汽车制造工艺学课程设计说明书题 目： 汽车传动轴加工工艺规程 及花键槽加工工序夹具设计 系 别： 机电工程系 专 业： 车辆工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2013年12月 摘要通过在校期间对传动轴的学习和认识对传动轴进行一下系统的分析和设计，支承传动件的零件称为轴。轴类零件毕业设计是机械工程类专业学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。传动轴是组成机器零件的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动，传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不承受弯矩。应该使传动轴具有足够的刚度和高临界转速。在汽车传动轴系中，为了实现一些轴线相交或相对置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置。万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，当距离较远时，还需要中间支承。在汽车行业中把连接发动机与前、后轴的万向传动装置简称传动轴。传动轴设计应能满足所要传递的扭矩与转速。本文将着重介绍传动轴的设计与制造。关键词：传动轴；工艺规程；花键槽加工；夹具设计目录1零件的分析11.1生产纲领21.2零件的作用21.3零件的结构特点21.4确定主要、次要加工表面及其加工方法22工艺规程设计32.1确定毛坯的制造形式以及绘制毛坯图32.2基面的选择42.3基准的选择42.3.1粗基准的选择42.3.2精基准的选择52.4确定表面的加工方法以及加工余量52.5制定工艺路线52.5.1加工方法的选择52.5.2加工阶段的划分62.5.3加工顺序的安排62.6工艺设备的选择72.7机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定72.8确立切削用量及基本工序73夹具设计143.1定位基准的选择143.2切削力和卡紧力计算143.3夹具设计及操作的简要说明14课程设计心得体会15参考文献16致谢17附录18汽车传动轴加工工艺规程及花键槽加工工序夹具设计1零件的分析零件的分析包括零件结构及其工艺性分析和零件的技术要求的分析。本题的零件是轴类零件，外圆柱面需要在普通车床上进行车削。同时它也是花键轴，键槽部分需要用铣床铣出来。零件的技术要求分析是制订工艺规程的重要环节。主要包括三方面的内容：一、精度分析，包括被加工表面的尺寸精度、形状精度和相互位置精度的分析；二、表面粗糙度及其他表面质量要求的分析；三、热处理要求和其他方面要求的分析。首先进行精度分析，如图1中的花键轴有两个同轴度的要求，精度比较高，需要比较精密的夹具去装夹零件加工；花键槽侧面还有一个平行度要求，不仅要求有一定的装夹精度，还要一定的机床和刀具精度。而花键槽的高度精度很高，需要特殊加工才能满足，如外圆磨削。其余尺寸用普通车床就可满足。图1 底盘传动轴花键零件图然后进行表面粗糙度及其他表面质量要求的分析。可以看出的是花键轴中花键槽的表面粗糙度要求比较高，达到0.8，其余的大都是3.2，这需要先在普通车床上进行粗车、半精车、精车，最后通过外圆磨削实现。最后进行热处理要求和其他方面要求的分析。这个花键轴的花键槽部分需要淬硬深度为1.52.5mm，硬度要HRC30，这要考虑需要进行表面淬火，需要注意的是选择淬火的时机，需要将淬火安排在合适的工序中。1.1生产纲领生产纲领为5000个 -每台车床中该零件的数量n=1； -备品的百分率a%=5%； -废品的百分率b%=3%。表1 生产类型生产类型零件生产纲领重型机械中型机械轻型机械单件生产5205-10020-200100-500中批生产100-300200-500500-5000大批生产300-1000500-50005000-50000由表1生产类型为大批量生产，毛坯制造方法为自由锻，其精度中等，加工余量中等；用部分通用机床和部分高生产率机床；先采用三爪卡盘粗加工，后以两中心孔定位精加工；较多采用专用夹具、专用量具。1.2零件的作用题目所给的零件是汽车底盘传动轴，作用就是使在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力。1.3零件的结构特点汽车底盘传动轴的花键槽部分有硬度要求，键槽部分和42光轴的精度要求较高，因此在半精车后应先铣键槽，将键槽部分调质处理后，最后粗磨、精磨50键槽部分和42光轴部分。1.4确定主要、次要加工表面及其加工方法50键槽部分和42光轴部分为主要加工表面，在经过粗车和半精车后需要调质处理再粗磨和精磨；其他的加工表面为次要加工表面，可直接粗车、半精车和精车。2工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式以及绘制毛坯图 毛坯的选择不仅影响毛坯制造的工艺、设备及制造费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大影响。选择毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面综合考虑，以求得到最佳效果。 确定毛坯的主要任务是：根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的要求、合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的尺寸等。根据零件要求和生产要求应选择锻件毛坯。锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯。