传动轴凸缘叉加工工艺及夹具设计学士学位

哈尔滨理工大学学士学位论文传动轴凸缘叉加工工艺及夹具设计摘要传动轴是汽车传动系统中的重要部件，凸缘叉又是连接变速器和驱动桥的主要零件也是承受高速传动的零件。其结构和加工工艺直接影响零件的性能，进而影响整车动力传递的效果，其结构相对简单，但是加工工艺复杂。本文通过搜集资料了解传动轴凸缘叉结构特点，并对凸缘叉进行了参数分析以及加工的技术要求分析，并通过其在传动系统中的作用选取适当的材料并确定其工艺流程。 绘制工艺卡片，并查找资料分析相对应的加工机床以及所需要的刀具，明确每一步的加工余量，完成工序的编制过程。在确定工艺过程的前提下，根据传动轴凸缘叉的结构特点进行对应夹具的设计，根据零件图及加工端面设计其夹紧机构和定位元件、一起其他辅助零件及联合整体的零件，确定夹具机构方案，并明确如何拆装加工工件可以提高总体的效率问题。选取加工粗糙度，设计钻孔和铣端面的夹具装置以及钻孔夹具夹紧力的计算和夹具精度的的校核。 希望制造出精度更高的凸缘叉，使传动轴更好的运行，提高功率，减少资源浪费，改善工人的劳动条件，降低生产成本以及扩大机床的工艺范围。关键词 凸缘叉；工艺流程；加工工艺；夹具设计Processing Technology and Design of the Jig of the Flange Yoke for ShaftAbstractDrive shaft is an important part in automobile transmission system, the flange yoke is connected to the transmission and drive axle of the main parts and it is under high speed driving . The structure and the processing technology impact on the performance of parts directly, in turn, influencing the effect of the vehicle power transmission, its structure is relatively simple, but complicated processing technology. Based on the collected data to understand the shaft flange fork structure characteristics, and the flange fork parameter analysis and processing technical requirements analysis, and through its role in the transmission system to select the appropriate materials and its technological process were determined. Card drawing process, and find the corresponding machine tool to analyze the data and tools needed to clear every step of the machining allowance, and complete the process of the compilation process. In determining the processes under the premise of according to the structural characteristics of the drive shaft flange fork corresponding fixture design, according to the detail drawing and processing end design of the fastening device and positioning device, other auxiliary parts together and united as a whole parts, jig institutions scheme is determined, and define how to tear open outfit machining can improve the efficiency of the overall problem. Selecting machining roughness, end of the design of drilling and milling fixture device and drilling clamp clamping force calculation and the precision of the check.That hopes