东风1090型汽车变速器输出轴加工工艺及铣齿夹具设计【全套CAD图纸+word说明书】
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沈阳理工大学学士学位论文 50 附录 二 ：中文翻译 通过夹具布局设计和夹紧力的优化控制变形 摘 要 工件变形必须控制在数值控制机械加工过程 之中 。夹具布局和夹紧力是 影 响加工变形程度和分布的 两个主要方面 。在 本文提出了一种多目标模型的建立，以减低 变形的 程度 和增加 均匀变形 分布 。有限元方法 应用 于分析变形。遗传算法发展是为了解决优化模型。最后举了一个例子说明，一个令人满意的结果被求得 ， 这是远优于经验之一的。多目标模型可以减少加工变形有效地改善分布状况。 关键词 ：夹具布局；夹紧力； 遗传算法；有限元方法 1 引言 夹具设计在制造工程中是一项重要 的程序。这对于加工精度是至关重要。一个工件应约束在一个带有夹具元件，如定位元件，夹紧装置，以及支撑元件的夹具中加工。定位的位置和夹具的支力，应该从战略的设计，并且适当的夹紧力应适用。该夹具元件可以放在工件表面的任何可选位置。夹紧力必须大到足以进行工件加工。通常情况下，它在很大程度上取决于设计师的经验，选择 该夹具元件的方案 ，并确定夹紧力。因此，不能保证由此产生的解决方案是 某一特定的工件的 最优或接近最优 的方案。 因此，夹具布局和夹紧力优化成为 夹具设计方案的两个主要方面 。 定位和夹紧装置和 夹紧力 的值都应 适当的选择和 计算 ， 使由于夹紧 力 和切削力 产生的工件变形尽量减少和非正式化 。 夹具设计 的目的 是要找到 夹具元件关于工件和最优的夹紧力的 一个最优 布局或方案 。在这篇论文里 ， 多目标优化方法是代表了 夹具布局设计和夹紧力的优化 的方法 。 这个观点是具有两面性的。 一，是尽量减少 加工表面最大的弹性变形 ； 另一个是尽量均匀变形。 件包 是用来计算 工件 由于夹紧力和切削力 下产生的变形。遗传算法是 发达且 直接 的搜索工具箱，并且被应用于 解决优化问题。最后还给出了一个 案例 的 研究 ，以阐述对所提算法 的应用。 沈阳理工大学学士学位论文 51 2 文献回顾 随着优化方法在工业中的广泛运用，近几年 夹具设计优化已获得了更多的利益。夹具设计优化包括夹具布局优化和夹紧力优化。 出了一种 使用刚体模型的夹具 用了一个刚性体模型，为最优夹具布局和最低的夹紧力进行分析和综合。 他提出了基于支持布局优化的程序与计算质量的有限元计算法 。李和 了一个非线性编程方法和一个联络弹性模型解决布局优化问题。两年后， 他们提交了一份 确定关于多钳夹具受到准静态加工力的夹紧力优化的方法。他们还提出了一关于夹 具布置和夹紧力的最优的合成方法，认为工件在加工过程中处于动态。相结合的夹具布局和夹紧力优化程序被提出，其他研究人员用有限元法进行夹具设计与分析。蔡等对 括合成的夹具布局的金属板材大会的理论进行了拓展。 秦等人建立了一个与夹具和工件之间弹性接触的模型作为参考物来优化夹紧力与，以尽量减少工件的位置误差。 交了一份 基于模型的 框架 以 确定所需的最低限度夹紧力，保证了 被夹紧 工件在加工 的动态稳定 。 大部分的上述研究使用的是非线性规划方法，很少有全面的或近全面的最优解决 办法。 所有的夹具布局优化程序必须从一个可行布局开始。 此外，还得到了对这些模型都非常敏感的初步可行夹具布局的解决方案。 夹具优化设计的问题是非线性的，因为目标的功能和设计变量之间没有直接分析的关系。例如加工表面误差和夹具的参数之间（定位、夹具和夹紧力）。 以前的研究表明，遗传算法（ 在解决这类优化问题中是一种有用的技术。吴和陈用遗传算法确定最稳定的静态夹具布局。石川和青山应用遗传算法确定最佳夹紧条件弹性工件。 基于优化夹具布局的遗传算法中使用空间坐标编码。他们还提出了针对主要竞争夹具 优化方法相对有效性的广泛调查的方法和结果。这表明连续遗传算法取得最优质的解决方案。 展了一个夹具布局优化技术，用遗传算法找到夹具布局，尽量减少由于在整个刀具路径的夹紧和切削力造成的加工表面的变形。 定位器和夹具位置被节点号码所指定。 人还提出了一种迭代算法，尽量减少工件在整个切削过程之中由不同的夹具布局和夹紧力造成的弹性变形。 人建成了一个分析模型，认为定位和夹紧装置为同一夹具布局的要素灵活的一部分。 论了混合学习系统用来非 线性有限元分析与支持相结合的人工神经网络（ 和 人工神经网络被用来计算工件的最大弹性变形，遗传算法被用沈阳理工大学学士学位论文 52 来确定最佳锁模力。 议将 迭代算法和人工神经网络结合起来发展夹具设计系统。 迭代算法和有限元分析，在二维工件中找到最佳定位和夹紧位置，并且把碎片 的效果考虑进去。 周等人。提出了基于遗传算法的方法，认为优化夹具布局和夹紧力的同时，一些研究没有考虑为整个刀具路径优化布局。一些研究使用节点数目作为设计参数。 一些研究解决夹具布局或夹紧力优化方法，但不能两者都同时进行。 有几项研究摩擦和 碎 片 考虑进去了。 碎片 的移动和摩擦接触的影响对于实现更为现实和准确的工件夹具布局校核分析来说是不可忽视的。 因此将 碎片 的去除效果和摩擦考虑在内以实现更好的加工精度是必须的。 在这篇论文中，将摩擦和 碎片 移除考虑在内，以达到加工表面在夹紧和切削力下最低程度的变形。 一多目标优化模型被建立了。一个优化的过程中基于 有限元法提交找到最佳的布局和夹具夹紧力。 最后，结果多目标优化模型对低刚度工件而言是比较单一的目标优化方法、经验和方法。 3 多目标优化模型夹具设计 一个可行的夹具布局 必须 满足三限制。 