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1、毕 业 设 计（论文）题 目 “万向节滑动差”零件的机械加工工艺规程及数控编设计程 设计设计（论文）英文题目 姓 名 专 业 年级 指导教师 职 称 提交日期 答辩日期 答辩委员会主任 评 阅 人 辽宁工程技术大学年 月 日辽 宁 工 程 技 术 大 学 教研室 日 期 教研室主任 序 言机械制造工艺及数控编程毕业设计是在我们学完了大学的全部课程之后进行的。这是对我们大学知识和技能的一次综合检验，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能
2、力，为自己今后参加工作和进一步深入学习打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。一、零件机械加工工艺设计设计原始资料：指导教师给定零件一件，生产纲领为大批量生产。要求绘制零件图，对零件的作用和工艺进行分析，确定毛坯的类型，选择基准面，制定工艺路线，确定切削用量，设计工艺装备，编写数控加工程序等。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二个的孔，用以安装滚针轴承并与十字
3、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. 绘制零件图通过对零件作用的分析，对零件进行测绘，并查阅有关标准将测绘结果绘制成零件图（见附图）。3.零件的工艺分析万向节滑动叉这个零件从零件图上可以看出，它一共有两组加工表面，而这二组加工表面之间有一定的位置要求，现将这二组加工表面分述如下：（1）以39mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：二个的孔及其倒角，尺寸为与二个的孔相垂直的平面，还有在平面上的四个螺孔。其中，主要加工表面为的二个孔，这是用来装配滚针轴承以便安装十字轴的。（2）以50mm花键孔为中心的加工表面这组加工表面
4、包括：50mm十六齿方齿花键孔，55mm阶梯孔，以及65mm的外圆表面和601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) 的花键孔与二孔中心联线的垂直度公差为0.20:100；2) 39mmm二孔外端面对39mm孔垂直度公差为0.1mm；3) 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，对于这二组加工表面而言，我们可以先加工其中组表面，然后借助于专用夹具进另一组表面的加工，并且保证它的之间的位置精度要求。4.确定毛坯的类型零件材料为45钢，考虑到汽车在运行中经常加速及正、反向行驶，故零件在工作过程中经常承受变及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以便使金属纤
5、维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为4000件，已达成批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用模锻成型，这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。5.基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择：对像万向节滑动叉这样的零件来说，选择好粗准是至关重要的。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，如果以的叉部外形做粗基准，按照有关粗基准（四点定位），则可能造成这一组内外圆柱表面
6、与零件工表面不对称，按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准），现选取叉部二个孔的不加工外轮廓表面做为粗基准，利用一组共二个短V形块支承这二个的外轮廓做主要定位面，以消除四个自由度，再用一对自动定心卡爪，夹持在外圆柱面上，用以消除二个自由度，达到完全定位。对于精基准而言，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。6.制定工艺路线制定订工艺咯线的出发点，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。
