十字轴零件机械加工工艺规程及钻孔工序专用夹具设计.docx
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十字轴零件机械加工工艺规程及钻孔工序专用夹具设计
------------大学
机械制造技术基础
课程设计
题目：
十字轴零件机械加工工艺规程及
钻孔工序专用夹具设计
班 级：
姓 名：
学号：
指导教师：
完成日期：
2013.1.21
任务书
一、设计题目:
十字轴零件机械加工工艺规程及
钻孔工序专用夹具设计
二、原始资料
（1）被加工零件的零件图1张
（2）生产类型:
大批大量生产
三、上交材料
1．所加工的零件图1张
2．毛坯图1张
3．编制机械加工工艺过程卡片1套
4．编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片1套
5．绘制夹具装配图（A0或A1）1张
6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。
装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。
1张
7．课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。
（约5000-8000字）1份
四、进度安排
本课程设计要求在3周内完成。
1．第l～2天查资料，绘制零件图。
2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。
3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。
4．第11～13天，完成夹具装配图的绘制。
5．第14～15天，零件图的绘制。
6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。
7．第19天～21天，完成图纸和说明书的输出打印。
答辩
五、指导教师评语
该生设计的过程中表现，设计内容反映的基本概念及计算，设计方案，图纸表达，说明书撰写，答辩表现。
综合评定成绩：
指导教师
日 期
摘 要
通过对十字轴零件进行分析，在满足加工技术要求的前提下，确定了十字轴的制造形式。
参阅有关技术手册，制定了机械加工工艺路线，确定了各工序尺寸和加工余量。
通过计算确定了切削余量和基本工时，并制定了机械加工工艺过程卡片。
为了给生产的计划、调度、工人的操作提供依据，提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，根据加工需要设计了一套工装夹具。
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、毛坯图、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械加工余量。
最后拟定拨差的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。
关键词：
十字轴；加工工艺制定;夹具分析
Abstract
Throughtheanalysisofthecrossshaftparts,inordertomeettheprocessingrequirements,determinetheformofcrossshaft.Refertothetechnicalmanual,establishesthemachiningprocesses,eachprocesstodeterminethesizeandthemachiningallowance.Cuttingmarginandthebasicworkinghoursweredeterminedthroughcalculation,andestablishesthemachiningprocesscard.Inordertoprovidebasisforproductionplanning,scheduling,theoperationoftheworkers,improvelaborproductivity,guaranteedtheprocessingquality,reducelaborintensity,accordingtoprocessingneedsasetofengineeringdesignfixture.
Thisdesignisthecrossshaftmachiningprocessplanningandprocessequipmentdesign,includingthepartsdrawing,blankdrawing,assemblydrawingofa,machiningprocesswiththecardandprocesscard.Firstofallwemustfamiliarwiththepartsandunderstanditsrole,itislocatedinthelathespeedinstitutions,mainlyfromtheshifteffect.Then,accordingtothenatureofpartsandcomponentsinthefaceofthemapontheroughnessofroughdeterminethesizeandmechanicalJiagongyuliang.Finalizingtheshiftingforkoftheroadmap,theenactmentoftheworkpiececlampingprogramme,todrawfixtureassembly.
Keywords：
crossspider;processplanning;jiganaly
1、序言
机械制造技术课程设计是在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教。
