1、萬向節滑動叉機械加工工藝設計_課程設計說明書_2 青島理工大學琴島學院課程設計說明書設計題目萬向節滑動叉機械加工工藝設計課題名稱機械加工工藝課程設計學 院機電工程系專業班級機電一體化技術10-2學 號20100212044學 生席慶明指導老師管文青島理工大學琴島學院教務處2012年 6 月261 零件的分析11零件的作用題目所給定的零件是解放牌汽車底盤傳動軸上的萬向節滑動叉它位于傳動軸的端部其主要作用一是傳遞轉矩使汽車獲得前進的動力二是當汽車后橋鋼板彈簧處在不同的狀態時由本零件可以調整傳動軸的長短及其位置零件的兩個叉頭部位上有兩個39mm的孔用以安裝滾針軸承并與十字軸相連起萬向聯軸器的作用零件

2、65mm外圓處有一50mm的內花鍵孔與傳動軸端部的花鍵軸相配合用于傳遞動力12零件的工藝分析萬向節滑動叉共有兩組加工表面它們相互間有一定的位置要求先分析如下139mm孔為中心的加工表面這一組加工表面包括兩個39mm的孔及其倒角尺寸為118mm的與兩個39mm的孔相垂直的平面還有在平面上的4個M8螺孔其中主要加工表面為39mm的兩個孔2 50mm孔為中心的加工表面這一組加工表面包括50mm十六齒方齒花鍵孔55mm階梯孔以及65mm的外圓表面和的外螺紋表面50mm花鍵孔與mm兩孔中心線連線的垂直度公差為mm兩孔外端面對mm孔垂直度公差為50mm花鍵孔寬中心線與mm中心線偏轉角度公差為由以上分析可知

3、對于這兩組加工表面而言可以先加工其中一組表面然后借助于專用夾具加工另一組表面并且保證它們之間的位置精度要求 毛坯的確定零件材料為鋼考慮到汽車在運行中要經常加速及正反向行駛零件在工作過程中經常承受交變載荷及沖擊性載荷因此應該選用鍛件以使金屬纖維盡量不被切斷保證零件工作可靠由于零件年產量為件已達到大批生產的水平而且零件的輪廓尺寸不大故可用模鍛成型這對于提高生產率保證加工質量也是有利的定位基準選擇基準的選擇是工藝規程設計中的重要工作之一基準選擇的正確合理可以保證加工質量提高生產效率否則就會使加工工藝過程問題百出嚴重的還會造成零件的大批報廢使生產無法進行1粗基準的選擇 對于一般的軸類零件而言以外圓作為

4、粗基準是完全合理的但對本零件來說如果以mm或以mm外圓外圓表面作為基準四點定位則可能造成這一組內外圓柱表面與零件的交叉部外形不對稱按照有關粗基準的選擇原則即當零件有不加工表面時應以這些不加工表面作為粗精準若零件有若干個不加工表面時則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準現選取叉部兩個39mm孔的不加工外輪廓表面作為粗基準利用一組共兩個短形塊支承這兩個39mm的外輪廓作為主要定位面以消除的移動和旋轉四個自由度再用一對自動定心的窄口卡爪夾持在mm外圓柱面上用以消除的移動與旋轉兩個自由度達到完全定為 2精基準的選擇精基準的選擇主要應該考慮基準重合的問題當設計基準與工序基準不重合時應

5、該進行尺寸換算4擬定機械加工工藝路線制訂工藝路線的出發點應當是使零件的幾何形狀尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證在生產綱領已確定為大批生產的條件下可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具并盡量使工序集中來提高生產率除此以外還應當考慮經濟效果以便使生產成本盡量下降工序1模鍛工序2正火熱處理工序3車端面及外圓62mm60mm并車螺紋M60×1mm以兩個叉耳外輪廓及65mm外圓為粗基準選用CA6140臥式車床和專用夾具工序4鉆擴花鍵底孔43mm并锪沉頭孔55mm以62mm外圓為基準選用C365L轉塔車床工序5內花鍵孔5×30o倒角選用CA6140車床和專用夾具工序6鉆錐螺紋

