机械毕业设计（论文）-万向节滑动叉零件加工工艺及夹具设计（全套图纸） .pdf

毕业论文 - 1 - “万向节滑动叉” 零件机械加工工艺规程及夹具 设计 第1章 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。 全套图纸，加全套图纸，加153893706 毕业论文 - 2 - 第 2 章 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 39 027 . 0 010 . 0 + 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 65mm 外圆内为50mm 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 s =550mn/m 2 b=750 mn/m 2 s=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 0.027 0.01039 + 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； 毕业论文 - 3 - 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。 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39mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：两个39 027. 0 010. 0 + mm 的孔及其倒角，尺寸为118 0 07. 0 的与两个孔 39 027. 0 010. 0 + 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 39 027. 0 010. 0 + mm 的两个孔。 b. 以50mm 花键孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括： 50 039 . 0 0 + mm 十六齿方齿花键孔， 55mm 阶梯孔， 以及65mm 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： (1) 50 039 . 0 0 + mm 花键孔与39 027. 0 010. 0 + mm 二孔中心联线的垂直度公差为 100：0.2； (2) 39mm 二孔外端面对39mm 孔垂直度公差为 0.1mm； (3) 50 039 . 0 0 + mm 花键槽宽中心线与39mm 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。 毕业论文 - 4 - 第 3 章 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+%) 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） =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。 毕业论文 - 5 - 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39 027. 0 010. 0 + 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118 0 07. 0 mm 的两个与孔39 027. 0 010. 0 + 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） 50mm 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） 65mm 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65mm 外圆（或62mm 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39 027. 0 010. 0 + 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39 027. 0 010. 0 + mm 的外轮 廓作主要定位面，以消除x r x ) y r y ) 四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹 毕业论文 - 6 - 持在65mm 外圆柱面上，用以消除 z v z ) 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 车外圆62mm，60mm，车螺纹 m601mm。 工序 两次钻孔并扩钻花键底孔43mm，锪沉头孔55mm。 工序 倒角 560。 工序 钻 rc1/8 底孔。 工序 拉花键孔。 工序 粗铣39mm 二孔端面。 工序 精铣39mm 二孔端面。 工序 钻、 扩、 粗铰、 精铰两个39mm 孔至图样尺寸并锪倒角 245。 