萬向節(jié)滑動叉加工工藝與專用機(jī)床夾具設(shè)計THEGRADUATIONTHESISFORBACHELORSDEGREEGIMBALSLIDINGFORKPROCESSINGANDSPECIALFIXTUREDESIGNMACHINETOOLSCANDIDATEZHANGRANSPECIALTYVEHICLEENGINEERINGCLASS067SUPERVISORPROFESSORSHIMEIYUHEILONGJIANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY201006HARBIN摘要萬向節(jié)滑動叉是汽車后橋上的一個重要的零件，設(shè)計從零件的分析、工藝規(guī)程設(shè)計、及加工過程中部分夾具的設(shè)計三個方面，研究了萬向節(jié)滑動叉的設(shè)計與制造的全過程，尤其在工藝規(guī)程設(shè)計中，運(yùn)用了大量的科學(xué)的加工理論及計算公式，確定了毛坯的制造形式，選擇了定位基準(zhǔn)，制定了工藝路線，確定了機(jī)械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸，最后確定了切削用量及基本工時。汽車底盤傳動軸上的萬向節(jié)滑動叉，它位于傳動軸的端部。主要作用一是傳遞扭距,使汽車獲得前進(jìn)的動力；二是當(dāng)汽車后橋鋼板彈簧處在不同的狀態(tài)時，由本零件可以調(diào)整傳動軸的長短及其位置。零件的兩個叉頭部位上有兩個MM的孔，用以安裝滾針軸承并與十字軸相連，起萬027139向聯(lián)軸節(jié)的作用。零件65MM外圓內(nèi)為50MM花鍵孔與傳動軸端部的花建軸相配合，用于傳遞動力之用。在機(jī)械制造的機(jī)械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷、熱工藝過程中，使用著大量的夾具。所謂夾具就是一切用來固定加工對象，使之占有正確位置，接受施工或者檢測的裝置。在機(jī)械制造中采用大量的夾具，機(jī)床夾具就是夾具中的一種。它裝在機(jī)床上，使工件相對刀具與機(jī)床保持正確的相對位置，并能承受切削力的作用。夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設(shè)計的夾具，具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便等優(yōu)點(diǎn)。專用夾具通常由使用廠根據(jù)要求自行設(shè)計和制造，適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。關(guān)鍵詞萬向節(jié)滑動叉；工藝路線；加工余量；工序尺寸；夾具；設(shè)計ABSTRACTTHEUNIVERSALJOINTGLIDEFORKISONAUTOMOBILEREARAXLEOFCARIMPORTANTCOMPONENTS,ITHASTHETRANSMISSIONTORQUE,ADJUSTSTHEDRIVESHAFTTHEFUNCTION,THUSCAUSESTHEAUTOMOBILETOOBTAINTHEPOWERINTHEADVANCE,ANDENABLESBETWEENTHECOMPONENTSTOACHIEVEABETTERCOORDINTHISARTICLEFROMCOMPONENTSANALYSIS,CRAFTSPECIFICATIONDESIGN,ANDINPROCESSINGPROCESSPARTIALJIGDESIGNTHREEASPECTS,ELABORATEDTHEUNIVERSALJOINTGLIDEFORKSTHEDESIGNANDTHEMANUFACTUREENTIREPROCESS,INTHETECHNOLOGICALPROCESSDESIGN,WEHASESPECIALLYUTILIZEDTHEMASSIVESCIENCEPROCESSINGTHEORYANDTHEFORMULA,HADDETERMINEDTHESEMIFINISHEDMATERIALSMANUFACTUREFORM,HASCHOSENTHEBASICPLANE,FORMULATEDTHECRAFTROUTETODETERMINETHEMACHININGALLOWANCE,THEWORKINGPROCEDURESIZEANDTHESEMIFINISHEDMATERIALSSIZE,FINALLYHAVEDETERMINEDTHECUTTINGSPECIFICATIONSANDTHEBASICMANHOURASSIGNSTHECOMPONENTSAREONTHELIBERATIONTRADEMARKMOTORCARCHASSISDRIVESHAFTUNIVERSALJOINTGLIDEFORK,ITISLOCATEDTHEDRIVESHAFTTHENOSEMAINLYAFFECTSONETRANSMITSTHEPITCHOFSTRAND,CAUSESTHEAUTOMOBILETOOBTAINTHEADVANCETHEPOWERTWOISWHENTHEAUTOMOBILEREARAXLEOFCARSPRINGOCCUPIESTHEDIFFERENTCONDITION,MAYADJUSTTHEDRIVESHAFTBYTHISCOMPONENTSTHELENGTHANDTHEPOSITIONINTHECOMPONENTSTWOJAWSPOTHASTWOHOLES,WITHINSTALLSROLLSTHEREALBEARINGANDISCONNECTEDWITHTHECROSSAXLE,PLAYSTHEROTARYSHAFTCOUPLINGROLEINTHECOMPONENTS65MMOUTERANNULUSCONSTRUCTSTHEAXISFORTHE50MMFLOWERKEYHOLEANDTHEDRIVESHAFTNOSEFLOWERTOCOORDINATE,TOUSEINTRANSMITTINGUSINGOFTHEPOWERKEYWORDJOINTSLIDINGFORKDESIGNANDPRODUCTIONTECHNOLOGICALPROCESSALLOWANCEFORFINISHWORKINGPROCEDUREFINISHSIZECUTTING目錄摘要ABSTRACT第1章緒論111選題的依據(jù)及意義212國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢213研究內(nèi)容5第2章零件的分析621零件的作用622零件的工藝分析623結(jié)構(gòu)分析624加工表面的技術(shù)要求分析725表面處理內(nèi)容及作用726本章小結(jié)7第3章工藝規(guī)程設(shè)計931工藝要求932技術(shù)依據(jù)933生產(chǎn)類型的確定934確定毛坯的制造形式935確定基面936制定工藝路線1037機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定1338確定切削用量及基本工時1639本章小結(jié)28第4章粗銑39二孔的兩個端面夾具設(shè)計2941問題的指出2942夾具設(shè)計2943夾具設(shè)計及操作的簡要說明3144本章小結(jié)32第5章鏜39孔的夾具設(shè)計3351問題的指出3352夾具設(shè)計3353家具設(shè)計及操作的簡要說明3554本章小結(jié)35結(jié)論36參考文獻(xiàn)37致謝38附錄A39附錄B45第1章緒論11選題的依據(jù)及意義本次畢業(yè)設(shè)計的課題名稱是萬向節(jié)滑動叉加工藝及專用機(jī)床夾具設(shè)計。萬向節(jié)滑動叉位于傳動軸的端部，主要作用之一是傳遞扭矩，使汽車獲得前進(jìn)的動力；二是當(dāng)汽車后橋鋼板彈簧處在不同狀態(tài)時，由本零件可以調(diào)整傳動軸的長短及其位置。萬向節(jié)滑動叉就是將萬向節(jié)叉和滑動花鍵副的一部分組合起來，使其成為一個零件，其特征是該萬向節(jié)滑動叉為采用管材制作的萬向節(jié)叉與滑動套為一體的整體式結(jié)構(gòu)，其端部呈叉形結(jié)構(gòu)，并設(shè)有兩個十字銷孔，用于安裝十字萬向節(jié)；在管內(nèi)設(shè)有內(nèi)花鍵，這種呈整體式結(jié)構(gòu)的滑動叉，不僅加工容易、成本低，而且強(qiáng)度高，故其使用壽命與傳統(tǒng)的萬向節(jié)叉滑動套合件相比，有了成倍的提高。它的研究和使用可以簡化萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)，也滿足功能要求，因此對萬向節(jié)滑動叉的研究有極大的實際意義。