6、Rc18底孔選用Z525立式鉆床及專用鉆模這里安排Rc18底孔主要是為了下道工序拉花鍵孔時為消除回轉自由度而設置的一個定位基準本工序以花鍵內底孔定位并利用叉部外輪廓消除回轉自由度工序7拉花鍵孔利用花鍵內底孔55mm端面及Rc18錐螺紋底孔定位選用L6120臥式拉床加工工序8粗銑39mm兩孔端面以花鍵孔定位選用X 63臥式銑床加工工序9鉆擴39mm兩孔及倒角以花鍵孔及端面定位選用Z 535立式鉆床加工工序10精細鏜39mm兩孔選用T740臥式金剛鏜床及專用夾具加工以花鍵內孔及其端面定位工序11磨39mm兩孔端面保證尺寸118mm以39mm孔及花鍵孔定位選用M7130平面磨床及專用夾具加工工序12

7、鉆叉部四個M8mm螺紋底孔并倒角選用Z 525立式鉆床及專用夾具加工以花鍵孔及39mm孔定位工序13攻螺紋4-M8mm及Rc18工序14沖箭頭工序15終檢以上工藝過程詳見 機械加工工藝過程卡片5機械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的確定萬向節滑動叉零件材料為45鋼硬度207241HBW毛坯重量約為6kg生產類型為大批生產采用在鍛錘上合模模鍛毛坯根據上述原始資料及加工工藝分別確定各加工表面的機械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下 51外圓表面62mm及M60 ×1mm考慮其加工長度為90mm與其聯結的非加工外圓表面直徑為65mm為簡化模鍛毛坯的外形現直接取其外圓表面直徑為65mm62mm表面為自

8、由尺寸公差表面粗糙度值要求為Rz200m只要求粗加工此時直徑余量2Z 3mm已能滿足加工要求52外圓表面沿軸線長度方向的加工余量及公差M60×1mm端面查機械制造工藝設計簡明手冊表22-14其中鍛件重量為6kg鍛件復雜形狀系數為S1鍛件材質系數M1鍛件輪廓尺寸長度方向 180 - 315mm故長度方向偏差為長度方向的余量查機械制造工藝設計簡明手冊表22-25其余量值規定為20- 25mm現取20mm53兩內孔mm叉部毛坯為實心不沖出孔兩內孔精度要求界于IT7 -IT8之間參照機械制造工藝設計簡明手冊表23-9及表23-13確定工序尺寸及余量為鉆孔25mm 鉆孔37mm 2Z 12mm

9、擴鉆387mm 2Z 17mm精鏜389mm 2Z 02mm細鏜mm 2Z 01mm54花鍵孔16-mm×mm× mm×mm × mm 花鍵孔要求大徑定心拉削時的加工余量參照機械制造工藝設計簡明手冊表23-19取2Z 1mm55 mm兩孔外端面的加工余量計算長度為mm1按照機械制造工藝設計簡明手冊表22-25取加工精度F2 鍛件復雜系數S3鍛件重6kg則兩孔外端面的單邊加工余量為20- 30mm取 Z 2mm鍛件的公差按照機械制造工藝設計簡明手冊表22-14材質系數取M1 復雜系數S3 則鍛件的偏差為2磨削余量單邊02mm見機械制造工藝設計簡明手冊表23

10、-21磨削公差即零件公差 007mm3銑削余量銑削的公稱余量單邊為 Z 20 02 18 mm 銑削公差現規定本工序粗銑的加工精度為IT11級因此可知本程序的加工公差為 022mm人體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規定的加工余量其實只是名義上的加工余量實際上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分由于本設計規定的零件為大批生產應該采用調整法加工因此在計算最大最小加工余量時應該調整法家方式予以確定 39mm兩孔外端面尺寸加工余量和工序間余量及公差分布見表5-1表5-1 加工余量計算表工 序加工尺寸及公差鍛 件 毛 坯39兩端面零件尺寸粗銑兩端面磨兩端面加工前尺寸最 大1