7、（1）工艺路线方案一工序I 车外圆，车螺纹M601mm。工序II 两次钻孔并扩钻花键底孔，镗止口。工序III 倒角。工序IV 钻底孔。工序V 拉花键孔。工序VI 粗铣二孔端面。工序VII 精铣二孔端面。工序VIII 钻、扩、粗铰、精铰二个孔到图纸尺寸并锪倒角。工序IX 钻M8mm底孔，倒角。工序X 攻螺纹M8mm，。工序XI 冲箭头。（2）工艺路线方案二工序I 粗铣二孔端面。工序II 精铣二孔端面。工序III 钻二孔（不到尺寸）。工序IV 镗二孔（不到尺寸）。工序V 精镗二孔，倒角。工序VI 车外圆，车螺纹M601mm。工序VII 钻、镗孔，并镗止口。工序VIII 倒角。工序IX 钻底孔。工序
8、X 拉花键孔。工序XI 钻M8mm螺纹的底孔孔，倒角。工序XII 攻螺纹M8mm，。工序XIII 冲箭头。工序XIV 检查。（3）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好为中心的一组表面，然后再以此二孔为基面加工二孔；而方案二则与此相反，先是加工孔，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两孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹等都比较方便。但方案一中的工序III虽然代替了方案二中的工序III、 IV、 V，减少了装夹次数，但在一道工序中要完成这么多工作，除了可以选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在以
9、保证加工精度的情况下应尽量不选用专用组合机床）以外，只能选用六角车床，利用六角头进行加工。而六角车床目前大多适用于粗加工，用来在此处加工二孔是不合适的，因此决定将方案二中的工序III、 IV 、V移入方案一，改为二道工序加工，具体工艺过和如下：工序I 车外圆，车螺纹M601mm。粗基准的选择如前所述。工序II 二次钻孔并扩钻花键底孔，镗止口，以外圆为定位基准。工序III 倒角。工序镗IV钻锥螺纹底孔。工序V 拉花键。工序VI 粗铣二孔端面，以花键孔及其端面为基准。工序VII精铣二孔端面工序VIII钻孔二次并扩孔。工序IX 粗镗并精二孔，倒角，以上工序VII、VIII、IX的定位基准均与工序VI
10、相同。工序X钻M8mm螺纹底孔，倒角。工序XI攻丝M8mm，。工序XII冲箭头。工序XIII检查。以上加工方案大到看来还是合理的，但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，就会发现仍有问题，主要表现在两面三刀个孔及其端面加工要求上。图纸规定：二孔中心线应与花键垂直，垂直度公差为0.20100；二孔与其外端面应垂直，垂直度公差为0.1mm。由此可以看出：因为二孔的中心线要求与花键孔中心线相垂直，因此，加工及测量孔时应以花键孔为基准。这样做，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，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寻上
11、述原则。但在已制订的工艺咯线中却没有这样做：孔加工时，以花键孔定位（这是正确的）；而孔的外端面加工时，也是以花键妃定位。这样做，从装夹上看似是而非乎比较方便，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，当二孔的外端面以花键妃为基准加工时，如果两个端面与花键妃中心线已保证绝对平行的话（这是很难的），那么由于二孔中心线与花键孔仍有0.20100的垂直度公差，则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面造成的恶果。为了解决这个问题原有的加工路线可仍大致保持不变，只是在二孔加工完了以后，再增加一道工序：以孔为基基准，磨二孔外端面。这样做，可以修正
12、由于基准不重合造成的加工误差，同时也照顾了所有的加工路线中装夹较方便的特点。因此，最后的加工路线确定如下：工序I 车端面及外圆，并车螺纹M601mm。以两个叉耳外轮廓及外圆为粗基准，选用C620-1普通车床并加专用夹具。工序II 钻、扩花键底孔，并镗止口孔，以外圆为定位基准，选用C365L六角车床。工序III 内花键孔倒角。选用C620-1车床加专用夹具。工序镗IV 钻锥螺纹底孔。选用Z525立式钻床及专用钻模。这里安排钻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V 拉花键孔。利用花键内底孔、端面及锥螺纹底
13、孔定位，选用L6120卧式拉床加工。工序VI 粗铣二孔端面，以花键孔定位及选用X62铣床加工。工序VII 钻、扩二孔及倒角。以花键孔定位，选用端面定位，选用Z535立式钻床加工。工序VIII 粗、精镗两孔二孔。选用T740型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IX 磨二孔端面，保证尺寸，以孔及花键孔定位，选用M7130平面磨床及专用夹具加工。工序X钻叉部四个M8mm 螺纹底孔并倒角。选用Z4112-2台式钻床及专用夹具加工，以花 健孔及孔定位。工序XI攻螺纹4M8mm及。工序XII冲箭头。工序XIII终检。以上工艺过程详见机械加工工序卡片。7.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺
14、寸的确定“万向节滑动叉”零件材料为45钢，硬度HB207241，毛坯重量为6kg，生产类型为成批生产。采用在锻锤上合模模锻毛坯，3级精度组（成批生产）。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：（1）外圆表面（及M601mm ）考虑其加工长度为90mm，与其联结的非加工外圆表面直径为，为简化模锻毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为。表面为自由尺寸公差，表面粗糙度要求为Rz200（相当于1），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（M601mm端面）长度余量及公差取见“机械制造工艺手册”（以下均简
15、称“手册”）表1-52。模锻斜度为（图纸要求）（3）两内孔（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“手册”表1-29及表1-34确定工序尺寸及余量为：钻孔： 二次钻孔： 2Z=12mm扩钻： 2Z=1.7mm精镗： 2Z=0.2mm细镗： 2Z=0.1mm（4）花键孔（）要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。内孔（“手册”表1-29）钻孔：二次钻孔 2Z=16mm扩钻： 2Z=2mm拉花键孔（）花键孔要求外径定心，花键内径拉削时的加工余量为孔的公差T=E=0.17mm。（5）二孔的外端面（加工余量的计算长度为）按计算法确定加工余量，参考表实例进行计算。1）模锻毛坯
16、余量不平度：Rz=、缺陷层：（表1-5）空间偏差：（表1-6）模锻毛坯公差：（表1-52，按锻件宽度b=118mm 查得的宽度公差）模锻斜度：（图纸要求）2）粗铣余量加工精度：IT12、WC UDA (表1-12杠杆类零件)加工表面粗糙度：Ra6.3(4)(表1-22杠杆类零件)剩余空间偏差：（表1-6注5）式中精度提高系数0.06(表1-22);模锻毛坯的空间偏差，见前。定位误差：按零件允许的角度公差计算：粗糙度：（表1-12）缺陷层：（表1-12）3）磨两端面余量加工精度及表面粗糙度：要求达到（相当于旧表面光洁度标准6），公差T=0.07mm，见图纸要求。不平度：缺陷层：剩余空间偏差式中K
17、精度提高系数（表1-22）粗铣后的空间偏差，安装误差：取尺寸公差，最后，将上面由手册中所查得的各项数据分别填入下表。同时，按照“机械制造工艺设计手册”第4页上所规定的步骤，计算出这个表面的各道工序的极限尺寸量值，也一并填入表内。加工余量表 模锻斜度：模锻毛坯尺寸：模锻分型面，毛坯制造尺寸及技术要求，见毛坯图。8.确定切削用量及基本工时工序I 车削端面，外圆及螺纹。本工序采用计算法。（1）加工条件工件材料：45钢正火，、模锻。加工要求：车端面、；粗车外圆、；车螺纹M601。机床：C620-1普通车床。刀具：端面车刀：刀片材料YT15，刀杆尺寸、，、。螺纹车刀：刀片材料：W18Cr4V。（2）计算
18、切削用量1）粗车端面若要考虑模锻余度，轴线长度方向的加工余量（M601mm端面外），。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，此时可只按考虑，分二次加工，吃刀深度。进给量f=0.4mm/r(表 3-13)计算切削速度（表3-18）耐用度t=45min。 （2.72m/s）确定机床主轴转速 (799r/min)按机床选取 (760r/min)所以实际切削速度 (154.4m/min)切削工时, (0.16min)2）粗车外圆。要求校验机床功率及进给机构强度。切削深度：单边余量Z=1.5mm，可一次切除。进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及规定的切削深度，从表3-13中选用f=0.6m
19、m/r。计算切削速度，（表3-18） (2.7m/s)确定机床主轴转速 (793r/min)按机床选取 (760r/nin)所以实际切削速度 (154m/min)校验机床功率由表3-4里查得单位切削功率由表3-2查得当f=0.6mm/r时，故切削功率：由机床说明书可知，C620-1车床的电机功率为，当主轴转速为760r/min时，主轴传递功率为5.5kW（参见陶乾编“金属切削原理”261页，高等教育出版社1958年版），所以机床功率足够。校验机床进给机构强度由表3-4查得单位切削力F=1962MPa，故主切削力为：在一般切削加工中，刀尖圆弧半径对的影响较大，对影响较小。由表3-8查得时，。又从