to make the precision higher flange fork, make the shaft running better, improve power and reduce waste of resources, improve the working conditions of workers, reduce production costs and expanding process of machine tool.KeywordsFlange yoke; The process; Processing technology; The design of jig III-目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 论文研究背景11.2 论文研究的目的和意义21.3 国内外研究现状21.4 研究内容3第2章 凸缘叉结构分析52.1 凸缘叉的结构特点及功用分析52.2 凸缘叉结构分析62.3 凸缘叉的主要技术要求72.4 凸缘叉的工艺分析72.5 本章小结9第3章 传动轴凸缘叉的加工工艺103.1 概述103.2 确定毛坯的制造形式103.3 基面的选择103.4 加工工序安排123.5 制定工艺过程123.6 工艺过程方案论证123.7 机械加工余量的确定143.8 保证加工精度的方法153.9 本章小结17第4章 凸缘叉夹具设计184.1 论述184.2 夹具设计中应注意的问题194.3 专用夹具设计与原则214.4 夹具设计程序224.5 钻孔夹具254.6 本章小结28结论29致谢30参考文献31附录A32附录B55- IV -第1章 绪论1.1 论文研究背景 传动轴凸缘叉是汽车上的重要部件，它是连接变速器和驱动桥的主要零件也是承受高速传动的形状复杂的零件。其结构和加工工艺直接影响零件的性能，进而影响整车动力传递的效果，传统热挤压成形工艺及模具设计主要依赖经验方法，往往需要反复试模才能获得所需的锻件。采用数值模拟仿真技术对传动轴凸缘叉的成形过程进行模拟分析，根据坯料在模具中的填充情况，不断改进模具的结构、优化毛坯尺寸，从而消除种种成形缺陷，确定合理的成形工艺。基于模拟优化的结果，开发出结构合理的模具，从而极大地降低了生产成本，缩短了开发周期。其结构相对简单，但是加工工艺复杂，在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中，合理安排加工工序，设计合理的夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义。因其是能够承受重在的工件，所以一般选取45钢为加工材料，选取锻造毛坯来进行加工。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输人轴两轴线夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。一般万向节十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。机械制造离不开金属切削机床，而机床夹具则是保证机械加工质量，提高生产效率、减轻劳动强度、家底对工人技术的过高要求、实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备之一。机床夹具被广泛用于制造工业，大量专用机床夹具的使用为大批量生产提供了必要条件。在机床制造或修理中，常常遇到在圆柱上横穿孔的工件，这些工件的孔或螺纹孔的中心线不相交，需在车好圆柱后装配，画好孔的位置线，在按线加工孔或螺纹。以前当工件画好线后，用四爪卡盘按线进行安装，在加工内孔。在校正的过程中，调整夹在圆柱面上的两爪时，工件产生滚动，使划线孔的中心线产生角度唯一，很难将工件校正，而产生加工废品。为此人们设计制造了夹具，通过30年的使用，效果很好。夹具不同于其他环节，它在工艺系统中有着特殊的地位，夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生着非常特殊的影响。当夹具的整体刚度远大于其他化解，工件加工的动态误差基本上只取决于夹具的制造精度和安装精度。因此，设计夹具时，对夹具的整体刚度应给予足够重视。如因工艺系统其他环节的刚度不足引起较大的系统动态误差是，也可以采取修正夹具定位元件的方法进行补偿。这就是夹具的能动功能。夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。 除根据汽车的实际工作状态，确定参数，并完成传动轴凸缘的工艺设计外，根据传动轴的工作条件和结构设计中的确定的材料性能，进行该凸缘毛坯和机械加工的工艺路线和加工方法的设计及专用夹具设计。同时，该设计还培养了我综合运用所学知识，独立完成产品设计的能力，以及分析和解决问题的能力。1.2 论文研究的目的和意义传动轴是汽车上的重要部件，它是连接变速器和驱动桥的主要零件。