11、2461184最 小120611818加工后尺寸最 大12461184118最 小12061181811793加工余量單邊2最大3102最小1210125加工公差單邊13- 07-0222-00726確定切削用量及基本工時工序3車削端面外圓及螺紋本工序采用計算法確定切削用量61加工條件工件材料45鋼正火b 060GPa模鍛加工要求粗車60mm端面及60mm62mm外圓表面粗糙度值車螺紋M60×1mm機床CA6140臥式車床刀具刀片材料YT15刀桿尺寸16×25mm2 r 90oo 15oo 8o 05mm 60o螺紋車刀刀片材料W18Cr4V62計算切削用量 1 粗車M60

12、 ×1mm端面1確定端面最大加工余量已知毛坯長度方向的加工余量為mm考慮7o的模鍛拔模斜度則毛坯長度方向的最大加工余量 75mm但實際上由于以后還要鉆花鍵底孔因此端面不必全部加工而可以留出一個30mm芯部待以后鉆孔是加工掉故此時實際端面最大加工余量可按 55mm考慮分兩次加工 3mm計長度加工公差按IT12級取046mm入體方向 2確定進給量根據切削用量簡明手冊第3版表14當刀桿尺寸為16mm×25mm以及工件直徑為60mm時 05 - 07mmr 按CA6140車床說明書參考切削用量簡明手冊第3版表3-9取 05 mmr 3 計算切削速度按切削用量簡明手冊第3版表127切

13、削速度的計算公式為壽命選T 60min其中Cv 242xv 015yv 035m 02 修正系數kv見切削用量簡明手冊第3版表128即kMv 1044ksv 08kkv 104kkrv 081kBv 097 所以 1086mmin4確定機床主軸轉速rmin按機床說明書見機械制造工藝設計簡明手冊表42-8與532rmin相近的機床轉速為500rmin及560rmin現選取如果選 500rmin則速度損失太大所以實際切削速度v 11435mmin5切削工時按機械制造工藝設計簡明手冊表62-1mmmin2 粗車62mm外圓同時應校驗機床功率及進給機構強度1 背吃刀量單邊余量Z 15mm可一次切除2

14、進給量根據切削用量簡明手冊第3版表14選用 05mmr3 計算切削速度見切削用量簡明手冊第3版表127 116mmin4確定主軸轉速 ns 1000vcdw 568rmin按機床選取n 560rmin所以實際切削速度 V dn1000 65x5601000 11435mmin5檢驗機床功率主切削力Fc按切削用量簡明手冊第3版表129所示公式計算 其中CFc 2795XFc 10YFc 075nFc -015 b650 094 kkr 089所以 Fc 2795×15×05075×11435-015×094×089 10245N 切削時消耗功率P

15、c為 Pc FcVc6x 195Kw 由切削用量簡明手冊第3版表130中CA6140機床說明書可知CA6140主電動機功率為78kW當主軸轉速為560rmin時主軸傳遞的最大功率為55kW所以機床功率足夠可以正常加工校驗機床進給系統強度已知主切削力Fc 10245N徑向切削力Fp按切削用量簡明手冊第3版所示公式計算 其中CFp 1940xFp 09yFp 06nFp -03 b650 0897 Kkr 05所以 Fp 1940×1509×0506×11435-03×0897×05 1995N 而軸向切削力Ff CFfFfFpKFp 其中CFf

16、2880xFf 10yFf 05nFf -04 kM b650 0923 kk 117 軸向切削力Ff 2880×15×0505×11435-04×0923×117 4995N 取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數 01則切削力在縱向進給方向對進給機構的作用力為 F FfFcFp 499501102451995 622N 而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為3530N見切削用量簡明手冊第3版故機床進給系統可正常工作 7 切削工時 t ll1l2nf 其中l 90l1 4l2 0所以 t 904560×05 0336min3車60mm外圓柱

