1404416282汽车半轴加工工艺与编程设计

1、毕 业 论 文论文题目 汽车半轴加工工艺与编程设计 系 别 电子信息工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师（签名）_完成时间 年 月55摘要半轴是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，它是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接。该零件在机械设备中具有传动性，在进行汽车半轴的加工工艺分析和编程设计时，以机械制造工艺设计为依据，采用收集研究、分析提取研究及实例研究的方法，对半轴的工艺性进行详细的分析，设计出加工的工艺过程。半轴零件的工艺设计，应尽量降低加工时的成本，减少工人的劳动强度。根据半轴加工要求设计专用夹具，主要是用

2、来钻削半轴圆盘上均匀分布的小孔，在设计中注意夹具的经济性和使用性。汽车半轴的机械加工工艺分析对从事汽车半轴生产的企业单位来说是很重要的，工艺路线的好坏直接影响到加工效率、加工精度及加工质量。合理的加工工艺路线不但可以保证零件的质量而且可以充分的利用企业现有的设备，使工序的传接更加合理，从而使企业的管理更加的规范化，降低生产成本。关键词：半轴工艺分析夹具设计automobile rear axle processing craft and programming designabstractthe semi-axle is the parts of automotive axle with th

3、e largest bearing torque. it is the solid axis that transmits torque between the differential mechanism and the driving wheel. its inner end generally connects by integral-key and semi-axis, outside end connects with hub. the parts have transmission in machinery and equipment. when performing the ma

4、chining process analysis and programming design of automobile semi-axes, it bases on mechanical manufacturing process design. use the method of collect research, analysis of extraction and case study with analyzing manufacturability of semi-axis in detail to design manufacturing process. the process

5、 design of semi-axis parts should try its best to reduce the cost of processing and the intensity of workers. according to the requirements of the processing of half axle design special jig, mainly used for drilling half axle disk evenly distributed in the design of holes, the economy and practicabi

6、lity attention fixture.automobile semi-axes machining process analysis for enterprises engaged in production of automobile half shaft is very important and technology will have a direct impact on the efficiency and quality of machining precision and processing. reasonable processing route will not o

7、nly ensure the quality of parts and enterprises can make full use of existing equipment and make the process more reasonable, so as to make the management of enterprises more standardized and cut production costs.keyword: semi-axle process analysis the tongs design目录第一章 前言11.1汽车半轴简介11.2国内外汽车半轴的加工工艺1

8、1.3课题研究意义21.4课题需解决的主要问题21.5本章小结2第二章 汽车半轴工艺分析及生产类型的确定32.1半轴的功用32.2半轴精度分析32.3毛坯余量分析42.4热处理分析42.5确定半轴的生产类型42.6本章小结4第三章 零件工艺规程的设计53.1选择毛坯53.2确定毛坯机械加工余量及尺寸公差53.3设计毛坯图63.4选择零件表面加工方法73.5选择定位基准83.6划分加工阶段93.7工序集中与分散93.8工序顺序安排93.9拟订汽车半轴零件机械加工工艺路线103.10确定半轴工艺路线113.11本章小结12第四章 工序设计134.1选择加工设备与工艺装备134.2确定加工余量、工序

9、尺寸和公差144.3本章小结15第五章 确定切削用量及基本时间165.1切削用量选用原则165.2确定汽车半轴各工序切削用量175.3确定半轴各工序的基本时间275.4本章小结31第六章 编程设计326.1确定装夹方案326.2确定加工顺序与走刀路线326.3本章小结35第七章 钻床专用夹具设计367.1概述367.2夹具设计397.3计算定位误差447.4夹紧力的计算447.5绘制夹具装配图457.6本章小结46第八章 结论478.1总结478.2研究成果48参考文献49附录50致谢56第一章 前言1.1汽车半轴简介半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分，半轴是用来将差速器半轴齿轮输出的动力传

10、给驱动轮或轮边减速器。对于采用非独立式悬架的驱动桥，根据其半轴内端与外端的受力状况，一般又分为全浮式半轴、四分之三浮式半轴与半浮式半轴三种。半轴内端以花键连接着半轴齿轮，半轴齿轮在工作时只将扭矩传给半轴，几个行星齿轮对半轴齿轮施加的径向力是互相平衡的，因而并不传给半轴内端。主减速器从动齿轮所受径向力则由差速器壳的两轴承直接传给主减速器壳。因而，半轴内端只受扭矩而不受弯曲力矩。半轴是连接差速器与驱动轮之间传递扭矩的实心轴，将动力由差速器传给驱动轮离合器。半轴对离合器的功用有以下几点1.使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。2.暂时切断发动机与传动系的联系，便于发动机的起动和变速器的换档，保