工序 钻 m8mm 底孔6.7mm，倒角 120。 工序 攻螺纹 m8mm 底孔6.7mm，倒角 120。 工序 冲箭头。 工序 检查。 3.4.3.2 工艺路线方案二 工序 粗铣39mm 二孔端面。 工序 精铣39mm 二孔端面。 工序 钻39mm 二孔（不到尺寸） 。 工序 镗39mm 二孔（不到尺寸） 。 工序 精镗39mm 二孔，倒角 245。 工序 车外圆62mm，60mm，车螺纹 m601mm 工序 钻、镗孔43mm，并锪沉头孔55mm。 工序 倒角 560。 毕业论文 - 7 - 工序 钻 rc1/8 底孔。 工序 拉花键孔。 工序 钻 m8mm 螺纹底孔6.7mm 孔，倒角 120。 工序 攻螺纹 m8mm 底孔6.7mm，倒角 120。 工序 冲箭头。 工序 检查。 3.4.3.3 工艺路线方案三 工序 车端面及外圆62mm，60mm，车螺纹 m601mm。 工序 钻、扩花键底孔43mm，并锪沉头孔55mm。 工序 内花键孔 560倒角。 工序 钻锥螺纹 rc1/8 底孔。 工序 拉花键。 工序 粗铣39mm 二孔端面。 工序 钻、扩39mm 二孔及倒角。 工序 精、细镗39mm 二孔。 工序 磨39mm 二孔端面，保证尺寸 118 0 -0.07mm。 工序 钻叉部四个 m8mm 螺纹底孔并倒角。 工序 攻螺纹 4-m8mm，rc1/8。 工序 冲箭头。 工序 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39mm 二孔；而方案二则与此相反，先是加工39mm 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39mm 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39mm 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39mm 两个孔及其端面加工要求上。图样规定：39mm 二孔中心线应与55mm 花键孔垂直，垂直公差为 100：0.2；39mm 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39mm 二孔的中心线要求与 55mm 花键孔中心线相垂直，因此，加工及测量39mm 孔时应以花键孔为基准。这样 毕业论文 - 8 - 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，39mm 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：39mm 孔加工时，以55mm 花键孔定位（这是正确的） ；而39mm 孔的外端面加工时，也是以55mm 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39mm 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39mm 二孔中心线与花键孔仍有 100：0.2 的垂直公差，则39mm 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 车端面及外圆62mm，60mm，车螺纹 m601mm。以 两个叉耳外轮廓及65mm 外圆为粗基准，选用 c620-1 卧式车床， 专用夹具装夹。 工序 钻、扩花键底孔43mm，并锪沉头孔55mm。以62mm 外圆为基 准，选用 c365l 转塔车床。 工序 内花键孔 560倒角。选用 c620-1 车床加专用夹具。 工序 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 拉花键孔。利用花键内底孔、55mm 端面及 rc1/8 锥纹孔定位，选 用 l6120 卧式拉床加工。 工序 粗铣39mm 二孔端面，以花键孔定位，选用 x63 卧式铣床加工。 工序 钻、扩39mm 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 精、细镗39mm 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 磨39mm 二孔端面，保证尺寸 118 0 -0.07mm，以39mm 孔及花键孔定位，选用 m7130 平面磨床及专用夹具加工。 工序 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39mm 孔定位。 工序 攻螺纹 4-m8mm，rc1/8。 工序 冲箭头。 工序 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” 毕业论文 - 9 - 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 207241hbs，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（62mm 及 m601mm） 考虑其加工长度为 90mm，与其联结的非加工表面直径为65mm，为简化模锻毛 坯的外形，现直接取其外圆表面直径为65mm。