十字軸零件的機械加工工藝規(guī)程及典型夾具設(shè)計

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1、機械制造工藝學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書設(shè)計題目：“十字軸”零件的機械加工工藝規(guī)程及典型夾具設(shè)計（年度生產(chǎn)綱領(lǐng)為8000件）學(xué) 院 機械學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 xxxxxxxxxx 設(shè) 計 xxxxx 學(xué) 號 xxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師 xxxxxxxxx 20 年 月 日機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書題目： “十字軸”零件的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝配設(shè)計 生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批或大批生產(chǎn)內(nèi)容：1.零件圖 1張 2.毛坯圖 1張 3.機械加工工藝過程綜合卡片 1張4.工藝裝備設(shè)計 12套5.工藝裝備主要零件圖 1張6.課程設(shè)計說明書 1份目錄摘要3一、零件的分析41.1零件的

2、作用41.2零件的工藝分析4二、工藝規(guī)程設(shè)計52.1確定毛坯的制造形式52.2基面的選擇52.3制定工藝路線52.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定72.5確定切削用量及基本工時8三、專用夾具設(shè)計103.1 設(shè)計主旨103.1 夾具設(shè)計103.1 夾具設(shè)計及操作的主要說明11參考文獻11 摘要這次設(shè)計的是十字軸機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計，包括零件圖、裝配圖各一張，機械加工工藝過程卡片和與工序卡片各一張。首先我們要熟悉零件和了解其作用，它位于車床變速機構(gòu)中，主要起換檔作用。然后，根據(jù)零件的性質(zhì)和零件圖上各端面的粗糙度確定毛坯的尺寸和機械加工余量。最后擬定工藝路線圖，制定該工件的夾緊方案

3、，畫出夾具裝配圖。就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計，了解并認識一般機器零件的生產(chǎn)工藝過程，鞏固和加深已學(xué)過的技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識，理論聯(lián)系實際，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)，并且為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。一、零件的分析1.1零件的作用 十字軸是萬向聯(lián)軸器的重要而基本零件，通過滾動軸承與兩個叉形頭連接起到換向和傳遞扭矩和運動的作用。按虎克鉸鏈原理工作，傳遞轉(zhuǎn)矩可達。十字軸的四個軸頸安裝滾動軸承，中間孔為油路通道，便于潤滑滾動軸承。十字軸的主要失效形式是軸頸根部處的斷裂，所以在設(shè)計十字軸萬向節(jié)時，應(yīng)保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強度。1.2零件的工藝分

4、析附圖1從圖紙分析十字軸的主要技術(shù)要求為：保證25軸頸的尺寸精度、同軸度以及表面粗糙度，在四個軸頸上淬火硬度，滲碳層深度。加工表面及其要求為：軸頸： 軸頸尺寸，兩端倒角C2，表面粗糙度。兩垂直軸頸位置度誤差0.02。軸端面：保證尺寸，表面粗糙度為?？祝嚎讖?表面粗糙度 孔：孔徑，表面粗糙度 M8-7H：為螺距為的單線粗齒普通螺紋二、工藝規(guī)程設(shè)計2.1確定毛坯的制造形式2.1.1確定零件材料 零件材料為低合金鋼材料20CrMnTi，成份均勻穩(wěn)定、淬透帶窄、晶粒細小、純凈度高、表面質(zhì)量良好、熱頂鍛性能優(yōu)良等優(yōu)點。是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的

5、低溫沖擊韌性，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、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪、齒圈、齒輪軸十字頭等。2.1.2確定毛坯的制造方法 十字軸在工作過程中經(jīng)常承受交變載荷及沖擊性載荷，因此應(yīng)該選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件年產(chǎn)量為8000件，已達到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用模鍛成型。這對于提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量也是有利的。2.2基面的選擇2.2.1粗基準(zhǔn)的選擇由于附圖1所示的十字軸零件圖上多數(shù)尺寸及形位公差以25軸頸以及端面為設(shè)計基準(zhǔn)，因此必須首先將25軸頸及其端面加工好，為后續(xù)工作準(zhǔn)備基準(zhǔn)。按照粗基準(zhǔn)的選用