在工程機(jī)械和汽車的傳動裝置中，由于總體布置上的需要，都要用到萬向傳動裝置。它的功用主要是在兩軸不同心或有一定夾角的軸間傳遞動力，在工作中相對位置不斷發(fā)生變化的兩軸間傳遞動力。萬向傳動裝置一般是由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還要有中間支承，主要用于以下一些位置發(fā)動機(jī)前置后輪驅(qū)動汽車的變速器與驅(qū)動橋之間。當(dāng)變速器與驅(qū)動橋之間距離較遠(yuǎn)時，應(yīng)將傳動軸分成兩段甚至多段，并加設(shè)中間支承。多軸驅(qū)動的汽車的分動器與驅(qū)動橋之間或驅(qū)動橋與驅(qū)動橋之間。由于車架的變形，會造成軸線間相互位置變化的兩傳動部件之間。采用獨(dú)立懸架的汽車的與差速器之間轉(zhuǎn)向驅(qū)動車橋的差速器與車輪之間。汽車的動力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中，萬向節(jié)是實現(xiàn)變角度動力傳遞的機(jī)件，用于需要改變傳動軸線方向的地方。傳動軸是萬向傳動裝置的組成部分之一，這種軸一般長度較長，轉(zhuǎn)速高；并且由于所連接的部件（如變速箱與驅(qū)動橋）間的相對位置經(jīng)常變化，因而要求傳動軸長度也要相應(yīng)地有所變化，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這就要用到滑動花鍵副。滑動花鍵副由內(nèi)、外花鍵組成，在工作時滑動副之間的伸縮運(yùn)動來實現(xiàn)距離變化，用于傳遞長度的變化。萬向節(jié)滑動叉就是將萬向節(jié)叉和滑動花鍵副的一部分組合起來，使其成為一個零件，其特征是該萬向節(jié)滑動叉為采用管材制作的萬向節(jié)叉與滑動套為一體的整體式結(jié)構(gòu)，其端部呈叉形結(jié)構(gòu)，并設(shè)有兩個十字銷孔，用于安裝十字萬向節(jié)；在管內(nèi)設(shè)有內(nèi)花鍵，這種呈整體式結(jié)構(gòu)的滑動叉，不僅加工容易、成本低，而且強(qiáng)度高，故其使用壽命與傳統(tǒng)的萬向節(jié)叉滑動套合件相比，有了成倍的提高。它的研究和使用可以簡化萬向傳動裝置的結(jié)構(gòu)，也滿足功能要求，因此對萬向節(jié)滑動叉的研究有極大的實際意義。12國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢十字軸式剛性萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高的優(yōu)點(diǎn)，但在兩軸夾角不為零的情況下，不能傳遞等角速轉(zhuǎn)動。主要用于傳遞角度的變化，一般由突緣叉、十字軸帶滾針軸承總成、萬向節(jié)叉或滑動叉或花鍵軸叉、滾針軸承的軸向固定件等組成。萬向節(jié)叉是一個叉形零件，一般采用中碳鋼或中碳合金鋼的鍛造件，也有采用中碳鋼的精密鑄造件。汽車工業(yè)的發(fā)展對高品質(zhì)、低成本鍛件的需求不斷上升。轉(zhuǎn)向萬向節(jié)滑動叉是一個重要的汽車零件，其形狀復(fù)雜，尺寸精度和形位公差要求高，鍛造工藝性差。目前，國內(nèi)各主要鍛造廠主要采用開式模鍛工藝進(jìn)行生產(chǎn)，鍛件成形質(zhì)量差，材料利用率低。因此迫切需要一種新的加工工藝，以提高成形質(zhì)量，減少材料浪費(fèi)，降低成本?；瑒硬?zhèn)鹘y(tǒng)上采用的開式模鍛工藝生產(chǎn)，飛邊大，材料浪費(fèi)嚴(yán)重且尺寸精度差。為了降低鍛件成本，針對滑動叉的形狀特征，又提出了一些先進(jìn)的工藝方案，比如一種少無飛邊模鍛的新工藝，使預(yù)制毛坯在封閉的模膛內(nèi)成形，實現(xiàn)鍛件近凈成形。根據(jù)體積不變原則對計算毛坯進(jìn)行處理得到預(yù)制毛坯?；瑒硬嫘螤顝?fù)雜，而且叉桿部截面呈圓形，傳統(tǒng)的整體閉式模鍛工藝難以實現(xiàn)無飛邊鍛造。在研究傳統(tǒng)無飛邊鍛造工藝和擠壓工藝的基礎(chǔ)上，開發(fā)了滑動叉無飛邊閉式模鍛新工藝，以滿足滑動叉的無飛邊鍛造的要求。無飛邊鍛造工藝是一種先進(jìn)的鍛造工藝，通常用于高品質(zhì)鍛件的生產(chǎn)。