62mm 表面为自由尺寸公差，表面 粗糙度值要求为 rz200m,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（m601mm 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）180315mm，故长度方向偏差为 5 .1 7.0 + mm。 长度方向的余量查工艺手册表 2.22.5，其余量值规定为 2.02.5mm， 现取 2.0mm。 3.两内孔 39mm（叉部） 毛坯为实心，不冲出孔。两内孔精度要求界于 it7it8 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：25mm 钻孔：37mm 2z=12mm 扩钻：38.7mm 2z=1.7mm 精镗：38.9mm 2z=0.2mm 细镗：39 027. 0 010. 0 + mm 2z=0.1mm 4.花键孔（16-50 039 . 0 0 + mm43 16 . 0 0 + mm5 048. 0 0 + mm） 要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。 内孔尺寸为43 16 . 0 0 + 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：25mm 钻孔：41mm 扩钻：42mm 拉花键孔（16-50 039 . 0 0 + mm43 16 . 0 0 + mm5 048. 0 0 + 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。 5.39 027. 0 010. 0 + mmmm 二孔外端面的加工余量（加工余量的计算长度为118 0 07. 0 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 2.03.0mm， 取 z=2mm。 锻件的公差按 工 毕业论文 - 10 - 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 3 .1 7.0 + 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。 39mm 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 39mm 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+22=122（mm） 毛坯最大尺寸： 122+1.32=124.6（mm） 毛坯最小尺寸： 122-0.72=120.6（mm） 粗铣后最大尺寸： 118+0.22=118.4（mm） 粗铣后最小尺寸： 118.4-0.22=118.18（mm） 磨后尺寸与零件图尺寸应相符，即 118 0 -0.07mm 最后，将上述计算的工序间尺寸及公差整理成表 1。 表 1 加工余量计算表(mm) 毕业论文 - 11 - 锻件毛坯 （39mm 二端面， 零件尺寸 118 0 -0.07） 粗铣二端面 磨二端 面 加工前 尺寸 最大 124.6 118.4 最小 120.6 118.18 加工后 尺寸 最大 124.6 118.4 118 最小 120.6 118.18 117.93 加工余量（单边） 2 最大 3.1 0.2 最小 1.21 0.125 加工公差 +1.3 -0.7 -0.22/2 -0.07/2 3.6 确定切削用量及基本工时 工序：车削端面、外圆及螺纹。本工序采用计算法确定切削用量。 3.6.1 加工条件件 工件材料：45 钢正火，b=0.60gpa、模锻。 加工要求： 粗车60mm， 断面及60mm、 62mm 外圆， rz200m； 车螺纹 m601mm。 机床：c620-1 卧式车床。 刀具：刀片材料 yt15，刀杆尺寸 1625mm 2， r=90， r0=15，0= 12，r=0.5mm。60螺纹车刀：刀片材料：w18cr4v。 3.6.2 计算切削用量 （1）粗车 m601mm 端面 1） 已知毛坯长度方向的加工余量为 1.5 0.72 + mm，考虑 7的模锻拔 模斜度，则毛坯超过年度方向的最大加工余量 zmax=7.5mm。但实际上，由于以后还要钻 花键底孔，因此端面不必全部加工，而可以留出一个40mm 芯部待以后钻孔时加工掉， 故此时实际端面最大加工余量可按 zmax=5.5mm 考虑，分两次加工，p=3mm 计。 长度加工公差按 it12 级，取-0.46mm（入体方向） 2） 进给量 f 根据切削用量简明手册 （第三版） （以下简称切削手册 ） 表 1.4，当刀杆尺寸为 16mm25mm，p3mm 以及工件直径为 60mm 时 f=0.50.7mm/r 按 c620-1 车床说明书（见切削手册表 1.30）取 工 序 加 工 尺 寸 及 公 差 毕业论文 - 12 - f=0.5mm/r 3） 计算切削速度 按切削手册表 1.27，切削速度的计算公式为（寿 命选 t=60min） 。 