其结构和加工工艺直接影响零件的性能，进而影响整车动力传递的效果。根据汽车的实际工作状态，确定参数，并完成传动轴凸缘的工艺设计。另外，根据传动轴的工作条件和结构设计中的确定的材料性能，进行该凸缘毛坯和机械加工的工艺路线和加工方法的设计及专用夹具设计。传动轴是连接变速器和驱动桥的主要零件，其结构相对简单，但是加工工艺复杂，在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中，合理安排加工工序，设计合理的夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义。而夹具设计的目的和意义可以从两个方面考虑。第一是在机械加工有重要的意义。它可以缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低加工成本；保证加工精度及稳定加工质量；降低对工人的技术要求，提高工人的工作质量，保证安全；扩大机床的工艺范围，实现一机多能；在自动化生产和流水线中便于平衡生产节拍。第二方面是在工艺系统中有着重要的地位。因为夹具的能动作用，使夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生着非常特殊的影响。与此同时，该设计还能培养我综合运用所学知识，独立完成产品设计的能力，以及分析和解决问题的能力。并且熟悉热处理及夹具规范标注，为自己以后的相关设计打下良好的前提，并希望对现阶段的传动的高效化、经济化有一定的帮助。1.3 国内外研究现状 汽车用传动轴凸缘叉是一种形状较复杂的零件，传统热挤压成形工艺及模具设计主要依赖经验方法，往往需要反复试模才能获得所需的锻件。国内外对于汽车传动的高效性已有很久的研究。为保证更为高效的传动，现阶段，常采用数值模拟仿真技术对传动轴凸缘叉的成形过程进行模拟分析，根据坯料在模具中的填充情况，不断改进模具的结构、优化毛坯尺寸，从而消除种种成形缺陷，确定合理的成形工艺。基于模拟优化的结果，开发出结构合理的模具，便可以极大地降低了生产成本，缩短了开发周期。国内外为提高凸缘叉的加工精度，保证传动轴高效的运行，针对这一领域进行研究。2009年9月，潘峰；胡全明；蓝盈照研制一种重型汽车传动轴端面齿凸缘叉切槽夹具，实现了一次装夹完成两个卡簧槽的加工，有效地保证工件两个卡簧槽的加工精度，提高生产效率,降低工人的工作量1。2010年4月，胡全明；潘峰等人研制出一种重型汽车传动轴端面齿凸缘叉全自动端齿拉削夹具，该夹具使用时,通过控制器控制电磁阀，从而控制各液压缸驱动进行压紧、定位和旋转变位配合机床动作，实现自动化加工，有效降低工人的劳动强度、提高生产效率和批量加工产品的质量稳定性。2011年1月，周纯涛；赵明伟等人公开了一种传动轴端面齿凸缘叉锻造模具，包括上模和下模，上模上设有凸模和竖向定位筋，下模上设有与凸模对应的型腔和凹槽，所述竖向定位筋外端设有相连的横向加强筋。竖向定位筋与其外端相连的横向加强筋形成“工”字形定位凸筋，大大提高了模具强度,能有效保证上模与下模配合时定位准确，提高工件质。与此同时，国外对于凸缘叉设计，也有着自己的特点和理念。1985年6月，Robert G. Joyner 研制了一款讲凸缘叉分为两部分，并分别连接有万向节，这一设计避免了传动过程中的相对运动，对精确定位起了很大的辅助作用2。2005年11月29日，Erlmann研制了一种万向节凸缘叉，这一发明使得凸缘叉两“墙体”能够更好的接收和传递力，从而使传动轴有效的运行3。同年12月，Jonathan Burnard 设计了凸缘叉与花键轴的连接体，凸缘叉内部装有频率接收器，其效果是在知道中，无论各个组件尺寸怎样变化，连接在花键轴上的凸缘叉都能够精确定位4。1.4 研究内容本课题研究的主要内容包括传动轴凸缘叉的工艺规程编制、典型工序夹具设计及夹具的绘制。具体内容和主要问题归纳如下：研究的主要内容：1.分析凸缘叉零件，了解传动轴及凸缘叉的结构特点并确定技术要求。 2.分析传动轴凸缘叉加工工艺设计及结构工艺性。选取定位基准，安排加工工序并对工艺性方法进行讨论。 3.凸缘叉工艺规程进行设计。首先确定毛坯的制造形式，选取基面，制定合理的工艺路线。并确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸定切削用量及基本工时等信息。 4.对于专用夹具的工艺设计。先研究加工工件图样，明确其毛坯的种类、形状、加工余量及其精度，掌握本工序已加工表面的精度、表面粗糙度、基准面情况，明确使用机床、刀具及其他辅助工具的规格以及采用的切削用量。确定夹具结构方案，零件及夹具工艺流程设计。 解决的主要问题： 传动轴凸缘叉数据参数分析、工艺材料选取、确定工艺路线及方案、工序设计、夹具方案设计。第2章 凸缘叉结构分析2.1 凸缘叉的结构特点及功用分析 凸缘叉是一种常见的拔叉类零件，如图2-1是它的基本形态。它的应用范围很广，凸缘叉是汽车底盘传动轴总成的重要零件，一般与变速箱、传动轴或驱动桥连接，是承受高速传动的零件。