毕业设计（论文）十字轴加工工艺及其夹具设计

Southwest university of science and technology 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 十字轴加工工艺及其夹具设计 学 院 名 称 制 造 科 学 与 工 程 学 院 专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 高 级 工 程 师 年 月 西南科技大学本科生毕业论文 I 十字轴加工工艺及其夹具设计 摘要：中国已成为世界汽车消费大国，发达国家争相在中国建厂，以求提高市场占 有率。中国人口众多，汽车市场有着巨大的潜力，将为汽车零件的发展带来更加广 阔的发展空间。 十字轴为驱动桥差速器总成中的一个零件，其主要作用为支承四个行星齿轮， 从而实现汽车在转弯时的差速转动。本文通过对差速器十字轴的结构特点进行分析， 制定了差速器十字轴的加工工艺及夹具。针对零件所要求的加工质量，拟定加工方 案并从中选择最优方案。在保证加工质量的同时尽量提高生产效率，选择合理的机 床及夹具，以降低成本。以 AUTOCAD 和三维造形软件 UG(Unigraphics)为设计平 台，分别绘制了夹具的装配图、零件图和差速器十字轴零件的三维模型。 关键词：差速器十字轴；加工工艺；夹具设计 西南科技大学本科生毕业论文 II The processing technology of Differential Cross-axis and the design of fixtures Abstract: China has become one of the worlds biggest automotive consumers. in order to increase the market share in China ,the developed countries has been building their factories in China. China has large population, the automotive market has great potential. This will give the development of automotive parts a broader space. The Cross-axis is a part of drive axle differential .Its mail role is supporting the four planetary gears on it so that the car can achieve differential rotation when the car swerves. Based on the analyzing of the structures and characteristics of differential cross-axis, The processing technology of Differential Cross-axis and the design of jigs and fixtures can be formulated. Considering the required processing quality of the parts, then formulate a few blue prints and choose the best one among them. To reduce the processing cost, choose related suitable machine tools and jigs and fixtures on the premise of the required processing quality. Using the software of AUTOCAD and UG as the design of platforms, apartly draft the assembling drawings and the part drawings of the jigs and fixtures and three-dimensional models of differential cross-axis. Key words: differential cross-axis, processing technology, design of jigs and fixtures, 西南科技大学本科生毕业论文 III 目 录 第 1 章 绪 论 .1 1.1 课题背景 1 1.2 国内外研究状况 2 1.2.1 全球主要国家汽车产量变化概述 3 1.2.2 国际零件部件企业概况及未来趋势 3 1.2.3 我国汽车工业概况 3 1.2.4 我国自主品牌的发展现状 4 1.2.5 我国汽配市场发展状况分析 6 1.2.6 我国汽车零部件企业利润 7 1.2.7 我国汽车零部件企业出口现状及趋势 7 1.2.8 我国汽车零部件行业的市场前景 7 1.2.9 从金融危机中折射出来的我国汽配企业发展中的不足 9 1.3 差速器十字轴的作用 10 1.4 课题研究的目的和意义 10 1.5 研究内容和研究方法 11 1.6 论文正文的结构 11 第 2 章 