2、零件的分析
2.1零件的作用
题目所给定的零件是十字轴零件又称十字节，即万向接头，英文名称universaljoint，如图2-1。
2-1十字轴零件图
它是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的“关节”部件。
常与联轴器配套使用，是万向联轴器的重要零件，精度要求高，加工难度大，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
从零件图上可知，它共有三组加工面，每组内都有一定的加工精度要求。
县分述如下：
2.2.1以φ25mm为加工表面
这一组包括：
φ25mm外圆加工、30mm短轴端面。
其中外圆表面精度Ra0.63，精度等级IT7，可通过粗车、半精车、磨削得到，轴颈端面由于不是配合处，其表面精度Ra1.25，精度等级IT9可以通过粗车、半精车得到。
2.2.2十字轴内部钻孔
这一组包括：
细通孔φ6mm，深25mm孔φ8mm。
两孔要求孔隙小于φ0.02mm
2.2.3其他加工
（1）攻螺纹孔M8-7H于毛坯中心。
（2）在螺纹孔上锪直径φ23mm、深4mm、角度60°的孔。
3、工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
由于零件主要承受压力，故选用材料20CrMnTi，为低碳合金结构钢，是一种完全满足十字轴的力学性能，价格经济的常见材料，材料选择是恰当的。
根据大批量生产要求，采用手工母模砂型浇铸，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。
铸件尺寸公差等级CT10、机械加工余量等级RMA-G。
3.2基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面的选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。
否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。
3.2.1粗基准的选择
粗基准的选择将影响的加工面和不加工面的相互位置，或影响到加工余量的分配，并且第一道加工工序首先要遇到基准选择问题，因此正确选择粗基准对保证产品质量将有重要影响。
在选择粗基准时，一般应遵循下列原则：
（1）保证相互位置要求的原则
如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。
（2）保证加工表面加工余量合理分配的原则
如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。
（3）便于工件装夹的原则
选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠及夹具结构简单、操作方便等的问题。
为保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。
（4）粗基准一般不得重复使用的原则
如果能使用精基准定位，则粗基准一般不应被重复使用。
这是因为若毛坯的定位面很粗糙，在两次装夹中重复使用同一基准，就会造成相当大的定位误差。
上述选择粗基准的四条原则，每一原则都只能说明一个方面的问题。
在实际应用中有时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要根据具体情况抓住主要矛盾，解决主要问题。
根据以上原则，在设计中，即十字轴设计的过程中，选择了加工表面以φ25
mm轴线为粗基准，加工时应考虑到保证一定的同轴度。
并且轴颈方便夹装，又能使加工表面的加工余量合理分配，并且可保证加工的位置精度
3.2.2精基准的选择
选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证技术设计要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。
为此，一般应遵循以下五条原则：
（1）基准重合原则
应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。
这称之为基准重合原则。
（2）统一基准原则
当工件以某一精基准定位，可以比较方便的加工大多数其他表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其他表面。
这称之为统一基准原则。
（3）互为基准原则
某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。
这称之为互为基准原则。
（4）自为基准原则
旨在减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。
（5）便于装夹原则
所选择的精基准，应保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便，这称为便于装夹原则。
根据以上原则，在设计中，即十字轴设计的过程中，①外圆表面经过粗车后的表面作为精基准，半精加工φ25
mm外圆，达到规定的表面质量和公差要求。
②外圆表面经过半精车后的表面作为精基准，加工轴颈上的孔，达到位置度要求。
③外圆表面经过半精车后的表面和端面作为精基准，加工十字轴中心凹台和螺孔，达到位置度要求。
3.3工艺路线的拟定
3.3.1确定各表面的加工方法
根据各表面的加工精度和表面粗糙度的要求，对于十字轴的各表面，选定如下加工方法：
（1）四个φ25
mm的轴颈外圆加工方法为粗车—半精车—磨削，端面的加工方法为粗车—半精车；
（2）φ8和φ6由于没有表面粗糙度要求，故由直接钻孔所得即可；再由锪钻加工60°斜角；
