十字轴零件的机械加工工艺规程及典型夹具设计

机械制造工艺学课 程 设 计 说 明 书设计题目：“十字轴”零件的机械加工工艺规程及典型夹具设计（年度生产纲领为8000件）学 院 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 xxxxxxxxxx 设 计 xxxxx 学 号 xxxxxxxxxxx 指导教师 xxxxxxxxx 20 年 月 日机械制造工艺学课程设计任务书题目： “十字轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装配设计 生产纲领为中批或大批生产内容：1.零件图 1张 2.毛坯图 1张 3.机械加工工艺过程综合卡片 1张4.工艺装备设计 12套5.工艺装备主要零件图 1张6.课程设计说明书 1份目录摘要3一、零件的分析41.1零件的作用41.2零件的工艺分析4二、工艺规程设计52.1确定毛坯的制造形式52.2基面的选择52.3制定工艺路线52.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定72.5确定切削用量及基本工时8三、专用夹具设计103.1 设计主旨103.1 夹具设计103.1 夹具设计及操作的主要说明11参考文献11 摘要这次设计的是十字轴机械加工工艺规程及工艺装备设计，包括零件图、装配图各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一张。首先我们要熟悉零件和了解其作用，它位于车床变速机构中，主要起换档作用。然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。最后拟定工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习打好基础。一、零件的分析1.1零件的作用 十字轴是万向联轴器的重要而基本零件，通过滚动轴承与两个叉形头连接起到换向和传递扭矩和运动的作用。按虎克铰链原理工作，传递转矩可达。十字轴的四个轴颈安装滚动轴承，中间孔为油路通道，便于润滑滚动轴承。十字轴的主要失效形式是轴颈根部处的断裂，所以在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。1.2零件的工艺分析附图1从图纸分析十字轴的主要技术要求为：保证25轴颈的尺寸精度、同轴度以及表面粗糙度，在四个轴颈上淬火硬度，渗碳层深度。加工表面及其要求为：轴颈： 轴颈尺寸，两端倒角C2，表面粗糙度。两垂直轴颈位置度误差0.02。轴端面：保证尺寸，表面粗糙度为。孔：孔径,表面粗糙度 孔：孔径，表面粗糙度 M8-7H：为螺距为的单线粗齿普通螺纹二、工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式2.1.1确定零件材料 零件材料为低合金钢材料20CrMnTi，成份均匀稳定、淬透带窄、晶粒细小、纯净度高、表面质量良好、热顶锻性能优良等优点。是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。2.1.2确定毛坯的制造方法 十字轴在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为8000件，已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。2.2基面的选择2.2.1粗基准的选择由于附图1所示的十字轴零件图上多数尺寸及形位公差以25轴颈以及端面为设计基准，因此必须首先将25轴颈及其端面加工好，为后续工作准备基准。按照粗基准的选用原则互为基准结合本零件的具体情况选用三个轴颈为粗基准加工端面。利用V形块支承轴颈作为定位面以消除、四个自由度，再用一对弯板压紧毛坯用以消除、两个自由度，达到完全定位。2.2.2精基准的选择轴颈：双顶尖孔孔、通孔、M8-7H螺纹孔都选用轴颈外圆及其端面作为精基准。2.3制定工艺路线2.3.1工艺路线方案一工序1：模锻及热处理工序2：粗铣四轴颈端面并打中心孔工序3：粗车四轴颈并倒角工序4：半精车四轴颈并倒角工序5：精铣端面工序:6：粗磨四轴颈工序7：钻 孔、钻 通孔、及锪孔工序8：钻侧面M87H底孔、攻M87H螺纹工序9：中间检查工序10：热处理渗碳、淬火、回火工序11：精磨四轴颈工序12：终检工序13：涂油、封装2.3.2工艺路线方案二工序1：模锻工序2：热处理工序3：粗铣端面工序4：打中心孔工序5：粗车四轴颈并倒角工序6：半精车四轴颈并倒角工序7：精铣端面工序8：粗磨四轴颈工序9：钻孔工序10：钻孔工序11：锪孔工序12：钻侧面M87H底孔工序13：攻M87H螺纹工序 工序14：中间检查工序15：热处理渗碳、淬火、回火工序16：精磨四轴颈工序17：终检工序18：涂油、封装2.3.3工艺方案的比较与分析方案一属于工序集中原则，每个工序中包括尽可能多的工步内容，因而总的工序数目减少，夹具的数目和工件的安装次数就减少。有利于保证各个加工面的相互位置精度要求，有利于采用高效率机床，节省装夹工件的时间，减少工件的搬动次数。方案二属于工序分散原则，将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中完成。可使每个工序使用的设备和夹具比较简单，调整、对刀也容易，对操作个人的技术水平要求较低。十字轴属于大批量生产，加工精度要求比较高，综合考虑，采用方案一。考虑经济精度，方案1端面达不到粗糙度要求，必须对端面磨削。