與有飛邊鍛造工藝相比，無飛邊鍛造工藝中鍛件在封閉的模腔內(nèi)成形，不產(chǎn)生飛邊，節(jié)省材料，成形精度高，可實現(xiàn)鍛件的近凈成形或凈成形。有限元模擬研究表明，與開式模鍛工藝相比，無飛邊和小飛邊閉式模鍛新工藝具有鍛件精度高、成形質(zhì)量好、材料利用率高、所需設(shè)備噸位小等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。隨著科技的發(fā)展，機(jī)械加工工藝及夾具隨著制造技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)，夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。1高精隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度對夾具的制造精度要求更高高精度夾具的定位孔距精度高達(dá)5M，夾具支承面的垂直度達(dá)到001MM/300MM，平行度高達(dá)001MM/500MM。2高效為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用12秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。3模塊、組合夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計為夾具的計算機(jī)輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。4通用、經(jīng)濟(jì)夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。13研究內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是繪制萬向節(jié)滑動叉零件圖并編制其機(jī)械加工工藝規(guī)程,對典型的工序設(shè)計專用夾具，并繪制專用夾具裝配圖和專用夾具的主要零件圖。在說明書中詳細(xì)地說明了成批大量生產(chǎn)汽車底盤傳動軸上的萬向節(jié)滑動叉的工藝規(guī)程的制定過程及夾具設(shè)計方案。1查閱資料，英文資料翻譯，開題報告；2繪制萬向節(jié)滑動叉零件圖并編制其機(jī)械加工工藝規(guī)程一份；3設(shè)計并繪制典型工序的專用夾具裝配圖2套；4繪制夾具主要零件圖若干張；5編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文）一份。第2章零件的分析21零件的作用題目所給定的零件是汽車底盤傳動軸上的萬向節(jié)滑動叉，它位于傳動軸的端部。主要作用一是傳遞扭距,使汽車獲得前進(jìn)的動力；二是當(dāng)汽車后橋鋼板彈簧處在不同的狀態(tài)時，由本零件可以調(diào)整傳動軸的長短及其位置。零件的兩個叉頭部位上有兩個39MM的孔，用以安裝滾真軸承并與十字軸相連，起萬向聯(lián)軸節(jié)的作用。零件65MM外圓內(nèi)為50MM花鍵孔與傳動軸端部的花建軸相配合，用于傳遞動力之用。22零件的工藝分析萬向節(jié)滑動叉共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求，現(xiàn)分述如下。1以39MM孔為中心的加工表面這一組加工表面包括兩個MM孔及其倒角，尺寸為MM的與兩0271390718個孔MM相垂直的平面，還有在平面上的四個M8螺孔。027139其中，主要加工表面為MM的兩個孔。02712以50MM花鍵孔為中心的加工表面這一組加工表面包括MM十六齒方齒花鍵孔，55MM階梯孔，以及039565MM的外圓表面和M601MM的外螺紋表面。這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是1MM花鍵孔與MM二孔中心聯(lián)線的垂直度公差為10002；0395027139239MM二孔外端面對39MM孔垂直度公差為01MM；3MM花鍵槽寬中心線與39MM中心線偏轉(zhuǎn)角度公差為2。039由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。