（3）φ23角度为60°的凹台采用铣削加工；
（4）φ8的螺纹孔，可先由φ7的麻花钻钻孔，再有φ8的丝攻攻丝所得。
3.3.2工艺顺序的安排原则
（1）先加工基准面，再加工其它表面
这条原则有两个含义：
1）工艺路线开始安排的加工面应该是选择定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其它表面。
2）为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。
（2）一般情况下，先加工平面，后加工孔
这条原则的含义是：
1）当零件上有较大的平面可作定位基准时，可先加工出来作定位面，以面定位加工孔。
这样保证定位稳定、准确，装夹工件往往也比较方便。
2）在毛坯面上钻孔，容易使钻头引偏，若该平面需要加工，则应在钻孔之前先加工平面。
（3）先加工主要表面，后加工次要表面
这里所说的主要表面系指：
设计基准面，主要工作面。
而次要表面系指键槽、螺孔等其他表面。
次要表面与主要表面之间往往有相互位置要求。
因此，一般要在主要表面达到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面。
要注意的是“后加工”的含义并不一定是整个工艺过程的最后。
（4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序
对于精度和表面质量要求较高的零件，其粗加工应该分开
3.3.3制定工艺路线
制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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。
1、工艺路线一方案如下：
工序1粗车四轴端面
工序2半精车四轴端面
工序3钻四轴径向中心孔，攻螺纹，锪锥面
工序4钻端面中心孔，锪锥面
工序5粗车四轴外圆
工序6半精车四轴外圆
工序7精车四轴外圆
工序8渗碳淬火处理
工序9磨四轴外圆
工序10最终检查
2、工艺路线二方案如下：
工序1、粗车各外圆、端面；
工序2、半精车各外圆、端面，倒角；
工序3、磨削轴颈（粗磨）
工序4、各向钻孔φ6mm至深55mm，孔隙φ0.02mm；
工序5、各向钻孔φ8mm至深25mm；
工序6、各向在φ8mm孔上锪60°小斜面；
工序7、铣削加工φ23mm、深4mm、角度60°凹台；
工序8、钻螺纹孔φ7mm，攻螺纹M8-7H；
工序9、除去轮廓毛刺；
工序10、在四个轴颈渗碳0.8～1.3，四个轴颈淬火硬度58～63HRC；
工序11、磨削轴颈（精磨）；
工序12、检查；
工序13、油封入库。
3、最终工序
方案一车外圆和车端面不在同一工序，反复装夹，增加了工人的劳动量，不利于提高效率，缩减成本；此外端面的中心孔以及螺纹孔为非工作表面，因此安排在粗加工之后，热处理之前加工进行，这样可以提高重要加工表面的加工精度，减小不重要表面对它们的影响；方案一还有一个不足就是，四轴外圆也属于重要加工表面，热处理以后，它的尺寸和形状都要发生改变从而影响精度，方案二中去掉了方案一中的精加工四轴外圆，而是在热处理之后加了一道磨削外圆的工序，这样就可以很好地保证四轴外圆的加工精度，减小废品率，提高生产效率，根据上述原因，选择方案二作为最终十字轴加工工艺路线。
表3-1加工工艺路线
工
序
号
工名
序称
工序内容
车
间
工
段
设备
工艺装备
1
车
粗车各轴外圆至φ27mm、车端面尺寸至108.6mm
金
CA6140
09号90°偏头车刀，三爪卡盘,游标卡尺
2
车
粗车各轴外圆至φ25.36mm、车端面尺寸至108mm
金
CA6140
09号90°偏头车刀、02号45°成形车刀，三爪卡盘,游标卡尺
3
磨
粗磨削轴颈φ25.21mm
金
磨床
砂轮，三爪卡盘,游标卡尺
4
钻
各向钻孔φ6mm至深55mm，孔隙φ0.02mm；
金
钻床Z525
高速钢直柄麻花钻Φ6，专用夹具，游标卡尺
5
钻
各向钻孔φ8mm至深25mm；
金
钻床Z525
高速钢直柄麻花钻Φ6，专用夹具，游标卡尺
6
锪
各向在φ8mm孔上锪60°小斜面；
金
钻床Z525
60°直柄锥面锪钻，专用夹具，游标卡尺
7
铣
铣削加工φ23mm、深4mm、角度60°凹台
金
铣床
直柄立铣刀，专用夹具，游标卡尺
8
钻
钻螺纹孔φ7mm，攻螺纹M8-7H；
金
钻床Z525
高速钢直柄麻花钻Φ7，高速钢机动丝锥，专用夹具，游标卡尺
9
去毛刺
除去轮廓毛刺；
金
10
淬火
在四个轴颈渗碳0.8～1.3，四个轴颈淬火硬度58～63HRC；
11
磨
精磨削轴颈φ25mm
金
磨床
砂轮，三爪卡盘,游标卡尺
12
检验
检查
13
入库
油封入库
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
合理确定加工余量，对确保加工质量。
提高生产率和降低成本都有重要的意义。
余量确定的过小，不能完全切除上工序留在加工表面上的缺陷层和各种误差，也不能补偿本工序加工时工件的装夹误差；余量确定过大，不仅增加了机械加工量，降低了生产率，而且浪费原材料和能源，增加刀具等工具的消耗，使加工成本升高。
所以在机械加工过程中要确定合理的加工余量。
“十字轴”零件材料为20CrMnTi，硬度≤217HB，生产类型为大批量生产，可采用手工母模砂型浇铸。
由于零件有渗碳淬火工序，要考虑热处理所引起的变形问题，为热处理后的磨削工序留有余量。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
3.4.1四轴外圆表面加工余量（φ25
mm）
轴颈的精度等级为IT7，表面粗糙度
为6.3
，根据精度等级和表面粗糙度确定外圆表面的加工方案，由粗车—半精车—磨削可得到，直径考虑其加工长度为108mm，零件直径为Φ25mm，查表得：