6、原則互為基準(zhǔn)結(jié)合本零件的具體情況選用三個軸頸為粗基準(zhǔn)加工端面。利用V形塊支承軸頸作為定位面以消除、四個自由度，再用一對彎板壓緊毛坯用以消除、兩個自由度，達到完全定位。2.2.2精基準(zhǔn)的選擇軸頸：雙頂尖孔孔、通孔、M8-7H螺紋孔都選用軸頸外圓及其端面作為精基準(zhǔn)。2.3制定工藝路線2.3.1工藝路線方案一工序1：模鍛及熱處理工序2：粗銑四軸頸端面并打中心孔工序3：粗車四軸頸并倒角工序4：半精車四軸頸并倒角工序5：精銑端面工序:6：粗磨四軸頸工序7：鉆 孔、鉆 通孔、及锪孔工序8：鉆側(cè)面M87H底孔、攻M87H螺紋工序9：中間檢查工序10：熱處理滲碳、淬火、回火工序11：精磨四軸頸工序12：終檢工

7、序13：涂油、封裝2.3.2工藝路線方案二工序1：模鍛工序2：熱處理工序3：粗銑端面工序4：打中心孔工序5：粗車四軸頸并倒角工序6：半精車四軸頸并倒角工序7：精銑端面工序8：粗磨四軸頸工序9：鉆孔工序10：鉆孔工序11：锪孔工序12：鉆側(cè)面M87H底孔工序13：攻M87H螺紋工序 工序14：中間檢查工序15：熱處理滲碳、淬火、回火工序16：精磨四軸頸工序17：終檢工序18：涂油、封裝2.3.3工藝方案的比較與分析方案一屬于工序集中原則，每個工序中包括盡可能多的工步內(nèi)容，因而總的工序數(shù)目減少，夾具的數(shù)目和工件的安裝次數(shù)就減少。有利于保證各個加工面的相互位置精度要求，有利于采用高效率機床，節(jié)省裝夾

8、工件的時間，減少工件的搬動次數(shù)。方案二屬于工序分散原則，將工藝路線中的工步內(nèi)容分散在更多的工序中完成。可使每個工序使用的設(shè)備和夾具比較簡單，調(diào)整、對刀也容易，對操作個人的技術(shù)水平要求較低。十字軸屬于大批量生產(chǎn)，加工精度要求比較高，綜合考慮，采用方案一?？紤]經(jīng)濟精度，方案1端面達不到粗糙度要求，必須對端面磨削。所以方案一工序調(diào)整為：工序1：模鍛及熱處理 選用模鍛設(shè)備及熱處理設(shè)備工序2：粗銑四軸頸端面并打中心孔 選用X6025銑床及專用夾具工序3：粗車四軸頸并倒角 選用CA6140車床及專用夾具工序4：半精車四軸頸并倒角 選用CA6140車床及專用夾具工序5：精銑端面 選用X6025銑床及專用夾具

9、工序6：鉆 孔、鉆 通孔、及锪孔 選用CL6140轉(zhuǎn)塔車床及三爪卡盤工序7：打中心孔 選用Z525鉆床及專用夾具工序8：鉆側(cè)面M87H底孔 選用Z525鉆床及專用夾具工序9：攻M87H螺紋 選用Z525鉆床及專用夾具工序:10：粗磨四軸頸 選用M1412磨床及專用夾具工序11：熱處理滲碳、淬火、回火 選用滲碳爐、高頻淬火機等熱處理設(shè)備 工序12：精磨四軸頸 選用M10100無心專用夾具工序13：半精磨端面 選用M1412磨床及專用夾具工序14：終檢工序15：涂油、封裝以上工藝過程詳見“機械加工工藝過程卡片”2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定2.4.1外圓表面查參考資料1表2-15、2

10、-16、2-13確定各工序的加工余量及經(jīng)濟精度，按入體原則計算各尺寸的公差。最后確定外圓表面的加工余量如下表（表2-1）所示：工序名稱工序間余量/工序工序基本尺寸/標(biāo)注工序尺寸公差/經(jīng)濟精度表面粗糙度精磨0.125粗磨0.325+0.1=25.1半精車1.125.1+0.3=25.4粗車1.525.4+1.1=26.5毛坯26.5+1.5=282.4.2十字軸端面查參考資料3表9-19確定各工序的加工余量及經(jīng)濟精度，按入體原則計算各尺寸的公差。最后確定端面的加工余量如下表（表2-2）所示：工序名稱工序間余量/工序工序基本尺寸/標(biāo)注工序尺寸公差/經(jīng)濟精度表面粗糙度半精磨0.6108精銑1108+