零件的工艺总体设计 .12 2.1 差速器十字轴零件介绍 12 2.2 零件材料分析 12 2.3 工艺难点和特征 13 2.4 设计依据 15 2.5 工艺方案的设计 15 2.6 毛坯尺寸的确定 15 第 3 章 工艺设计计算 .17 3.1 铣端面的工艺设计计算 17 3.2 钻中心孔的工艺设计计算 19 西南科技大学本科生毕业论文 IV 3.3 车削的工艺设计计算 20 3.3.1 确定粗车时的切削用量 21 3.3.2 确定半精车时的切削用量 22 3.3.3 倒角 22 3.3.4 车槽 22 3.4 铣平面的工艺设计计算 23 3.5 磨削的工艺设计计算 24 3.6 热处理 26 3.7 磷化处理 27 3.8 各机加工工序切削用量及机床和刀具型号 29 3.8.1 铣端面时的切削用量及机床型号和刀具规格 29 3.8.2 钻中心孔时的切削用量及机床型号和刀具规格 29 3.8.3 车削时的切削用量及机床型号和刀具规格 29 3.8.4 铣平面时的切削用量及机床型号和刀具规格 30 3.8.5 磨削时的切削用量及机床型号和刀具规格 30 第 4 章 夹具设计 .31 4.1 夹具概述 31 4.1.1 机床夹具的分类 31 4.1.2 夹具的组成 31 4.1.3 机床夹具的作用 32 4.2 夹具设计 33 4.3 定位误差的计算 34 4.3.1 V 形块的定位误差 34 4.3.2 夹紧力的计算 35 4.3.3 V 形块制造误差在加工时的影响 39 结 论 .40 致 谢 .41 参考文献 .42 西南科技大学本科生毕业论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景 中国加入世贸组织后，汽车零部件市场及资本市场全面放开。随着世界大型跨 国汽车企业全部进入中国，世界著名的跨国汽车零部件巨头，如德国博世、美国德 尔福、日本电装、爱信精机、富士通、阿尔派电子，法国法雷奥等，纷纷以合资、 独资的方式来华投资办厂。据统计，世界 100 强的汽车零部件企业中的 70%已在中 国设厂，对中国投资的外资汽车零部件企业超过 1200 家。 中国汽车零部件产业蓬勃发展引起全球采购商的高度关注，据中国汽车工业协 会的统计数据，截至 2007 年 9 月，中国汽车产销量双双超过 640 万辆。目前，中国 已经成为世界第二大汽车消费国，第三大汽车生产国，第一大汽车潜在市场。中国 汽车工业的蓬勃发展，带动了零部件市场的快速发展。 1 当前，零部件全球采购已成为汽车整车制造企业提高生产效率和竞争力的一条 捷径，排名全球前几位的汽车制造商，其零部件自制率仅为三成左右。我们要把握 产业发展机遇，在全球分工中赢得自己的利益。 汽车零部件产业发展趋势： 我国汽车零部件产业要想取得进一步发展，就必须纳入世界汽车零部件产业的 发展轨道，顺应世界汽车零部件产业的发展潮流。 1.全球化 经济全球化就是以科学技术迅猛发展为动力，以信息化网络服务为平台，以跨 国公司的全球运作为载体，而进行的一场全球范围内的产业结构调整。资源由仅仅 依靠一个国家内部资源开始向全球配置。跨国公司利用全球资源实现投资、开发、 生产、采购和销售最优化，以适应各地区不同环境和市场偏好的需要，提高其竞争 力和谋取竞争优势。零部件全球化涉及采购、生产、研发、销售、服务等许多环节， 具体表现为零部件采购全球化、生产外包化、合作研发全球化和售后服务网络化等。 2.专业化、规模化 经济全球化对零部件产业的发展产生了巨大的影响，由于整车与零部件企业的 结构关系正在发生改变，致使零部件产业出现了两个非常重要的变化：零部件区域 化向全球化转变，在零部件企业总数大幅减少的同时，全球化专业性集团公司越来 西南科技大学本科生毕业论文 2 越多；劳动密集型产业向低成本国家和地区转移，并与大跨国公司形成层级供应关 系。产生的后果是零部件产业全球资源的再配置和全球采购范围的扩大。这极大地 提高了零部件产业的规模经济性，降低了成本，提高了零部件企业的技术水平和新 产品开发能力。 3.技术高新化 世界各大汽车零部件厂商纷纷把航天、航空、电子和信息等高新技术应用于汽 车零部件和总成上，使安全、节能和环保技术得以广泛应用，高新技术的应用使汽 车的动力性、经济性、可靠性和舒适性不断提高，使汽车自动化、智能化、电子化、 信息化发展加速。尤其是以电子信息技术为代表的高新技术，不仅在汽车零部件产 品中广泛应用，而且还延伸到开发设计、试制、生产、检测以及售后服务等若干方 面。 4.精益化 精益生产、准时供货、零库存、及时服务的要求，使得零部件供应厂商要承担 起产品的设计开发、制造检验、质量保证、及时供货以及市场服务的全部责任，需 要零部件企业对自身进行准确的市场定位，实行系统化设计、模块化供货，各环节 都要精益化，以提高企业的竞争力。 5.本土化 由于新兴市场具有潜力巨大、成本低的特点，跨国公司在实施全球化战略的同 时，积极推行本土化策略，即利用本土资源、在本土生产适合当地消费者需求的车 型和零部件产品，同时提供营销和金融服务，形成本土化的竞争力，以实现贴近本 土客户和市场的目标。 1.2 国内外研究状况 美国作为全球汽车工业的重要国家，历年以来，美国的汽车产销量一直位列全 球前茅，2008 年源自美国的全球经济危机的大爆发，首先受到影响的就是美国汽车 工业，随后蔓延至欧洲以及美洲的其他国家。