万向节滑动叉机械加工工艺设计_课程设计说明书_2

1、万向节滑动叉机械加工工艺设计_课程设计说明书_2 青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书设计题目万向节滑动叉机械加工工艺设计课题名称机械加工工艺课程设计学 院机电工程系专业班级机电一体化技术10-2学 号20100212044学 生席庆明指导老师管文青岛理工大学琴岛学院教务处2012年 6 月261 零件的分析11零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其主要作用一是传递转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39mm的孔用以安装滚针轴承并与十字轴相连起万向联轴器的作用零件

2、65mm外圆处有一50mm的内花键孔与传动轴端部的花键轴相配合用于传递动力12零件的工艺分析万向节滑动叉共有两组加工表面它们相互间有一定的位置要求先分析如下139mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括两个39mm的孔及其倒角尺寸为118mm的与两个39mm的孔相垂直的平面还有在平面上的4个M8螺孔其中主要加工表面为39mm的两个孔2 50mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括50mm十六齿方齿花键孔55mm阶梯孔以及65mm的外圆表面和的外螺纹表面50mm花键孔与mm两孔中心线连线的垂直度公差为mm两孔外端面对mm孔垂直度公差为50mm花键孔宽中心线与mm中心线偏转角度公差为由以上分析可知

3、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 毛坯的确定零件材料为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尽量不被切断保证零件工作可靠由于零件年产量为件已达到大批生产的水平而且零件的轮廓尺寸不大故可用模锻成型这对于提高生产率保证加工质量也是有利的定位基准选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一基准选择的正确合理可以保证加工质量提高生产效率否则就会使加工工艺过程问题百出严重的还会造成零件的大批报废使生产无法进行1粗基准的选择 对于一般的轴类零件而言以外圆作为

4、粗基准是完全合理的但对本零件来说如果以mm或以mm外圆外圆表面作为基准四点定位则可能造成这一组内外圆柱表面与零件的交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为粗精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取叉部两个39mm孔的不加工外轮廓表面作为粗基准利用一组共两个短形块支承这两个39mm的外轮廓作为主要定位面以消除的移动和旋转四个自由度再用一对自动定心的窄口卡爪夹持在mm外圆柱面上用以消除的移动与旋转两个自由度达到完全定为 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

5、该进行尺寸换算4拟定机械加工工艺路线制订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能得到合理的保证在生产纲领已确定为大批生产的条件下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以外还应当考虑经济效果以便使生产成本尽量下降工序1模锻工序2正火热处理工序3车端面及外圆62mm60mm并车螺纹M60×1mm以两个叉耳外轮廓及65mm外圆为粗基准选用CA6140卧式车床和专用夹具工序4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5内花键孔5×30o倒角选用CA6140车床和专用夹具工序6钻锥螺纹

6、Rc18底孔选用Z525立式钻床及专用钻模这里安排Rc18底孔主要是为了下道工序拉花键孔时为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7拉花键孔利用花键内底孔55mm端面及Rc18锥螺纹底孔定位选用L6120卧式拉床加工工序8粗铣39mm两孔端面以花键孔定位选用X 63卧式铣床加工工序9钻扩39mm两孔及倒角以花键孔及端面定位选用Z 535立式钻床加工工序10精细镗39mm两孔选用T740卧式金刚镗床及专用夹具加工以花键内孔及其端面定位工序11磨39mm两孔端面保证尺寸118mm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12

7、钻叉部四个M8mm螺纹底孔并倒角选用Z 525立式钻床及专用夹具加工以花键孔及39mm孔定位工序13攻螺纹4-M8mm及Rc18工序14冲箭头工序15终检以上工艺过程详见 机械加工工艺过程卡片5机械加工余量工序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207241HBW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始资料及加工工艺分别确定各加工表面的机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下 51外圆表面62mm及M60 ×1mm考虑其加工长度为90mm与其联结的非加工外圆表面直径为65mm为简化模锻毛坯的外形现直接取其外圆表面直径为65mm62mm表面为自