凸缘叉是一个带法兰的叉形零件，一般结构的传动轴伸缩套是将花键套与凸缘叉焊接在一起，将花键轴焊在传动轴管上或将花键套与传动轴管焊接成一体，将花键轴与凸缘叉制成一体。凸缘叉被精确定位在配对凸缘上，所述配对凸缘被支承在具有同轴突出的导向器的凸花键轴上。配对凸缘包括与凸花键轴相互配合的阴花键套筒部分以及其上具有多个通孔的法兰部分。凸缘叉包括其上具有多个通孔的法兰部分和叉部分，所述多个通孔在尺寸和位置上与形成在配对凸缘的法兰部分上的多个通孔对应。当凸缘叉的法兰部分被设置的邻近配对凸缘的法兰部分时，形成在配对凸缘的法兰部分上的通孔与形成在凸缘叉的法兰部分上的通孔轴向对齐。凸缘叉具有导向器接收器,其接收从凸花键轴突出的导向器。从而，不管在制造每个元件时的尺寸波动情况，凸缘叉相对于键轴的转动轴线被准确地定位。其位置特点与连接如图2-2传动轴结构图所示。凸缘叉一端通过十字轴与驱动桥相连接，另一端与花键旱死连接在传动轴上。图2-1凸缘叉图2-2传动轴结构图该件国内外一般都采用中碳钢或中碳合金钢质模锻件，也有采用40Cr合金结构钢材料或中碳优质合金钢的精密铸造件。夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。由于它们功用的不同，该类零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为精度要求较高的孔及其平面，零件由内孔、外圆、端面等表面构成。2.2 凸缘叉结构分析如图2-3所示，该零件形状较为复杂、外形尺寸不大，可以采用铸造也可采用锻造形式制造毛坯。但是现阶段一般采用的是锻造的形式，因为相对于铸造来说，锻造的热处理等环节可以提升零件的刚度等条件。特别适合凸缘叉这类在传动系中受重在的零件。所以本文中的毛坯的制造形式也采用锻造的方法。由于该零件的两个39孔要求较高，它的表面质量直接影响工作状态，通常对其尺寸要求较高。一般为IT7-IT9，处于中等加工精度的位置。加工时两39孔的与其平面的垂直度要求较高，应该控制在0.05mm以内。也因为其精度较高，所以在加工过程中一般选取其为精基准，粗基准则为在其之前加工的两端面。这样配合进行，提高零件的整体加工精度。其顶端的四个通孔的平行度也有一定的要求，因为这四个通孔是与凸缘叉相对应的凸缘的法兰部分一一对应，所以加工过程中，这一部分的加工也很重要。其两端面的加工一般可以在数控机床上完成，通常可以采取铣削的方式进行加工。但加工过程也要分为粗铣、半精铣、精铣平面的过程。（a） （b）图2-3凸缘叉结构图2.3 凸缘叉的主要技术要求1.加工两端面及孔时尺寸误差及形状误差要求明确。因为分为粗加工与精加工，所以切削余量要明确，并完整的设计粗精加工的各个工艺步骤，保证零件质量。2.孔径精度：两39孔的孔径的尺寸误差和形状误差会影响到工作状态，因此对孔的要求较高，其孔的尺寸公差为IT7。3.主要平面的精度：由于39端面加工过程中常作为定位基面，而且它通常为第一加工表面，则会影响孔的加工精度，因此须规定其加工要求。只有作为粗基准的加工表面的精度提高，其他作为精基准的面或孔才能有较高的精度，才能提升零件的总体的精度。减少报废率。4.四孔对B，C面均有位置度要求。因为它有相对的行平度，两端面之间要有一定的对称度。所以要精确的找到四个孔的位置进行加工。2.4 凸缘叉的工艺分析工件毛坯为锻件，加工余量为顶面5.0-6.0，底和侧面为4.0-5.0，锻孔2-39。凸缘叉毛坯锻造形成具有以下优点：1.铸件的内部组织和机械性能是不能与模锻件相提并论的，特别是经过热处理后的模锻件，无论是冲击韧性还是断面收缩率、疲劳强度等机械性能均占优势。另外金属经过加热、模锻后，夹杂物得到细化，组织致密，沿着外力方向被拉长，形成流线，使锻件的质量提高，使用稳定可靠，寿命长。凸缘叉零件选用模锻方法生产，其根本优点也就在于此。 2.铸件在铸造生产过程中的工序比较多，有些工艺过程难以控制，使铸件的质量不稳定，因而铸件内部常出现缩松、气孔等缺陷。经机械加工后其缺陷反映不稳定，影响了零件的质量，造成废品，增加了零件的成本。钢质模锻件就无上述缺陷，内部质量好，成品率高，降低了零件的成本。 3.铸件表面粘砂粗糙，难以清理，不易加工，刀具损坏较多。而钢质模锻件容易切削。在锻造后，机械加工前，一般要经过清理和退货，以消除铸造过程中产生的应力。粗加工后，会引起工件内应力的重新分布，为使内应力分布均匀，也应经适当的时效处理。 1.在单件生产中直径小于30-50的孔一般不锻出，可采用钻扩铰的工艺。本设计结构中所有的孔直径都在30-50mm以内，所以都可以采取钻孔扩孔铰孔的方式来进行加工，不需事先进行锻造。有特殊螺纹的螺纹孔可以先扩孔，在进行螺纹的攻制过程。 2.要求不高的螺纹孔，可放在最后加工。这样可以防止由于主要面或孔在加工过程中出现的问题时，浪费这一部分的工时。本设计中，在两耳孔两侧有两个较小的螺纹孔，其设计目的是因为凸缘叉是连接传动轴与驱动桥的重要工件，受重载荷作用，在两耳孔两侧分别加两个螺纹孔，在与其他零件装配的过程中，能够起到更好的定位的作用，不会因为长期的交载荷与变载荷的作用使零件间的连接产生变化。