11、证传动系换档时工作平顺。3.限制所传递转矩，防止传动系过载1.2国内外汽车半轴的加工工艺1.2.1 美国克莱斯勒公司万脱小客车半轴制造工艺棒料切断法兰热轧成型正火喷砂清洗表面磷化水平挤压成型法兰和轴承部分切削加工轴端花键滚扎加工感应加热淬火、回火磨削安装轴颈法兰部分加工。1.2.2 国内后桥半轴先进的机械加工工艺校直（单柱校直液压机）铣端面打中心孔（铣端面打中心孔机床）车削杆部（液压半自动仿形车床）磁力探伤（磁力探伤机）校直（单柱校直液压机）车削法兰端（普通车床）铣削花键（半自动花键轴铣床）校直（单柱校直液压机）磨削安装轴颈（半自动万能外圆磨床）法兰端部孔加工（立式钻床）铣削螺纹（半自动螺纹铣

12、床）磁力探伤（磁力探伤机）清洗（通用通过式三箱清洗机）。以上两方案加工工序比较少，降低了生产成本、提高了生产效率、综合效益比较明显，适合大型企业的生产。然而先进的加工工艺对设备要求比较高，工人的技术水平要求高，不适合一般企业的发展。为了满足一般企业的发展，在制订半轴生产工艺时，我觉得应该偏向以传统工艺为指导，尽量在保证产品质量的基础上，降低设备的要求，同时对员工的技术水平要求相对比较适中，使更多的人可以从事生产。1.3课题研究意义汽车半轴的机械加工工艺分析对从事汽车半轴生产的企业单位来说是很重要的，工艺路线的好坏直接影响到加工效率、加工精度及加工质量。合理的加工工艺路线不但可以保证零件的质量而

13、且可以充分的利用企业现有的设备，使工序的传接更加合理，降低加工成本，减少工人的劳动强度，从而使企业的管理更加的规范化，提高企业的经济效益。1.4课题需解决的主要问题工件在进行机械加工时，用以确定工件对机床及刀具相对位置的表面称为定位基准。定位基准的选择是定位设计的一个关键问题，工件的定位基准一旦被确定，则其定位方案也基本确定。选择工件那些表面作为定位基准，是加工工艺过程设计时的一个十分重要的问题。定位基准选择是否合理，将直接影响零件加工质量和机床夹具结构的复杂程度，同时它不仅影响零件表面间的位置尺寸和位置精度，而且还影响整个工艺过程的安排。工艺路线的制订是机械加工中很重要的一环，工艺路线的好坏

14、直接影响到加工效率、加工精度及加工质量。合理的加工工艺路线不但可以保证零件的质量而且可以充分的利用企业现有的设备，使工序的传接更加合理，缩短零件的生产周期，从而使企业的管理更加的规范化，降低生产成本。1.5本章小结本章主要说明了课题的来源、目的、意义、应解决的问题以及应该达到的目标，阐述了国内外的发展现状，对课题进行深入分析，为设计的展开做好准备。第二章 汽车半轴工艺分析及生产类型的确定2.1半轴的功用半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分，是用来将差速器半轴齿轮输出的动力传给驱动轮或轮边减速器的，是汽车轴类零件中承受扭矩最大的零件。由于零件成形轮廓的形状结构复杂，所以不仅加工难度大，而且轨迹精

15、度要求较高，零件既要求准确的加工精度，又要求保证正确的几何精度。在数控车削加工中，该零件属于轴类零件（详见附录零件图）。从零件的总体结构和有利于加工考虑，该零件的加工需在普通车床、数控车床、花键轴铣床、立式钻床、锯床及万能磨床等上加工才能完成加工要求。2.2半轴精度分析参考机械制图，确定汽车半轴的加工表面的精度如表2-1所示。零件小端的中心孔，是实现上述加工部位的基准，因此必须予以保证（详见附录零件图）。表2-1 汽车半轴零件的精度分析加工表面尺寸及偏差公差及精度等级表面粗糙度ra(m)形位公差/mm零件重要的径向加工表面58h7()it76.342 ()it126.333m5()it50.8