首先，定位和夹紧装置 不能 将 拉伸势力 应用到 工件 ； 第二，库仑摩擦约束必须 施加 在所有夹具 夹具元件 位置必须在候选位置。 为一个问题涉及夹具元件 化问题可以在数学上仿照如下 ： 这里的 工区域在加工当中 其中 沈阳理工大学学士学位论文 53 是 j 的平均值； i 次的接触点； 是静态摩擦系数； 切向力在 i 次的接触 点 ； i)是 i 次的接触点； i 次接触点； 整体过程如图 1 所示， 一要设计一套可行的夹具布局和优化的夹紧力。最大切削力在切削模型和切削力发送到有限元分析模型中被计算出来。优化程序造成一些夹具布局和夹紧力，同时也是被发送到有限元模型中。在有限元分析座内，加工变形下，切削力和夹紧力的计算方法采用有限元方法 。 根据某夹具布局和变形 ， 然后发送给优化程序，以搜索为一优化夹具 方案。 图 1 夹具布局和夹紧力 优化过程 4 夹具布局设计和夹紧力的优化 遗传 算法 遗传算法（ 是基于生物再生产过程的强劲，随机和启发式的优化方法。 基本思路背后的遗传算法是模拟 “生存的优胜劣汰 “的现象。 每一个人口中的候选个体指派一个健身的价值，通过一个功能的调整，以适应特定的问题。 遗传算法，然后进行复制，交叉和变异过程消除不适宜的个人和人口的演进给下一代。 人口足够数目的演变基于这些经营者引起全球健身人口的增加 和优胜个体代表全最好的方法。 遗传算法程序在优化夹具设计时需夹具布局和夹紧力作为设计变量，以生成字符串代表不同的 布置。 字符串相比染色体的自然演变，以及字符串，它和遗传算法寻找最优，是映射到最优的夹具设计计划。在这项研究里，遗传算法和 直接搜索工具箱是被运用的。 沈阳理工大学学士学位论文 54 收敛性遗传算法是被 人口大小 、交叉的概率和概率突变所控制的 。只有当在一个人口中功能最薄弱功能的最优值没有变化时， 到一个预先定义的价值 或有多少几代氮，到达演化的指定数量上限 没有遗传算法停止。 有五个主要因素，遗传算法，编码，健身功能，遗传算子，控制参数和制约因素。 在这篇论文中，这些因素都被选出如 表 1 所列。 表 1 遗传算法参数的选择 由于遗传算法可能产生夹具设计字符串，当受到加工负荷时不完全限制夹具。 这些解决方案被认为是不可行的，且被罚的方法是 用来驱动遗传算法，以实现一个可行的解决办法。 1 夹具设计的计划被认为是不可行的或无约束，如果反应在定位是否定的。在换句话说，它不符合方程（ 2）和（ 3）的限制。 罚的方法基本上包含指定计划的高目标函数值时不可行的 。因此，驱动它在连续迭代算法中的可行区域。 对于约束（ 4） ，当遗传算子产生新个体或此个体已经产生，检查它 们是否符合条件是必要的。 真正的候选区域是那些不包括无效 的区域。在为了简化检查，多边形是用来代表候选区域和无效区域的。 多边形的顶点是用于检查。 “在 功能可被用来帮助检查。 有限元分析 件包是用于 在这方面的研究 有限元分析计算 。 有限元模型是一个考虑摩擦效应的半弹性接触模型，如果材料是假定线弹性。 如图 2 所示，每个位置或支持，是代表三个正交弹簧提供的制约。 图 2 考虑到摩擦的半弹性接触模型 沈阳理工大学学士学位论文 55 在 x ， y 和 z 方向和每个夹具类似，但定位夹紧力在正常的方向。 弹力在自然的方向即所谓自然弹力，其余两个弹力即为 所谓的切向弹力。 接触弹簧刚度可以 根据向赫兹接触理论 计算 如下 ： 随着夹紧力和夹具布局的变化，接触刚度也不同，一个合理的线性逼近的接触刚度可以从适合上述方程的最小二乘法得到。 连续插值，这是用来申请 工件的有限元分析模型的 边界条件 。在图 3中说明了夹具元件的位置，显示为黑色界线。 每个元素的位置被其它四或六最接近的邻近节点 所包围。 图 3 连续插值 这系列节点，如黑色正方形所示，是（ 37， 38， 31和 30 ），（ 9， 10 ， 11 ， 18，17号和 16号）和（ 26， 27 ， 34 ， 41， 40和 33 ）。 这一系列弹簧单元，与这些每一个节点相关联。对任何一套节点，弹簧常数 是： 这里， 弹簧刚度在的 j i 次夹具元件， i 次夹具元件和的 J 弹簧刚度在一次夹具元件位置 , i 是周围的 i 次夹具元素周围的节点数量 为每个加工负荷的一步，适当的边界条件将适用于工件的有限元模型。 在这个 工作里 ，正常的弹簧 约束在这三个方向（ X ， Y ， Z ）的和 在切方向 切向弹簧约束， （ X ， Y ） 。 夹紧力是适用于正常方向（ Z）的夹紧点。整个刀具路径是模拟为每 个夹具设计计划所产生的遗传算法应用的高峰期的 X ， Y ， z 切削力顺序到元曲面，其中刀具通沈阳理工大学学士学位论文 56 行 证。 在这工作中，从刀具路径中欧盟和去除 碎片 已经被考虑进去。在机床改变几何数值过程中，材料被去除，工件的结构刚度也改变。 因此，这是需要考虑 碎片 移除的影响。有限元分析模型，分析与重点的工具运动和碎片 移除使用的元素死亡技术。 在为了计算健身价值，对于给定夹具设计方案，位移存储为每个负载的一步。 那么，最大位移是选定为夹具设计计划的健身价值。 遗传算法的程序和 间的互动实施如下。 定位和夹具的位置以及夹紧力 这些参 数写入到一个文本文件。那个输入批处理文件 件可以读取这些参数和计算加工表面的变形。 因此， 健身价值观，在遗传算法程序，也可以写到当前夹具设计计划的一个文本文件。 当有大量的节点在一个有限元模型时，计算健身价值是很昂贵的。 因此，有必要加快计算遗传算法程序。作为这一代的推移，染色体在人口中取得类似情况。在这项工作中，计算健身价值和 染色体存放在一个 据库。 遗传算法的程序，如果目前的染色体的健身价值已计算之前，先检查；如果不，夹具设计计划发送到 则健身价值观是直接从数据库 中取出。 