机械制造技术课程设计-差速器十字轴加工工艺及铣四处平面夹具设计【全套图纸】.doc

徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书设计内容计算说明结论第1章、绪论 汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧，如果汽车向左转弯，圆弧的中心点在左侧，在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长，为了平衡这个差异，就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。 差速器的这种调整是自动的，这里涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。例如把一粒豆子放进一个碗内，豆子会自动停留在碗底而绝不会停留在碗壁，因为碗底是能量最低的位置（位能），它自动选择静止（动能最小）而不会不断运动。同样的道理，车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态，自动地按照转弯半径调整左右轮的转速。 驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接，则两轮只能以相同的角度旋转。这样，当汽车转向行驶时，由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大，将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶，也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等（轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等）而引起车轮的滑动。3全套图纸，加153893706设计内容计算说明结论第2章、工艺规程设计2.1差速器十字轴零件介绍2.2 零件材料分析 该零件形状相对比较简单，从图中可以看到零件有四个轴颈及轴颈上的几个平面，主要通过铣、车、磨、钻等加工方法来完成零件的加工批量：年产30000件产品，单班生产；该零件的尺寸精度要求较高，因此，在设计工艺时要考虑其加工质量和生产效率。图2-1 差速器十字轴实物图十字轴的毛坯材料一般选用20CrMnTi,毛坯采用模锻方法制造。20CrMnTi材料介绍：20CrMnTi是渗碳钢,渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢.汽车上多用其制造传动齿轮.是中淬透性渗碳钢中CrMnTi 钢,其淬透性较高,在保证淬透情况下,具有较高的强度和韧性,特别是具设计内容计算说明结论2.3十字轴的主要加工表面及技术要求：有较高的低温冲击韧性.20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢.良好的加工性,特加工变形微小,抗疲劳性能相当好.用途:用于齿轮,轴类,活塞类零配件等.用于汽车,飞机各种特殊零件部位.特性及适用范围：图2-1 差速器十字轴零件图（1） 四个轴颈尺寸为mm，长度为（810.25）mm（2） 各轴颈中心线的不相交度公差为0.06mm,轴颈中心线的垂直度公差为0.075mm/97mm。（3） 表面渗碳层的深度为0.91.3mm。（4） 表面硬度为5863HRC。（5） 锻件硬度为200230HB。（6） 磨后进行磷化处理。5通过分析零件图可以看出，各轴颈的表面精度要求比较高，在加工时要考虑各轴颈中心线的不相交度公差和垂直度公差。因此，加工轴的中心孔是非常重要的一步，直接影响零件的精度。在设计工艺时，即要保证零件的加工质量，又要考虑提高零件的生产效率。设计内容计算说明结论2.4 设计依据2.5 工艺方案的设计通过分析，在工艺的设计中需要着重解决好以下问题:（1）轴颈表面所要求的精度。（2）各轴颈中心线的不相交度和垂直度公差所要求的精度。（3）尽量减少工件的装夹时间，以提高生产效率。生产纲领：年产30000件产品，单班生产；产品图纸：零件图如图2-1所示。 通过查找资料，最终拟定两套方案：方案一：铣四轴颈端面钻四轴颈端面中心孔顶中心孔车四轴径外圆、倒角、车槽铣平面顶磨四轴颈端面靠平渗碳淬火处理检测形位公差和校正钻四轴颈中心孔顶磨四轴径磷化处理。6方案二：铣端面镗中心孔中间检查车外圆、倒角、车槽铣平面中间检查热处理粗磨轴颈精磨轴颈最终检查磷化处理；5方案比较：方案一的工序较多，需钻两次中心孔，铣两次端面，工件经过磨削后再进行热处理，在热处理过程中，工件会变形，影响零件的精度，方案二工序较少，工件经过热处理后再进行磨削，零件的精度可以得到保证。