vc=cv/tmp xvfyvk v（m/min） 其中：cv=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2。修正系数 kv 见切削手册表 1.28， 即 kmv=1.44，ksv=0.8，kkv=1.04，kkrv=0.81，kbv=0.97。 所以 vc=242/60 0.230.150.50.351.440.81.040.810.97 =108.6（m/min） 4）确定机床主轴转速 ns=1000vc/dw=532（m/min） 按机床说明书（见工艺手册表 4.2-8） ，与 532r/min 相近的机床转速为 480r/min 及 600r/min。现选取 nw=600r/min。如果选 nw=480r/min，则速度损失 太大。 所以实际切削速度 v=122m/min。 5） 切削工时，按工艺手册表 6.2-1。 l=65-40/2=12.5（mm） ，l1=2mm，l2=0，l3=0 tm=l1+l2+l3/nwfi=12.5+2/600*0.5=0.096（min） （1） 粗车62mm 外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。 1） 切削深度 单边余量 z=1.5mm，可一次切除。 2） 进给量 根据切削手册表 1.4，选用 f=0.5mm/r。 3） 计算切削速度 见切削手册表 1.27 vc=cv/tmp xvfyvk v =116 （m/min） 4） 确定主轴转速 ns=1000vc/dw =568 （r/min） 按机床选取 n=600r/min 所以实际切削速度 v=dn/1000=65x600/1000=122(m/min) 5） 检验机床功率 主切削力 fc 按切削手册表 1.29 所示公式计 算 fc= cfc a x pfc y f fcv n cfckfc 其中：cfc=2795，xfc=1.0，yfc=0.75，nfc=-0.15， mp k=(b/650) nf =0.94 kkr=0.89 所以 fc=27951.50.5 0.75122-0.150.940.89 =1012.5（n） 毕业论文 - 13 - 切削时消耗功率 pc 为 pc=fcvc/6x 4 10 =2.06(kw) 由 切削手册 表 1.30 中 c620-1 机床说明书可知， c620-1 主电动机功率为 7.8kw， 当主轴转速为 600r/min 时，主轴传递的最大功率为 5.5kw，所以机床功率足够，可以正 常加工。 6） 校验机床进给系统强度 已知主切削力 fc=1012.5n，径向切削力 fp按切削 手册表 1.29 所示公式计算 fp= cfp a x pfp y f fpv n cfpkfp 其中：cfp=1940，xfp=0.9，yfp=0.6，nfp=-0.3 mp k=(b/650) nf =0.897 kkr=0.5 所以 fp=19401.5 0.90.50.6122-0.30.8970.5 =195（n） 而轴向切削力 ff= cffa x f ffv n cfpkfp 其中：cff =2880，xff=1.0，yff=0.5，nff=-0.4 km=(b/650) nf =0.923 kk=1.17 轴向切削力 ff=28801.50.5 0.5122-0.40.9231.17 =480（n） 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构 的作用力为 f=ff+（fc+fp） =480+0.1（1012.5+195）=600（n） 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530n（见切削手册表 1.30） ，故 机床进给系统可正常工作。 7） 切削工时 t=l+l1+l2/nf 其中 l=90，l1=4，l2=0 所以 t=90+4/6000.5=0.31（min） （2） 车60mm 外圆柱面 p=1mm f=0.5mm/r（ 切削手册表 1.6，ra=6.3m，刀夹圆弧半 径 rs=1.0mm） vc=cv/tmp xvfyvk v 其中：cv=242 m=0.2,t=60 xv=0.15,yv=0.35,km=1.44,kk=0.81 vc=159(m/min) 毕业论文 - 14 - n=843(r/min) 按机床说明书取 n=770r/min 则此时 v=145m/min 切削工时 t=（l+l1+l2）/nf 其中：l=20 l1=4 l2=0 所以 t=（20+4）/7700.5=0.062（min） （3） 车螺纹 m601mm 1）切削速度的计算 见切削用量手册 （艾兴、肖诗纲编，机械工业出版社， 1985）表 21，刀具寿命 t=60min，采用高速螺纹车刀，规定粗车螺纹时p =0.08，走刀 次数 i=2 vc=cv/tmp xvfyvk v 其中：cv=11.8，m=0.11，xv=0.70，yv=0.3，螺距 t1=1 km=（0.637/0.6） 1.75=1.11，k k=0.75 所以粗车螺纹时： vc=21.57(m/min) 