1mm
工序30钻、镗孔Φ43mm，并锪沉头孔Φ55mm。
工序35倒角5×60°。
工序40钻Rc1/8底孔。
工序45拉花键孔。
工序50钻M8mm螺纹底孔Φ6.7mm孔，倒角120°。
工序55攻螺纹M8mm底孔Φ6.7mm，倒角120°。
工序60冲箭头。
工序65检查。
3.4.3.3工艺路线方案三
工序00车端面及外圆Φ62mm，Φ60mm，车螺纹M60×1mm。
工序05钻、扩花键底孔Φ43mm，并锪沉头孔Φ55mm。
工序10内花键孔5×60°倒角。
工序15钻锥螺纹Rc1/8底孔。
工序20拉花键。
工序25粗铣Φ39mm二孔端面。
工序30钻、扩Φ39mm二孔及倒角。
工序35精、细镗Φ39mm二孔。
工序40磨Φ39mm二孔端面，保证尺寸1180-0.07mm。
工序45钻叉部四个M8mm螺纹底孔并倒角。
工序50攻螺纹4-M8mm，Rc1/8。
工序55冲箭头。
工序60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Φ39mm二孔；而方案二则与此相反，先是加工Φ39mm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Φ39mm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Φ39mm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Φ39mm两个孔及其端面加工要求上。
图样规定：
Φ39mm二孔中心线应与Φ55mm花键孔垂直，垂直公差为100：
0.2；Φ39mm二孔与其外端面应垂直，垂直度公差为0.1mm。
由此可以看出：
因为Φ39mm二孔的中心线要求与Φ55mm花键孔中心线相垂直，因此，加工及测量Φ39mm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，Φ39mm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：
Φ39mm孔加工时，以Φ55mm花键孔定位（这是正确的）；而Φ39mm孔的外端面加工时，也是以Φ55mm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Φ39mm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（这是很难得），那么由于Φ39mm二孔中心线与花键孔仍有100：
0.2的垂直公差，则Φ39mm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00车端面及外圆Φ62mm，Φ60mm，车螺纹M60×1mm。
以
两个叉耳外轮廓及Φ65mm外圆为粗基准，选用C620-1卧式车床，专用夹具装夹。
工序05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10内花键孔5×60°倒角。
选用C620-1车床加专用夹具。
工序15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20拉花键孔。
利用花键内底孔、Φ55mm端面及RC1/8锥纹孔定位，选用L6120卧式拉床加工。
工序25粗铣Φ39mm二孔端面，以花键孔定位，选用X63卧式铣床加工。
工序30钻、扩Φ39mm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35精、细镗Φ39mm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40磨Φ39mm二孔端面，保证尺寸1180-0.07mm，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45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Φ39mm孔定位。
工序50攻螺纹4-M8mm，Rc1/8。
工序55冲箭头。
工序60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207～241HBS，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（Φ62mm及M60×1mm）
考虑其加工长度为90mm，与其联结的非加工表面直径为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。
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》（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）＞180～315mm，故长度方向偏差为
mm。
长度方向的余量查《工艺手册》表2.2～2.5，其余量值规定为2.0～2.5mm，现取2.0mm。
3.两内孔
Φ39mm（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《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：
Φ25mm
钻孔：
Φ37mm2Z=12mm
扩钻：
Φ38.7mm2Z=1.7mm
精镗：
Φ38.9mm2Z=0.2mm
细镗：
Φ
mm2Z=0.1mm
4.花键孔（16-Φ
mm×Φ
mm×
mm）
要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。
内孔尺寸为Φ
mm，见图样。
参照《工艺手册》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.Φ
mmmm二孔外端面的加工余量（加工余量的计算长度为
mm）
（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2.0～3.0mm，取Z=2mm。
锻件的公差按《工艺手册》表2.2-14，材质系数取M1，复杂系数S3，则锻件的偏差为
mm。
（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、最小加工余量时，应按调整法加工方式予确定。
Φ39mm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+1.3
Φ39mm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+2×2=122（mm）
毛坯最大尺寸：
122+1.3×2=124.6（mm）
毛坯最小尺寸：
122-0.7×2=120.6（mm）
粗铣后最大尺寸：
118+0.2×2=118.4（mm）
粗铣后最小尺寸：
11
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