方案一有部分工序需重复，生产效率较低，对批量生产不利。方案二工序虽较少，但生产效率较高。从总体看，结合零件的生产要求，方案二更合理。根据工艺方案，可以发现：在加工过程中“铣端面”这一道工序使毛坯的总长度变短，车外圆粗磨及精磨使各轴颈的尺寸变小。因此只要查出这三道工序加工余量就可以知道毛坯的尺寸。设计内容计算说明结论 通过查询机械加工工艺手册7可知：精磨加工余量：0.2mm粗磨加工余量：0.12mm半精车加工余量：1.3mm粗车加工余量：2.0mm精铣加工余量：2.5mm由此可以得到轴颈的尺寸为：22+0.2+0.12+1.3+2.0=25.62mm十字轴毛坯的长度为：（81+2.5）2=167mm查手册可知，模锻件中心尺寸距尺寸偏差在030mm为0.3mm，在80120mm为0.5mm,考虑到加工时的余量，轴颈的基本尺寸定为因此，零件的毛坯尺寸便可以确定下来轴颈尺寸为：mm十字轴46mm中心线到轴端面的毛坯尺寸为：mm 根据各工序的加工方法及加工所能达到的经济精度8，可以定出各工序的加工尺寸：零件的毛坯轴颈尺寸为：mm设计内容计算说明结论第3章、工艺设计计算3.1 铣端面的工艺设计计算由文献9,669表8-94选择铣刀直径，可得如下表格：表3-1 铣刀直径的选择刀具名称硬质合金端铣刀背吃刀/mm4567810侧吃刀/mm6090120180260350铣刀直径/mm80100125160200200250320400400500铣十字轴端面采用端铣刀，根据十字轴的加工余量可知：背吃刀量2.53mm侧吃刀量=32mm根据背吃刀量和侧吃刀量，可知：铣刀直径=80mm由于背吃刀量2.53mm，所以铣削时可一次加工完成，根据端面的表面粗糙度=1.25，由文献9，670表8-96可知：铣刀每转进给量为:f=0.20.3mm/r设计内容计算说明结论由于工件材料为20CrMnTi，为低碳钢，毛坯的硬度为200230HB, 由文献9，673表8-99，可查得硬质合金刀具铣削速度范围，如下表所示：表3-2 硬质合金刀具铣削速度推荐范围加工材料硬度(HB)铣削速度/低、中碳钢1.66mm/s时，可查得f=0.350.40mm/r。根据机床说明书，取f=0.36mm/r。=1.5mm，f=0.3mm/r，m/s，n=16r/s设计内容计算说明结论3.3.3 倒角3.3.4 车槽（3）确定切削速度与机床主轴转速 由文献9，638表8-57，可得切削速度范围=1.6672.17mm/s。考虑到进给量取得较大，故取=2m/s。按公式得主轴转速按机床说明书，取n=20r/s。按公式算得实际切削速度为此速度大于预估速度，故可用。由于半精车切削力较小，故一般不需验算。最后选定半精车的切削用量为：=0.55mm，f=0.36mm/r，n=20r/s。差速器在工作时，四个行星齿轮安装在十字轴的四个轴颈上，倒角一方面便于行星齿轮的安装，同时也可以减小十字轴在工作时应力过于集中的问题。由于外圆车刀可以倒的角，因此在半精车过后，机床可以不用停车，只需把刀具退回到轴的端面，由于外圆车刀可以倒的角，可以直接用外圆车刀来倒角。半精车过后，工件的尺寸变为，而零件的最终尺寸为，对好刀之后，工件的单边加工余量： 0.32/2+1=1.16mm。因此，倒角时的切削用量为：，f=0.36mm/r，n=20r/s。（1） 选用刀具 由文献9，210表4-13，可查车刀型号，选用成形切断车刀，由于槽的宽度为3.5mm,所以，车刀宽度为3.5mm。 （2）确定进给量 由文献9，636表8-52，可查得切断和切槽的进给量，工件直径在2040时的进给量为f=0.100.12mm/s，初步选定进给量为f=0.10mm/s。 （3）确定切削速度与机床主轴转速 由文献9，637表8-55，可查得切断和切槽时的切削用量。=0.55mm，f=0.36mm/r，r/s，n=20r/smm，f=0.36mm/r，r/s，n=20r/s设计内容计算说明结论3.4 铣平面的工艺设计计算可得硬质合金车刀在车槽时进给量为f=0.10mm/s时的切削速度为。切槽时，最终直径与初始直径之比不同应乘下面的修正系数。表3-4 最终直径与初始直径不同时所对应的修正系数最终直径/初始直径（）0.50.70.80.95修正系数 K0.960.84轴颈的最终直径为，初始直径为。因此 =27.5/33=0.83所以修正系数K=0.84所以，切削速度为根据公式计算主轴转速根据机床的主轴转速范围，取所以实际切削速度为最后选定车槽时的切削用量为： ，f=0.10mm/s，铣平面这一工序是在轴颈的外圆上铣平面，每个轴颈铣两个平面，以轴颈表面为精基准，这样工艺基准与设计基准重合。铣平面时是在这段轴上加工，两平面之间的距离为27mm,假设两平面以中心轴完全对称，则每个平面加工的深度为h=(27.5-27)/2=0.25mm。