16、零件重要的轴向加工部位4.20.15it123.28.30.1it123.2-6.3470.15it123.2-0.8503it17花键部分的重要加工尺寸28()it66.330.4()it116.3孔6x14()it93.2其它加工外圆柱段137it116.332it116.345it116.3r17.5大圆弧it116.3工艺孔50自由精度等级无要求2.3毛坯余量分析由于半轴为批量加工，零件毛坯采用锻造成形，所以轮廓外的车削余量不均匀，在切削过程中会产生变形。考虑到锻造毛坯余量的不均匀性，因此应该先进行常规粗车加工，然后进行精加工。2.4热处理分析半轴的正火硬度为hb133-201，在长度

17、b范围内感应加热表面淬火，其表面硬度不低于hrc52，花键处允许降低三个硬度单位。2.5确定半轴的生产类型该产品年产量为9600件/年，结合生产实际，其设备品率10%，机械加工废品率为1%，根据零件生产纲领计算公式 （2-1） 汽车半轴零件的年产量为10656件，现已知该产品属于轻型机械，根据机械制造工艺设计简明手册生产类型与生产纲领的关系表，可确定其生产类型为大批量生产。2.6本章小结本章主要说明了汽车半轴的功用，并且对零件进行初步的分析，明确半轴的生产类型、毛坯余量分析、热处理分析及对汽车半轴各加工表面进行精度分析，为后续设计零件工艺规程奠定基础。第三章 零件工艺规程的设计3.1选择毛坯从

18、结构确定零件为轴类零件。根据其受力特点可知，它受扭转弯曲复合作用力，由于其承受中等载荷，工作又较平稳，冲击力较大，所以可采用合金钢40cr。该零件为批量生产，为了提高其生产率与经济性，毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削加工余量就越少，从而可以提高材料的利用率和生产效率，因此，宜采用自由锻造及模锻方法制造毛坯。3.2确定毛坯机械加工余量及尺寸公差3.2.1 锻件的质量 根据零件成品的质量为1.8，估算为2.5。3.2.2 加工精度 零件模锻部分各表面为一般加工精度f，自由锻造部分为较高精度等级。3.2.3 锻件形状复杂系数s （3-1）假设锻件的最大直径为141mm，长为53mm根据机械制造工艺设

19、计简明手册锻件形状复杂系数s分级表，可确定其形状复杂系数为s，属一般级别。3.2.4 机械加工余量 根据锻件重量m，f ，s查机械制造工艺设计简明手册模锻件内外表面加工余量表。由于表中形状复杂系数只有s、s，则s参考s，s参考s定，由此查得直径方向为1.7-2.2mm，水平方向亦为1.7-2.2mm。即锻件各外径的单面余量为1.7-2.2mm，各轴向尺寸的单面余量亦为1.7-2.2mm。3.3设计毛坯图3.3.1 确定毛坯尺寸公差确定毛坯尺寸，如表3-1所示：表3-1 半轴毛坯（模锻部分尺寸）零件尺寸单面加工余量锻件尺寸58h72621372.2141.4r17.52r19.5451.7548

20、.58.32及1.71251.22及1.753毛坯尺寸公差根据锻件质量m、形状复杂系数s，40含碳量为0.38%0.43%，其最高含量为0.43%，根据机械制造工艺设计简明手册锻件材质系数表，可确定其锻件材质系数为m，采取平直分模线，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可从模锻件的长度、宽度、高度及错差、残留飞边（普通级）表、模锻件的厚度偏差（普通级）表查得，如表3-2所示：表3-2 半轴毛坯（模锻部分）尺寸允许偏差锻件尺寸偏差根据62+1.4-0.6机械制造工艺设计简明手册表2.2-13141+1.7-0.8r19.5+1.2-0.648.5+1.4-0.612+0.9-0.3机械制造工艺设计简明

21、手册表表2.2-1653+1.4-0.43.3.2 确定分模具位置由于毛坯是haa。精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量小而均匀。5.1.2 选择进给量 粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。5.1.3 选择切削速度切削速度主要应根据工件和刀具的材料来确定。粗加工时，v主要受刀具寿命和机床功率的限制。如超出了机床许用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，ap和f选用得都较小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取的尽可能高，以保证加工精度

