十字軸零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及典型夾具設(shè)計(jì)

機(jī)械制造工藝學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書設(shè)計(jì)題目：“十字軸”零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及典型夾具設(shè)計(jì)（年度生產(chǎn)綱領(lǐng)為8000件）學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) xxxxxxxxxx 設(shè) 計(jì) xxxxx 學(xué) 號(hào) xxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師 xxxxxxxxx 20 年 月 日機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目： “十字軸”零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝配設(shè)計(jì) 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(jī)械加工工藝過程綜合卡片 1張4.工藝裝備設(shè)計(jì) 12套5.工藝裝備主要零件圖 1張6.課程設(shè)計(jì)說明書 1份目錄摘要3一、零件的分析41.1零件的作用41.2零件的工藝分析4二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)8三、專用夾具設(shè)計(jì)103.1 設(shè)計(jì)主旨103.1 夾具設(shè)計(jì)103.1 夾具設(shè)計(jì)及操作的主要說明11參考文獻(xiàn)11 摘要這次設(shè)計(jì)的是十字軸機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計(jì)，包括零件圖、裝配圖各一張，機(jī)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(jī)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(jī)械加工余量。最后擬定工藝路線圖，制定該工件的夾緊方案，畫出夾具裝配圖。就我個(gè)人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計(jì)，了解并認(rèn)識(shí)一般機(jī)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(shí)，理論聯(lián)系實(shí)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(gè)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(dòng)軸承與兩個(gè)叉形頭連接起到換向和傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)的作用。按虎克鉸鏈原理工作，傳遞轉(zhuǎn)矩可達(dá)。十字軸的四個(gè)軸頸安裝滾動(dòng)軸承，中間孔為油路通道，便于潤滑滾動(dòng)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(jì)十字軸萬向節(jié)時(shí)，應(yīng)保證十字軸軸頸有足夠的抗彎強(qiáng)度。1.2零件的工藝分析附圖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(gè)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。孔：孔徑,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(jì)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(xì)小、純凈度高、表面質(zhì)量良好、熱頂鍛性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。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(jiān)韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，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(dá)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(duì)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(jì)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)的選用原則互為基準(zhǔn)結(jié)合本零件的具體情況選用三個(gè)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(gè)自由度，再用一對(duì)彎板壓緊毛坯用以消除、兩個(gè)自由度，達(dá)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(gè)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(gè)加工面的相互位置精度要求，有利于采用高效率機(jī)床，節(jié)省裝夾工件的時(shí)間，減少工件的搬動(dòng)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?？墒姑總€(gè)工序使用的設(shè)備和夾具比較簡單，調(diào)整、對(duì)刀也容易，對(duì)操作個(gè)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。考慮經(jīng)濟(jì)精度，方案1端面達(dá)不到粗糙度要求，必須對(duì)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(jī)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(jī)械加工工藝過程卡片”2.4機(jī)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、2-16、2-13確定各工序的加工余量及經(jīng)濟(jì)精度，按入體原則計(jì)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(jì)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(jì)精度，按入體原則計(jì)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(jì)精度表面粗糙度半精磨0.6108精銑1108+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(shí)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(jī)床： CA6140臥式車床刀具：刀片材料YT15，刀桿尺寸為，2.5.1.2計(jì)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(jìn)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(shí)按CA6140車床說明書取3）計(jì)算切削速度：按2P83，切削速度的計(jì)算公式為（壽命選）式中，所以4)確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：說明加工此工件對(duì)主軸轉(zhuǎn)速?zèng)]要求，通常取機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為，所以實(shí)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(jī)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(jìn)給量，鉆頭螺旋角為鉆尖角為選機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為，所以實(shí)際切削速度2.5.2.3計(jì)算切削工時(shí)機(jī)動(dòng)工時(shí)為其中，進(jìn)給路程，停頓時(shí)間，快速移動(dòng)時(shí)間則機(jī)動(dòng)時(shí)間為輔助時(shí)間為最后，將以上各工序切削用量、工時(shí)定額的計(jì)算結(jié)果，連同其他加工數(shù)據(jù)，一并填入“機(jī)械加工工藝過程卡片”和“機(jī)械加工工序卡片”中。三、專用夾具設(shè)計(jì)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)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(yùn)用于機(jī)械加工，檢測(cè)和裝配等整個(gè)工藝過程中。在現(xiàn)代化的機(jī)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(jì)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(shí)也擴(kuò)大各種機(jī)床使用范圍必不可少重要手段3.1 設(shè)計(jì)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。因此，在本工序加工時(shí)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)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(jì)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(gè)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(jì)算切削刀具：高速鋼莫氏錐柄階梯麻花鉆，。由實(shí)際加工的經(jīng)驗(yàn)可知,鉆削時(shí)的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工作臺(tái),查切削手冊(cè)表2.3，切削力計(jì)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),取1.33；與刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)有關(guān),取1.0，則： 在計(jì)算切削力時(shí)，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(gè)V形塊，這兩個(gè)V形塊的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時(shí)與其相匹配軸的尺寸與公差相同。此外，這兩個(gè)V形塊共同保證加工孔中心的位置。3.2.3.2計(jì)算鉆套中心線與工作臺(tái)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(tái)平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。3.2.3.3計(jì)算定位V形塊與工作臺(tái)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：，即。3.3 夾具設(shè)計(jì)及操作的主要說明如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，設(shè)計(jì)采用了快換裝置。拆卸時(shí)，松開夾緊螺母12扣，拔下開口墊圈，實(shí)現(xiàn)工件的快換。攻螺紋時(shí)，松開壓緊螺母即可替換可換鉆套，進(jìn)行攻螺紋加工。參考文獻(xiàn)：1、王先逵主編,機(jī)械制造工藝學(xué)(第2版),機(jī)械工業(yè)出版社,2011年.2、吳拓主編,機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)（第二版），機(jī)械工業(yè)出版社,2009年.3、侯德政主編，機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)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(jì)手冊(cè),機(jī)械工業(yè)出版社,2009年.5、金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè).上海柴油機(jī)廠工藝設(shè)備研究所編,機(jī)械工業(yè)出版社，1987年.- 13 -