20、表查得当时，故径向力和轴向力分别为：取机床导轨与溜板之间的摩擦系数，则机床进给机构沿纵进给方向所承受的为：从机床说明书中可知，C620-1车床纵向进给机构允许承受的最大力为3532N（360kgf）。因此，机床进给机构能够正常工作。切削工时切入长度，切出长度，试切长度 （0.22min） (0.06min)3）车螺纹切削速度的计算（表3-55）刀具耐用度t=60min，螺距S=1，取。 (0.06m/s)确定机床主轴转速 (191r/min)按机订床选取 (185r/min)所以实际切削速度切削工时（表7-8）。取粗行程次数3次，精行程2次，切入长度。 (0.5min)（4）工序II：钻、扩、
21、镗内孔及止口。1）钻孔 (表3-38) （15m/min）(表3-42) （m/s）按机床选取 (183r/min)所以实际切削速度切削工时：切入，切出， (2.3min)2）二次钻孔（根据钻孔取参考值，见手册表3-54） (58.2r/min)按机床选取（58r/min）所以实际切削速度 (7.46m/min)切削工时：（表7-5） (4.57min)3）扩孔（根据钻孔取参考值，见“手册”表3-54 (55.8r/min)按机床选取 （58r/min）所以实际切削速度切削工时：（表7-5）切入，切出 (2.89min)4）镗止口取刀杆直径D=，刀杆伸出量125mm。加工余量。分二次加工。令，
22、选用硬质合金YT5镗刀。 (表3-15)（表3-19及“手册”第84页“镗孔切削用量”） (444r/min)按机床选取 (430r/min) （表4-1）所以实际切削速度切削工时：（表7-1），（偏刀考虑顺利切入的增加量） (0.27min)在本工步中，加工止口的测量长度，由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算。按图纸要求，加工完毕后应保证尺寸换算。按图纸要求，加工完毕后应保证尺寸45mm。尺寸链如图1所示，尺寸45mm为终结环，给定尺寸185mm及45mm，由于基闪不重合，加工时应保证尺寸A：图1尺寸链A=185-45=140（mm）规定公差值：由于即终结环自由尺寸取公差之和，现
23、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。并令。5）工序III倒角。（参照表3-17）（参照表3-21）按机床选取（表4-3）切削工时（表7-1） (0.37min)6）工序IV：钻底孔（）(表3-38)(表3-42) (543r/min)按机床选取 (9.08r/s) （表4-5）所以实际切削速度切削工时（表7-5）；，所以 (0.3min)7）工序V：拉花键孔单面齿升0.06mm(表3-86) (3.6m/min)(表3-86)切削工时（表7-12）式中单面余量3.5mm（由）；拉削表面长度140mm;考虑校准部分的长度系数，取1.20;
24、考虑机床返回行程的系数，取1.40；切削速度3.6m/min；拉刀齿升（每齿进给量）0.06mm;拉刀齿距所以因此 (26s)8）工序VI：粗铣二孔端面，保证尺寸 (表3-28) (27m/min)(表3-30)采用高速钢镶齿三面刃铣刀，齿数z=16 （49r/min）按机床选取 (47.5r/min)（表4-17）所以实际切削速度切削工时 (2min)9）工序VII：钻、扩二孔并倒角。（1）钻孔 (表3-38)取 (表4-5) (15m/min)(表3-42)所以 (191r/min)按机床选取（表4-5）sd所以实际切削速度 (15.3m/min)切削工时（一个孔）： (0.72min)（
25、2）扩钻（根据钻孔取参考值，见表3-38及表3-54）取 (表4-5) (7.5m/min)(表4-5)所以 (65r/min)按机床选取（表4-5）所以实际切削速度 （7.8m/min）切削工时（一个孔）： (0.72min)（3）扩孔（根据钻孔取参考值）（表3-38及表3-54）按机床选取 (表4-5)； (7.5m/min)；所以 (61.7r/min)；按机床选取，所以实际切削速度（8.26m/min） 切削工时（一个孔）： (0.3min)（4）倒角245双面为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与钻孔想同。 (191r/min)手动进给10）工序VIII粗、精镗二孔（1）粗镗孔至 (表