17、面p 1mm f 05mmr切削用量簡明手冊第3版Ra 63m刀夾圓弧半徑rs 10mm Vc CvTmpXvfYvkv 其中Cv 242 m 02T 60 xv 015yv 035kM 144kk 081 Vc 159mmin n 843rmin按機床說明書取n 710rmin則此時 v 1338mmin切削工時 t ll1l2nf其中l 20 l1 4 l2 0所以 t 204710×05 0068min4車螺紋M60×1mm 1切削速度的計算見切削用量手冊艾興肖詩綱編機械工業出版社1985表21刀具壽命T 60min采用高速螺紋車刀規定粗車螺紋時p 008走刀次數i

18、2 Vc CvTmpXvfYvkv其中Cv 118m 011xv 070yv 03螺距t1 1 kM 063706175 111kk 075所以粗車螺紋時Vc 2157mmin精車螺紋時Vc 368mmin2確定主軸轉速 粗車螺紋 n1 1000vcD 1000×215760 1144rmin 按機床說明書取 n 100rmin實際切削速度 vc 1885mmin 精車螺紋時 n1 1000vcD 1000×36860 195rmin 按機床說明書取 n 200rmin實際切削速度 vc 377mmin3切削工時 取切入長度l1 3mm 粗車螺紋工時 t1 l l1 nfi

19、 075min 精車螺紋 t2 l l1 nfi 018min 所以車螺紋的總工時為t t1t2 093mmin工序4鉆擴花鍵底孔43mm及加工沉頭孔55mm選用機床C365L轉塔車床1鉆孔25mm f 041mmr 見切削用量簡明手冊第3版表27v 1225mmin 見切削用量簡明手冊第3版表213及表214按5類加工性考慮 nS 1000vdW 1000×122525 155rmin按機床選取nW 136rmin按機械制造工藝設計簡明手冊表42-2所以實際切削速度 v dWnW1000 1068mmin切削工時 t ll1l2nWf 3min其中切入l1 10mm切出l2 4mm

20、 l 150mm2鉆孔41mm根據有關資料介紹利用鉆頭進行擴鉆時其進給量與切削速度與鉆同樣尺寸的實心孔時的進給量與切削速度之關系為 f 1218f鉆 v 1213v鉆式中f鉆v鉆-加工實心孔時的切削用量現已知 f鉆 056mmr 切削手冊表27v鉆 1925mmin 切削手冊表213并令f 135f鉆 076mmr 按機床選取f 076mmr v 04v鉆 77mmin nS 1000vD 59rmin按機床選取nW 58rmin所以實際切削速度為 v 41581000 747mmin切削工時 l1 7mml2 2mml 150mm t 15072 076x59 355min3擴花鍵底孔 43

21、mm 根據切削手冊表210規定查得擴孔鉆擴43mm孔時的進給量并根據機床規格選f 124mmr擴孔鉆擴孔時的切削速度根據其他有關資料確定為v 04v鉆其中v鉆為用鉆頭鉆同樣尺寸實心孔時的切削速度故 V 04 × 1925 77mminnS 10007743 57rmin按機床選取 nW 58rmin切削工時切入l1 3mm切出 l2 15mm t 150315 58124 214min4锪圓柱式沉頭孔 55根據有關資料介紹加工沉頭孔時進給量及切削速度約為鉆孔時的12-13故 f 13f鉆 13 × 06 02mmr 按機床取021mmr v 13v 13 × 25

22、 833mmin nS 1000vD 48rmin按機床選取nW 44rmin所以實際切削速度 v DnW 1000 829mmin切削工時 切入 l2 2mml2 0l 8mm t ll1l2nf 108min在本工步中加工55mm沉頭空的測量長度由于工藝基準與設計基準不重合故需要進行尺寸換算按圖樣要求加工完畢后應保證尺寸45mm工序543mm內孔5×30°倒角選用臥式車床CA6140由于最后的切削寬度很大故按成形車削制定進給量根據手冊及機床取 f 008mmr 見切削手冊表18當采用高速鋼車刀時根據一般材料確定切削速度v 16mmin則 ns 1000vD 1000&#

