半轴机械加工工艺及工装设计.doc

www.88doc88.comwww.yanziedu.com半轴机械加工工艺及工装设计摘要：半轴是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，它是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，在进行半轴的工艺和工装设计时，首先对半轴的工艺性进行了详细的分析，设计出了加工的工艺过程，根据加工要求设计专用夹具设计，一付是用来车削半轴的外圆，一付是用来钻削半轴圆盘上均匀分布的小孔，在设计中注意的夹具的经济性和使用性，尽量降低加工时的成本，减少工人的劳动强度，除此还进行了组合量具的设计，用来检查6个均匀分布的小孔的位置度公差。关键词：工艺工装设计夹具设计组合量具设计Abstract：Thehalfstalkisinautomotivestalktheacceptancetwistthebiggestsparepartsofsqire,itisbadsoonmachineanddrivetheroundofdeliverstotwisttheofsolidstalk,itinsidecarrygenerallypasstospendthekeyandhalfstalkwheelgearstoconnect,carryoutsidewithaconjunction,thatsparepartsisinthemachineequipmentshavetospreadtomovesex,atcarryonthehalfstalkofcraftandworkequiptoaccount,thehalfaxialcraftcarriedonthedetailedanalysisfirst,designingprocessedcraftprocess,accordingtoprocesstorequesttodesigntheappropriationtongsdesign,apayistousetocometocartoparetheoutsidecircleofthehalfstalk,onpayisusetodrilltopareadishofthehalfstalkupevendistributeofeyelet,inthedesigntheeconomyoftheadvertenttongsandusage,asfaraspossiblelowertoprocessofcost,reducetheworkeroflaborstrength,inadditiontothisstillcarriedonthedesignthatthecombinationquantityhave,usetocheck6evendistributeofabusinesstripofpositionoftheeyelet.KeyWords：ThecraftworkpacksthedesignThetongsdesignCombinethequantityhasthedesign文献综述夹具设计综述一前言在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大www.88doc88.comwww.yanziedu.com量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。按夹具的应用范围分类有：通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具；按夹具上的动力源分类有：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、切削力及离心力夹具1。（一）夹具设计的基础理论18一个好的机床夹具，首先要保证能加工出合格的产品。为此，所设计的夹具首先应满足以下两项要求：(1)在未受外力作用时，加工件对刀具和机床应保持正确的位置，即加工件应有正确的定位。(2)在加工过程中，作用于加工件上的各种外力，不应当破坏加工件原有的正确定位即对加工件应有正确的夹紧。（二）定位原理在机械加工中，我们要求加工出来的表面对加工件的其它表面保持规定的位置尺寸。因为加工表面是由切削刀具和机床的综合运动所造成，所以在加工时，必须使加工件上的规定表面(线、点)对刀具和机床保持正确的位置才能加工出合格的产品。定位原理把加工件上的规定表面(线、点)与夹具上的规定表面(线、点)相互靠住的这一措施，叫做夹工件在夹具中的定位。该加工件上的这种规定表面(线、点)称为定位基准。定位基本原理在夹具设计中的应用自由物体定位的基本原理：自由的物体，它对三个互相垂直的坐标面来说，有六种活动的可能性，其中三种是移动，三种是转动，习惯上，我们把这种活动的可能性称为自由度。