mm f=0.10 mm/sr/s设计内容计算说明结论3.5 磨削的工艺设计计算选择铣刀由于是铣平面，这里选用莫氏锥柄立铣刀（高速钢立铣刀）。这里背吃刀量为，经计算所铣平面的宽度不超过10mm，选用，齿数为4，取侧吃刀量。选择切削用量（1）确定背吃刀量 （2）确定进给量 已知侧吃刀量，由文献9，673表8-98，可查得高速钢立铣刀每齿的进给量，可取，取。（3）确定铣削速度和刀具转速 由文献9，673表8-99，可查得高速钢刀具铣削速度范围，可得，低、中碳钢在硬度为225290时的铣削速度为。由于背吃刀量很小，可当作精铣，可以取。根据公式计算刀具转速：根据机床的转速范围取所以，进给量为所以实际切速度为最后选定铣平面时的切削用量为，选择磨料品种和结合剂 工件为低碳钢，经过热处理，由文献9，304表4-64，选择白刚玉（WA），因为白玉刚适于磨削淬火钢、合金钢、高碳钢、高速钢以及加工螺纹及薄壁件等。由文献9，308表4-70，可选择陶瓷结合剂V(A)。mmr/sm/smm/r设计内容计算说明结论确定刀具型号 选用平形砂轮，形状尺寸为，粗磨时磨具粒度为F36F46，精磨时的磨具粒度F60100。由文献9，685表8-120，可得如下表所示的数据 ：表3-5 工件回转的圆周速度工件回转的圆周速度工件磨削表面的直径/mm2030粗磨1122精磨淬火钢及耐热钢2235纵进给量如下表所示：表3-6 磨外圆时的纵进给量粗磨 （为砂轮宽度）精磨表面粗糙度 表面粗糙度 粗磨时，取，根据公式式中，工件直径（mm）； 工件主轴转速（m/min）， 工件回转的圆周速度（m/min）。可得（r/min）由此可选择磨床型号为：MMB131210，此机床工件主轴转速范围为120940r/min，为无级调速。取r/min，得工件实际转速为：（m/min）设计内容计算说明结论由文献9，686表8-120，查得当工件每转的纵给量为0.5=6mm时，工作台单行程的横进给量为。精磨时，取，根据公式，可得（r/min）取r/min，得工件实际转速为：（m/min）由文献9，687表8-120，查得工件每转的纵给量为，工作台单行程的横进给量。计算砂轮切削速度：MMB1312磨床砂轮主速有1550r/min和2200r/min，粗磨时选用1550r/min，精磨时选用2200r/min。根据公式式中， 砂轮切削速度（m/s）； 吵轮直径（mm）； 砂轮主轴转速（r/s）。可得，粗磨时的砂轮切削速度为：（m/s）精磨时的砂轮切削速度为：（m/s）由于、均小于35，故可用。所以,粗磨时的切削用量为：粗磨切削用量：m/s，m/min，6mm；精磨切削用量：m/s, m/min，mm设计内容计算说明结论3.6 热处理，m/s，m/min，6mm；精磨时的切削用量为：，m/s, m/min，。十字轴在工作时，四个行星齿轮在十字轴的轴颈处转动，因此对十字轴四个轴颈有很高的要求：表面硬度要高，有较高的耐磨性和疲劳强度；心部要有较好的塑性和韧性。十字轴的材料为20CrMnTi，是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部。因此，零件经过表面热处理，可以满足零件的要求。由于零件表面渗碳层深度为0.91.3mm，考虑到热处理后还需进行磨削加工，粗磨和精磨总的作余量为0.32mm，因此，零件在热处理时的表面渗碳层深度应为1.221.62mm。为提高效率，采用感应加热表面淬火方式。感应加热表面淬火原理： 感应线圈中通以交流电时，即在其内部和周围产生一与电流相同频率的交变磁场。若把工件置于磁场中，则在工件内部产生感应电流，并由于电阻的作用而被加热。由于交流电的集肤效应，靠近工件表面的电流密度大，而中心几乎为零。工件表面温度快速升高到相变点以上，而心部温度仍在相变点以下。感应加热后，采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液喷射淬火，淬火后进行180-200低温回火，以降低淬火应力，并保持高硬度和高耐磨性。11 由于零件的尺寸较小，淬硬深度在0.22mm范围内，因此采用高频感应加热方式。高频感应加热的频率为1001000KHZ。确应感应加热加热的频率：设计内容计算说明结论3.8 各机加工工序切削用量及机床和刀具型号根据高频感应加热公式：式中，f为频率，单位KHz； 加热深度，单位为mm。零件表面渗碳层深度为1.221.62mm，取所以，(KHz)热处理工艺：淬火前先进行渗碳处理，渗碳温度为920940。淬火时用专用高频淬火设备，加热频率为237KHz，高频加热至830870直接淬火（乳化液淬），淬火后再在180200回火。