23、215;1643 118rmin按機床說明書取nW 120rmin則此時切削速度為 v DnW1000 162mmin切削工時 l 5mm l1 3mm t ll1nWf 083min工序6鉆錐螺紋Rc18底孔88mm f 011mmr 切削手冊表27 v 25mmin 切削手冊表213所以 n 1000vD 1000×25×88 904rmin按機床選取nW 680rmin 切削手冊表235實際切削速度 v Dn1000 ×88×6801000 188mmin切削工時 l 11mml1 4mml2 3mm t ll1l2nWf 024 min 工序7拉

24、花鍵孔單面齒升根據有關手冊確定拉花鍵孔時花鍵拉刀的單面齒升為006mm拉削速度v 006ms36mmin切削工時 t Zblk1000vfZz式中 Zb-單面余量35mm由43mm拉削到50mm L-拉削表面長度140mm -考慮校準部分的長度系數取12 k-考慮機床返回行程系數取14 v-拉削速度mmin fZ-拉刀單面齒升 z-拉刀同時工作齒數z lp p-拉刀齒距 p 12515 135 16mm所以 拉刀同時工作齒數z lp 140169所以 t 35×140×12×141000×36×006×9 042min工序8粗銑39m

25、m兩孔端面保證尺寸11840-022mm fz 008mm齒 參考切削手冊表3-3切削速度參考有關手冊確定v 045ms即27mmin采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀dW 225mm齒數z 20則 ns 1000vdW 1000×27225 38rmin現采用X63臥式銑床根據機床使用說明書見工藝手冊表42-39取nW 375rmin故實際切削速度為 v dWnW1000 ×225×3751000 265mmin當nW 375rmin時工作臺的每分鐘進給量fm應為 fm fzznW 008×20×375 60mmmin查機床說明書剛好有fm 60mmm

26、in故直接選用該值切削工時由于是粗銑故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件利用作圖法可得出銑刀的行程ll1l2 105mm則機動工時為 tm ll1l2fM 10560 175min工序9 鉆擴39mm兩孔及倒角1鉆孔25mm確定進給量f根據切削手冊表27當鋼b800MPad0 25mm時f 039047mmr由于本零件在加工25mm孔時屬于低鋼度零件故進給量應乘系數075則 f 039047×075 029035mmr根據Z535機床說明書現取f 025mmr切削速度根據切削手冊表213及表214查得切削速度v 18mmin所以 ns 1000vdW 1000×18×2

27、5 229rmin根據機床說明書取nW 195rmin故實際切削速度為v dWnW1000 ×25×1951000 153mmin切削工時 l 19mm l1 9mm l2 3mm tW1 ll1l2nWf 1993195025 0635min以上為鉆一個孔時的機動時間故本工序的機動工時為 tM tM1×2 0635×2 127min2擴鉆37mm孔利用37mm的鉆頭對25mm 的孔進行擴鉆根據有關手冊的規定擴鉆的切削用量可根據鉆孔的切削用量選取 f 1218f鉆 1218×065×075 0585087mmr根據機床說明書選取f 0

28、57mmrv 1213v鉆 1213×12 64mmin則主軸轉速為n 51634rmin并按機床說明書取nW 68rmin實際切削速度為v dWnW1000 ×25×1951000 153mmin切削工時一個孔l 19mm l1 6mm l2 3mmt1 1963nWf 072min當擴鉆兩個孔時機動工時為 t 072×2 144min3擴孔387mm采用刀具387專用擴孔鉆進給量f 0912×07 切削手冊表210 063084minr查機床說明書取f 072mmr機床主軸轉速取n 68rmin其切削速度v 826mmin機動工時 l 19

29、mm l1 3mm l2 3mm t1 1933 nf 051min當加工兩個孔時 tm 051×2 102min4倒角2×45°雙面采用90°锪鉆為縮短輔助時間取倒角時的主軸轉速與擴孔時相同 n 68rmin手動進給工序10精細鏜兩孔選用機床鏜床1精鏜孔至389mm單邊余量Z 01mm一次鏜去全部余量p 01mm進給量根據有關手冊確定金剛鏜床的切削速度為v 100mmin則nW 1000vD 1000×100×39 816rmin由于T740金剛鏜床主軸轉速為無級調速故以上轉速可以作為加工時使用的轉速切削工時當加工一個孔時 l 19