8、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52外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差M60×1mm端面查机械制造工艺设计简明手册表22-14其中锻件重量为6kg锻件复杂形状系数为S1锻件材质系数M1锻件轮廓尺寸长度方向 180 - 315mm故长度方向偏差为长度方向的余量查机械制造工艺设计简明手册表22-25其余量值规定为20- 25mm现取20mm53两内孔mm叉部毛坯为实心不冲出孔两内孔精度要求界于IT7 -IT8之间参照机械制造工艺设计简明手册表23-9及表23-13确定工序尺寸及余量为钻孔25mm 钻孔37mm 2Z 12mm

9、扩钻387mm 2Z 17mm精镗389mm 2Z 02mm细镗mm 2Z 01mm54花键孔16-mm×mm× mm×mm × mm 花键孔要求大径定心拉削时的加工余量参照机械制造工艺设计简明手册表23-19取2Z 1mm55 mm两孔外端面的加工余量计算长度为mm1按照机械制造工艺设计简明手册表22-25取加工精度F2 锻件复杂系数S3锻件重6kg则两孔外端面的单边加工余量为20- 30mm取 Z 2mm锻件的公差按照机械制造工艺设计简明手册表22-14材质系数取M1 复杂系数S3 则锻件的偏差为2磨削余量单边02mm见机械制造工艺设计简明手册表23

10、-21磨削公差即零件公差 007mm3铣削余量铣削的公称余量单边为 Z 20 02 18 mm 铣削公差现规定本工序粗铣的加工精度为IT11级因此可知本程序的加工公差为 022mm人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的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该调整法家方式予以确定 39mm两孔外端面尺寸加工余量和工序间余量及公差分布见表5-1表5-1 加工余量计算表工 序加工尺寸及公差锻 件 毛 坯39两端面零件尺寸粗铣两端面磨两端面加工前尺寸最 大1

11、2461184最 小120611818加工后尺寸最 大12461184118最 小12061181811793加工余量单边2最大3102最小1210125加工公差单边13- 07-0222-00726确定切削用量及基本工时工序3车削端面外圆及螺纹本工序采用计算法确定切削用量61加工条件工件材料45钢正火b 060GPa模锻加工要求粗车60mm端面及60mm62mm外圆表面粗糙度值车螺纹M60×1mm机床CA6140卧式车床刀具刀片材料YT15刀杆尺寸16×25mm2 r 90oo 15oo 8o 05mm 60o螺纹车刀刀片材料W18Cr4V62计算切削用量 1 粗车M60

12、 ×1mm端面1确定端面最大加工余量已知毛坯长度方向的加工余量为mm考虑7o的模锻拔模斜度则毛坯长度方向的最大加工余量 75mm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30mm芯部待以后钻孔是加工掉故此时实际端面最大加工余量可按 55mm考虑分两次加工 3mm计长度加工公差按IT12级取046mm入体方向 2确定进给量根据切削用量简明手册第3版表14当刀杆尺寸为16mm×25mm以及工件直径为60mm时 05 - 07mmr 按CA6140车床说明书参考切削用量简明手册第3版表3-9取 05 mmr 3 计算切削速度按切削用量简明手册第3版表127切

13、削速度的计算公式为寿命选T 60min其中Cv 242xv 015yv 035m 02 修正系数kv见切削用量简明手册第3版表128即kMv 1044ksv 08kkv 104kkrv 081kBv 097 所以 1086mmin4确定机床主轴转速rmin按机床说明书见机械制造工艺设计简明手册表42-8与532rmin相近的机床转速为500rmin及560rmin现选取如果选 500rmin则速度损失太大所以实际切削速度v 11435mmin5切削工时按机械制造工艺设计简明手册表62-1mmmin2 粗车62mm外圆同时应校验机床功率及进给机构强度1 背吃刀量单边余量Z 15mm可一次切除2