11、0.6=108.6粗銑1.4108.6+1=109.6毛坯109.6+1.4=1112.4.3確定毛坯尺寸根據(jù)十字軸端面和外圓面的加工余量確定毛坯尺寸圖如下圖（圖21）所示：2.5確定切削用量及基本工時2.5.1工序3：粗車四軸頸并倒角 2.5.1.1加工條件工件材料：20CrMnTi, ,模鍛。加工要求：粗車外圓，表面粗糙度機床： CA6140臥式車床刀具：刀片材料YT15，刀桿尺寸為，2.5.1.2計算切削用量1）確定背吃刀量粗加工余量為，一次性加工，被吃刀量2）確定進給量：根據(jù)參考資料3表11-28，當(dāng)?shù)稐U尺寸為，以及工件直徑為時按CA6140車床說明書取3）計算切削速度：按2P83，切

12、削速度的計算公式為（壽命選）式中，所以4)確定機床主軸轉(zhuǎn)速：說明加工此工件對主軸轉(zhuǎn)速沒要求，通常取機床主軸轉(zhuǎn)速為，所以實際切削速度2.5.2工序8：鉆側(cè)面M87H底孔 2.5.2.1加工條件加工要求：鉆側(cè)面M87H底孔，表面粗糙度機床： Z525鉆床刀具： 攻螺紋前用莫氏錐柄階梯麻花鉆、2.5.2.2確定切削用量根據(jù)參考資料3表11-266，選切削速度 ，進給量，鉆頭螺旋角為鉆尖角為選機床主軸轉(zhuǎn)速為，所以實際切削速度2.5.2.3計算切削工時機動工時為其中，進給路程，停頓時間，快速移動時間則機動時間為輔助時間為最后，將以上各工序切削用量、工時定額的計算結(jié)果，連同其他加工數(shù)據(jù)，一并填入“機械加工

13、工藝過程卡片”和“機械加工工序卡片”中。三、專用夾具設(shè)計為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標(biāo)。正確地設(shè)計并合理的使用夾具，是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段3.1 設(shè)計主旨本夾具主要用來鉆側(cè)面M87H底孔，后面還需要攻螺紋。此孔主要用來連接油路管道，精度要求不是太高，沒有技術(shù)要求。因

14、此，在本工序加工時主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。3.2 夾具設(shè)計3.2.1定位基準(zhǔn)的選擇由零件圖可知，側(cè)面M87H底孔沒有技術(shù)要求，為使定位誤差為零，應(yīng)該選擇十字軸的兩個軸線為定位基準(zhǔn)保證該底孔位置。因此，選用標(biāo)準(zhǔn)V形塊來定位。再采用定位銷來輔助支撐。 為了裝夾零件方便，現(xiàn)決定采用螺母副夾緊工件快換裝置。 3.2.2切削力及夾緊力計算切削刀具：高速鋼莫氏錐柄階梯麻花鉆，。由實際加工的經(jīng)驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工作臺,查切削手冊表2.3，切削力計算公式為： 其中：，。，與加工材料有關(guān),取0.94；與刀具刃磨形狀有關(guān)

15、,取1.33；與刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)有關(guān),取1.0，則： 在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)一般為夾緊力3.2.3定位誤差分析3.2.3.1定位元件尺寸及公差的確定夾具的主要定位元件為兩個V形塊，這兩個V形塊的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相匹配軸的尺寸與公差相同。此外，這兩個V形塊共同保證加工孔中心的位置。3.2.3.2計算鉆套中心線與工作臺的垂直度誤差鉆套外徑與襯套孔的最大間隙為：則鉆套中心與工作臺平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。3.2.3.3計算定位V形塊與工作臺的平行度誤差。定位銷軸與夾具體孔的最大間隙為：夾具體孔的長度為，則上述間隙引起的最大平行度誤差為

16、：，即。3.3 夾具設(shè)計及操作的主要說明如前所述，在設(shè)計夾具時，應(yīng)該考慮提高勞動生產(chǎn)率。為此，設(shè)計采用了快換裝置。拆卸時，松開夾緊螺母12扣，拔下開口墊圈，實現(xiàn)工件的快換。攻螺紋時，松開壓緊螺母即可替換可換鉆套，進行攻螺紋加工。參考文獻：1、王先逵主編,機械制造工藝學(xué)(第2版),機械工業(yè)出版社,2011年.2、吳拓主編,機械制造工藝與機床夾具課程設(shè)計指導(dǎo)（第二版），機械工業(yè)出版社,2009年.3、侯德政主編，機械制造工藝課程設(shè)計指導(dǎo)書，北京理工大學(xué)出版社，2010年.4、朱耀祥、浦林祥主編,現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊,機械工業(yè)出版社,2009年.5、金屬切削機床夾具設(shè)計手冊.上海柴油機廠工藝設(shè)備研究所編,機械工業(yè)出版社，1987年.- 13 -