2008 年全球汽车产量下降至 7052.65 万辆的情况下，其中美洲国家的汽车产量从 2007 年的 1915.41 万辆下降至 2008 年 的 1691.65 万辆，同比下降 11.68；欧洲 2008 年的汽车产量下降至 2177.08 万辆， 与 2007 年的 2285.26 万辆相比，下降了 4.73；而以中国、印度为代表的亚洲大 洋洲 2008 年的汽车产量为 3125.64 万辆，与 2007 年的 3071.49 万辆相比，增长了 1.76。非洲以及南美洲国家的汽车产量 2008 年有所增长，但总量还比较小，对全 西南科技大学本科生毕业论文 3 球汽车产业的贡献度不高。 1.2.1 全球主要国家汽车产量变化概述 由于全球金融危机的影响，许多产业工人收入下降，消费意愿减少，购车消费 者减少，美国、日本、欧洲的汽车企业削减汽车产量。2008 年日本、美国、德国、 韩国、法国、西班牙、意大利等国家的汽车产量都有所下降，而中国、巴西、印度、 墨西哥、独联体等国家的汽车产量有所增长。2003 年至 2005 年，美国的汽车产量 一直排在全球的第一位，日本排在第二位，而 2006 年、2007 年美国的汽车产量下 降至第二位，2008 年更是下降至第三位，其中 2008 年与 2007 年相比，美国的汽车 产量下降了 19.25%。日本的汽车产量从 2006 年开始，升至全球的第一位。而最近 几年，中国的汽车产量在快速增长，2003 年2005 年中国的汽车产量排在第四位， 2006 年中国的汽车产量达到 718.87 万辆，升至第三位，仅位于美国和日本之后， 2008 年中国的汽车产量在达到 934.51 万辆，升至全球第二位。 1.2.2 国际零件部件企业概况及未来趋势 全球汽车工业的发展，带动了全球汽车配件产业的发展壮大，这为汽车配件企 业的发展提供了庞大的市场空间，造就了德尔福、博士、电装、伟世通、现代摩比 斯、福吉亚、大陆等国际汽车零配件集团。2008 年以来，受金融危机冲击最大的应 该是汽车零部件制造业，无论是美国、欧洲还是日本，主流地区的零部件供应商因 销量大幅下滑出现了严重的资金流问题，已有多个零部件公司申请破产保护或被收 购，特别是自 2009 年受美国通用汽车面临破产保护消息传出以来，美国的零部件企 业破产保护更为明显，这其中的原因有美国政府扶持整车企业的力度大于直接扶持 零部件企业的力度，零部件企业常常面临业务的上下游在谈判中都很强势的情况下， 导致自身资金链更加紧张如下游的整车厂要求 6 个月的帐期，而上游的原材料 供应商要求款到发货；通用、克莱斯勒两大整车厂进行破产保护，可能有更多的坏 帐发生或货款收回的周期变长，也影响了现金流。北美汽车零部件供应商在整体车 市没有转好的情况下，生存难度进一步加大，以后的重组案例还将有可能增加。 1.2.3 我国汽车工业概况 进入 2000 年以来在国家宏观经济持续发展的大好形势带动下，中国顺利加入世 界贸易组织（WTO） ，中国的汽车工业进入了快速发展时期，新技术新车型不断推出。 市场消费环境正在改善，私人购车异常活跃。2001 年中国汽车销售 234 万辆，其中 西南科技大学本科生毕业论文 4 轿车 72.15 万辆；同比 2000 年分别增长 13.6%和 18.3%。2005 年中国汽车销售 575.82 万辆，其中轿车 278.74 万辆；同比分别增长 13.54%和 24.31%。2006 年在 2005 年高速增长的基础上，产销量双双突破 700 万辆，全年销售 721.6 万辆，其中 轿车 382.89 万辆；同比分别增长 25.13%和 36.89%；2008 年在经受全球金融危机影 响下的中国汽车工业仍取得了不小的增长，全年汽车销售 934.51 万辆，其中轿车 503.73 万辆，同比分别增长 6.70和 16.14。2009 年 16 月汽车产量已经达到 599.06 万辆，其中轿车 314.52 万辆。 1.2.4 我国自主品牌的发展现状 二十世纪八十年代以上，我国汽车工业基本水平比较低，自从我国第一家汽车 合资企业上海大众汽车有限公司成立之后，上海通用、一汽大众、天津一汽丰田、 长安福特、东风标致等汽车合资企业相继成立，我国乘车市场已经基本是外资合资 企业的天下。由于合资企业的话语权更多的是掌握在外方企业，合资企业的中方在 新车型引进、零部件采购等重要环节发言权极少，我国以市场换技术的愿望并没有 实现，而是市场给出去了，并没有换来自己掌握的技术。最近几年我国政府以及国 内汽车企业都加强了自主品牌汽车的重视力度，相继推出一些政策支持自主品牌汽 车的发展。吉利汽车、奇瑞汽车最近几年得到了快速度的发展，而比亚迪汽车在最 近两年更是自主品牌汽车发展的典型代表。2008 年在经受住全球金融危机影响之下， 我国自主品牌乘用车销售量达到 196.63 万辆，同比增长 4.22。其中奇瑞汽车公 司 2008 年销售 35 万辆，吉利汽车公司 2008 年销售 22.1 万辆，比亚迪汽车公司销 售 19.3 万辆。 比亚迪: 1995 年 2 月成立,注册资本 250 万人民币,员工 20 人;截至目前,比亚迪已建成 西安、北京、深圳、上海四大产业基地，研发人员超过 3000 人,每年获得国家研发 专利超过 500 项。2006 年销售额 129 亿人民币,2007 年 8 月 9 日,总裁王传福在比亚 迪 F6 下线仪式上宣布两大目标:2015 年中国第一，2025 年世界第一。 