30、mm l1 3mm l2 4mm t1 ll1l2nWf 032min所以加工兩個孔時的機動時間為2細鏜孔至由于細鏜與精鏜孔共用鏜桿利用金剛鏜床同時對工件精細鏜孔故切削用量及工時均與精鏜相同p 005mmf 01mmrnW 816rminv 100mmint 064min工序11磨39mm兩孔端面保證尺寸1180-007mm1選擇砂輪見工藝手冊第三章中磨料選擇各表結果為 WA46KV6P350×40×127其含義為砂輪磨料為白剛玉粒度為46硬度為中軟1級陶瓷結合劑6號組織平型砂輪其尺寸為350×40×127D×B×d2切小用量的選擇砂

31、輪轉速n砂 1500rmin見機床說明書v砂 275ms軸向進給量fa 05B 20mm雙行程工作速度vW 10mmin徑向進給量fr 0015mm雙行程3切削工時當加工一個表面時 t1 2LbZbk1000v fa fr 見工藝手冊表62-8 式中L-加工長度73mmt 032×2 064min b-加工寬度68mm Zb-單面加工余量02mm k-系數110 v-工作臺移動速度mmin fa-工作臺往返一次砂輪軸向進給量mm fr-工作臺往返一次砂輪徑向進給量mm t1 2×73×68×111000×10×20×0015

32、 109203000 364min當加工兩端面時 tm 364×2 728min工序12鉆螺紋底孔4-M8mm 并倒角120° f 02×050 01mmr 切削手冊表27 v 20mmin 切削手冊表213及表214所以 ns 1000vD 1000×20×67 950rmin按機床取nW 960rmin故v 202mmin切削工時4個孔 l 19mm l1 3mm l2 1mm tm ll1l2nWf 024min 倒角仍取n 960rmin手動進給工序130攻螺紋4-M8mm及Rc18由于公制螺紋M8mm與錐螺紋Rc18外徑相差無幾故切削

33、用量一律按加工M8選取 v 01ms 6mmin所以 ns 238rmin按機床選取nW 195rmin則v 49mmin機動工時 l 19mm l1 3mm l2 3mm攻M8孔 tm1 ll1l2FFFFZdFF見切削手冊表328其中CF 650ap 31mmxF 10fz 008mmyF 072e 40mm在加工面上測量的近似值uF 086d0 225mmqF 086wF 0z 20所以 F 650×31×008072×40086×20225086 1456N當用兩把刀銑削時F實 2F 2912N水平分力FH 11F實 3203N垂直分力Fv 03

34、F實 873N在計算切削力時必須把安全系數考慮在內安全系數K K1K2K3K4其中K1為基本安全系數15 K2為加工性質系數11 K3為刀具鈍化系數11 K4為斷續切削系數11所以 F KFH 15×11×11×11×3203 6395N選用氣缸-斜楔夾緊機構楔角 10°其結構形式選用型則擴力比i 342為克服水平切削力實際夾緊力N應為 Nf1f2 KFH所以 N KFHf1f2其中f1及f2為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數f1 f2 025則 N 639505 12790N氣缸選用100mm當壓縮空氣單位壓力p 05MPa時氣缸推力為3900N由于已知斜楔機構的擴力比i 342故由氣缸產生的實際夾緊力為 N氣 3900i 3900×342 13338N此時N氣已大于所需的12790N的夾緊力故本夾具可安全工作 723定位誤差分析1定位元件尺寸及公差的確定夾具的主要定位元件為一花鍵軸該定位花劍軸的尺寸與公差現歸定位與本零件在工作時與其相配花鍵軸的尺寸與公差相同即16×43H11×50H8×5H10mm2零件圖樣規定花鍵孔鍵槽寬中心線與兩孔中心線轉角公差為2°由于39mm孔中心線應與其外端面垂直故要求3