十字轴机械制造工艺学课程设计说明书.docx
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十字轴机械制造工艺学课程设计说明书
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
班级本科二班
设计
指导教师赵文波吕怡方
2011年12月8日
（一）零件分析……………………………………1
1.零件作用……………………………1
2.零件工艺分析……………………………1
（二）工艺规程设计……………………………………2
1.确定毛坯的制造形式…………………………2
2.基准的选择………………………………3
3.制定工艺路线…………………………………3
4．机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸和工序时间的确定………………………………………………4
（三）夹具设计………………………………………5
1．夹具设计初步分析……………………………5
2．定位误差分析………………………………6
3.确定夹具结构方案…………………………6
4.夹具设计及操作的简要说明…………………7
5.夹具视图………………………………7
（四）参考文献………………………………8
一零件分析
1零件作用
十字轴是万向节典型结构的关键零件，起传递动力的作用，承受较大载荷，故毛坯采用强度和韧性都较好的20GrMnTi。
2零件工艺分析
以毛坯四个轴颈为粗基准的加工表面
以四个轴颈为基准的加工轴向中心孔和铣轴端面的安排，这是因为四个轴颈是重要加工表面，这样做可保证它们的加工余量均匀，并防止加工余量不够而导致废品产生，同时这也符合便于装卡的原则。
为了避免多次装卡，引起误差以及造成工时的损耗，故采用一次装卡同时加工Ø8和Ø6，为了减小钻孔走刀长度，先加工Ø8的孔钻中心孔注意尽量保证处于同一轴线的中心孔有较好的同轴度，这样便于四轴颈加工，而且夹紧力不宜过大，防止产生变形。
以轴向中心孔为精基准的加工表面
这一组加工表面包括：
轴颈，径向中心孔（钻孔，攻丝，），
轴颈是最重要的加工表面，由于十字轴的刚性较差，毛坯的圆柱度误差很容易反映到工件上来，造成工件的圆柱度误差，四轴的圆柱度误差允许值为0.007，要求较高，故轴颈安排了粗车，半精车，磨削，这样毛坯误差复映到工件的误差就明显减小，从而保证了零件的加工精度。
此外，为了减小磨削力引起的变形，选用切削性能较好的白刚玉粒度号为46的较软砂轮。
以轴颈为精加工基准的加工表面
磨四周端面，四个轴端面的对称度要求比较高故最终安排一道轴颈为精基准的磨削加工。
二工艺规程设计
（一）、确定毛坯的制造形式
零件材料为20GrMnTi，考虑到零件在工作过程中承受经常性的交变载荷，因此选用锻件，从而使金属纤维尽量不被切断，保证零件可靠工作。
此外考虑到生产性质为大批大量，所以采用效率和精度等级都比较高的模锻成型加工工艺。
（二）、基面的选择
基面选择在工艺规程设计中占有很重要的位置，关系到能否保证加工质量和生产效率。
基面选择合理可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高;否则，最直接的后果是无法保证加工质量，造成零件大批报废，浪费原材料和劳动力以及能源，降低生产效率。
（一）粗基准的选择
考虑到端面对两对轴线的位置度要求，而且四个轴颈外圆是重要加工表面，这样做可保证重要加工表面的加工余量均匀，并防止加工余量不够而导致废品产生，同时选择外圆面作为粗基准定位比较稳定，符合便于装卡的原则，所以选择毛坯外圆为粗基准铣轴端面比较合理。
（二）.精基准的选择
以中心孔作为加工外圆的精基准，以外圆作为加工四轴端面的精基准。
（三）制定工艺路线
1
下料
热轧20CrMnTi
2
车
粗车四轴端面,钻四轴轴向中心孔
3
车
粗车四轴外圆
4
车
半精车四轴外圆
5
钻
在四轴径上钻φ8的孔，在四轴径上钻φ6的孔
6
钻
钻φ7.889的螺纹孔
7
锪
锪四轴径锥面和φ23*60°内孔
8
热处理
渗碳淬火回火处理
9
磨
精磨四轴外圆
10
去毛刺
去各部分锐边毛刺
11
终检
终检
（四）机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸和工序时间的确定
1、四轴外圆加工余量
直径考虑其加工长度为30mm，零件直径为Φ25mm，与其联系的非加工表面的尺寸为Φ28mm，由于是大批生产并且采用模锻件作为毛坯，为了降低毛坯加工难度，简化工艺路线，现直接取外圆的毛皮尺寸为Φ28mm，外圆的表面粗糙度及圆柱度要求很高，2Z=3mm的加工余量可以满足要求，但为了增加零件加工的可靠性，现取模锻件四轴外圆部分为精密级，锻件质量约为1.5KG，复杂系数s=
属于S2级，一般复杂等级，材质系数为M1，查表（《机械制造工艺简明手册》）得尺寸公差和偏差为