奇瑞: 2008 年实现整车销售 35.6 万辆，继续稳居乘用车销量排行榜前五名，连续第 八年蝉联自主品牌销量冠军。2008 年，奇瑞公司第 3 次被财富杂志评为“最受 赞赏的中国公司” ，同时，在世界知名战略管理公司罗兰贝格发布的最新研究报告里， 奇瑞第 2 次入围“全球最具竞争力的中国公司 TOP10”。 西南科技大学本科生毕业论文 5 吉利: 前身是浙江省台州市路桥区的黄岩县制冷元件厂,1997 年进入汽车产业,1998 年 8 月 8 日第一辆吉利豪情下线,目前集团拥有员工 8000 名,总资产逾 50 亿人民 币,并且拥有 109 家 4S 店和 689 余家品牌经销商以及 569 家售后服务站，另有 430 余家零部件供应商网络。 我国美系车发展现状 上海通用汽车有限公司成立于 1997 年 6 月 12 日，1999 年开始销售，目前为止 已经有近十年的历程，在国内的销量历年以 30%左右的速度上升。 由于美国通用汽车公司受到金融危机的影响而申请破产保护，并把萨博、欧宝 等品牌向外出售，美国通用公司的破产保持以及品牌销售措施势必影响到上海通用 汽车未来的发展，虽然说上海通用汽车公司中，美国通用只占有其中的 50股份， 还有 50股份掌握在中国上汽集团中，而中国汽车市场的高速增长可以为美国通用 公司带来可观的利润来源，使得美国通用不敢轻视中国汽车市场。但是由于美国通 用汽车公司的破产保护重组以及欧宝等品牌的出售，而上海通用汽车的部分车型技 术是源自欧宝品牌的，而当欧宝品牌出售之后，对于上海通用汽车公司来说，这些 自欧宝技术引进的品牌未来的技术问题，将困忧上海通用汽车公司未来发展。 福特汽车在中国的历史可追溯到 1913 年，当时第一批福特 T 型车进口到中国， 开始销售。其在中国的销售从 2003 年开始，逐年以近一倍速度递增。 我国欧系车发展现状 从有汽车产业开始，欧系车就已经立足中国市场，一度以南北大众傲视群雄， 主导整个汽车市场，形成“桑塔纳一车难求，满目皆是捷达”的壮观局面，从进入 中国市场以来，欧系车的销售一直保持平稳增长，这种境况一直维持到 2003 年，欧 系车在中国市场占有率从 1998 年的 65.79%一路下降到 2006 年的 17.87%。这其中有 美、日、韩系汽车厂商从 2003 年开始强势进入中国本土市场蚕食欧系的市场份额的 原因，也因为欧系厂商的新车型推出率远低于美系、日韩系。 严峻的现实终于迫使欧系车发生了改变。奔驰宝马的国产率直线上升，投放车 型向国际化靠拢。雪铁龙凯旋实现了全球同步上市，标致经典车型新家族在中国出 现。奥迪一年之内上市多款新车，再现了欧系车稳固中国市场的决心。作为欧系车 的代表，南北大众也在 2006 年度，也纷纷推出经典车型的改进车型，欧系车终于在 2006 年实现销量反弹回升，并逐年稳步增长。 西南科技大学本科生毕业论文 6 我国日韩系汽车车发展现状 日本、韩国与中国同属于亚洲的东亚地区，三国居民生活习惯和生活方式具有 一定的相似之处。随着丰田、本车、日产、韩国现代等汽车企业进入我国成立合资 企业，日韩系汽车企业在我国汽车市场取得了长足的发展，国内的日韩系汽车合资 企业的汽车产销量在高速度增长。 尽管这些整车厂本土化，但零部件的前装配套市场受外方的控制比较严格，国 内中小型汽车零部件企业很难有机会获得日韩系整车企业的前装配套机会。日系整 车企业的零部件供应商基本都是其在日本供应商设在国内的分公司，日本小糸、爱 德克斯、日立优喜雅、日信、斯坦雷电气、爱信等日本汽车零部件企业是日系主机 厂的主要零部件供应商。而北京现代的供应商主要有现代摩比斯、三立、万都、新 韩、大承精工、延锋伟世通、平和精工等。国内汽车零部件中小企业则主要做汽车 售后维修市场的零部件。 1.2.5 我国汽配市场发展状况分析 中国的劳动力成本优势以及庞大的汽车需求量，使国际汽车配件企业纷纷到中 国合资或独资设厂，带动我国汽车配件产业得到进一步地快速发展，特别是自主品 牌的发展，为国内零部件企业的发展提供了非常好的良机。 从 2001 年以来，我国汽车配件行业产品销售收入出现了两次增长高峰，分别出 现在 2002 年、2006、2007 年。2002 年我国汽车配件行业产品销售收入达到 2334.23 亿元，与 2001 年相比增长了 45.73%，是进入 21 世纪以来，增长速度最快 的一年。2006 年我国汽车配件行业产品销售收入达到 5240.02 亿元，与 2005 年相 比增长了 30.47%；2007 年我国汽车配件行业产品销售收入达到 7566.54 亿元，与 2006 年相比增长了 44.40%。2008 年我国汽车零配件业产品销售收入达到 9000 亿元。 2004-2008 年汽车零部件行业工业总产值及增速变化： 西南科技大学本科生毕业论文 7 图 1-1 2004-2008 年汽车零部件行业工业总产值及增速变化 近 5 年，汽车零部件发展速度都非常快，行业工业总产值增速都保持在 16%以 上，平均增速达 28.8%。2008 年零部件产值占整车的比例从 07 年的 72%上升到 82.6%。 但是受累于汽车行业的低迷，我国汽车零部件行业虽然仍然表现出了强劲的增长势 头，但是增幅与 07 年 36.76%的增幅相比仍有较大回落。 近 5 年来我国汽车零部件行业保持持续高速增长，销售收入增速保持在 20%以 上，平均增速为 30%。