啮合的工件有限元模型 ，在每一个计算时间保持不变。每计算模型间的差异是边界条件，因此，网状工件的有限元模型可以用来反复 “恢复 ”令 。 5 案例研究 一个关于低刚度工件的铣削夹具设计优化问题 是被显示在前面的论文中，并在以下各节加以表述。 工件的几何形状和性能 工件的几何形状和特点显示在图 4 中，空心工件的材料 是铝 390 与泊松比 71杨氏模量。 外廓尺寸 27件 顶端内壁的三分之一 是经铣削及其刀具轨迹，如 图 4 所示 。 夹具元件中应用到的 材料 泊松比 杨氏模量的220 的合金钢。 沈阳理工大学学士学位论文 57 图 4 空心工件 模拟和加工的运作 举例将工件进行周边铣削，加工参数在表 2 中给出。 基于这些参数，切削力的最高值被作为工件内壁受到的表面载荷而被计算和应用 ，当工件处于 n（切）、 （下径向）和 （下轴） 的切削位置时。 整个刀具路径被 26 个工步所分开，切削力的方向被刀具位置所确定 表 2 加工参数和条件 。 夹具设计方案 夹具在加工过程中夹紧工件的规划如图 5 所示。 图 5 定位和夹紧装置 的可选区域 沈阳理工大学学士学位论文 58 一般来说， 3位原则是夹具设计中常用的。夹具底板限制三个自由度，在侧边控制两个自由度。这里， 在 Y=0面上 使用了 4 个定点（ 14 ），以定位工件并限制 2 自由度；并且在 Y=127相反面上，两个压板（ 2）夹紧工件。 在正交面上，需要一个定位元件限制其余的一个自由度，这在优化模型中是被忽略的。在表 3 中给出了定位加紧点的坐标范围。 表 3 设计变量的约束 由于没有一个简单的一体化程序确定夹紧力，夹紧力很大部分 （ 初始阶段被假设为每一个夹板上作用的力。且从符合例 5的最小二乘法，分别由 07 N/m 和 07 N/m 得到了正常切向刚度。 遗传控制参数和 惩 罚函数 在这个例子中， 用到了 下列参数值： 0, 00和 的惩罚函数是 这里 以被 代表。当 到 6 时， 优化结果 连续优化的收敛过程如图 6所示。且收敛过程的相应功能 （ 1） 和 （ 2） 如图 7、图8 所示。 优化设计方案在表 4 中给出。 沈阳理工大学学士学位论文 59 图 6 夹具布局和夹紧力优化程序 的 收敛性遗传算法 图 7 第一 个 函数值 的收敛 图 8 第二个函数值 的收敛性 表 4 多目标优化模型的结果 表 5 各种夹具设计方案结果进行比较， 结果 的 比较 从单一目标优化和经验设计中得到的夹具设计的设计变量和目标函数值，如表 5所示。 单一目标优化的结果，在论文中引做比较。 在例子中，与经验设计相比较，单一目标优化方法有其优势。 最高 变形减少了 ，均匀变形增强了 。最高夹紧力的值也减少了 。从多目标优化方法和单目标优化方法的比较中可以得出什么呢？最大变形减少了 ，均匀变形量增加了 ，最高夹紧力的值 减少了沈阳理工大学学士学位论文 60 。加工表面沿刀具轨迹 的变形分布如图 9所示。很明显，在三种方法中，多目标优化方法产生的变形分布最均匀。 与结果比较，我们确信 运用最佳定位点分布和最优夹紧力来减少工件的变形。图 10示出了一实例夹具的装配。 图 9 沿刀具轨迹 的变形分布 图 10 夹具配置 实例 6 结论 本文介绍了 基于 有限元 的 夹具布局设计和夹紧力的优化程序 设计。 优化程序是多目标 的： 最大限度地减少加工表面 的 最高变形和最大限度地 均匀 变形 。 健身价值的有限元计算。 对于 夹具设计优化的问题 ， 有限元分析 的结合被证明是一种很有用的方法 。 沈阳理工大学学士学位论文 61 在这项研究中，摩擦的影响和 碎片 移动都被考虑到了。为了减少计算的时间，建立了一个染色体的健身数值的数据库， 且网状工件的有限元模型是优化过程中多次使用的。 传统的夹具设计方法是单一目标优化方法或经验 。此研究结果表 明， 多目标优化方法 比起其他两种方法 更有效地减少变形和均匀变形 。这对于在数控加工中控制加工变形是很有意义的 。 参考文献 1、 S， 1993 年） 自动化装配线上棱柱工件最佳装夹定位生成的理论方法 。 C (1995) 优化机床夹具表现的 荷模型 。 2、 C (1998) 快速支持布局优化 。 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 3、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化和其对 工件的定位精度 的影响。 4、 , N (1999) 通过夹具布局优化改善工件的定位精度 。 5、 , N (2001) 夹具夹紧力的优化 和其对工件定位精度的影响。 6、 , N (2001) 最优夹具设计计算工件动态的影响。 7、 D, S (1987) 灵活装夹系统的有限元分析。 8、 J, R (1991) 运用优化方法在夹具设计中选择支位。 9、 , J, X (1996) 变形金属板材的装夹的原则、算法和模拟。 10、 H, H, L (2005) 夹具装夹方案 的建模和优化设计。 11、 Y, N (2006) 动态稳定装夹中夹紧力最小值的确定。 12、 H, C (1996) 基于遗传算法 的夹具优化配置方法。 13、 , (1996) 借助遗传算法对装夹条件的优化。 14、 , C, , et 2002) 一项关于 空间坐标对 基于遗传算法的夹具优化问题的作用的调查。 15、 , C, , et 2002) 夹具布局优化方法 成效的调查。 16、 , N (2000) 利用遗传算法 优化加工夹具的布局。 