十字轴加工工艺及夹具设计说明书.docx
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十字轴加工工艺及夹具设计说明书
机械制造工艺学
课程设计说明书
设计：
十字轴的机械加工工
艺规程及典型夹具设计
学院：
机械制造及其自动化工程
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
机制二班
姓名：
指导教师：
2014年12月28日
完整CAD图纸、工艺过程卡联系QQ1394951471
序言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
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，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，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。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。
一、设计的要求
1.1机械制造工艺学课程设计题目及生产纲领
题目为十字轴的机械加工工艺规程及工艺装备设计。
生产纲领为中批或大批生产。
1.2设计的要求
零件图1张
毛坯图1张
机械加工工艺过程综合卡片1张
工艺装备设计1～2套
工艺装备主要零件图1张
课程设计说明书1份
1.3时间大致分配
熟悉零件，画零件图约占一天（10%）
选择加工方案，确定工艺路线和工艺尺寸，填写工艺过程综合卡约占三天（40%）
工艺装备设计（画总装图及主要零件图约占四天（40%）
编写设计说明书约占二天（10%）
二、零件的分析
2.1零件的作用
十字轴零件主要用于各种机械的多向传动连接，常与联轴器配套使用，如：
十字轴式万向器等。
由于其主要承受扭转等力矩，所以在轴颈上进行一定的热处理用以提高零件强度。
2.2零件的工艺分析
零件的材料为20GrMoTi，需要模锻，模锻性能优良，工艺较复杂，但尺寸精确，加工余量少，为此以下是十字轴需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、四处φ25外圆及四个φ8、φ6的内孔、
2、右端面Φ23×60°内孔及M8丝孔。
3、φ25外圆的同轴度为0.007，位置度为φ0.02，两端的对称度均为0.05.
由上面分析可知，可以先上四爪卡盘粗车，然后上弯板采用专用夹具压紧、找正进行加工，并且保证形位公差精度要求。
并且此零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
三、机械加工工艺设计
3.1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0.83Kg/个，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该零件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。
3.2确定毛坯种类
零件结构比较简单，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。
毛坯尺寸29×122×122；毛坯图如下：
3.3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
加工面序
基本尺寸
余量等级
余量等级
说明
上
25
H
2
双侧加工
下
25
H
2
双侧加工
左
25
H
2
双侧加工
右
25
H
2
双侧加工
四、工艺规程设计
4.1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φ25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φ25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。
4.2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，称为辅助生产。
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。
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。
4.3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
Φ25
外圆
IT8
6.3
粗车-半精车
表1-2
左右
端面
IT10
12.5
粗车
表1-1
Φ25
外圆
IT8
6.3
粗车-半精车
表1-3
上下
端面
IT10
12.5
粗车
表1-1
Φ23
孔
IT9
3.2
钻---铰
表1-5
内螺纹
M8
IT6
3.2
攻螺纹
表1-8
Φ6
孔
IT12
12.5
钻
表1-7
Φ8
孔
IT12
12.5
钻
表1-7
4.4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φ25圆面作为粗基准粗车右端面及φ25，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。
4.5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——φ25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
4.6确定工艺路线
山东英才学院
机械加工工艺过程卡片
十字轴
材料牌号
20CrMnTi
毛坯种类
模锻
毛坯外形尺寸
每件毛坯可制件数
1
工序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
01
粗车
粗车四端面，使俩相对面平行且长度为109
CA6140
三抓卡盘、车刀、游标卡尺
02
粗车
粗车左右轴使φ26.5
CA6140
三抓卡盘、车刀、游标卡尺
03
半精车
半精车左右轴使φ26.3
CA6140
三抓卡盘、车刀、游标卡尺
04
粗车
粗车上下轴使φ26.5
CA6140
三抓卡盘、车刀、游标卡尺
05
半精车
半精车上下轴使φ26.3
CA6140
三抓卡盘、车刀、游标卡尺
06
钻孔攻丝
钻铰中心孔，使孔攻螺纹M8-7H
Z3040
专用夹具、钻头铰刀、丝锥
07
镗孔
镗孔使φ23,深度6,倒角30度
Z3040
专用夹具、镗刀
08
钻孔
钻φ6、φ8孔
Z3040
专用夹具、钻头锥度铰刀
09
热处理
渗碳淬火
热处理
渗碳淬火
10
精磨
精磨四个轴到φ25、轴长108
M1432A
三抓卡盘、砂轮、游标卡尺
11
检查
检查入库
塞规、百分表、卡尺
12
加工设备和工艺设备
1机床的选择：
采用CA6140普通车床、Z535立式钻床、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。
五、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
5.1工序1铣四轴端面
1、工件材料:
20CrMnTi，σ=1018Mpa，模锻。
机床：
卧式车床CA6140
刀具：
YT15圆柱车刀，齿数Z=6，依据手册，由切削深度，以及加工类型（不经粗铣的半精铣），选用粗齿。
2、计算切削用量
根据刀具材料以及加工类型，依据《机械工艺简明手册》查表
=0.12mm，
。
采用硬质合金圆柱车刀，
=50mm，Z=6，则
，由机床说明书
取
，
于是
。
刀具每分钟进给量为
=662.4mm/min.