也避免了焊接等工序，拆装和维修达到了更加方便的效果。3.为了保证零件主要表现粗糙度的要求，避免加工时由于切血量较大引起工件变形或可能划伤已加工表面，故整个工艺过程分为精加工和粗加工。所以在接下来的设计中也考虑粗加工与精加工两个步骤，并充分考虑粗基准和精基准的选用准则，尽量的减少夹具的拆装和更换，简化加工环节的步骤，使加工更快捷，更方便。并且使工件在各环节中能够达到最高的合格率，降低整体的成本。 4.整个加工过程中，无论是粗加工阶段还是精加工阶段，都应该遵循先面后孔的加工原则。因为本设计中的凸缘叉的结构为一个顶面，两个端面，两个耳孔以及顶面的四个通孔。所以在加工过程中也在遵循先加工端面在进行孔的加工。所以可以选定端面为先加工的粗基准，然后对孔进行加工，在以孔为精基准，进行精加工，这样也能够提高零件总体的质量。2.5 本章小结本章主要研究了传动轴凸缘叉结构特点、结构进行了详细的分析。并明确其毛坯的锻造形式。明确其在整个系统中所处的位置以及功用。对传动轴凸缘叉加工的主要技术条件以及加工工艺进行的简单的分析想象与设计、安排。并对凸缘叉加工的重点面以及孔做的简单的介绍，原则的总结，通过对其结构体质的进一步分析，明确了第三章的设计思路。第3章 传动轴凸缘叉的加工工艺3.1 概述本论文中，我们针对CA1091传动轴凸缘叉进行工艺及夹具设计，在传统凸缘叉结构和生产工艺基础上进一步完善以达到其实用简洁、加工精度提高、消耗材料降低、生产效率上升、降低工业成本。汽车用传动轴凸缘叉是一种形状较复杂的零件，有法兰和通孔等复杂结构组成，本设计根据当前普遍工艺手段设计出一个切实可行的凸缘叉工艺及夹具方案，而传统结构的凸缘叉热挤压成型工艺及模具设计主要依赖经验方法，往往需要反复试模才能获得所需的锻件。根据已有CA1091凸缘结构设计出合理的凸缘叉夹具，不断改进夹具的结构、优化夹具，从而消除种种成形缺陷，确定合理的成形工艺。开发出结构合理凸缘叉的夹具，极大的降低了生产成本，缩短了开发周期对现行工艺水平的提升产生一定影响。3.2 确定毛坯的制造形式1.选用材料：零件材料为45钢，故采用锻造形成。 2.生产类型：考虑到汽车在运行中要经常加速及挣向、反向行驶，零件在工作中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。3.3 基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的很重要的工作之一。基面选择的合理，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，会造成零件成批报废，使生产无法正常进行。 1.基准的概念在构成零件形状的点、线、面中，总有这样的一些点、线、面是用以确定其他点、线、面相对位置或方向的，这样的一些点、线、面称作基准。选择基准是加工的第一步。 2.粗基准的选择在零件加工过程中的第一道工序，定位基准必然是毛坯尺寸，即为粗基准，选择时应注意以下几点：1）如果必须首先保证工件上各表面加工余量均匀，则应选择此种表面为粗基准。2）若在设计上要求保证加工面与不加工面间的相互位置精度，则应选不加工面为粗基准。 3）作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，不能有飞边、浇口、冒口或其他缺陷，以使工件定位可靠、夹紧方便。 4）粗基准一般只在第一工序中使用一次，以尽量避免重复使用。因为毛坯面粗糙且精度低，重复使用将产生较大的误差。3.精基准的选择精基准就是以加工过的表面进行定位的基准。选择精基准的时候，主要考虑保证加工精度并且使工件装夹的方便、精准、可靠。因此要遵循以下原则： 1）基准重合原则：应尽量选用零件的设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。 2）基准统一原则：应尽可能采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一的原则。 3）互为基准原则：当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复加工，以保证位置精度要求。 4）自为基准原则：某些加工工序，加工余量小而不均匀，常选择加工表面本身作为定位基准。 5）应能使工件装夹方便、稳定、可靠，夹具简单。4.粗、精加工阶段要分开箱体均匀锻件，加工余量较大，而在粗加工中切除的金属较多，因而夹紧力、切削力都较大，切削热也较多。加之粗加工后，工件内应力重新分布也会引起工件变形，因此，对加工精度影响较大。为此，把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。为了保证各主要表面位置精度的要求，粗加工和精加工时都应采用统一的定位基准，此外，个纵向主要孔的加工应在一次安装中完成，并可采用镗模夹具，这样可以保证位置精度的要求。5.加工原则 1）尽可能选用设计基准作为工艺定位基准，以保证基准统一，减少定位误差。 