精车螺纹时 vc=36.8(m/min) 2）确定主轴转速 粗车螺纹时 n1=1000vc/d=100021.57/60=114.4（r/min） 按机床说明书取 n=96r/min 实际切削速度 vc=18m/min 精挑螺纹时 n1=1000vc/d=100036.8/60=195（r/min） 按机床说明书取 n=184r/min 实际切削速度 vc=34m/min 3）切削工时 取切入长度 l1=3mm 粗车螺纹工时 t1 =（l+ l1） /nf*i=0.75(min) 精车螺纹 t2 =（l+ l1） /nf*i=0.18 所以车螺纹的总工时为 t=t1+t2=0.93（m/min） 工序：钻、扩花键底孔43mm 及锪沉头孔55mm，选用机床：转塔车床 c365l。 1. 钻孔25mm 毕业论文 - 15 - f=0.41mm/r （见切削手册表 2.7） v=12.25m/min （见切削手册表 2.13 及表 2.14，按 5 类加工 性考虑） ns=1000v/dw=100012.25/25=155（r/min） 按机床选取 nw=136r/min（按工艺手册表 4.2-2） 所以实际切削速度 v=dwnw/1000=10.68（m/min） 切削工时 t=（l+l1+l2）/nwf=3(min) 其中：切入 l1=10mm，切出 l2=4mm l=150mm 2. 钻孔41mm 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻 同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 f=（1.21.8）f钻 v=（1/21/3）v钻 式中 f钻、v钻-加工实心孔时的切削用量。 现已知 f钻 =0.56mm/r （ 切削手册表 2.7） v钻=19.25m/min （ 切削手册表 2.13） 并令 f=1.35f钻=0.76mm/r 按机床选取 f=0.76mm/r v=0.4v钻=7.7m/min ns =1000v/d=59(r/min) 按机床选取 nw=58r/min 所以实际切削速度为 v=41*58/1000=7.47(m/min) 切削工时 l1=7mm，l2=2mm，l=150mm t=(150+7+2)/0.76x59=3.55(min) 3扩花键底孔 43mm 根据切削手册表 2.10 规定，查得扩孔钻扩43mm 孔时的进给量，并根据机床规 格选 f=1.24mm/r 扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其他有关资料，确定为 v=0.4v钻 其中 v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。 故 v=0.4 19.25=7.7（m/min） 毕业论文 - 16 - ns =1000*7.7/*43=57(r/min) 按机床选取 nw=58r/min 切削工时切入 l1=3mm， ，切出 l2=1.5mm t=(150+3+1.5)/58*1.24=2.14(min) 4 锪圆柱式沉头孔 55 根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的 1/2-1/3，故 f=1/3f钻=1/3 0.6=0.2（mm/r） 按机床取 0.21mm/r v=1/3v=1/3 25=8.33（m/mm） ns =1000v/d=48(r/min) 按机床选取 nw=44r/min，所以实际切削速度 v=dnw /1000=8.29(m/min) 切削工时 切入 l2=2mm，l2=0，l=8mm t=（l+l1+l2）/nf=1.08(min) 在本工步中，加工55mm 沉头空的测量长度，由于工艺基准与设计基准不重合，故 需要进行尺寸换算。按图样要求，加工完毕后应保证尺寸 45mm。 尺寸链如下图所示，尺寸 45mm 为终结环，给定尺寸 185mm 及 45mm，由于基准不重 合，加工时应保证尺寸 a a=185- 45=140（mm） 规定公差值。因终结环公差等于各组成环公差之和，即 t（45）=t（185）+t（140） 现由于本尺寸链较简单， 故分配公差采用等公差法。 尺寸 45mm 按自由尺寸取公差等 级 it16，其公差 t（45）=1.6mm，并令 t（185）=t（140）=0.8 mm 45 a 185 55mm 孔深的尺寸换算 工序：43mm 内孔 530倒角，选用卧式车床 c620-1。由于最后的切削宽度很 大，故按成形车削制定进给量。