14、进给量根据切削用量简明手册第3版表14选用 05mmr3 计算切削速度见切削用量简明手册第3版表127 116mmin4确定主轴转速 ns 1000vcdw 568rmin按机床选取n 560rmin所以实际切削速度 V dn1000 65x5601000 11435mmin5检验机床功率主切削力Fc按切削用量简明手册第3版表129所示公式计算 其中CFc 2795XFc 10YFc 075nFc -015 b650 094 kkr 089所以 Fc 2795×15×05075×11435-015×094×089 10245N 切削时消耗功率P

15、c为 Pc FcVc6x 195Kw 由切削用量简明手册第3版表130中CA6140机床说明书可知CA6140主电动机功率为78kW当主轴转速为560rmin时主轴传递的最大功率为55kW所以机床功率足够可以正常加工校验机床进给系统强度已知主切削力Fc 10245N径向切削力Fp按切削用量简明手册第3版所示公式计算 其中CFp 1940xFp 09yFp 06nFp -03 b650 0897 Kkr 05所以 Fp 1940×1509×0506×11435-03×0897×05 1995N 而轴向切削力Ff CFfFfFpKFp 其中CFf

16、2880xFf 10yFf 05nFf -04 kM b650 0923 kk 117 轴向切削力Ff 2880×15×0505×11435-04×0923×117 4995N 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 01则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 F FfFcFp 499501102451995 622N 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N见切削用量简明手册第3版故机床进给系统可正常工作 7 切削工时 t ll1l2nf 其中l 90l1 4l2 0所以 t 904560×05 0336min3车60mm外圆柱

17、面p 1mm f 05mmr切削用量简明手册第3版Ra 63m刀夹圆弧半径rs 10mm Vc CvTmpXvfYvkv 其中Cv 242 m 02T 60 xv 015yv 035kM 144kk 081 Vc 159mmin n 843rmin按机床说明书取n 710rmin则此时 v 1338mmin切削工时 t ll1l2nf其中l 20 l1 4 l2 0所以 t 204710×05 0068min4车螺纹M60×1mm 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 008走刀次数i

18、2 Vc CvTmpXvfYvkv其中Cv 118m 011xv 070yv 03螺距t1 1 kM 063706175 111kk 075所以粗车螺纹时Vc 2157mmin精车螺纹时Vc 368mmin2确定主轴转速 粗车螺纹 n1 1000vcD 1000×215760 1144rmin 按机床说明书取 n 100rmin实际切削速度 vc 1885mmin 精车螺纹时 n1 1000vcD 1000×36860 195rmin 按机床说明书取 n 200rmin实际切削速度 vc 377mmin3切削工时 取切入长度l1 3mm 粗车螺纹工时 t1 l l1 nfi

19、 075min 精车螺纹 t2 l l1 nfi 018min 所以车螺纹的总工时为t t1t2 093mmin工序4钻扩花键底孔43mm及加工沉头孔55mm选用机床C365L转塔车床1钻孔25mm f 041mmr 见切削用量简明手册第3版表27v 1225mmin 见切削用量简明手册第3版表213及表214按5类加工性考虑 nS 1000vdW 1000×122525 155rmin按机床选取nW 136rmin按机械制造工艺设计简明手册表42-2所以实际切削速度 v dWnW1000 1068mmin切削工时 t ll1l2nWf 3min其中切入l1 10mm切出l2 4mm

20、 l 150mm2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 1218f钻 v 1213v钻式中f钻v钻-加工实心孔时的切削用量现已知 f钻 056mmr 切削手册表27v钻 1925mmin 切削手册表213并令f 135f钻 076mmr 按机床选取f 076mmr v 04v钻 77mmin nS 1000vD 59rmin按机床选取nW 58rmin所以实际切削速度为 v 41581000 747mmin切削工时 l1 7mml2 2mml 150mm t 15072 076x59 355min3扩花键底孔 43