2008 年在整体经济不景气的环境下，我国汽车零部件行业销 售收入仍达到 9279.77 亿元，比 07 年增长 24%，但是与工业总产值类似，销售收入 的增幅还是较 07 年有所下降，同比增幅仅为 2007 年的一半，其中出口走低是主要 原因。 1.2.6 我国汽车零部件企业利润 中国汽车零部件厂商 2008 年利润率仍然达到 5.1%，高于整车厂 3.2%的平均水 平，但从全球市场来看，08 年第四季度日本汽配供应商的利润率是最高的，其次为 欧洲，而中国和美国的利润率分别为 9%和 14%。国家统计局公布的工业企业数据显 示：09 年汽车零部件行业 35 月份利润总额分别同比增长 14.0%,其主要增长点为 轮胎行业受益于成本下降,35 月份实现税前利润 38 亿元,同比大幅上升 107%,达到 单季历史最高水平。 1.2.7 我国汽车零部件企业出口现状及趋势 2008 年在经历全球金融危机影响的情况下，我国汽车零部件行业的出口量仍取 得了 25.79增长，这非常难得。汽车零部件生产企业脱离整车企业并形成专业化 零部件集团，正成为一种全球化趋势。国内一批科技含量高、效益好、规模大的汽 车及零部件企业逐步成长起来。随着国际上汽车行业开始实行零部件“全球化采购” 策略及国际跨国汽车企业推行本土化策略，国内市场将出现巨大的零部件配件缺口。 但是随着人民币升值和出口退税率的下降，中国采购面临的压力更大，国际采 购商已经将有可能把采购目光转移到越南、印度、泰国、澳大利亚等其它国家与地 区。但由于中国汽车产业的成熟发展，未来几年，中国汽车零部件出口仍将能保持 一定的增长，但增长速度将大大降缓。 西南科技大学本科生毕业论文 8 1.2.8 我国汽车零部件行业的市场前景 1、汽车零部件企业在我国乃至世界汽车工业中的地位都在逐步提升。 从世界汽车零部件行业的总体格局看，2007 年世界汽车零部件产业主要国家为 美国（2140 亿美元） 、日本（1969 亿美元） 、德国（1090 亿美元） 、中国（1020 亿美 元） 、韩国（540 亿美元） 、巴西（360 亿美元）和印度（180 亿美元） 。汽车零部件 出口方面，中国排在美国、日本、德国之后，居第四位。 2、我国车市的快速发展将为汽车零部件行业的发展带来机遇。 按照国际运行的标准，汽车行业整车与零部件规模比例应为 1：1.7。至 2007 年 11 月，我国汽车整车制造业工业总产值为 9596.24 亿元，汽车零部件工业总产值 为 6835.25 亿元，两者规模比例 1：0.7，我国汽车零部件产业还存在较大的发展空 间。 3、中国自主品牌整车的发展将带动我国的汽车零部件企业的发展 零部件产品的水平是在和整车的互动中逐步提高的。国内像比亚迪、奇瑞、吉 利这样具备了一定规模的自主品牌整车企业，已经开始重视和零部件企业建立长期 的战略合作关系了，这就为带动我国零部件发展创造了基本条件。 4、后市场将成为汽车零部件行业未来的主要增长点 美国新闻周刊和英国经济学家周刊，近年都曾刊载专门文章，对汽配 市场的潜力和前景进行分析，同时引用了世界排名前 10 位的汽车公司近 10 年利润 情况分析，最后得出结论：在一个完全成熟的国际化的汽车市场，有 50%60%的利 润是在其服务领域中产生的。据汽车工业协会预测，大概在 2010 年的时候，汽车零 部件工业总产值将达到 12000 亿元，其中，OEM 配套产值 6300 亿元；售后维修市场 1700 亿元；出口 4000 亿元（500 亿美元） 。 5、金融危机将促使我国零部件企业的综合实力得到提升 由于受到金融海啸的侵袭，一些外部依存度高，同时经济、技术实力不强的企 业，将面临破产或被兼并，一批具有一定规模和实力的零部件企业，自身生产规模 与集中度将不断提高，并收购国外多家汽车零部件巨头因破产转让的优良技术及品 牌. 美国外国投资委员会（CFIUS）已正式批准北京京西重工有限公司收购美国德尔 福公司下属的制动与悬挂两个系统的业务和相关资产。我国政府已受理京西重工关 于收购上述两项业务和相关资产的申请。京西重工以 1 亿美元的价格收购了德尔福 西南科技大学本科生毕业论文 9 全球汽车制动和悬挂项目，准备在北京房山窦店构建高端零部件产业园区。 1.2.9 从金融危机中折射出来的我国汽配企业发展中的不足 1、企业规模仍比较小，80%以上的企业销售收入不足 1 亿元。 2009 年 6 月 30 日，国务院发展研究中心发布了汽车蓝皮书 ，根据统计数据， 目前内资大型汽车零部件企业数量在全行业中的比例还不到 1%，大中型企业也不足 15%，07 年零部件行业平均月度利润水平在 7%左右，与生产和销售环节相比，其平 均利润水平最低。 2、产品主要以机械加工为主，产品附加值有待提高。 数据显示，在我国汽车电喷系统、发动机管理系统、ABS 和安全气囊等核心零 部件的产量中，外资企业所占的比例分别为 100%、100%、91%和 69%。业界普遍认为， 新能源汽车有可能成为我国汽车产业实现跨越式发展的突破口，但自 08 以来，我国 在新能源汽车上开始越来越多地采用进口关键零部件。 3、技术创新层次和质量有待增强。 国内申请汽车技术专利 80%左右以实用新型为主，发明专利申请较少，虽然多 数高新技术产品已经实现了本土化生产，但核心技术基本掌握在外方手中。 我国汽配企业尤其是中小企业发展的对策分析 1、零部件企业要在全球大市场中找准自己的位置。 2、积极发展汽车零部件与汽车配套关系。 