“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 班 级 设 计 学 号 指导教师 2014 年 01 月 16 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.机械加工工艺设计1、确定生产类型 已知此 十字轴零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是083Kg/个，查机械制造工艺设计简明手册第2页表1.1-2，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。2、确定毛坯2.1、确定毛坯种类：零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择锻模锻造毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5,选用铸 锻件尺寸公差等级为CT-10。2.2、确定锻件加工余量及形状：查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的锻件机械加工余量， 如下表所示：简 图加工面代号基本尺寸加工余量等级加工余量说明a25H2双侧加工b25H 双侧加工c25H5双侧加工d25H5双侧加工三、工艺规程设计3.1选择定位基准：1 粗基准的选择： 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。该工件选择25外圆面和左端面作为粗基准。采用左端面作粗基准加工右端面，可以为后续工序准备好精基准 2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后25的轴线为主要的定位精基准，采用小弯板为辅助的定位精基准。3.2制定工艺路线:生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。它包括原材料的准备、运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，毛坯经过加工、热处理而成为零件，零件、部件经装配成为产品，机械的质量检查及其运行试验、调试，机械的油漆与包装等。 工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。机械产品的工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配、涂装等工艺过程。其中与原材料变为成品直接有关的过程，称为直接生产过程，是生产过程的主要部分。而与原材料变为产品间接有关的过程，如生产准备、运输、保管、机床与工艺装备的维修等，称为辅助生由于零件加工表面的多样性、生产设备和加工手段的加工范围的局限性、零件精度要求及产量的不同，通常零件的加工过程是由若干个顺次排列的工序组成的。工序是加工过程的基本组成单元。每一个工序又可分为一个或若干个安装、工位、工步或走刀。毛坯依次通过这些工序而变成零件。 1. 工序 工序是一个或一组工人，在相同的工作地对同一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程。 工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划、成本核算的基本单元。一个零件的加工过程需要包括哪些工序，由被加工零件的复杂程度、加工精度要求及其产量等因素决定3.3表面加工方法的确定根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查机械制造课程设计指导书10页表1-6、1-7、1-8， 选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 十字轴零件加工方案加工项目尺寸公差等级粗糙度加工方案备注25外圆 IT8 6.3粗车-半精车表1-6左右端面 IT1012.5粗 车表1-625外圆 IT86.3粗车-半精车表1-8上下端面IT1012.5粗 车表1-7 23、孔IT93.2钻-铰表1-7、内螺纹M8 IT63.2攻螺纹表1-10 4孔 IT1212.5钻表1-78孔 IT1212.5钻 表1-73.4加工阶段的划分在粗加工阶段。首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；首先25圆面作为粗基准粗车右端面及25，然后以此圆轴线及端面为精基准加工其他面和孔。在采用小弯板加工 另一部分，以保证其形位公差之要求。选用工序集中原则安排十字轴的加工工序。该零件的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。3.5工序顺序的安排机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准25外圆轴线及端面 。（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面（4）遵循“先面后孔”原则，先加工外圆面、端面，再加工孔，确定工艺路3.6确定工艺路线工序号工序名称机床装备刀具量具1粗-半精车25 两处 车床车刀游标卡尺2粗车左右端面车床车刀游标卡尺3粗-半精车25 两处车床车刀游标卡尺4粗车上下端面车床车刀游标卡尺5钻铰8丝孔2360内孔，车床钻头铰刀塞规.卡尺6攻螺纹M8车床丝锥塞规.卡尺7钻4、8孔钻床钻头锥度铰刀游标卡尺8中检 游标卡尺10热处理淬火机等12终检塞规、百分表、卡尺等加工设备和工艺设备1 机床的选择：采用CA6140普通车床、钻床。磨床 2 选择夹具：该零件的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。3选择量具：采用塞规.双用游标卡尺。四.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定4.1 钻铰8丝孔 的工序尺寸由表2-28课查得，精铰余量Z=0.2mm，加工等级为IT8，公差为0.015钻孔余量为Z钻=4.8mm，加工等级为IT12，公差为0.15。钻铰8 孔加工工序的加工余量项目内容精度等级工序尺寸粗糙度工序余量公差8丝孔钻IT127.812.54.80.15铰IT883.20.20.015主轴转速的确定4.1.1.钻5丝孔，以25轴线为基准。刀具：钻头直径为7.8mm的高速钢钻头，丝锥直径为8mm 。机床：CA61404.2.2 钻孔工步背刀吃量p的选择粗加工时根据加工余量和工艺系统刚度确定p=7.8mm。进给量的确定 由表5-22，选取该工步得进量f=0.1mm/r。切削速度的计算 由表5-31，按工件材料为铸铁的条件选取，切削速度v=20m/min选取。由公式n=1000v/d可求得该工序钻头钻速n=1326r/min,参照表4-9所列CA6140得主轴转速，取转速n=1360r/min。再将此转速代入公式v=nd/1000=20.5m/min。4.3时间定额的计算：工序6：钻 8丝孔 钻孔工步根据表5-51，钻孔的基本时间可由公式 求得。,;f=0.1mm/r;n=1360r/min。则该工步的基本时间t=(22+2.4+2)/0.1mm/r x 1360r/min=10.8s 攻丝孔工步 根据表5-41，铰孔基本时间可由公式t=L*i/fn=(LP+l1)*i/fn, LP=(D-d)/2*tankr, kr=15，l1=1mm，f=1mm/r，n=195r/min则该工步的基本时间t=20s。辅助时间的计算tf辅助时间tf基本时间t之间的关系为tf=（0.15-0.2）t钻孔辅助时间tf=0.210.8=2.2s铰孔辅助时间tf=0.220=4s4.4 其它时间计算除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于该设计的生产类型为大批量生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计。布置工作地时间tb是作业时间的2%-7%，休息与生理时间tx是作业时间的2%-4%，本设计均取3%，则工序的其他时间（tb +tx）可按关系式（3%+3%）（tf+t）计算。工序6的其他时间：tb +tx=6%（10.8s+20s+4s）=2s单件计算时间td=2s+10.8s+20s+4s=36.8s三、专用夹具设计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 赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.北京： 机械工业出版社， 20022 邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社，20073 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册.上海：上海科学技术出版社，19904 艾兴，肖诗纲主编.切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，19945 孙堃，王文才机械制造工艺学课程设计指南长春：吉林工业大学，19976 马贤智主编实用机械加工手册沈阳：辽宁科学技术出版社，20027 李益民主编机械制造工艺设计简明手册北京：机械工业出版社,20028 (美)Hiram E.Grant.夹具非标准夹紧装置.北京：机械工业出版社，1985