23結(jié)構(gòu)分析該零件由兩個叉頭和一個圓套筒內(nèi)有的花鍵孔組成，類似套筒類零件，各部分作用如下1零件的兩個叉頭部位上有兩個直徑為39MM的孔，用以安裝滾針軸承和十字軸相聯(lián)，起萬向連軸節(jié)的作用；2在叉頭和花鍵孔套筒相聯(lián)結(jié)的筋條起過渡聯(lián)結(jié)和加強(qiáng)零件剛性作用，防止零件受阻變形；3外圓為65MM，內(nèi)圓50MM花鍵孔與傳動軸端部的花鍵軸相配合，用以傳遞動力。24加工表面的技術(shù)要求分析萬向節(jié)滑動叉共有兩組加工表面，他們相互間有一定的位置要求,現(xiàn)分述如下1以39MM孔為中心的加工表面這一組加工表面包括兩個MM的孔及其倒角，尺寸為的與兩個0271390718孔MM相垂直的平面，還有在平面上的四個M8螺孔。其中，主要加工表面為027139的兩個孔。02以50MM花鍵孔為中心的加工表面這一組加工表面包括MM十六齒方齒花鍵孔，55MM階梯孔，以及039565MM的外圓表面和M601MM的外螺紋表面。這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是1MM花鍵孔與MM二孔中心聯(lián)線的垂直度公差為10002；0395027139239MM二孔外端面對39MM孔垂直度公差為01MM；3MM花鍵槽寬中心線與39MM中心線偏轉(zhuǎn)角度公差為2。039由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精確要求。25表面處理內(nèi)容及作用由于零件受正反向沖擊性載荷，容易疲勞破壞，所以采用表面噴砂處理，提高表面硬度，還可以在零件表面造成殘余壓應(yīng)力，以抵消部分工作時產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而提高疲勞極限。26本章小結(jié)本章對萬向節(jié)滑動叉零件進(jìn)行了分析，首先,分析了零件的作用一是傳遞扭距,使汽車獲得前進(jìn)的動力,二是當(dāng)汽車后橋鋼板彈簧處在不同的狀態(tài)時，由本零件可以調(diào)整傳動軸的長短及其位置其次,對零件的工藝進(jìn)行了分析，確定要加工的表面及花鍵孔等然后,對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，該零件由兩個叉頭和一個圓套筒內(nèi)有的花鍵孔組成，類似套筒類零件再后，對零件的加工表面的技術(shù)要求進(jìn)行了分析；最后，研究了萬向節(jié)滑動叉表面處理內(nèi)容及作用，通過加工手段最終達(dá)到設(shè)計要求。第3章工藝規(guī)程設(shè)計31工藝要求制定零件機(jī)械加工工藝過程是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的一個重要組成部分。一個零件可以采用不同的工藝過程制造出來，但正確與合理的工藝過程應(yīng)滿足以下基本要求1保證產(chǎn)品的質(zhì)量符合圖紙和技術(shù)要求條件所規(guī)定的要求2保證提高生產(chǎn)率和改善勞動條件3保證經(jīng)濟(jì)性的合理。32技術(shù)依據(jù)1產(chǎn)品零件圖和裝配圖；2毛坯生產(chǎn)；3假設(shè)年生產(chǎn)綱領(lǐng)；4工藝技術(shù)條件，手冊等。33生產(chǎn)類型的確定計算零件生產(chǎn)綱領(lǐng)的公式NQN1鉆孔37MM,2Z12MM；擴(kuò)鉆387MM,2Z17MM；精鏜389MM,2Z02MM；細(xì)鏜39MM,2Z01MM。0271394花鍵孔（16MMMMMM）3905160430485要求花鍵孔為外徑定心，故采用拉削加工。內(nèi)孔尺寸為MM，參照工藝手冊確定孔的加工余量分配1604鉆孔25MM；鉆孔41MM；擴(kuò)鉆42MM。拉花鍵孔（16MMMMMM）花鍵孔要求外徑定3905160430485心，拉削時的加工余量參照工藝手冊取2Z1MM。5MM二孔外端面的加工余量（技工余量的計算長度為MM）02713907181按照工藝手冊，取加工精度F2，鍛件復(fù)雜系數(shù)S3，鍛件重6KG，則二孔外端面的單邊加工余量2030MM，取Z2MM。鍛件的公差按照工藝手冊，材質(zhì)系數(shù)取M1，復(fù)雜系數(shù)S3，則鍛件的偏差為。M31702磨削余量單