模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高、但成本也高，适用于大批大量生产的中小型零件毛坯。根据生产批量和技术要求，应选择模锻毛坯进行加工。材料选用C45钢，选择锻件毛坯，制造方法是模锻，毛坯形状如图2所示。确定余量：（由金属机械加工工艺人员手册表528可知）在轴线长度方向和轴向直径的毛坯余量均为31mm。由机械制造设计基础课程设计可知，确定该锻件尺寸公差和机械加工余量。表2 花键轴加工余量及锻件毛坯尺寸公差加工表面零件尺寸mm加工余量mm尺寸精度毛坯尺寸mm50表面R253Ra3.25642光轴表面R213Ra0.848铣花键槽外圆表面503Ra0.856图2 毛坯图2.2基面的选择该零件既是汽车底盘传动轴又是花键轴，其加工精度又要求较高，以此轴心线做为设计和工艺基准。2.3基准的选择2.3.1粗基准的选择应考虑两个问题：一是保证主要加工面有足够而均匀的加工余量和各待加工表面有足够的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度。1、为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。2、合理分配各加工面的加工余量（1）为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。（2）为了保证重要加工面的加工余量均匀，应选重要加工面为粗基准。（3）粗基准的选择应尽可能使工件上各加工表面总的金属切除量最小。3、粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只允许使用一次。4、选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保证定位准确，夹紧可靠。2.3.2精基准的选择选择精基准时，重点是考虑如何减小工件的定位误差、保证工件的加工精度，同时也要考虑工件的装夹方便可靠，夹具结构简单，使零件的制造较为经济、容易。精基准的选择应遵循：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则。根据此花键轴的要求，该零件既是花键轴又是阶梯轴，其加工精度又要求较高，以此选轴心线做为设计和工艺基准。2.4确定表面的加工方法以及加工余量50键槽部分先粗车后半精车（加工余量1mm），粗铣和精铣键槽，经调质处理后粗磨（加工余量0.6mm）、精磨（加工余量0.4mm）。42光轴部分先粗车后半精车（加工余量1mm），最后粗磨（加工余量0.6mm）、精磨（加工余量0.4mm）；其他表面依次粗车、半精车（加工余量1mm）和精车（加工余量0.5mm）即可。以上工序余量由查表法获得（由金属机械加工工艺人员手册可知），由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用集体加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。2.5制定工艺路线制定工艺路线的出发点时，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得到合理的保证，在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中起来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。工艺路线的拟定是工艺规程制订过程中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计，其主要任务包括加工方法的确定、加工顺序的安排、工序集中与分散等内容。2.5.1加工方法的选择加工的时候应该考虑的因素：按经济精度选择加工方法、工件材料的性质、工件的形状和尺寸、生产类型、生产率和经济性、具体生产条件、特殊要求。花键轴的加工主要采用滚切，铣削各磨削等切削方法。也可采用冷打、冷轧(见成形轧制)等塑性变形的加工方法：1、滚切法：用花键滚刀在花键轴铣床或滚齿机上按展成法加工。2、铣削法：在万能铣床上用专门的成形铣刀直接铣出齿间轮廓，用分度头分齿逐齿铣削，如不用成形铣刀，也可用两把盘铣刀同时铣削一个齿的两侧，逐齿铣床好后再用一把盘铣刀对底径稍修整。不过此法生产率和精度较低，主要用于单件小批生产中加工以外径定心的花键轴和粹硬前的粗加工。3、磨削法：用成形砂轮在花键轴磨车上磨削花键齿侧和底径，适用于加工淬硬的花键轴或精度要示更高的，特别是以内径定心的花键轴。4、冷打法：在专门的机床上进行。2.5.2加工阶段的划分工艺过程分为四个加工过程：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段。因为工件既是阶梯轴又是花键轴，根据工件形状和位置精度，应选择粗车半精车精车粗铣花键精铣花键调制处理外圆磨削。因为工件是大批量的，而且有一定的位置精度，因此应工序集中。2.5.3加工顺序的安排1、 机械加工工序的安排原则基面先行、先粗后精、先主后次、先面后孔、次要表面可穿插在各阶段进行加工、安排加工顺序还要考虑车间设备布置情况。2、 热处理工序的安排（1）预备热处理。包括退火、正火和调制处理，时效处理。（2）最终热处理。包括淬火、渗碳淬火、渗氮、氰化处理。根据已知的生产资料，（由特种机械加工技术和金属切削工艺学可知）先拟定出两种方案：方案一：粗车半精车粗磨（除了42光轴部分和50键槽部分需要磨削外，其他外圆精车即可）精磨；方案二：粗车半精车精车精细车（只有42光轴部分和50键槽部分需要精细车即金刚车）。制定工艺路线的出发点是：保证质量、表面成形、经济性好、高生产率、减小消耗。而以上两种方案均能达到零件图图所要求的公差和粗糙度，