22、和表面质量，同时满足生产率的要求。切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度v。工序卡上填写的切削用量应是修定后的进给量f、转速n，并计算实际的切削速度v。5.2确定汽车半轴各工序切削用量5.2.1 确定表3-6工序30的切削用量1.确定切削深度a根据表4-1由于半轴毛坯单边余量最大仅为2.5mm，粗车最大双边加工余量为3.7mm，可在一次走刀完成。a=1.85mm2.确定进给量f根据机械加工工艺手册硬质合金外圆车刀粗车外圆的进给量表可知f=0.4-0.5mm/r按ce7112进给量，选择f=0.4mm/r3.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从

23、表中查出。现采用计算法确定切削速度。根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册车削速度计算公式表、车刀的磨钝标准及寿命表可知c=242,x=0.15,y=0.35,m=0.20，t=60min根据车削速度计算公式（5-1） 按ce7112的转速，选择n=900r/min=15r/s4.校验机床功率。根据零件的工件材料、刀具材料及加工形式，查机械加工工艺手册车削力和车削功率的计算公式表可知 （5-2） （5-3）其中，则有：；查机械加工工艺手册卧式车床的型号与技术参数表ce7112车床的参数可知ce7112主电机功率为p=10kw。因，故上述切削用量可用，最后确定切削用量为m

24、m, , 5.2.2 确定表3-6工序40的切削用量1.确定切削深度a根据表4-1由于半轴毛坯单边余量最大仅为2.5mm，粗车最大双边加工余量为3.1mm，可在一次走刀完成。a=1.55mm2.确定进给量。根据机械加工工艺手册硬质合金外圆车刀粗车外圆的进给量表可知f=0.4-0.5mm/r按ca6140进给量，选择f=0.4mm/r3.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从表中查出。现采用计算法确定切削速度。根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册车削速度计算公式表、车刀的磨钝标准及寿命表可知c=242,x=0.15,y=0.35,m=0.20，t=60min根

25、据车削速度计算公式 按ca6140的转速，选择n=320r/min=5.3r/s4.校验机床功率。根据零件的工件材料、刀具材料及加工形式，查机械加工工艺手册车削力和车削功率的计算公式表可知其中，则有；查机械加工工艺手册卧式车床的型号与技术参数表ca6140车床的参数可知ca6140主电机功率为p=7.5kw。因故上述切削用量可用。最后的切削用量为mm, , 5.2.3 确定表3-6工序55的切削用量1.确定切削深度a根据表4-1由于半轴毛坯单边余量最大仅为2.5mm，粗车最大双边加工余量为1.3mm，可在一次走刀完成。a=0.65mm2.确定进给量，根据机械加工工艺手册硬质合金外圆车刀半精车的

26、进给量表可知 f=0.15-0.25mm/r按gsk980da进给量，选择f=0.15mm/r3.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从表中查出。现采用计算法确定切削速度。根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册车削速度计算公式表、车刀的磨钝标准及寿命表可知c=291,x=0.15,y=0.20,m=0.20，t=60min根据车削速度计算公式 按gsk980da的转速，选择n=1500r/min=25r/s5.2.4 确定表3-6工序80的切削用量1.确定切削深度a根据表4-2由于半轴毛坯单边余量最大仅为2.5mm，粗车最大双边加工余量为1.3mm，可在一次走

27、刀完成。a=0.65mm2.确定进给量。根据机械加工工艺手册硬质合金外圆车刀粗车外圆的进给量表可知f=0.15-0.25mm/r按ca6140进给量，选择f=0.18mm/r3.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从表中查出。现采用计算法确定切削速度。根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册车削速度计算公式表、车刀的磨钝标准及寿命表可知c=291,x=0.15,y=0.20,m=0.20，t=60min根据车削速度计算公式 按ca6140的转速，选择n=500r/min=8.3r/s5.2.5 确定表3-6工序25的切削用量1.确定切削深度a根据公式a=d/2=

28、4.0/2=2.0mm2.确定进给量。根据机械加工工艺手册高速钢钻头钻孔的进给量表可知 f=0.06-0.08mm/r按z8210a进给量，选择f=0.08m/r3.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从表中查出。现采用计算法确定切削速度。根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册钻、扩、铰切削速度的计算公式表、单刀加工刀具寿命t表可知c=4.4,z=0.4,y=0.70, x=0.0,m=0.20，t=20min根据机械加工工艺手册钻孔切削速度的修正系数表可知k=1.0, k=0.95, k=1.0, k=0.6 k=0.87, k=0.64k=1.00.951