根据手册及机床取 f=0.08mm/r （见切削手册表 1.8） 当采用高速钢车刀时，根据一般材料，确定切削速度 v=16m/min 则 ns=1000v/d=100016/43=118（r/min） 按机床说明书取 nw=120r/min，则此时切削速度为 v=dnw/1000=16.2（m/min） 切削工时 毕业论文 - 17 - l=5mm l1=3mm t=（l+l1）/nwf=0.83（min） 工序：钻锥螺纹 rc1/8 底孔（8.8mm） f=0.11mm/r （ 切削手册表 2.7） v=25m/min （ 切削手册表 2.13） 所以 n=1000v/d=100025/8.8=904（r/min） 按机床选取 nw=680r/min （ 切削手册表 2.35） 实际切削速度 v=dn/1000=8.8680/1000=18.8（m/min） 切削工时 l=11mm，l1=4mm，l2=3mm t=（l+l1+l2）/nwf=0.24(min) 工序：拉花键孔 单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升为 0.06mm，拉削速 度 v=0.06m/s（3.6m/min） 切削工时 t= zblk/1000vfzz 式中 zb-单面余量 3.5mm（由43mm 拉削到50mm） ； l-拉削表面长度，140mm； -考虑校准部分的长度系数，取 1.2； k-考虑机床返回行程系数，取 1.4； v-拉削速度（m/min） ； fz-拉刀单面齿升； z-拉刀同时工作齿数，z=l/p； p-拉刀齿距。 p=（1.251.5）l =1.35 140 =16mm 所以 拉刀同时工作齿数 z=l/p=140/169 所以 t=3.51401.21.4/10003.60.069=0.42（min） 工序：粗铣39mm 二孔端面，保证尺寸 118.4 0 -0.22mm fz=0.08mm/齿 （参考切削手册表 3-3） 切削速度：参考有关手册，确定 v=0.45m/s 即 27m/min。 采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm，齿数 z=20。则 ns=1000v/dw=100027/225=38（r/min） 现采用x63卧式铣床， 根据机床使用说明书 （见 工艺手册 表4.2-39） ， 取nw =37.5r/min， 故实际切削速度为 毕业论文 - 18 - v=dwnw/1000=22537.5/1000=26.5（m/min） 当 nw =37.5r/min 时，工作台的每分钟进给量 fm应为 fm=fzznw=0.082037.5=60（m/min） 查机床说明书，刚好有 fm=60m/min，故直接选用该值。 切削工时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，利用作图法，可得出 铣刀的行程 l+l1+l2=105mm，则机动工时为 tm=（l+l1+l2）/fm=105/60=1.75(min) 工序： 钻、扩39mm 二孔及倒角。 1. 钻孔25mm 确定进给量 f：根据切削手册表 2.7，当钢b800mpa，d0=25mm 时，f=0.390.47mm/r。由于本零件在加工25mm 孔时属于低钢度零件，故进给量应乘 系数 0.75，则 f=（0.390.47）0.75=0.290.35（mm/r） 根据 z535 机床说明书，现取 f=0.25mm/r。 切削速度：根据切削手册表 2.13 及表 2.14，查得切削速度 v=18m/min。所以 ns=1000v/dw=100018/25=229（r/min） 根据机床说明书，取 nw=195r/min，故实际切削速度为 v=dwnw/1000=25195/1000=15.3（m/min） 切削工时 l=19mm l1=9mm l2=3mm tw1= （l+l1+l2）/nwf=19+9+3/195*0.25=0.635（min） 以上为钻一个孔时的机动时间。故本工序的机动工时为 tm=tm12=0.6352=1.27（min） 2. 扩钻37mm 孔 利用37mm 的钻头对25mm 的孔进行扩钻。根据有关手册的规定，扩 钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 f=（1.21.8）f钻=（1.21.8）0.650.75 =0.5850.87（mm/r） 根据机床说明书，选取 f=0.57mm/r v=（1/21/3）v钻=（1/21/3）12 =64（m/min） 则主轴转速为 n=51.634r/min 并按机床说明书取 nw=68r/min。 实际切削速度为 v=dwnw/1000=25195/1000=15.3（m/min） 切削工时（一个孔） ：l=19mm， l1=6mm， l2=3mm 毕业论文 - 19 - t1=（19+6+3）/nwf=0.72(min) 当扩钻两个孔时，机动工时为 t=0.722=1.44（min） 3. 扩孔38.7mm 采用刀具：38.7 专用扩孔钻。 进给量：f=（0.91.2）0.7 （ 切削手册表 2.10） =0.630.84（min/r） 查机床说明书，取 f=0.72mm/r。 机床主轴转速：取 n=68r/min，其切削速度 v=8.26m/min。 机动工时 l=19mm， l1=3mm， l2=3mm t1=(19+3+3)/nf=0.51(min) 当加工两个孔时 tm=0.512=1.02（min） 4. 倒角 245双面 采用 90锪钻。 为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与扩孔时相同： n=68r/min 手动进给。 