3、计算基本时间
本工序为相同的四个工步
4、计算其他时间
t1=6%×t=29.2s
单件时间计算
td=t+t1=486.4s+29.2s=515.6s
5.2工序2粗车四轴外圆
1、加工条件
机床：
卧式车床C6140
刀具：
YT5外圆车刀，由于σ=1018Mpa，加工材料为结构钢，选用前角25°，系统刚性足够，切削深度不大应选用较小主偏角，依据手册主偏角范围10°～15°，由于取较小主偏角可以提高刀具寿命，因此选择10°，根据前角大小，以及加工类型（粗车），查的相应的α=8°，刀杆尺寸为
。
2、计算切削用量
根据加工尺寸确定背吃刀量为
工件直径靠近20mm，刀具材料为硬质合金，背吃刀量0.6mm，有工艺手册查表得
，
通过查表法确定切削速速，根据纵车外圆的切削速度表，并根据以上得出的切削标准，选出对应的切削速度为
，
，由机床说明书取转速为
=
相应的转速为
3、计算基本时间
本工序为四个相同工步
4、计算其他时间
t1=6%×t=0.8s
5、单件时间计算
td=t+t1=13.32s+0.8s=14.12s
5.3工序3半精车四轴外圆
1、加工条件
机床：
卧式车床CA6140
刀具：
YT15外圆车刀，由于σ=1018Mpa，加工材料为结构钢，查表得前角范围12°～15°，由于工件硬度低，前角需大一点，因此选用前角
=15°，
，
，刀杆尺寸为
，刀尖半径取
。
2、计算切削用量
根据切削尺寸及加工要求
。
按表面粗糙度选取切削用量：
根据刀具的相关参数，并选择有利于下步磨削最终达到最终的加工要求的表面粗糙度，查的进给量为
。
用查表法确定切削速度，依据表加工工艺手册表14-13（硬质合金外圆纵车削的切削速度）
。
，根据机床说明书，取
，计算切削速度
3、计算基本时间
本工序为四个相同工步
基本时间
4、计算其他时间
t1=6%×t=0.5s
6、单件时间计算
td=t+t1=9s+0.5s=9.5s
5.4工序4钻孔，攻螺纹，锪锥面
1、加工条件
机床：
立式钻床Z518。
刀具：
Φ6mm中心钻；M8丝锥；60°锪钻。
确定切削用量
钻孔
由材料σ=1018Mpa<0.748Gpa，查表取
。
依据钻直径以及进给量查表确定
，
计算转速
，车床为无极转速因此转速不需修正。
攻螺纹
查表取
，
切削速度计算公式：
查表确定各系数：
，
3、计算基本时间
加工各步的走刀长度、进给量、转速分别为
4、计算其他时间
t1=6%×t=0.43s
5、单件时间计算
td=t+t1=7.11s+0.43s=7.54s
5.5工序5钻四轴向轴中心孔，锪锥面
为了尽量保证Φ6mm和Φ8mm同轴，采用一次装卡，连续加工的方法，这也有利于节约工时，提高生产效率，减小工人劳动强度。
先加工Φ8mm的孔，后加工Φ6mm的孔，这样可以减小加工Φ6mm孔的走刀距离和加工时受的阻力，从而减小加工误差。
由于这些孔的加工精度较低，因此只进行粗加工就可以满足要求，以下就对切削用量作具体的阐述。
1、加工条件
工件材料:
20CrMnTi，σ=1018Mpa，模锻。
机床：
卧式钻床
刀具：
中心钻Φ8mm,
；20.Φ6mm，
。
2、计算切削用量
根据刀具材料以及加工类型，依据σ=1018Mpa<0.748Gpa,
，由《机械工艺简明手册》查表得加工Φ8mm孔的进给量以及切削速度分别为
，
，计算得
，查表的机床恰有此转速。
加工Φ6mm孔的进给量以及切削速度分别为
，转速计算结果与Φ8mm为了简化加工过程采用与加工Φ8mm孔一样的转速。
3、计算基本时间
加工各轴两孔的走刀长度、进给量、转速分别为
4、计算其他时间
t1=6%×t=5.8s
5、单件时间计算
td=t+t1=97.2s+5.8s=103s
5.6工序6渗碳淬火
渗碳深度严格控制为1.7～2.2，淬火硬度为HRC58～60