2）在工件的各个主要加工工序中，尽可能使各加工表面选用同一基准，尤其是有相互位置精度要求的表面更应如此。 3）粗加工后定位基准应尽量选用不加工或加工余量小的平整面，可提高精度。 4）精加工工序定位基准应是已加工表面。 5）所选用的定位基准应保证必须使工件定位、夹紧方便、加工时稳定可靠。主要定位基准面应尽量选用工件上较大的表面。 6）所选用的定位基准面应保证工件在一次安装中能加工出尽可能多的表面，以保证各加工表面间的位置精度和提高加工效率。3.4 加工工序安排1.加工顺序的安排先粗后精：先安排粗加工，后安排精加工。本文的传动轴凸缘叉是先粗加工两端面以及两端面上的孔，然后安排精加工。先主后次：先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。对传动轴凸缘叉来说就是先加工两端面，然后再加工其他端面。先基面后其他面：加工开始，首先应该把精基准加工出来。如果精基准不只一个，应该按照基准转换的顺序逐个进行加工。传动轴凸缘叉的工艺基准就是两端面和两个定位销孔，要保证两个定位销孔以及两端面的加工精度要求。要先加工两定位端面，并且在加工两定位端面的同时还要一起加工两个定位销孔，待半精加工完两定位端面之后，两定位销孔也同时加工到作为定位基准的精度要求。 2.热处理及辅助工序的安排 毛坯探伤放在粗加工之前，物理探伤主要用来检查零件的细微裂纹和其他缺陷。物理探伤一般安排在精加工之后。检查分中间检查和最终检查，中间检查放在重要工序之后。零件全部加工完毕后，进行最终检验。3.5 制定工艺过程制定工艺路线的出发点，应当是使零件的 集合形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，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。工序目录表如表3-1工序目录表所示。传动轴凸缘叉的材料为45钢，经锻造处理。而后对其以机加工的方式成成品。其加工工艺过程如表3-1所示。加工工艺过程中要绘制工序图，在工序图中对各个注意事项要表示清楚，如加工部位的定位尺寸、定形尺寸以及公差要求等。表3-2为工厂常用工序的工序表。3.6 工艺过程方案论证在工艺流程方案的选择上有的采用先加工两端面，等两端面加工完成后再以其为参照加工各定位孔，加工完成后以定位孔和两端面为基准加工其他结构。这种加工工艺流程方案的好处是：流程路线清晰，方便工人熟悉设计流程思路，对以后的工艺改进也比较方便。缺点是：以粗基准定位加工两表3-1 工序目录表工序号工序名称设备名称1020a20b30405060粗加工端面及孔粗加工另一端面及孔精加工端面及孔 精加工另一端面及孔车端面加工安装孔去毛刺立式加工中心立式加工中心立式加工中心立式加工中心数控车床卧式加工中心弯头刮刀表3-2 工序表工序号工序名称工 序 内 容设 备工 艺 装 备1234567891011锻造热处理铣铣铣铣钻钻镗去毛刺终检锻造，清理时效粗，精铣底平面粗，精铣95端上顶面粗，精铣39孔端两平面铣三角槽钻孔,攻丝4M安装孔钻416孔粗镗、精镗侧面39内孔去各部分锐边毛刺终检X62WX62WX62WX62WZ4012Z4012T618钳工台检验台上游标卡尺、硬质合金铣刀游标卡尺、硬质合金铣刀游标卡尺、硬质合金铣刀游标卡尺、硬质合金铣刀专用夹具、7钻头、M8丝攻专用夹具、16钻头游标卡尺、开式自锁夹紧镗刀平板锉定位孔时加工精度比较低，在将两定位孔一次加工到位是很难达到精度要求。再者，在加工完两端面后一次完成两定位孔的加工，很容易引起已经加工到位的两端面变形，对以后的各种工艺步骤都会产生严重影响。本文结合以上所述采用的流程方案如下：在用粗基准定位时首先粗铣两端面，与此同时钻相应端面上的定位孔，这时要留有一定的余量等下一步加工。等粗铣完两端面后进行精铣，同时对已经钻好的定位孔进行精加工，此时可以加工两定位孔到加工精度要求，后续工序就可以作为精基准使用。这样就有效地降低了加工误差，使加工精度更接近理论加工精度要求。这种方案的优点如下：1.加工工序的一致性将加工两端面和加工两定位孔放在一道工序中进行满足工序一致性原则，在机床上一次装夹，一次安装，既方便又简单，便于工人操作。同时也优化了工序流程。2.提高了定位孔的精度这种工艺流程设计方案有效地降低了加工误差，使加工精度更接近理论加工精度要求。在经过粗加工和精加工两个阶段后两定位孔能很好地达到加工精度的要求，确保后续工序的精确定位。两端面经过粗铣和半精铣两个阶段后也基本达到表面光洁度要求、平行度要求以及平面度要求，两端面在经过半精铣加工后留有的加工余量已经很小，到流程最后在对其进行精铣。3.7 机械加工余量的确定此类凸缘叉材料45钢，生产类型大批量，模锻毛坯。根据以上原始数据及加工路线，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： 1.95止口平面的加工余量及公差 1）查机械制造工艺设计简明手册表2.2-10中公式只，估算的锻件复杂系数S2，且零件表面粗糙度Ra为6.3，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-25，可得止口的加工余量为1.7-2.2，现取。