3、我国汽车零部件企业要顺利进入跨国车厂的全球采购体系，提升自身竞争 力，必须在质量(Quality)、服务(Service)、技术(Technology)和价格 (Price)方面达到跨国车厂的基本要求。 质量：要在产品高质量的基础上，保障质量的一致性。 服务：技术和质量服务、仓库管理、供货及时、快速反应能力和产品紧急递送 需求等。 技术：而加快自主品牌建设，实现与跨国车厂同步开发。 价格：转变成本管理观念，提高成本管理水平。 4、推动零部件企业重组、调整产业结构。 5、积极开拓汽车后市场。 2 西南科技大学本科生毕业论文 10 1.3 差速器十字轴的作用 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 。 如 果 后 轮 轴 做 成 一 个 整 体 ， 就 无 法 做 到 两 侧 轮 子 的 转 速 差 异 ， 也 就 是 做 不 到 自 动 调 整 。 为 了 解 决 这 个 问 题 ， 早 在 一 百 年 前 ， 法 国 雷 诺 汽 车 公 司 的 创 始 人 路 易 斯 .雷 诺 就 设 计 出 了 差 速 器 这 个 东 西 。 当 汽 车 直 行 时 ， 左 、 右 车 轮 与 行 星 轮 架 三 者 的 转 速 相 等 处 于 平 衡 状 态 ， 而 在 汽 车 转 弯 时 三 者 平 衡 状 态 被 破 坏 ， 导 致 内 侧 轮 转 速 减 小 ， 外 侧 轮 转 速 增 加 。 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 。 当 转 弯 时 ， 由 于 外 侧 轮 有 滑 拖 的 现 象 ， 内 侧 轮 有 滑 转 的 现 象 ， 两 个 驱 动 轮 此 时 就 会 产 生 两 个 方 向 相 反 的 附 加 力 ， 由 于 “最 小 能 耗 原 理 ”， 必 然 导 致 两 边 车 轮 的 转 速 不 同 ， 从 而 破 坏 了 三 者 的 平 衡 关 系 ， 并 通 过 半 轴 反 映 到 半 轴 齿 轮 上 ， 迫 使 行 星 齿 轮 产 生 自 转 ， 使 外 侧 半 轴 转 速 加 快 ， 内 侧 半 轴 转 速 减 慢 ， 从 而 实 现 两 边 车 轮 转 速 的 差 异 。 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 1.4 课题研究的目的和意义 在汽车零部件的生产过程中，要分析并优化零件的生产工艺及其夹具方案，以 达到提高汽车零件生产质量和生产效率，以降低生产成本，从而增强自己的竞争力， 扩大市场占有率。通过对课题的分析与设计能够减少原材料的消耗，降低工人的生 产成本。另外对增强企业的竞争力业有重大的意义。 西南科技大学本科生毕业论文 11 1.5 研究内容和研究方法 通过查找资料，研究差速器十字轴的加工工艺，绘制工艺流程图和工序图，同 时设计其中一道工序的夹方案，详细内容如下： 1. 首先仔析要加工的零件图，分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求、原 材料尺寸规格和力学性能，并结合供选用的加工设备规格及制造条件、生产批量等 因素，分析零件的加工工艺性。良好的加工工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、 占用设备数量少、产品质量稳定、操作简单。 2. 确定工艺方案和主要工艺参数的计算。在分析了零件的工艺性后，找出零件 的加工难点，根据实际情况提出各种可能的加工方案，内容包括工序性质、工序数 目、工序顺序及组合方式等。有时同一工序也存在多个可行的工艺方案，通常每种 方案各有优缺点，应从产品质量、生产效率、设备占用情况、零件制造的难易程度 和寿命高低、生产成本、操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出 适合于现有生产条件的最佳方案。方案确定好后，应确定各工序的切削用量，如背 吃刀量、主轴转速、加工余量等参数。 3. 选择加工设备。根据要完成的工序性质和各种机床设备的特点，在保证零件 的加工质量的同时，提高生产效率。在加工零件时，主要用到铣床、车床、钻床、 磨床。如在铣端面时，可以选择在普通铣床上加工，也可以在双端面铣床上加工， 在双端面铣床上加工零件的效率更高，因此可以选择双端面铣床来铣端面。 4. 夹具设计。在加工零件时，都会用到夹具，机床一般都一套通用夹具，适合 加工形状不是很复杂的零件。但当零件的形状较复杂，加工精度要求较高时，如果 只用机床配套的夹具时，有可能影响零件的加工精度，也不便于提高生产效率。十 字轴是大批量生产，零件形状虽不复杂，但加工精度要求较高。在保证零件加工精 度的同时提高生产效率，结合机床特点，设计一套适合十字轴加工的专用夹具，那 么生产效率将会得到很大提高。 1.6 论文正文的结构 本文共分 4 章，内容包括：绪论（简述了该课题的背景及国内外研究现状和研 究方法以及意义和目的） ；零件工艺总体设计（包括零件材料的分析和工艺方案的设 计等） ；各工序参数的计算（包括背吃刀量、进给速度等参数的确定） ；夹具设计 （包括定位误差和夹紧力的计算及液压系统夹紧的设计） 。 