当物体的六个自由度被完全限制后，该物体在空间的位置也就完全确定了，所以定位就是限制自由度；在夹具中限制加工件的自由度在夹具中，使加工件的规定表面与定位元件接触，就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度数与定位元件的形式、数量及布置情况有关；夹具中的超定位如果两种定位元件均能限制加工件的同一个自由度时，就发生了超定位，超定位能产生www.88doc88.comwww.yanziedu.com一些不良后果。如使定位不稳定，降低了定位精度；因加工件定位基准间的误差，使加工件装不进夹具等。在设计中应尽量避免超定位。（三）夹紧原理18在生产实践中，尽管定位方式是合理的，但由于夹紧状态不良(即夹紧力的大小、方向、作用点和支承的位置选择不当)可能出现如下问题：加工件飞出夹具，打坏刀具，造成安全事故；加工出来的位置尺寸不准确；加工表面产生形位公差(如不平度、不垂直度)；加工表面粗糙度高等。因此，当加工件正确定位后还需要获得良好的夹紧状态。使加工件获得良好的夹紧状态的措施，叫做正确的夹紧。加工件的正确夹紧原则1.在夹紧过程中，如何克服重力的影响，把加工件压回正确位置，是正确夹紧原则之一。所以在考虑定位方案及设置定位支承时，应尽可能使支承反力与重力不构成力偶，使加工件重心位于支承范围内。2.在夹紧过程中，如何使已获得正确定位的加工件不脱离正确位置，是正确夹紧原则之二。所以，在制定夹紧方案时，应尽可能避免夹紧力与支承反力构成力偶。3.在夹紧过程中，如何使加工件不产生超出允许范围的变形，是正确夹紧原则之三。所以在制定夹紧方案时，对于刚性较差的加工件，应尽可能避免产生或应尽可能减小由夹紧力产生的弯曲力矩。4.在切削过程中，如何避免加工件发生不能允许的振动，是正确夹紧原则之四。所以，在制定夹紧方案时，对于刚性较差的加工件，应尽可能避免产生或应尽可能减小由切削力产生并作用于加工件上的弯曲力矩。5.如何使平衡切削力所需要的夹紧力最小，是正确夹紧原则之五。所以，在制定夹紧方案时，切削力最好由支承反力平衡，而尽可能避免用夹紧力及由夹紧力产生的摩擦力平衡。（四）简述计算机设计专用夹具专用夹具是为完成某一工件的某一工序而专门设计的工艺设备。与组合夹具www.88doc88.comwww.yanziedu.com相比，专用夹具具有以下特殊的优点：(1)能确保工件的加工精度；(2)总体方案与生产纲领相适应；(3)操作方便，能减轻工人的劳动强度；(4)便于排屑，有良好的结构工艺性。传统的专用夹具设计需要耗费大量的时间进行设计计算，需要经验丰富的夹具设计人员来完成，劳动量大，效率低。20世纪80年代以来，将计算机技术应用到夹具设计中一直是机械领域研究的课题之一。传统夹具设计理论与先进的计算机技术相结合而开发出的各种CAFD系统成为专用夹具新的设计方法。17最初的交互式设计系统是由设计人员简单应用CAD软件的图形功能，建立一个标准夹具元件数据库，设计者根据经验选择元件，并装配成夹具。随后开发的CAFD系统建立了定位方法选择、工件信息检索等模块，大大提高了CAFD系统的实用性。这些都是基于二维平台开发的。随着计算机技术的发展，三维绘图成了计算机辅助设计的有力工具。多数三维绘图软件都建立了标准件库，同时允许用户建立自己的元件库。这为交互式夹具设计提供了更好的平台交互式夹具设计步骤以传统夹具设计步骤为基础。首先根据工件特征、工序信息及夹具信息，调用有关的程序和数据协助技术人员来完成夹具的定位方案、导向方案、夹紧方案的设计，并通过人机交互的方式完成各功能元件和部件的选择和设计。然后进入三维绘图环境，采用人工交互的方式进行参数化驱动，以获得尺寸满足要求的零件和部件，装配后绘出装配图和零件图。交互式夹具设计系统适合于开发新产品和需要加工新工件、没有已有夹具信息可以利用的情况。对于大多数制造业企业来说，待加工的工件相似性高，因此要设计的夹具只需要在尺寸或结构上进行部分修改，这就使夹具设计中重复性工作多，需要繁琐的人工绘图工作。如何充分利用已有夹具信息成为CAFD系统的关键环节。因此基于实例推理的夹具设计理论得到了发展和实际应用。CAPP在世界范围内掀起的热潮，又由于工艺和夹具的密切联系而后者又有其独立性，推动了计算机辅助夹具设计系统的研究和开发。FMS和CIMS的兴起和开发，迫切需要柔性夹具实现快速生产准备。同时，以计算机辅助夹具设计系统为基础的夹具信息系统是CIMS中信息集成的一个重要环节。根据国内外现已开发的夹具设计软件系统，计算机辅助夹具设计是目前比较成熟的夹具设计系统。计算机辅助夹具设计可归纳为四种方法：部分自动化的夹具设计、夹具自动www.88doc88.comwww.yanziedu.com设计(AFD)法、参数夹具设计、据已有夹具方案进行夹具设计。（五）夹具设计技术的发展趋势由于CAD/CAM系统的迅速发展以及越来越广泛使用的多轴CNC机床，使得对形状复杂工件的设计和加工过程控制的自动化程度要求越来越高。因此对夹具设计方法提出了更高的要求，它不仅能将CAD/CAM系统有效地联接起来，同时应能适用于各种形状的工件。