17、 , , N (2002) 利用遗传算法 优化夹紧布局和夹紧力。 18、 M, J, Q (2004) 基于遗传算法的柔性装配夹具布局 的 建模与优化 。 沈阳理工大学学士学位论文 62 19、 (2005) 通过一种人工神经网络和遗传算法 混合的系统设计智能夹具。 20、 S, , C (2001) 采用遗传算法 固定装置的概念设计。 21、 (2006) 利用遗传算法 优化加工夹具的定位和夹紧点。 22、 L, H, H (2005) 遗传算法用于优化夹具布局和夹紧力。 23、 , (2003) 碎片 位移和摩擦接触的运用对工件夹具布局的校核。 i & 2 007 /4 007# 007be in of In a to of to of to A to a is to is an in It is to be in a as of be be be on be it on s to to is no or a in of be to is of is to an or of In is is is to of is to of is to of A is to is to of of in a . . *)o. 29, 10016, a of 1. a of 2. a 3. Li a a 4. a a 5. of . A , 8 EM 9 8of et 10 an to to of 11 a of of or of an to is of A) a in 213 A to an 14 to in A of of an of 15. 16 a A to of et 17 an by et 18 up as 19 a EA a of A. NN to 20 to A NN a 21 EM to D et 22 a GA of of as of or of be 23, so it is to to to of of to A is A EM to of is a to be at of be in a n be as 12:; :; s ; j 1; 2; :; n 12 3i 1; 2; :; p 4to at in of j is at is of at i) is i) is of is 1 to to is in is to to EA is a to to on A is to in is a a to A of on to in of A to as to of A to In A is by of Pc)of no of in a a or N, A A, In as A is to is to A to a A is if at it in ). 1 As a to it to A. 4), by or is it is to up In to to of be to is in is As 2, or is by in , Y is to in in be 8 as 65of s at of A be a to is to to EA 2 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 2829 30 31 32 33 34 3536 37 38 39 40 41 4243 44 45 46 47 48 493 4 A of nd 5.4 of 00mm/of of 5.4 00 3. as is or by 37, 38,31 0, 9, 10, 11, 18, 17 6 26, 27, 34, 41,40 3. A of to of at it,at of to be to In in X, Y, Z)in X, Y). in Z) at by by , Y, Z 23is of so of it is to EA is to In to a is A as of to a of A be to a is to up A As in In in a GA if s of EA is EA be of a in 16, 18, 22 is in 5 of / / / 0 0 of 4. of is a .3 s 52.4 27 6.2 of an is 4. of is a .3 s 20 is on of . on of as on at ( ( ( is 6 购买后包含有 纸三维建模和论文 ,咨询 业设计 东风 1090型汽车变速器输出轴机械加工工艺规程及夹具设计 班 级： （宋体四号字） 姓 名： （宋体四号字） 学 号： （宋体四号字） 指导教师： （宋体四号字） 完成日期： （宋体四号字） 买后包含有 纸三维建模和论文 ,咨询 要 包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设 计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词：工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差 纸三维建模和论文 ,咨询 he of is In of to of to of of in to is to of of as a by of to 咨询 录 1 东风 1090 型汽车变速器输出轴加工工艺规程设计 . 1 件的作用 . 7 坯的选择与尺寸的确定和精度确定 . 9 风 1090 型汽车变速器输出轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 . 10 和平面的加工顺序 . 10 工方案 选择 . 