21、mm 根据切削手册表210规定查得扩孔钻扩43mm孔时的进给量并根据机床规格选f 124mmr扩孔钻扩孔时的切削速度根据其他有关资料确定为v 04v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 04 × 1925 77mminnS 10007743 57rmin按机床选取 nW 58rmin切削工时切入l1 3mm切出 l2 15mm t 150315 58124 214min4锪圆柱式沉头孔 55根据有关资料介绍加工沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的12-13故 f 13f钻 13 × 06 02mmr 按机床取021mmr v 13v 13 × 25

22、 833mmin nS 1000vD 48rmin按机床选取nW 44rmin所以实际切削速度 v DnW 1000 829mmin切削工时 切入 l2 2mml2 0l 8mm t ll1l2nf 108min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工序543mm内孔5×30°倒角选用卧式车床CA6140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 008mmr 见切削手册表18当采用高速钢车刀时根据一般材料确定切削速度v 16mmin则 ns 1000vD 1000&#

23、215;1643 118rmin按机床说明书取nW 120rmin则此时切削速度为 v DnW1000 162mmin切削工时 l 5mm l1 3mm t ll1nWf 083min工序6钻锥螺纹Rc18底孔88mm f 011mmr 切削手册表27 v 25mmin 切削手册表213所以 n 1000vD 1000×25×88 904rmin按机床选取nW 680rmin 切削手册表235实际切削速度 v Dn1000 ×88×6801000 188mmin切削工时 l 11mml1 4mml2 3mm t ll1l2nWf 024 min 工序7拉

24、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006mm拉削速度v 006ms36mmin切削工时 t Zblk1000vfZz式中 Zb-单面余量35mm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12 k-考虑机床返回行程系数取14 v-拉削速度mmin fZ-拉刀单面齿升 z-拉刀同时工作齿数z lp p-拉刀齿距 p 12515 135 16mm所以 拉刀同时工作齿数z lp 140169所以 t 35×140×12×141000×36×006×9 042min工序8粗铣39m

25、m两孔端面保证尺寸11840-022mm fz 008mm齿 参考切削手册表3-3切削速度参考有关手册确定v 045ms即27mmin采用高速钢镶齿三面刃铣刀dW 225mm齿数z 20则 ns 1000vdW 1000×27225 38rmin现采用X63卧式铣床根据机床使用说明书见工艺手册表42-39取nW 375rmin故实际切削速度为 v dWnW1000 ×225×3751000 265mmin当nW 375rmin时工作台的每分钟进给量fm应为 fm fzznW 008×20×375 60mmmin查机床说明书刚好有fm 60mmm

26、in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ll1l2 105mm则机动工时为 tm ll1l2fM 10560 175min工序9 钻扩39mm两孔及倒角1钻孔25mm确定进给量f根据切削手册表27当钢b800MPad0 25mm时f 039047mmr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075则 f 039047×075 029035mmr根据Z535机床说明书现取f 025mmr切削速度根据切削手册表213及表214查得切削速度v 18mmin所以 ns 1000vdW 1000×18×2

27、5 229rmin根据机床说明书取nW 195rmin故实际切削速度为v dWnW1000 ×25×1951000 153mmin切削工时 l 19mm l1 9mm l2 3mm tW1 ll1l2nWf 1993195025 0635min以上为钻一个孔时的机动时间故本工序的机动工时为 tM tM1×2 0635×2 127min2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 1218f钻 1218×065×075 0585087mmr根据机床说明书选取f 0

28、57mmrv 1213v钻 1213×12 64mmin则主轴转速为n 51634rmin并按机床说明书取nW 68rmin实际切削速度为v dWnW1000 ×25×1951000 153mmin切削工时一个孔l 19mm l1 6mm l2 3mmt1 1963nWf 072min当扩钻两个孔时机动工时为 t 072×2 144min3扩孔387mm采用刀具387专用扩孔钻进给量f 0912×07 切削手册表210 063084minr查机床说明书取f 072mmr机床主轴转速取n 68rmin其切削速度v 826mmin机动工时 l 19