26、4-9)切削工时（一个孔）（表7-1）， （2）精镗孔至。选用一个刀杆，利用金刚石镗床同时对工件进行粗、精镗孔，故切削用量及工时均与前相同。即：11）工序IX磨孔二端面，保证尺寸（1）选择砂轮，（表3-9197，表413）（2）切削用量的选择（表4-13）轴向进给量（双行程）（表3-107）。工件速度（表3-107）。径向进给量（3）切削工时（一个面），同时加工三个零件。（表7-13）式中加工长度，330mm；加工宽度，66mm；单面加工余量，0.59/2=0.30mm；系数，1.14，（表7-15）；同时加工零件数。12）工序X钻螺纹孔按机床选取（表4-6）。所以实际切削速度切削工时（一个孔
27、）： 13）工序XI攻螺纹4M8mm及由于公制基本螺纹M8mm及圆锥螺纹外径相差无几，故切削用量均按加工M8mm螺纹选取。（表3-42）所以按机床选取。则实际切削速度。9.填写加工工艺卡片将上述分析计算结果填写到机械加工工艺卡片（见附表）10.数控编程经指导教师同意，零件39两孔端面可利用数控机床加工。零件造型如图2。图2 零件造型如利用CAXA制造工程师软件对零件加工部分进行后置处理，加工程序如下：(123.cut,2007.5.25,8:55:54.910)N10G90G54G00Z100.000N12S3000M03N14X0.000Y0.000Z100.000N16X-23.599Y-
28、0.203N18Z30.000N20G01Z20.000F100N22G02X-23.600Y-0.000I20.636J0.193F1000N24G02X-23.599Y0.203I20.637J0.010N26G01X-23.784Y0.000N28X-23.599Y-0.203N30X-25.079Y-1.548F800N32X-20.610Y-6.466F1000N34G02X-21.600Y-0.000I20.608J6.465N36G02X-20.610Y6.466I21.598J0.000N38G01X-25.814Y0.740N40G03X-25.814Y-0.740I0.81
29、4J-0.740N42G01X-25.079Y-1.548N44X-27.299Y-3.566F800N46X-16.724Y-15.201F1000N48G03X16.724Y-15.201I16.724J15.201N50G01X22.830Y-8.484N52X20.610Y-6.466F800N54X23.599Y-0.203N56X23.784Y-0.000F1000N58X23.599Y0.203N60G02X23.600Y0.000I-20.636J-0.193N62G02X23.599Y-0.203I-20.637J-0.010N64G01X20.610Y-6.466F800N
30、66X25.814Y-0.740F1000N68G03X25.814Y0.740I-0.814J0.740N70G01X20.610Y6.466N72G02X21.600Y-0.000I-20.608J-6.465N74G02X20.610Y-6.466I-21.598J-0.000N76G01X22.830Y-8.484F800N78X28.034Y-2.758F1000N80G03X28.034Y2.758I-3.034J2.758N82G01X16.724Y15.201N84G03X-16.724Y15.201I-16.724J-15.201N86G01X-28.034Y2.758N88
31、G03X-28.034Y-2.758I3.034J-2.758N90G01X-27.299Y-3.566N92X-29.519Y-5.584F800N94X-18.944Y-17.219F1000N96G03X18.944Y-17.219I18.944J17.219N98G01X30.254Y-4.776N100G03X30.254Y4.776I-5.254J4.776N102G01X18.944Y17.219N104G03X-18.944Y17.219I-18.944J-17.219N106G01X-30.254Y4.776N108G03X-30.254Y-4.776I5.254J-4.77
32、6N110G01X-29.519Y-5.584N112X-31.739Y-7.602F800N114X-21.164Y-19.237F1000N116G03X21.164Y-19.237I21.164J19.237N118G01X32.474Y-6.793N120G03X32.474Y6.793I-7.474J6.793N122G01X21.164Y19.237N124G03X-21.164Y19.237I-21.164J-19.237N126G01X-32.474Y6.793N128G03X-32.474Y-6.793I7.474J-6.793N130G01X-31.739Y-7.602N1
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