万向节滑动叉加工工艺与专用机床夹具设计

万向节滑动叉加工工艺与专用机床夹具设计THEGRADUATIONTHESISFORBACHELORSDEGREEGIMBALSLIDINGFORKPROCESSINGANDSPECIALFIXTUREDESIGNMACHINETOOLSCANDIDATEZHANGRANSPECIALTYVEHICLEENGINEERINGCLASS067SUPERVISORPROFESSORSHIMEIYUHEILONGJIANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY201006HARBIN摘要万向节滑动叉是汽车后桥上的一个重要的零件，设计从零件的分析、工艺规程设计、及加工过程中部分夹具的设计三个方面，研究了万向节滑动叉的设计与制造的全过程，尤其在工艺规程设计中，运用了大量的科学的加工理论及计算公式，确定了毛坯的制造形式，选择了定位基准，制定了工艺路线，确定了机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸，最后确定了切削用量及基本工时。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距,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MM的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万027139向联轴节的作用。零件65MM外圆内为50MM花键孔与传动轴端部的花建轴相配合，用于传递动力之用。在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。关键词万向节滑动叉；工艺路线；加工余量；工序尺寸；夹具；设计ABSTRACTTHEUNIVERSALJOINTGLIDEFORKISONAUTOMOBILEREARAXLEOFCARIMPORTANTCOMPONENTS,ITHASTHETRANSMISSIONTORQUE,ADJUSTSTHEDRIVESHAFTTHEFUNCTION,THUSCAUSESTHEAUTOMOBILETOOBTAINTHEPOWERINTHEADVANCE,ANDENABLESBETWEENTHECOMPONENTSTOACHIEVEABETTERCOORDINTHISARTICLEFROMCOMPONENTSANALYSIS,CRAFTSPECIFICATIONDESIGN,ANDINPROCESSINGPROCESSPARTIALJIGDESIGNTHREEASPECTS,ELABORATEDTHEUNIVERSALJOINTGLIDEFORKSTHEDESIGNANDTHEMANUFACTUREENTIREPROCESS,INTHETECHNOLOGICALPROCESSDESIGN,WEHASESPECIALLYUTILIZEDTHEMASSIVESCIENCEPROCESSINGTHEORYANDTHEFORMULA,HADDETERMINEDTHESEMIFINISHEDMATERIALSMANUFACTUREFORM,HASCHOSENTHEBASICPLANE,FORMULATEDTHECRAFTROUTETODETERMINETHEMACHININGALLOWANCE,THEWORKINGPROCEDURESIZEANDTHESEMIFINISHEDMATERIALSSIZE,FINALLYHAVEDETERMINEDTHECUTTINGSPECIFICATIONSANDTHEBASICMANHOURASSIGNSTHECOMPONENTSAREONTHELIBERATIONTRADEMARKMOTORCARCHASSISDRIVESHAFTUNIVERSALJOINTGLIDEFORK,ITISLOCATEDTHEDRIVESHAFTTHENOSEMAINLYAFFECTSONETRANSMITSTHEPITCHOFSTRAND,CAUSESTHEAUTOMOBILETOOBTAINTHEADVANCETHEPOWERTWOISWHENTHEAUTOMOBILEREARAXLEOFCARSPRINGOCCUPIESTHEDIFFERENTCONDITION,MAYADJUSTTHEDRIVESHAFTBYTHISCOMPONENTSTHELENGTHANDTHEPOSITIONINTHECOMPONENTSTWOJAWSPOTHASTWOHOLES,WITHINSTALLSROLLSTHEREALBEARINGANDISCONNECTEDWITHTHECROSSAXLE,PLAYSTHEROTARYSHAFTCOUPLINGROLEINTHECOMPONENTS65MMOUTERANNULUSCONSTRUCTSTHEAXISFORTHE50MMFLOWERKEYHOLEANDTHEDRIVESHAFTNOSEFLOWERTOCOORDINATE,TOUSEINTRANSMITTINGUSINGOFTHEPOWERKEYWORDJOINTSLIDINGFORKDESIGNANDPRODUCTIONTECHNOLOGICALPROCESSALLOWANCEFORFINISHWORKINGPROCEDUREFINISHSIZECUTTING目录摘要ABSTRACT第1章绪论111选题的依据及意