5.7工序7精磨四轴外圆、端面
1、加工条件
机床：
外圆磨床
。
磨轮：
由表14-22（磨轮的选择）确定砂轮材料为白刚玉，粒度为46，粘结剂为陶瓷的平型砂轮，砂轮直径d=250mm,厚度h=6mm。
2、确定切削用量
由加工要求
。
由于加工类型是直接精磨，且粗糙度为
3、计算基本时间
t=70s×4+62s×4=528s
4、计算其他时间
t1=6%×t=31.6s
5、单件时间计算
td=t+t1=528s+31.6s=559.6s
六、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，并设计工序7——钻φ6通孔的夹具。
本夹具将用于Z535立式钻床，刀具为高速钢麻花钻。
6.1夹具选择
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。
6.1.1问题的提出
本夹具主要用来钻φ6孔，该孔为通孔，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。
6.1.2定位基准的选择
以纸面为xoz轴，建立左手坐标系；
分析加工该工件需要的自由度：
孔的直径Φ6：
由刀具确定；
孔的位置：
需要限制沿X轴的平动，沿Y轴的平动两个第一类自由度；
孔与端部的垂直度：
需要限制绕X的转动，绕Y轴的转动两个第一类自由度；
总共要限制：
沿X轴的平动，沿Y轴的平动，绕X的转动，绕Y轴的转动四个第一类自由度；
因此，可让工件的下端面为定位基面，Φ8孔为另一定位基准，对工件进行定位加紧。
6.2定位加紧方案
定位方案
在下端面放置支承平面，可以限制沿Z轴的平动，绕X的转动，绕Y轴的转动三个自由度；
在底部Φ8孔中加一短定位销，可以限制沿X轴的平动，沿Y轴的平动；
这样，总共限制了：
沿X轴的平动，沿Y轴的平动，沿Z轴的平动，绕X的转动，绕Y轴的转动五个自由度；
夹紧方案
通过两个U型叉插在水平的两个轴颈上，通过螺栓给工件一个向下的加紧力。
同时，两个U型叉插的连续使用，也使工件在绕Z轴的转动上受到限制。
6.3夹具元件的设计计算
6.3.1夹紧力作用点
如图，由于加工的切削力向下，而支承平面会给工件一个向上的力，为了使工件受力平衡，在工件的轴颈上，对称的加上两个作用力。
6.3.2夹紧力的方向
由于工件与支承平面的接触仅靠重力维持，将导致工件在放置和加工的时候受力不稳，因此，在工件的轴颈上，对称的加上两个向下的作用力，可使工件在Z方向上加紧。
同时，两个对称的U型叉，又使工件在绕Z轴的转动上受到了一定的限制。
6.3.3夹紧方案
如图，为工件的夹紧方案，两个U型叉分别给轴颈两个向下的力，与支承平面给工件的向上的力相平衡，起到了夹紧的作用。
同时，如果刀具给工件绕Z轴的转矩时，U型叉也能限制工件旋转。
6.4夹具装配图的绘制
七、体会与展望
通过这次课程设计我学会了更多专业知识，培养了实际操作和创新的能力。
在过去的课程中，我们只是学习了一些重要的理论知识，而没有切合实际的练习与测试。
在这次课程设计中我遇到了许多难题和问题，通过指导老师的耐心讲解和指导，我又重新学习了以往遗漏和没有完全掌握的知识。
六点定位原理，看似很简单的几行字，但是如果结合实际的工件就要认真的分析，如何完全限制它的六个自由度不要产生过定位和欠定位的情况。
而夹紧装置的选择就要我们平时多留心和积累，掌握更多的典型夹紧装置，以便于在设计中灵活的运用。
这次课程设计也是在为我们将来的课程设计打基础，为我们以后的工作积累更多的经验。
在今后的学习中，我会更加努力，不仅努力学好专业知识而且要积累更多的设计经验。
八、参考文献
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