所以方案一工序调整为：工序1：模锻及热处理 选用模锻设备及热处理设备工序2：粗铣四轴颈端面并打中心孔 选用X6025铣床及专用夹具工序3：粗车四轴颈并倒角 选用CA6140车床及专用夹具工序4：半精车四轴颈并倒角 选用CA6140车床及专用夹具工序5：精铣端面 选用X6025铣床及专用夹具工序6：钻 孔、钻 通孔、及锪孔 选用CL6140转塔车床及三爪卡盘工序7：打中心孔 选用Z525钻床及专用夹具工序8：钻侧面M87H底孔 选用Z525钻床及专用夹具工序9：攻M87H螺纹 选用Z525钻床及专用夹具工序:10：粗磨四轴颈 选用M1412磨床及专用夹具工序11：热处理渗碳、淬火、回火 选用渗碳炉、高频淬火机等热处理设备 工序12：精磨四轴颈 选用M10100无心专用夹具工序13：半精磨端面 选用M1412磨床及专用夹具工序14：终检工序15：涂油、封装以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定2.4.1外圆表面查参考资料1表2-15、2-16、2-13确定各工序的加工余量及经济精度，按入体原则计算各尺寸的公差。最后确定外圆表面的加工余量如下表（表2-1）所示：工序名称工序间余量/工序工序基本尺寸/标注工序尺寸公差/经济精度表面粗糙度精磨0.125粗磨0.325+0.1=25.1半精车1.125.1+0.3=25.4粗车1.525.4+1.1=26.5毛坯26.5+1.5=282.4.2十字轴端面查参考资料3表9-19确定各工序的加工余量及经济精度，按入体原则计算各尺寸的公差。最后确定端面的加工余量如下表（表2-2）所示：工序名称工序间余量/工序工序基本尺寸/标注工序尺寸公差/经济精度表面粗糙度半精磨0.6108精铣1108+0.6=108.6粗铣1.4108.6+1=109.6毛坯109.6+1.4=1112.4.3确定毛坯尺寸根据十字轴端面和外圆面的加工余量确定毛坯尺寸图如下图（图21）所示：2.5确定切削用量及基本工时2.5.1工序3：粗车四轴颈并倒角 2.5.1.1加工条件工件材料：20CrMnTi, ,模锻。加工要求：粗车外圆，表面粗糙度机床： CA6140卧式车床刀具：刀片材料YT15，刀杆尺寸为，2.5.1.2计算切削用量1）确定背吃刀量粗加工余量为，一次性加工，被吃刀量2）确定进给量：根据参考资料3表11-28，当刀杆尺寸为，以及工件直径为时按CA6140车床说明书取3）计算切削速度：按2P83，切削速度的计算公式为（寿命选）式中，所以4)确定机床主轴转速：说明加工此工件对主轴转速没要求，通常取机床主轴转速为，所以实际切削速度2.5.2工序8：钻侧面M87H底孔 2.5.2.1加工条件加工要求：钻侧面M87H底孔，表面粗糙度机床： Z525钻床刀具： 攻螺纹前用莫氏锥柄阶梯麻花钻、2.5.2.2确定切削用量根据参考资料3表11-266，选切削速度 ，进给量，钻头螺旋角为钻尖角为选机床主轴转速为，所以实际切削速度2.5.2.3计算切削工时机动工时为其中，进给路程，停顿时间，快速移动时间则机动时间为辅助时间为最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其他加工数据，一并填入“机械加工工艺过程卡片”和“机械加工工序卡片”中。三、专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段3.1 设计主旨本夹具主要用来钻侧面M87H底孔，后面还需要攻螺纹。此孔主要用来连接油路管道，精度要求不是太高，没有技术要求。因此，在本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。3.2 夹具设计3.2.1定位基准的选择由零件图可知，侧面M87H底孔没有技术要求，为使定位误差为零，应该选择十字轴的两个轴线为定位基准保证该底孔位置。因此，选用标准V形块来定位。再采用定位销来辅助支撑。 为了装夹零件方便，现决定采用螺母副夹紧工件快换装置。 3.2.2切削力及夹紧力计算切削刀具：高速钢莫氏锥柄阶梯麻花钻，。由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查切削手册表2.3，切削力计算公式为： 其中：，。，与加工材料有关,取0.94；与刀具刃磨形状有关,取1.33；与刀具磨钝标准有关,取1.0，则： 在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数一般为夹紧力3.2.3定位误差分析3.2.3.1定位元件尺寸及公差的确定夹具的主要定位元件为两个V形块，这两个V形块的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同。此外，这两个V形块共同保证加工孔中心的位置。3.2.3.2计算钻套中心线与工作台的垂直度误差钻套外径与衬套孔的最大间隙为：则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为：0.026-0.005=0.021。3.2.3.3计算定位V形块与工作台的平行度误差。定位销轴与夹具体孔的最大间隙为：夹具体孔的长度为，则上述间隙引起的最大平行度误差为：，即。3.3 夹具设计及操作的主要说明如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母12扣，拔下开口垫圈，实现工件的快换。攻螺纹时，松开压紧螺母即可替换可换钻套，进行攻螺纹加工。参考文献：1、王先逵主编,机械制造工艺学(第2版),机械工业出版社,2011年.2、吴拓主编,机械制造工艺与机床夹具课程设计指导（第二版），机械工业出版社,2009年.3、侯德政主编，机械制造工艺课程设计指导书，北京理工大学出版社，2010年.4、朱耀祥、浦林祥主编,现代夹具设计手册,机械工业出版社,2009年.5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.- 13 -