义212国内外研究概况及发展趋势213研究内容5第2章零件的分析621零件的作用622零件的工艺分析623结构分析624加工表面的技术要求分析725表面处理内容及作用726本章小结7第3章工艺规程设计931工艺要求932技术依据933生产类型的确定934确定毛坯的制造形式935确定基面936制定工艺路线1037机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定1338确定切削用量及基本工时1639本章小结28第4章粗铣39二孔的两个端面夹具设计2941问题的指出2942夹具设计2943夹具设计及操作的简要说明3144本章小结32第5章镗39孔的夹具设计3351问题的指出3352夹具设计3353家具设计及操作的简要说明3554本章小结35结论36参考文献37致谢38附录A39附录B45第1章绪论11选题的依据及意义本次毕业设计的课题名称是万向节滑动叉加工艺及专用机床夹具设计。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。在工程机械和汽车的传动装置中，由于总体布置上的需要，都要用到万向传动装置。它的功用主要是在两轴不同心或有一定夹角的轴间传递动力，在工作中相对位置不断发生变化的两轴间传递动力。万向传动装置一般是由万向节和传动轴组成，有时还要有中间支承，主要用于以下一些位置发动机前置后轮驱动汽车的变速器与驱动桥之间。当变速器与驱动桥之间距离较远时，应将传动轴分成两段甚至多段，并加设中间支承。多轴驱动的汽车的分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间。由于车架的变形，会造成轴线间相互位置变化的两传动部件之间。采用独立悬架的汽车的与差速器之间转向驱动车桥的差速器与车轮之间。汽车的动力输出装置和转向操纵机构中，万向节是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的地方。传动轴是万向传动装置的组成部分之一，这种轴一般长度较长，转速高；并且由于所连接的部件（如变速箱与驱动桥）间的相对位置经常变化，因而要求传动轴长度也要相应地有所变化，以保证正常运转，这就要用到滑动花键副。滑动花键副由内、外花键组成，在工作时滑动副之间的伸缩运动来实现距离变化，用于传递长度的变化。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。12国内外研究概况及发展趋势十字轴式刚性万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角不为零的情况下，不能传递等角速转动。主要用于传递角度的变化，一般由突缘叉、十字轴带滚针轴承总成、万向节叉或滑动叉或花键轴叉、滚针轴承的轴向固定件等组成。万向节叉是一个叉形零件，一般采用中碳钢或中碳合金钢的锻造件，也有采用中碳钢的精密铸造件。汽车工业的发展对高品质、低成本锻件的需求不断上升。转向万向节滑动叉是一个重要的汽车零件，其形状复杂，尺寸精度和形位公差要求高，锻造工艺性差。目前，国内各主要锻造厂主要采用开式模锻工艺进行生产，锻件成形质量差，材料利用率低。因此迫切需要一种新的加工工艺，以提高成形质量，减少材料浪费，降低成本。滑动叉传统上采用的开式模锻工艺生产，飞边大，材料浪费严重且尺寸精度差。为了降低锻件成本，针对滑动叉的形状特征，又提出了一些先进的工艺方案，比如一种少无飞边模锻的新工艺，使预制毛坯在封闭的模膛内成形，实现锻件近净成形。根据体积不变原则对计算毛坯进行处理得到预制毛坯。滑动叉形状复杂，而且叉杆部截面呈圆形，传统的整体闭式模锻工艺难以实现无飞边锻造。在研究传统无飞边锻造工艺和挤压工艺的基础上，开发了滑动叉无飞边闭式模锻新工艺，以满足滑动叉的无飞边锻造的要求。无飞边锻造工艺是一种先进的锻造工艺，通常用于高品质锻件的生产。与有飞边锻造工艺相比，无飞边锻造工艺中锻件在封闭的模腔内成形，不产生飞边，节省材料，成形精度高，可实现锻件的近净成形或净成形。有限元模拟研究表明，与开式模锻工艺相比，无飞边和小飞边闭式模锻新工艺具有锻件精度高、成形质量好、材料利用率高、所需设备吨位小等优点，具有很好的工业应用前景。随着科技的发展，机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展也突飞猛进，夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。1高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度对夹具的制造精度要求更高高精度夹具的定位孔距精度高达5M，夹具支承面的垂直度达到001MM/300MM，平行度高达001MM/500MM。2高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。3模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。4通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。13研究内容本次毕业设计的主要内容是绘制万向节滑动叉零件图并编制其机械加工工艺规程,对典型的工序设计专用夹具，并绘制专用夹具装配图和专用夹具的主要零件图。在说明书中详细地说明了成批大量生产汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉的工艺规程的制定过程及夹具设计方案。