29、mm l1 3mm l2 3mm t1 1933 nf 051min当加工两个孔时 tm 051×2 102min4倒角2×45°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 68rmin手动进给工序10精细镗两孔选用机床镗床1精镗孔至389mm单边余量Z 01mm一次镗去全部余量p 01mm进给量根据有关手册确定金刚镗床的切削速度为v 100mmin则nW 1000vD 1000×100×39 816rmin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 19

30、mm l1 3mm l2 4mm t1 ll1l2nWf 032min所以加工两个孔时的机动时间为2细镗孔至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 005mmf 01mmrnW 816rminv 100mmint 064min工序11磨39mm两孔端面保证尺寸1180-007mm1选择砂轮见工艺手册第三章中磨料选择各表结果为 WA46KV6P350×40×127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350×40×127D×B×d2切小用量的选择砂

31、轮转速n砂 1500rmin见机床说明书v砂 275ms轴向进给量fa 05B 20mm双行程工作速度vW 10mmin径向进给量fr 0015mm双行程3切削工时当加工一个表面时 t1 2LbZbk1000v fa fr 见工艺手册表62-8 式中L-加工长度73mmt 032×2 064min b-加工宽度68mm Zb-单面加工余量02mm k-系数110 v-工作台移动速度mmin 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 2×73×68×111000×10×20×0015

32、 109203000 364min当加工两端面时 tm 364×2 728min工序12钻螺纹底孔4-M8mm 并倒角120° f 02×050 01mmr 切削手册表27 v 20mmin 切削手册表213及表214所以 ns 1000vD 1000×20×67 950rmin按机床取nW 960rmin故v 202mmin切削工时4个孔 l 19mm l1 3mm l2 1mm tm ll1l2nWf 024min 倒角仍取n 960rmin手动进给工序130攻螺纹4-M8mm及Rc18由于公制螺纹M8mm与锥螺纹Rc18外径相差无几故切削

33、用量一律按加工M8选取 v 01ms 6mmin所以 ns 238rmin按机床选取nW 195rmin则v 49mmin机动工时 l 19mm l1 3mm l2 3mm攻M8孔 tm1 ll1l2FFFFZdFF见切削手册表328其中CF 650ap 31mmxF 10fz 008mmyF 072e 40mm在加工面上测量的近似值uF 086d0 225mmqF 086wF 0z 20所以 F 650×31×008072×40086×20225086 1456N当用两把刀铣削时F实 2F 2912N水平分力FH 11F实 3203N垂直分力Fv 03

34、F实 873N在计算切削力时必须把安全系数考虑在内安全系数K K1K2K3K4其中K1为基本安全系数15 K2为加工性质系数11 K3为刀具钝化系数11 K4为断续切削系数11所以 F KFH 15×11×11×11×3203 6395N选用气缸-斜楔夹紧机构楔角 10°其结构形式选用型则扩力比i 342为克服水平切削力实际夹紧力N应为 Nf1f2 KFH所以 N KFHf1f2其中f1及f2为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数f1 f2 025则 N 639505 12790N气缸选用100mm当压缩空气单位压力p 05MPa时气缸推力为3900N由于已知斜楔机构的扩力比i 342故由气缸产生的实际夹紧力为 N气 3900i 3900×342 13338N此时N气已大于所需的12790N的夹紧力故本夹具可安全工作 723定位误差分析1定位元件尺寸及公差的确定夹具的主要定位元件为一花键轴该定位花剑轴的尺寸与公差现归定位与本零件在工作时与其相配花键轴的尺寸与公差相同即16×43H11×50H8×5H10mm2零件图样规定花键孔键槽宽中心线与两孔中心线转角公差为2°由于39mm孔中心线应与其外端面垂直故要求3