(1) 铣端面时的切削用量及机床型号和刀具规格 机床型号：X364双端面铣床 刀具规格：硬质合金端铣刀 d=80mm 切削用量：=3mm，f=0.3mm/r；=1.42m/s；n=5.67r/s(2) 钻中心孔时的切削用量及机床型号和刀具规格 机床型号：XA-449刀具规格：不带护锥的A型中心钻d=4.00mm，D=8.5mm 切削用量：mm，f=0.09mm/r，n=10r/s(3) 车削时的切削用量及机床型号和刀具规格车床型号：CE7120半自动液压仿形车床 粗车及半精车时车刀型号:可转位外圆车刀16mm25mm, ，f=236.69KHz设计内容计算说明结论， 粗车时切削用量：=1.5mm，f=0.3mm/r，n=16r/s 半精车时的切削用量：=0.55mm，f=0.36mm/r，n=20r/s 倒角时车刀型号：可转位外圆车刀16mm25mm， 倒角时切削用量：，f=0.36mm/r，n=20r/s 车槽时车刀型号：成形切槽车刀，刀具宽度3.5mm。 车槽时切削用量：，f=0.10mm/s，(4) 铣平面时的切削用量及机床型号和刀具规格 机床型号：X3132 刀具规格：高速钢立铣刀d=20mm 切削用量：，(5) 磨削时的切削用量及机床型号和刀具规格 机床型号：MMB1312外圆磨床 刀具规格：平形砂轮，形状尺寸为，粗磨时磨具粒度为F36F46，精磨时的磨具粒度F60100 粗磨时切削用量：，m/s，m/min，6mm精磨时切削用量：，m/s, m/min，。设计内容计算说明结论第4章、 夹具设计4.1 夹具的概述4.2 夹具的组成机床夹具是零件在机床上加工时用以装夹工件（和引导刀具）的一种工艺装备，其作用是正确确定工件与刀具之间的相对位置，并将工件牢固地夹紧。使用夹具可以有效地保证工件的加工质量，提高劳动生产率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度。因此，夹具在机械制造中占有重要的地位。通常，夹具的组成如下：（1） 定位装置 定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，常用的定位元件有支承钉、定位销、V形块等。（2） 夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置，在加工过程中不因受外力（切削力、重力、惯性力等）作用而产生位移，同时可以减轻或防止振动。它通常由夹紧元件（夹爪、压板等）、传动机构（如杠杆、斜楔等）和动力装置（气缸、液压缸等）组成。（3） 对刀、引导装置对刀、引导装置的作用是确定刀具相对于夹具的位置，或引导刀具进行加工。常用的对刀、引导元件有对刀块、钻套等。（4） 其它元件及装置（5） 夹具体 夹具体是用于连接夹具上所有的元件和装置，使其成为一个整体的基础件，它还用来与机床的有关部位连接，以确定夹具在机床的位置。设计内容计算说明结论4.3 机床夹具的作用1定位基准的选择由零件图可知，其设计基准为十字轴的四轴端面为定位基准。因此选用工件以加工四处端面和十字轴的中心孔为主定位基准。2.定位误差分析由于十字轴的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的螺纹孔的制造精度和安装精度。3夹具设计及操作说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。设计内容计算说明结论4.4 夹具装配十字轴铣四处平面夹具的装配图如下图：图 4-11.夹具板 2.圆柱销 3.螺钉 4.内六角圆柱头螺钉M6X30 5.V形块 6.销 7. 双头螺柱A型M12x1128.型六角螺母M129.平行垫M12 10.移动压板 11.调节支钉 12.弹簧13. 型六角薄螺母M1214.平面对刀块 设计内容计算说明结论如上图可知：1. 采用夹具定位可全部或部分省去找正时间；采用快速定位、夹紧机构，尤其是各种机械化夹紧机构（气动、液压、气液压传动、电动等），可以明显地降低辅助时间；采用夹具可改善工艺系统刚性、稳定性和加大切削用量，减小机动时间；采用夹具可降低对工人等级的要求，等等。工序时间的缩短，生产效率的提高及产品质量的稳定，必有利于加工成本的降低。2.定位方案的选择 根据加工要求，工件在夹具中的定位以4个28轴颈为主要定位基准，限制六个自由度，以活动支撑钉顶住一端面做辅助支撑不限制自由度。夹紧轴颈。 3.定位元件设计 根据定位方案，设计定位元件的结构如图所示，28轴颈用V形块定位，采用压块夹紧装置。轴颈端面用活动压板辅助定位。 4.装配时，先把工作平台放平，固定住四个V形块，然后把十字轴的四轴放在V形块上，确保放的均匀，稳定，最后，安装压板，压住十字轴的两个轴，确保压紧，禁止松动。5.工作时，把装配夹具放在铣床上，对刀块与工作台上的对刀孔对齐，这样就可以铣平面了。