1查阅资料，英文资料翻译，开题报告；2绘制万向节滑动叉零件图并编制其机械加工工艺规程一份；3设计并绘制典型工序的专用夹具装配图2套；4绘制夹具主要零件图若干张；5编写设计计算说明书（毕业论文）一份。第2章零件的分析21零件的作用题目所给定的零件是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距,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39MM的孔，用以安装滚真轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。零件65MM外圆内为50MM花键孔与传动轴端部的花建轴相配合，用于传递动力之用。22零件的工艺分析万向节滑动叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下。1以39MM孔为中心的加工表面这一组加工表面包括两个MM孔及其倒角，尺寸为MM的与两0271390718个孔MM相垂直的平面，还有在平面上的四个M8螺孔。027139其中，主要加工表面为MM的两个孔。02712以50MM花键孔为中心的加工表面这一组加工表面包括MM十六齿方齿花键孔，55MM阶梯孔，以及039565MM的外圆表面和M601MM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1MM花键孔与MM二孔中心联线的垂直度公差为10002；0395027139239MM二孔外端面对39MM孔垂直度公差为01MM；3MM花键槽宽中心线与39MM中心线偏转角度公差为2。039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。23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1零件的两个叉头部位上有两个直径为39MM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；2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；3外圆为65MM，内圆50MM花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用以传递动力。24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1以39MM孔为中心的加工表面这一组加工表面包括两个MM的孔及其倒角，尺寸为的与两个0271390718孔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027139的两个孔。02以50MM花键孔为中心的加工表面这一组加工表面包括MM十六齿方齿花键孔，55MM阶梯孔，以及039565MM的外圆表面和M601MM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1MM花键孔与MM二孔中心联线的垂直度公差为10002；0395027139239MM二孔外端面对39MM孔垂直度公差为01MM；3MM花键槽宽中心线与39MM中心线偏转角度公差为2。039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。25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。26本章小结本章对万向节滑动叉零件进行了分析，首先,分析了零件的作用一是传递扭距,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其次,对零件的工艺进行了分析，确定要加工的表面及花键孔等然后,对零件的结构进行分析，该零件由两个叉头和一个圆套筒内有的花键孔组成，类似套筒类零件再后，对零件的加工表面的技术要求进行了分析；最后，研究了万向节滑动叉表面处理内容及作用，通过加工手段最终达到设计要求。第3章工艺规程设计31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。32技术依据1产品零件图和装配图；2毛坯生产；3假设年生产纲领；4工艺技术条件，手册等。33生产类型的确定计算零件生产纲领的公式NQN1钻孔37MM,2Z12MM；扩钻387MM,2Z17MM；精镗389MM,2Z02MM；细镗39MM,2Z01MM。0271394花键孔（16MMMMMM）3905160430485要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。内孔尺寸为MM，参照工艺手册确定孔的加工余量分配1604钻孔25MM；钻孔41MM；扩钻42MM。拉花键孔（16MMMMMM）花键孔要求外径定3905160430485心，拉削时的加工余量参照工艺手册取2Z1MM。5MM二孔外端面的加工余量（技工余量的计算长度为MM）02713907181按照工艺手册，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2030MM，取Z2MM。锻件的公差按照工艺手册，材质系数取M1，复杂系数S3，则锻件的偏差为。M31702磨削余量单