mm，因此毛坯的尺寸为
mm，实际加工余量为2Z=
。
2、四轴端面
四周端面的相对面间的零件尺寸为
mm，粗糙度为1.25，相对于中心轴的对称度为0.05，因此选加工余量Z=3mm可以满足加工要求,零件复杂度为S2，材质系数为M1，因此毛坯尺寸的公差和上下偏差为
mm，因此加工余量为
，毛坯尺寸为
。
3.两侧面
加工余量为0mm，毛坯尺寸为
mm。
钻孔余量，攻螺纹余量，锪锥面余量，四轴中心孔
非重要表面，既无尺寸偏差，又无位置度要求，加工余量Φ8mm孔为4mm,Φ6mm孔为3mm
4.1钻铰φ8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φ8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
Φ8丝孔
钻
IT12
Φ7.8
12.5
4.8
0.15
铰
IT8
Φ8
3.2
0.2
0.015
主轴转速的确定
4.1.1.钻Φ8丝孔，以φ25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：
CA6140
4.2.2钻孔工步
⑴背刀吃量аp的选择
粗加工时根据加工余量和工艺系统刚度确定аp=7.8mm。
⑵进给量的确定由表5-22，选取该工步得进量f=0.1mm/r。
⑶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=n
d/1000=20.5m/min。
时间定额的计算：
工序6：
钻Φ8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/rx1360r/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=0.2×10.8=2.2s
铰孔辅助时间tf=0.2×20=4s
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
夹具设计
夹具设计初步分析
精度与批量分析：
本夹具主要用来钻φ8孔，没有技术要求，在本工序加工时还应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。
（一）定位基准的选择，由图可知4*φ8,没有技术要求，为使定位误差为零，应该选择轴线为定位基准保证该角度。
为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，
2、切削力及夹紧力计算
刀具：
硬质合金麻花钻，d=8mm。
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：
，
，
，，d=8mm。
，
，
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：
F=1505.88N
定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差的确定。
夹具的主要定位元件为六个定位销，这六个定位销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，这六定位销共同保证加工孔，
（2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。
钻套外径36与衬套孔25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）计算定位销轴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14mm，则上述间隙引起的最大平行度误差为：
0.034/14，即0.24/100。
确定夹具结构方案
1确定定位方案，选择定位元件工件以外圆表面定位，采用支撑定位方式，定位元件为2个V型块。
如下图一
2确定导向装置本工序精度要求不高一次装夹完成，故采用快换钻套。
3确定加紧结构采用旋转铰链压板压紧装置。
如下图二
图
（一）
图
（二）
夹具设计及操作的简要说明
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1~2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。
夹具视图
参考文献
1王先逵机械制造工艺学第二版机械工业出版社
2贾文零件加工工艺与工装设计北京理工大学出版社
3韩荣第金属切削原理与刀具哈尔滨工业大学出版社
4王栋机械制造工艺学课程设计指导书机械工业出版社
5赵家奇机械制造工艺学课程设计指导书（2版）机械工业出版社
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