以组合夹具元件为基础的夹具自动设计(AFD)将是夹具设计的一个主要发展趋向。组合夹具自动设计系统可分为两种类型，一种是在CAD基础上的扩展系统；另一种是经验法则的专家系统。这两种系统目前都还不完善，为了将这些设计系统应用于生产实践，必须建立更大数量的“规则”以扩展专家系统；在理论上通过分析研究工件和夹具间关系的基本规律，建立起一些新的理论基础；另外，在开发、研究AFD软件系统的同时，夹具硬件设计的研究也必须同时进行，以增强整个夹具设计的自动化程度。另一方面，计算机技术的发展为夹具设计提供了有利的工具。CAFD系统已经从对二维绘图软件的二次开发发展到实现与三维绘图软件的集成设计，使夹具的结构表达更清晰。三维绘图软件成为CAFD的有利工具。随着CIMS、并行工程和敏捷制造技术的发展，企业对CAFD的需求也越来越迫切。归纳目前CAFD系统的研究方向主要包括以下几个方面：(1)集成化。CAFD是生产准备的重要部分。确定该工序所使用的夹具，给出夹具的装配图和零件图是连接CAD与CAM的桥梁。集成化的CAFD应首先实现与CAPP的集成。集成化是CAFD系统发展的必然方向，是企业信息集成的必然要求。(2)标准化。标准化是提高CAFD系统适应性和促进集成的基础。功能模块标准化将有利于实现CAFD系统与CAPP的集成。(3)并行化。以往的CAFD总是在CAPP制定完所有工序之后才开始进行，并行化则强调CAFD与CAPP并行实现。CAFD并行化的发展将更加提高夹具设计效率，缩短生产准备周期。1引言通过对设计零件的分析可知，对该零件进行工艺工装设计，由于半轴加工比较的特殊，我们为了满足加工要求和经济性及减少工人的劳动强度，我们初步决www.88doc88.comwww.yanziedu.com定设计两套夹具和一套组合量具。2零件的分析2.1零件的生产纲领及生产类型生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量，在设计题目中半轴的生产纲领为较小。生产类型为大批量生产，所以在制度工艺路线的时候应充分考虑其生产特点，制度合理的工业路线，选择合理的机床，刀具，量具，检具，以提高生产率，降低成本。2.2零件的作用设计题目给定的零件，将其划定为轴类零件。它是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，半轴是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，故应具有足够的强度和刚度。2.3零件的工艺分析半轴共有2个加工表面，他们之间有的有一定的位置关系。现在分述如下：1.以mm38轴线为中心的加工表面这一组加工表面包括：半轴的左端面和半轴左端的花键加工，以及mm5.39、mm45和mm52的外圆表面和mm112和mm5.96的两个台阶面。2.以半轴右边圆盘上mm5.96的台阶面为中心的加工表面这一组加工表面包括：6个均匀分布的mm14的孔，和一个M6的螺孔以及一个mm10的孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要有：6个mm14孔与表面F和G的位置度公差为mm2.0；mm38的外圆表面的跳动公差相对基准A为1.0mm；半轴圆盘的跳动公差相对基准A为0.8mm。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一个表面，然后借助于专用夹具加工另一表面，并且保证它们之间的位置精度要求。www.88doc88.comwww.yanziedu.com3工艺规程制造的形式3.1确定毛坯制造的形式毛坯材料为40Cr。考虑零件在工作过程中经常受扭交变载荷及冲击性载荷，因此应选用锻件，以使金属钎维尽量不切削，保证零件工作可靠。可以采用模锻成形，可以提高生产率，保证加工精度。3.2基准的选择粗基准的选择本零件是轴类零件，以外圆作为粗基准是完全合理的。但是对本零件来说，如果以mm38外圆表面作基准。由于此表面的粗糙度比较大，所以会让加工出来的零件表面尺寸严重不满足要求，由于本零件非常的特殊，我们车削外圆表面的时候可以选择半轴两端的顶尖作为粗基准，钻孔的时候以圆盘的台阶面为基准。精基准的选择在这主要考虑基准重合问题，也要考虑经济性等。3.3零件表面加工方法的选择零件的主要加工表面为外圆表面和孔。考虑到各个表面的技术要求，各种加工方法的经济加工精度范围，各加工表面的形状和尺寸大小，锻件材料的性质及可加工性和生产纲领与生产类型，选择各加工表面的加工方法如下,5.3952,45的外圆表面,该外圆表面的粗糙度为aR6.3,采用粗车磨削半精车进行加工。花键加工：花键的最大的直径为38.100，采用铣花键加工。圆盘5.96的台阶面因为它的粗糙度为aR3.2，所以选择粗车半精车，112的台阶面由于粗糙度要求不是很高，所以就只进行粗车。孔6-14，表面粗糙度为aR3.2，故采用钻铰孔加工。M6×1.0-6H，先进行钻孔，然后绞孔，即可以满足要求。