10 风 1090 型汽车变速器输出轴加工定位基准的选择 . 11 基准的选择 . 11 基准的选择 . 12 工主要工序安排 . 12 艺路线的确定 . 13 订机械加工工艺路线 . 13 定各工序切削用量和加工余量 . 14 2 铣齿夹具的设计 . 22 题的提出 . 22 具设计 . 22 位基准的选择 . 22 . 22 . 24 . 24 结 论 . 25 参考文献 . 26 致 谢 . 28 1 购买后包含有 纸三维建模和论文 ,咨询 2 3 4 5 6 7 1 东风 1090 型汽车变速器输出轴 加工工艺规程设计 件的作用 题目给出的零件是 东风 1090 型汽车变速器输出轴 齿轮。齿主要作用是传动连接作用，保证各轴各挡轴能正常运行，并保证部件与其他部分正确安装。因此 东风 1090 型汽车变速器输出轴 零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动 精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。 东风 1090 型汽车变速器输出轴 齿轮的工作条件及性能要求； 东风 1090 型汽车变速器输出轴 齿轮在工作过程中起着传递动力和改变速度的作用，啮合齿面间既有滚动、又有滑动，轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。在由此而引起的各种应力的作用下，齿轮将发生轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳及齿面磨损等失效情况。引起齿轮失效的主要应力有：摩擦力、接触应力和弯曲应力。根据齿轮失效的形式和原因，在选择齿轮材料及热处理方法是应从以下几个方面考虑： 齿轮表面有足够的硬度。齿面存在实际上的凹 凸不平，因而局部会产生很大的压强，引起金属塑性变形或嵌入相对表面，导致金属直接接触和粘着，当啮合齿面相对滑动是，产生了摩擦力。齿面磨损就是由于相互摩擦的结果。减少这类磨损的关键是提高轮齿表面的塑变抗力，即提高齿面硬度。提高齿面硬度还可以改善齿面接触状态，从而提高齿面的抗疲劳能力。 轮齿芯部要有足够的强度和韧性，以保证在变载或冲击载荷作用下，轮齿有足够的抗冲击能力。 大小齿轮应有一定的硬度差，以提高其抗胶合能力。 考虑材料加工性和经济性。 东风 1090 型汽车变速器输出轴 齿轮的性能要求，螺旋锥齿轮是汽车的主要传动 零件，主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来的动力传递给从动锥齿轮，从动锥齿轮再将动力传递给差速器。因此，零件结构上主动螺旋锥齿轮是 东风 1090 型汽车变速器输出轴 ，一端是花键，与变速器动力输出轴相连，另一端是螺旋锥齿轮；从动锥齿轮是盘状齿轮，直径大于主动螺旋锥齿轮，起到减速作用，同时沿圆周均布一些螺栓孔，使从动锥齿 轮通过螺栓固定在差速器壳上，将减速后的动力传递给差速器。从动锥齿 8 轮既有高的传动速度，同时又传递较大的扭矩，而且在装载和刹车时承受冲击载荷。这类齿轮的主要失效方式有磨损、点蚀和断裂。故从动螺旋锥齿轮应 满足如下性能要求： 良好的力学性能； 良好的渗碳淬火性能； 良好的抗冲击性能； 良好的心部硬度； 良好的热变形性能。 材料的选择及技术要求 目前 东风 1090 型汽车变速器输出轴 齿轮用材大致有 2022们的工艺性能优良，广泛用于承受高速、中等或重载及受冲击载荷和摩擦的重要零件，且材料成本相对低廉， 东风 1090型汽车变速器输出轴 的设计精度一般是依据齿轮线速度确定工作平稳性精度等级的，然后在按标准规定选定运动精度等级、接触精度等级及齿侧间隙精度等级。中型载重汽车 东风 1090 型汽车 变速器输出轴 的精度等级一般为 8重汽车驱动桥中，主、从动 东风 1090 型汽车变速器输出轴轮的精度为 8 1 为主动螺旋伞 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的零件图 。 图 1 主动螺旋伞 东风 1090 型汽车变速器输出轴 零件图 技术要求分析 ： 东风 1090 型汽车变速器输出轴 经过渗碳淬火后会产生变形，其中轮齿变形可通过磨齿或研齿方法进行修正，同时会显著降低 东风 1090型汽车变速器输出轴 的传动噪音，这种方法已在轿车生产中被采用。中型载重汽车通常以提高齿形精度来弥补热处理造成的精度损失。 表 1 所示为主动螺旋伞 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的渐开线花参数和齿轮参数。 9 表 1 主动螺旋伞 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的渐开线花键参数和齿轮参数 渐开线花键参数 齿轮参数 花键齿形 渐开线 齿轮 13 模数（ 3 分齿圆上端面模数（ 9 齿数 14 法面计算啮合角 20o 原始齿形压力角 20o 齿顶高（ 始齿形移位距（ +全高（ 齿圆直径（ 42 轮齿中点螺旋角 35o 分齿圆上弧齿厚： 理论值（ 用通过 量规检验（ 用量棒检验（ 转方向 左 刀盘直径（ 9） 分齿圆上端面理论弧齿厚（ 对齿轮研磨后在检验台上的齿隙（ 开线的转变直径（ 41 齿的工作表面粗糙度（ 侧表面粗糙度（ 需要量研磨牙齿，配对后在齿轮上打上标记 坯的选择与尺寸的确定和精度确定 毛坯类型确定 ： 汽车驱动桥齿轮一般都选用 20金钢，采用 渗碳淬火处理。汽车驱动桥齿轮材料及热处理如表 2。大批生产中齿轮毛胚采用模锻工艺制造。