西南科技大学本科生毕业论文 12 第 2 章 零件的工艺总体设计 2.1 差速器十字轴零件介绍 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 2.2 零件材料分析 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 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 ： 西南科技大学本科生毕业论文 13 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 ， 具 有 较 高 的 低 温 冲 击 韧 性 ， 焊 接 性 中 等 ， 正 火 后 可 切 削 性 良 好 。 用 于 制 造 截 面 30mm 的 承 受 高 速 、 中 等 或 重 载 荷 、 冲 击 及 摩 擦 的 重 要 零 件 ， 如 齿 轮 、 齿 圈 、 齿 轮 轴 十 字 头 等 。 化 学 成 份 (分 )： 碳 C： 0.17 0.23 硅 Si： 0.17 0.37 锰 Mn： 0.80 1.10 硫 S： 允 许 残 余 含 量 0.035 磷 P： 允 许 残 余 含 量 0.035 铬 Cr： 1.00 1.30 镍 Ni： 允 许 残 余 含 量 0.030 铜 Cu： 允 许 残 余 含 量 0.030 钛 Ti： 0.04 0.10 力 学 性 能 ： 抗 拉 强 度 b (MPa)： 1080(110) 屈 服 强 度 s (MPa)： 835(85) 伸 长 率 5 ( )： 10 断 面 收 缩 率 ( )： 45 冲 击 功 Akv (J)： 55 冲 击 韧 性 值 kv (J/cm2)： 69(7) 硬 度 ： 217HB 试样尺寸：试样毛坯尺寸为 15mm。 4 2.3 工艺难点和特征 以下是十字轴零件图 西南科技大学本科生毕业论文 14 图 2-2 差速器十字轴零件图 十字轴的主要加工表面及技术要求： （1） 四个轴颈尺寸为 mm， ，长度为（97.50.25）mm03.28mRa8. （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 0.9 1.3mm。 （4） 表面硬度为 58 63HRC。 （5） 锻件硬度为 200 230HB。 （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，二者兼顾。 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。 西南科技大学本科生毕业论文 15 毛坯尺寸 （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。 2.4 设计依据 生产纲领：年产 30000 件产品，单班生产； 产品图纸：零件图如图 2-2 所示。 2.5 工艺方案的设计 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：铣端面钻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。 2.6 毛坯尺寸的确定 零件图给出了零件的最终尺寸，是经过各种工序加工后得到的产品，因此要查 出各工序的加工余量，倒推零件的毛坯尺寸。 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的加工余量就可以知道毛坯的尺寸。 通过查询机械加工工艺手册 7可知： 精磨加工余量：0.2mm 加工过程 零件尺寸 西南科技大学本科生毕业论文 16 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：28+0.2+0.12+1.3+2.0=31.62mm 十字轴毛坯的长度为：（97.5+2.5）*2=200mm 查手册可知，模锻件中心尺寸距尺寸偏差在 0 30mm 为 0.3mm，在 80 120mm 为 0.5mm,考虑到加工时的余量，轴颈的基本尺寸定为 3 因此，零件的毛坯尺寸便可以确定下来 轴颈尺寸为： mm3.0 十字轴中心线到轴端面的毛坯尺寸为： mm5.01 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作 量： 3.021.049052.3803.03.2 西南科技大学本科生毕业论文 17 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 /mmpa4 5 6 7 8 10 侧吃刀 /mme60 90 120 180 260 350 铣刀直径 /mm0d80 100125 160200 200250 320400 400500 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 2.5 3mmpa 侧吃刀量 =32mme 根据背吃刀量和侧吃刀量，可知： 铣刀直径 =80mm0d 由于背吃刀量 2.5 3mm，所以铣削时可一次加工完成，根据端面的表面粗糙pa 度 =1.25，由文献 9，670表 8-96 可知：铣刀每转进给量为 :aR f=0.20.3mm/r 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 /cv1sm 低、中碳钢 1.66mm/s 时，可查得cv f=0.350.40mm/r。根据机床说明书，取 f=0.36mm/r。 （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cv =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cv cv)/(95.21)/(0.21/10 srdnc 按机床说明书，取 n=20r/s。按公式算得实际切削速度为 mvc /8.33 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。pa svc/8.1 3.3.3 倒角 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o45 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o45 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m32.828 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。ap16.svc/8.1 3.3.4 车槽 （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cv 西南科技大学本科生毕业论文 23 槽时的切削用量。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 。smvc/76.1 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（ ）d/10.50.7 0.80.95 修正系数 K 0.96 0.84 轴颈的最终直径为 ，初始直径为 。因此5.273 =27.5/33=0.83d/1 所以修正系数 K=0.84 所以，切削速度为 smvc /478.1.076 根据公式计算主轴转速 )/(2.)3/(./10 rdnc 根据机床的主轴转速范围，取 )/(4sr 所以实际切削速度为 smdnvc /45.103103 最后选定车槽时的切削用量为： ，f=0.10mm/s， ，map75.2rn/svc/. 3.4 铣平面的工艺设计计算 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m5.27 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。 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，ap25.0 md20 取侧吃刀量 。me3 选择切削用量 （1）确定背吃刀量 map25.0 西南科技大学本科生毕业论文 24 （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 。ZmfZ/06.1.ZmfZ/8.0 （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smvc/60.25. svc/60. 公式计算刀具转速： )/(39.2)80/(6.10/1 srdvnc 根据机床的转速范围取 srr32in4 所以，进给量为 mZf /.8. 所以实际切速度为 smdnvc /58.013.20133 最后选定铣平面时的切削用量为 ， ， ， 。ap25.0sr/. svc/. rf/2. 3.5 磨削的工艺设计计算 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)。 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32150 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 1min/vw 工件磨削表面的直径 /mmwd2030 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）sabf)8.05( 精磨 表面粗糙度 mRsabf)6.04( 表面粗糙度 a2.42 西南科技大学本科生毕业论文 25 粗磨时，取 ，根据公式1min/2vw 10/wndv 式中， 工件直径（mm） ；d 工件主轴转速（m/min） ，wn 工件回转的圆周速度（m/min） 。v 可得 （r/min ）23.50814.301wwdvn 由此可选择磨床型号为：MMB1312 10，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：230wn （m/min）23.01/23810/ wndv 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afsb 行程的横进给量为 。1stmft 精磨时，取 ，根据公式 ，可得in/35vw 10/wndv （r/min ）89.37214.50wd 取 r/min，得工件实际转速为：370wn （m/min）5.0/80/wnv 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rmfa/1 横进给量 。18.6stmft 计算砂轮切削速度： MMB13