则得95端面的加工余量为，95止口台肩的加工余量为。 2）查机械加工余量手册表5-25，可得端面精加工余量为1.6mm。3）95止口台肩粗车加工余量为，95端面粗车加工余量为3.5mm。如表3-3所示。 2.两内孔39mm（耳孔） 毛坯为实心，补充出孔，孔公差为0.027，两内孔精度要求查机械加工余量手册表5-17，确定工序尺寸及余量为：钻孔：37mm， 。扩孔：38.7mm，。精镗：38.9mm，。 细镗：39mm，。 如表3-4所示。表3-3参数表加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度Ra，um工序公差95端面95止口台肩粗车粗车精车3.55.41.6IT11IT11IT831.596.69512.512.56.30.220.220.054表3-4参数表加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度Ra，um工序公差39钻孔钻孔扩孔精镗细镗25121.70.20.1IT11IT11IT10IT8IT7253738.738.93912.56.36.36.30.160.160.100.0620.039 3.39耳孔外端面加工余量及公差（20，50端面）。 查机械制造工艺设计简明手册表2.2-10中公式知，估算的锻件复杂系数S2，材质系数取M1，按机械制造工艺设计简明手册表2.2-25，则二孔外端面的单边加工余量为1.7-2.2，现取。2.查机械加工余量手册表5-27，可的磨削余量：单边，磨削公差0.039mm. 4.铣削余量：铣削的公称余量（单边）为：。铣削公差：现规定本工序（粗铣）的加工精度为IT11级，因此克制本工序的加工公差为0.22mm。所以39二孔外端面加工余量及公差如下表3-5：表3-5公差表加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度Ra，um工序公差118毛坯粗铣磨削21.80.2IT11IT8122118.41186.36.32.00.220.0393.8 保证加工精度的方法1.加工精度的定义由于种种原因，机械加工后所获得的零件各表面的尺寸、形状、以及各表面间的相互位置不可能绝对准确，总会存在一定的误差，这就是加工误差。而机器零件经过机械加工后，各表面的实际尺寸、实际形状和实际相互位置与其理想值的接近程度称为加工精度。实际值愈接近理想值，则加工精度愈高，即加工精度误差愈小。 2.影响加工精度的因素及分析在机械加工中，零件的误差、几何尺寸和表面间相互位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和机床上。因此，在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件就构成一个完整的系统及工艺系统。加工精度的问题涉及到整个工艺系统的精度问题。工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的误差叫做原始误差。1）加工原理误差原理误差即是在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差。采用近似的加工原理一定会产生加工误差，但是它使得加工成为可能并且可以简化加工过程，使机床结构及刀具形状简化，刀具数量减少，降低成本，提高生产率。因此，只要能将误差合理地限制在规定的精度范围之内，他完全是一种行之有效的方法。2）机床、刀具、夹具的制造误差与磨损机床误差包括机床本身各部件的制造误差、安装误差和使用过程中的磨损。刀具的制造误差是根据刀具的种类不同而异的。而刀具的磨损误差即刀具在加工表面法向的磨损量，它直接反映出刀具磨损对加工精度的影响。减少刀具制造误差和磨损对加工精度的影响，除合理规定尺寸刀具和成形刀具的制造公差外，还应该根据工件的材料和加工要求，准备选择刀具材料、切削用量、冷却润滑、并准确刃磨，以减少磨损。必要时还可以对刀具的尺寸磨损进行补偿。夹具误差首先影响工件被加工表面的位置精度，其次才影响尺寸精度和形状精度。为减少夹具误差所造成的加工误差。夹具的制造误差必须小于工件的公差，对于容易磨损的定位元件、导向元件等，除应采用耐磨的材料外，应做成可拆卸的，应便更换。3）工艺系统受力变形及其对加工精度的影响工艺系统受力变形主要包括工艺系统刚度对加工精度的影响其次是惯性力、重力和夹紧力所引起的加工误差。4）其他方面的影响工艺系统热变形及工件的内应力引起的变形都不同程度的影响着工件的加工精度。 3.提高加工精度的工艺措施 1）直接消除和减少原始误差在加工刚性不足的圆环零件或磨削精密薄片零件时，为消除或减少夹紧变形而产生的误差，可采用弹性夹紧机构或采用临时性加强工件刚性的方法。在磨削精密的薄片时还可以采用环氧树脂粘合剂或厚油脂，利用其流动性，在工件处于自由状态下，填充在工件与平板或电磁工作台之间的间隙，从而增强工件的刚性。 