经正火处理，硬度为 157207 表 2 汽车驱动桥齿轮材料及热处理 零件名称 材料 渗碳深度（ 表面硬度 部硬度 10 螺旋伞齿 20863 3348 螺旋圆柱齿轮 20863 3348 差速器齿轮 20863 3348 毛坯结构、尺寸和精度确定 ： 简化零件结构细节，由于零件为大批生产，故毛 坯精度取普通级， 。根据这些数据，绘出毛坯图。 090型汽车变速器输出轴 加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知。该 东风 1090 型汽车变速器输出轴 零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于 东风 1090 型汽车变速器输出轴 来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。 由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。 和平面的加工顺序 东风 1090 型汽车变速器输出轴 类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工 东风 1090 型汽车变速器输出轴 上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 东风 1090 型汽车变速器输出轴 零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段 以保证孔系加工精度。 工方案选择 东风 1090 型汽车变速器输出轴 孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。 11 根据 东风 1090 型汽车变速器输出轴 零件图所示的 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。 （ 1）用坐标法镗孔 在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要 的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。 用坐标法镗孔，需要将 东风 1090 型汽车变速器输出轴 孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。 在大批量生产中， 东风 1090 型汽车变速器输出轴 孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键 孔系的精度。 采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。 风 1090 型汽车变速器输出轴 加工定位基准的选择 基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1）保证各重要支承孔的加工余量均匀； （ 2）保证装入 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的零件与箱壁有一定的间隙。 为了满足上述要求，应 选择的主要支承孔作为主要基准。即以 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此， 12 以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。 基准的选择 从保证 东风 1090 型汽车变速器输出轴 孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精 基准的选择应能保证 东风 1090 型汽车变速器输出轴 在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从 东风 1090 型汽车变速器输出轴 零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的装配基准，但因为它与 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结 构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。 工主要工序安排 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。 东风 1090 型汽车变速器输出轴 加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到 东风 1090 型汽车变速器输出轴 加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，结合面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多 轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于 东风 1090 型汽车变速器输出轴 ，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加 13 工阶段中分散进行。 