工序：精、细镗39 027. 0 010. 0 + mm 二孔，选用机床：t740 金刚镗床。 （1）精镗孔至38.9mm，单边余量 z=0.1mm，一次镗去全部余量，p =0.1mm。 进给量 根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为 v=100m/min，则 nw=1000v/d=1000100/39=816（r/min） 由于 t740 金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。 切削工时：当加工一个孔时 l=19mm， l1=3mm， l2=4mm t1=（l+l1+l2）/nwf=0.32（min） 所以加工两个孔时的机动时间为 t=0.322=0.64（min） （2）细镗孔至39 027. 0 010. 0 + mm。由于细镗与精镗孔共用镗杆，利用金刚镗床同时对工 件精、细镗孔，故切削用量及工时均与精镗相同 p=0.05mm； f=0.1mm/r； nw=816r/min，v=100m/min； 毕业论文 - 20 - t=0.64min 工序：磨39mm 二孔端面，保证尺寸 118 0 -0.07mm （1）选择砂轮。见工艺手册第三章中磨料选择各表，结果为 wa46kv6p35040127 其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为 46 #，硬度为中软 1 级，陶瓷结合剂，6 号组 织，平型砂轮，其尺寸为 35040127（dbd） 。 （2）切小用量的选择。砂轮转速 n砂=1500r/min（见机床说明书） ，v砂=27.5m/s。 轴向进给量 fa=0.5b=20mm（双行程） 工作速度 vw=10m/min 径向进给量 fr=0.015mm/双行程 （3）切削工时。当加工一个表面时 t1=2lbzbk/1000v fa fr (见工艺手册表 6.2-8) 式中 l-加工长度 73mm； b-加工宽度，68mm； zb-单面加工余量，0.2mm； k-系数，1.10； v-工作台移动速度（m/min） ； fa-工作台往返一次砂轮轴向进给量（mm） ； fr-工作台往返一次砂轮径向进给量（mm） 。 t1=273681.1/100010200.015 =10920/3000=3.64（min） 当加工两端面时 tm=3.642=7.28（min） 工序：钻螺纹底孔 4-6.7mm 并倒角 120。 f=0.20.50=0.1（mm/r） （ 切削手册表 2.7） v=20m/min （ 切削手册表 2.13 及表 2.14） 所以 ns=1000v/d=100020/6.7=950（r/min） 按机床取 nw=960r/min，故 v=20.2m/min。 切削工时（4 个孔） l=19mm， l1=3mm， l2=1mm tm=（l+l1+l2）/nwf= 倒角仍取 n=960r/min。手动进给。 工序：攻螺纹 4-m8mm 及 rc1/8 由于公制螺纹 m8mm 与锥螺纹 rc1/8 外径相差无几，故切削用量一律按 加工 m8 选取 毕业论文 - 21 - v=0.1m/s=6m/min 所以 ns=238r/min 按机床选取 nw=195r/min，则 v=4.9m/min。 机动工时 l=19mm， l1=3mm， l2=3mm 攻 m8 孔 tm1=（l+l1+l2）*2/nf*4=1.02(min) 攻 rc1/4 孔 l=11mm， l1=3mm， l2=0mm tm2=（l+l1+l2）/nf*2=0.15(min) 最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填 入机械加工工艺过程综合卡片，见工艺单。 第 4 章 夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 指导老师要求设计第道工序钻锥螺纹 rc1/8 底孔 （8.8mm） 和第道工序粗 铣39mm 二孔端面的铣床夹具。 道工序将用于立式钻床 z525， 刀具为8.8mm 麻花钻 头。道工序夹具将用于 x63 卧式铣床。刀具为两把高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件的 两个端面同时进行加工。 4.1 问题的提出 本夹具主要用来粗铣39mm 二孔的两个端面， 这两个端面对39mm 孔及花键孔都有 一定的技术要求。 但加工本道工序时， 主要应考虑如何提高劳动生产率， 降低劳动强度， 而精度则不是主要问题。 4.2 夹具设计 4.2.1 定位基准的选择 由零件图可知，39mm 二孔端面应对花键孔中心线有平行度及对称度要求，其设计 基准为花键孔中心线。为了使定位误差为零，应该选择以花键孔定位的自动定心夹具。 但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以花键孔为主要定位基面。 为了提高加工效率，现决定用两把镶齿三面刃铣刀对两个39mm 孔端面同时进行加 工。 4.2.2 切削力及夹紧力计算