表4-1外圆加工余量计算表单位mm
工序
粗车余量
半精车余量
粗磨余量
精磨余量
总余量
余量尺寸
6
1.64
0.15
0.21
8
所以毛坯的直径为33mm
3.4.2四轴端面（108
mm）
轴颈的精度等级为IT9，表面粗糙度
为12.5
，根据精度等级和表面粗糙度确定外圆表面的加工方案，由粗车—半精车可得到，直径考虑其加工长度为108mm，零件直径为Φ25mm，查表得：
表4-1轴端面加工余量计算表单位mm
工序
粗车余量
半精车余量
总余量
余量尺寸
0.7*2
0.3*2
1*2
所以毛坯的长度为110mm
3.4.3十字轴中部两侧面
中间实体长48mm，厚28mm,四角均为半径为12mm的圆弧，由铸造直接得到。
十字轴毛坯图
3.5工序7相关参数计算（钻孔、攻螺纹）
3.5.1被吃刀量的选择
（1）钻螺纹底孔麻花钻的被持刀量等于钻头的半径，则：
（2）攻螺纹由表2-31查得，M8的螺纹在加工前底孔直径应为7mm因此攻螺纹的被吃刀量
。
3.5.2进给量的选择
（1）钻螺纹底孔由表5-21查得在碳钢上钻φ7的孔，进给量
（2）攻螺纹由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此
3.5.3切削速度的选择
（1）钻螺纹底孔由表5-21查得在碳钢上钻φ7的孔，切削速度为v=20m/min，则所得主轴转速为：
，又由立式钻床主轴转速表4-9，取主轴转速
带入公式，求出该工序的实际切削速度
（2）攻螺纹由表5-37查得攻螺纹的切削速度为v=3~8m/min，故本序取值v=3m/min，则所得主轴转速为：
，又由立式钻床主轴转速表4-9，取主轴转速
带入公式，求出该工序的实际切削速度
3.5.4切削深度的选择
（1）钻螺纹底孔根据零件图纸，钻孔深度为15mm
（2）攻螺纹由于螺纹一般来说留5mm不攻丝，则攻螺纹深度为10mm
4、专用夹具设计
4.1设计主旨
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。
通过对零件结构与工艺过程的分析，决定设计第7道工序---钻螺纹孔φ7mm，攻螺纹M8-7H的钻床夹具体。
由于本道工序对于孔没有精度要求，所以设计本夹具时主要考虑：
在本道工序加工时，如何提高生产率，减低劳动强度，而精度则不是主要问题。
4.2夹具设计
专用夹具装配图
4.2.1确定定位原件
根据定位简图规定的定位基准，选用V型块定位方案，如装配图所示,下部V型块与上部V型块配合限制四个自由度
、
、
、
右侧挡销与定位端面配合限制一个自由度
后侧支撑块与十字轴圆周面接触限制一个自由度
，实现工件的正确定位。
4.2.2确定导向装置
本工序要求对被加工孔依次进行钻底孔，攻螺纹2个工步的加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向原件。
这样可以提高生产率，降低劳动强度。
4.2.3确定加紧机构
针对成批生产的工艺特性，此夹具选用如图所示夹具，当图中手柄下压时，带动上部V型块加紧机构向上运动，此时可以进行十字轴的放置和取下。
当手柄上扬时，由于弹簧和重力的双重作用，上部V型块加紧机构向下运动，实现十字轴的加紧。
5、设计小结
本次课程设计是对这学期所学《机械设计制造基础》课程和生产综合实习的检测和应用，将课本上所学的和实习中看到的结合起来，在此基础上，发挥自己的创造力，进行实际设计工艺过程和夹具。
课程设计作为《机械制造技术基础》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了三个阶段：
第一阶段是零件分析，第二阶段是机械加工工艺规程设计，第三阶段是专用夹具设计。
第一阶段我们运用了几何尺寸，公差配合等知识；第二阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
在本次设计过程中，我们阅读了一些技术资料及设计手册，认真探讨了机械领域内的各种基本问题。
因此，本次设计不仅加强了对自己所学专业课程的理解和认识，而且也对自己的知识面进行了拓宽。
此外，本次设计在绘图的过程中，使用了AutoCAD绘图软件和caxa电子图版，这些都不同程度地使我们学到了更多的知识，进一步提高了我们绘图识图的能力。
但知识所学有限，实际经验更加不足，因此我的设计还存在着很多的不足之处。
如：
各部分时间分配不是很合理，虽然得到了计算机绘图的锻炼，但手工绘图相比下占的比例少了一些，还有夹具设计中，加紧机构为手动，尽管降低成本，但过于简单。
这些在以后的设计中都是需要改进的。
最后，在这里，感谢教师的认真指导和同学们的帮助。
6、参考文献
[1]吴拓方琼珊主编《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》机械工业出版社2005.11
[2]徐嘉元，曾家驹主编《机械制造工艺学》机械工业出版社1997.8
[3]何凡曲辉主编《机械设计基础课程》冶金工业出版社2011.8
[4]李益民主编《机械制造工艺设计简明手册》机工版2005.7
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[6]东北重型机械学院主编《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社1980.1
[7]徐灏主编《机械设计手册》机械工业出版社1991.9
[8]《机械制造技术基础课程设计指导书》辽宁工程科技大学
[9]刘平安刘延伟编著《机械设计实例精粹》机械工业出版社2008.9
[10]吴拓编著《机床夹具设计集锦》机械工业出版社2012.6
[11]朱耀祥浦林祥主编《现代机床夹具设计手册》机械工业出版社2010.2
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