29、.00.60.870.64=0.317根据钻削速度计算公式 （5-4） 按z8210a的转速，选择n=600r/min=10r/s5.2.6 确定表3-6工序35的切削用量1.确定切削深度a根据公式a=d/2=50/2=25mm2.确定进给量。根据机械加工工艺手册高速钢钻头钻孔的进给量表可知f=0.4-0.5mm/r按ca6140进给量，选择f=0.4m/r3.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从表中查出。现采用计算法确定切削速度。根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册钻、扩、铰切削速度的计算公式表，单刀加工刀具寿命t表可知c=6.1,z=0.4,y=0.5

30、0, x=0.0,m=0.20，t=90min根据机械加工工艺手册钻孔切削速度的修正系数表可知k=1.0, k=0.95, k=1.0, k=1.0 k=0.87, k=0.64k=1.00.951.01.00.870.64=0.53根据钻削速度计算公式 按ca6140的转速，选择n=65r/min=1.08r/s5.2.7 确定表3-6工序60的切削用量1.确定工件每转滚刀进给量f。根据机械加工工艺手册查用花键滚刀滚切花键轴的进给量表可知f=1.55mm/r按y6110进给量，选择 f=2.5mm/r=15mm/min2.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从表中查出。现采用计算法

31、确定切削速度。根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册用花键滚刀滚切花键轴的切削用量表知查机械加工工艺手册用花键滚刀滚切花键轴表可知滚花键切削速度的修正系数为故实际的切削速度 按y6110的转速，选择 n=200r/min=3.3r/s5.2.8 确定表3-6工序85的切削用量1.确定切削深度a根据公式a=d/2=14/2=7.0mm2.确定进给量。根据机械加工工艺手册高速钢钻头钻孔的进给量表可知 f=0.22-0.28mm/r按z535进给量，选择f=0.26m/r3.确定切削速度v切削速度可根据公式计算，也可直接从表中查出。现采用计算法确定切削速度。根据半轴的材料，加

32、工形式，刀具材料及进给量，查机械加工工艺手册钻、扩、铰切削速度的计算公式表、单刀加工刀具寿命t表可知c=6.1,z=0.4,y=0.50, x=0.0,m=0.20，t=45min根据机械加工工艺手册钻孔切削速度的修正系数表可知k=1.0, k=0.95, k=1.0, k=1.0 k=0.87, k=0.64k=1.00.951.01.00.870.64=0.53根据钻削速度计算公式 按z535的转速，选择n=265r/min=4.4r/s4.确定扭矩。查机械加工工艺手册9钻孔转矩及功率的计算公式表可知 （5-5）式中 ，经计算 5.确定功率。查机械加工工艺手册9钻孔转矩及功率的计算公式表可

33、知 （5-6）即有 查机械制造工艺设计简明手册1立式钻床主要技术参数表中z535的参数可知z535主电机功率为p=4.5kw。因，故上述切削用量可用。5.2.9 确定表3-6工序90的切削用量1.确定进给量f根据机械加工工艺手册高速钢机铰刀铰孔时的进给量表可知 f=0.15-0.35mm/r按z535进给量，选择f=0.15m/r2.确定切削速度v及n根据机械加工工艺手册高速钢机铰刀铰削结构钢、合金钢的切削速度表量表，取v=24.0m/min切削速度的修正系数查钻、扩、铰孔条件改变时切削速度的修正系数表可知k=0.53,k=1.0故v=240.531.0=12.72m/min按z535的转速，选择n=335r/min=5.58r/s实际的铰孔速度v5.2.10 确定表3-6工序95的切削用量根据机械加工工艺手册，现采用查表法确定磨工序的切削用量1.确定砂轮速度根据机械加工工艺手册外圆磨削砂轮速度表可知v=45m/s2. 确定进给量f根据公式f=（0.5-0.8）b b=100mm f=0.5mm3.确定背吃刀量a，工件速度v根据工件磨削表面直径、工件纵向进给量f查机械加工工艺手册纵向进给外圆的磨削用量表可知a=0.03mmv=16m/mi