2）补偿或抵押原始误差补偿误差的方法就是造出一种新的误差去抵消工艺系统中出现的关键性的原始误差。误差抵消的方法是利用原有的一种误差去抵消另一种差。无论何种方法，力求使两者大小相等，方向相反，从而使其抵消而减少，甚至完全消失。这种误差消除的方法使用的不多。3）转移变形或转移误差工件系统调整时，如机床进给机构的精度或定程机构的定位精度较低，不能保证加工的精度，可以采用精确的量具来控制刀架的位移，以提高精度，这也是生产中常用的误差转移的方法。4）“就地加工”保证精度在机械加工和装配中，有些精度问题牵涉到很多零件的相互关系，如果仅仅从提高零部件本身的精度着手，有些精度指标不但不能达到，即使达到，成本也很高。采用此方法，不但能保证装配后的最终精度，而且，在零件的机械加工中也常常用来保证加工精度。 5）加工过程的积极控制积极控制主要有三种形式：主动测量、偶见配合加工、积极控制起决定作用的加工条件。3.9 本章小结 本章完成了凸缘叉加工工艺及工艺流程的设计，加工过程为了保证零件的高精度化，应先选取外加工表面为加工粗基准。与此同时钻相应端面上的定位孔，之后再以两耳孔为加工的精基准加工。粗加工与精加工分开进行，避免了加工过程中有损伤情况浪费的工时。第4章 凸缘叉夹具设计4.1 论述1.夹具的定义和作用夹具的定义：机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。 夹具的作用：保证加工精度；减少安装工件的辅助时间，提高劳动生产率；改善劳动条件，减少劳动量和劳动强度；降低加工成本，扩大机床的使用范围；保证安全生产等。2.夹具的分类按使用机床分类可分为：1） 机床夹具：是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。2） 车床夹具：在车床上用来加工工件内、外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹具多数安装在主轴上，少数安装在床鞍或床身上。3） 三坐标夹具：使用在测量机上，利用其模块化的支持和参考装置，完成对所测工件的柔性固定。该装置，能够进行自动编程，实现对工件的支撑，并可建立无限的工件配置参考点。先进的专用软件，能够直接通过工件的几何数据，在几秒钟之内产生工件的装夹程序。4） 铣床夹具：均安装在铣床工作台上，随机床工作台作进给运动。主要由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件组成。铣削加工时，切削力较大，又是断续切削，振动较大，因此铣床夹具的夹紧力要求较大，夹具刚度、强度要求都比较高。5） 轴承座夹具：为了保证轴承座的生产质量，提高轴承座的生产质量，吃了使用机床等机械设备之外，还会使用大量的工艺装备，在这其中包括了轴承座夹具、模具、刀具以及相关辅助工具。对于机床夹具一般按适用对象、使用特点、使用机床和动力源分类。具体说来，有：通用夹具：用以加工两种或两种以上工件的同一夹具。专用夹具：专为某一工件的某一工序而设计的夹具。可调夹具：通过调整或更换个别零、部件，能适用多种工件加工的夹具。成组夹具：根据成组技术原理设计的用于成组加工的夹具。设计成组夹具的前提是成组工艺。组合夹具：由可循环使用的标准夹具零、部件组装成易于联接和拆卸的夹具。随行夹具：用以装夹工件，并由工件输送带送至自动线各工位的装置。3.夹具设计的目的与意义目的：1）保证加工精度2）提高劳动生产率3）改善工人的劳动条件4）降低生产成本 5）扩大机场工艺范围意义：夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，即准确的定位和夹紧。为此，在进行机械加工之前，先要对其进行夹具设计。 4.CAD软件介绍 传动轴凸缘叉的夹具设计过程中主要的二维绘图工具就是CAD软件如夹具的各零件图以及装配图都是利用CAD软件设计， AutoCAD是美国Autodesk公司推出的深受广大工程技术人员喜爱的通用计算机辅助绘图和设计软件包，它具有易于掌握、使用方便的特点。Autodesk公司自1982年12月推出第一代AutoCAD产品以来，经过AutoCAD V1.0、AutoCAD V2.6、R9、R10、R11、R12、R13、R14、AutoCAD 2000等版本，进行了十几次升级。如今，AutoCAD已广泛应用于建筑、机械、电子、航天、造船、气象、纺织、广告、学校等部门和工程设计领域。AutoCAD的问世，使数以万计的工程技术人员从繁重的手工制图中解脱出来，工程设计率先实现了现代化作业。最新一代的AutoCAD2000是最丰富的绘图软件，与R14相比，增加和改进了400多项功能。4.2 夹具设计中应注意的问题 在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题，设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的- 20 -