加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在 c9080 的含 打及 硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 根据以上分析过程，现将加工工艺路线确定如下： 艺路线的确定 工艺分析 ： 东风 1090 型汽车变速器输出轴 的加工主要分成以下几个阶段： 1) 齿坯加工：齿坯成形，保证铣齿基准的加工精度。 2) 中间检查：重点检查铣齿定位夹紧尺寸精度。 3) 齿形加工：保证接触区的形状、位置、大小、齿面间隙及齿侧间隙变动量。 4) 中间检查：重点检查接触区、齿侧间隙和轮齿 表面的粗糙度。 5) 热处理：渗碳淬火，校正。 6) 热处理后加工：精加工装配（使用）基准。 7) 最后检查：全面检查装配基准尺寸精度。 订机械加工工艺路线 制订机械加工工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，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降低。 工艺路线方案一 工序 1 锻造造； 工序 3 热处理； 工序 5 铣两端面及钻中心孔； 工序 7 车轴颈及背锥； 工序 9 车槽； 工序 11 磨轴颈及端面 ； 工序 17 加工螺纹； 14 工序 19 中间检查轴颈； 工序 21 粗铣螺纹； 工序 23 精磨齿轮。 工序 25 中间检查； 工序 27 热处理校正； 工序 29 磨轴颈及端面； 工序 31 最后检查； 工序 33 入库 工艺路线方案二 工序 1 铸造； 工序 3 热处理； 工序 5 铣两端面及钻中心孔； 工序 7 车轴颈及背锥； 工序 9 车槽； 工序 13 磨轴颈及端面； 工序 15 加工螺纹； 工序 17 中间检查； 工序 19 粗铣轮齿； 工序 21 精铣轮齿凸面； 工序 23 精铣轮齿凹面； 工序 25 中间检查； 工序 27 热处理校正； 工序 29 磨轴颈及端面； 工序 31 最后检查； 工序 33 入库。 定各工序切削用量和加工余量 由于该轴需要加工的工序特别多，故在此选择几个典型的工序进行分析，不一一进行计算说明。 15 工序 40 车轴颈及背锥 由于零件整体加工为外圆端面，故所有轴颈可以一次车削加工，所有轴颈加 工余量相同。现已 轴颈 为例，说明所有轴颈的加工余量。（参考机械制造工艺设计简明手册表 确定工序尺寸及余量： 粗车： 精车： 具体工序尺寸见表 3。 表 3 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量 /序间 工序间 尺寸 /序间 经济精度 /m 表面粗糙度 /m 尺寸公差 /面粗糙度 /m 精车 9 0 车 1 知工件材料： 20外皮，机床 通车床，工件用内钳式卡盘固定。 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 可在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 16 刀杆 尺寸为 ，pa 工件直径 10 400 之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = （ 1 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 刀后刀面最大磨损量取为 车刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度 200219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 1 m n =1000 =127481000 =120 （ 1 17 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 1 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = （ 1 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 1 机床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 序 50 车槽 所选刀具为 质合金可转位车 槽 刀。根据切削用量简明手册表 于 00表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀 几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 可在一次走刀内完成，故 f 18 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 130， 530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的 进给力，故所选 f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 刀后刀面最大磨损量取为 车刀寿命 = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 当 15质合金刀加工硬度 200219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 3 m n =1000 =127100048=120 （ 3 根据 0n=125 19 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 3 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使 用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 序 70 加工螺纹 (1)、选择刀具 选择螺纹车刀 。 （ 2）选择切削用量 1）、确定切削深度 在 4 次走刀内切完 2）、进给量 f 依据 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 表 加工 材料为碳钢， 0 . 5 , 5 0 1 0 0 / m i nr m m v m （预计）时， 0 . 1 1 0 . 1 6 /f m m r 。 依据 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 床 的使用 说明书选择 0 /f m m r 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验 依据 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 床 的使用 说明书，其进给机构允许的进给 力为530N。 查 切 削 用 量 简 明 手 册 ，根据表 钢的强度 5 7 0 6 7 0b M P a ， 0 /f m m r ， 045 ， 100m/计 )时，进给力为75N。 依据 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 表 削时 20 ， ， ，故实际进给力为 3 7 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 9 5 0 由于切 削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故所选0 /f m m r 的进给量可用 3）、车刀磨钝标准及耐用度 T 依据 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 表 刀 的 后刀面最大磨损量取为 车刀 的 寿命 T=60 4）、确定切削速度 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 表 可查得 ， ， ， ， ， 故 v M v t v k r v s v T v k vk k k k k k k=据 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 表 削速度的计算 为 x v y a p f故 0 . 2 0 . 1 5 0 . 2291 0 . 9 46 0 0 . 2 0 . 1 5=224m/ 0 0 0 1 0 0 0 2 2 4/ m i n 2 9 7 224 r/据 切 削 用 量 简 明 手 册 ， 根据 床 的使用 说明书，选择 1 2 0 0 /cn r m m这时实际切削速度3 2 1 2 0 0 / m i 0 0 1 0 0 0 =120m/后决定的车削用量为 0 . 2 , 0 . 1 5 / , 1 2 0 0 / m i n , 1 2 0 / m i m m f m m r n r v m 。 工序 110 磨轴颈及端面 机床 能外圆磨床 1)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 50 40 127 其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为 46#,硬度为中轮 1 级，陶瓷结合剂， 6号组织，平型砂轮，其尺寸为 350)切削用量的选择。查机械加工工艺 手册表 33 砂轮轮速 500r/见机床说明书 ) s 工件速度 10m/ 切削深度 向进给量 20行程 ) 3)切削工时 0002式中 21 22购买后包含有 纸三维建模和论文 ,咨询 铣齿夹具的 设计 设计工序： 铣齿 题的提出 本夹具要用于 铣齿 的夹具的设计 夹具精度等级为 糙度为 道工序只精铣一下即达到各要求， 因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证 铣 齿 的夹具的设计 夹具设计 的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。 具设计 位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没 有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。 40外圆和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 40 外圆和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的 40外圆的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。 （ 1）刀具： 刀 机床： 万能铣床 23 由 3 所列公式 得 查表 8 得其中： 修正系数 0.1C q X y u 8 z=24 0 代入上式 ， 可得 F= 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数 K=4321
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