机械制造技术课程设计-十字轴加工工艺及钻M8底孔夹具设计（全套图纸） .pdf

-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十字轴零件机械加工工艺规程及 钻钻 m8 孔工序专用夹具设计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 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 i 任任 务务 书书 一、设计题目一、设计题目: 十字轴零件机械加工工艺规程及十字轴零件机械加工工艺规程及 钻孔工序专用夹具设计钻孔工序专用夹具设计 二、原始资料二、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、进度安排四、进度安排 本课程设计要求在 3 周内完成。 1第 l2 天查资料，绘制零件图。 2第 37 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 810 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 1113 天，完成夹具装配图的绘制。 5第 1415 天，零件图的绘制。 6第 1618 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：综合评定成绩： 指导教师指导教师 日日 期期 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 ii 摘摘 要要 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：关键词：十字轴；加工工艺制定;夹具分析 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 iii abstract through the analysis of the cross shaft parts, in order to meet the processing requirements, determine the form of cross shaft. refer to the technical manual, establishes the machining processes, each process to determine the size and the machining allowance. cutting margin and the basic working hours were determined through calculation, and establishes the machining process card. in order to provide basis for production planning, scheduling, the operation of the workers, improve labor productivity, guaranteed the processing quality, reduce labor intensity, according to processing needs a set of engineering design fixture. this design is the cross shaft machining process planning and process equipment design, including the parts drawing, blank drawing, assembly drawing of a, machining process with the card and process card. first of all we must familiar with the parts and understand its role, it is located in the lathe speed institutions, mainly from the shift effect. then, according to the nature of parts and components in the face of the map on the roughness of rough determine the size and mechanical jiagongyuliang. finalizing the shifting fork of the road map, the enactment of the workpiece clamping programme, to draw 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 iv fixture assembly. key words：cross spider; process planning; jig analy 目目 录录 1、序 言 1 2、零件的分析 . 1 2.1 零件的作用 1 2.2 零件的工艺分析 2 3、工艺规程设计 . 2 3.1 确定毛坯的制造形式 2 3.2 基面的选择 2 3.2.1 粗基准的选择 . 3 3.2.2 精基准的选择 . 3 3.3 工艺路线的拟定 4 3.3.1 确定各表面的加工方法 4 3.3.2 工艺顺序的安排原则 . 4 3.3.3 制定工艺路线 5 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7 3.4.1 四轴外圆表面加工余量（25 02. 0 04. 0 mm） 7 3.4.2 四轴端面（108 02. 0 04. 0 + mm） . 8 3.4.3 十字轴中部两侧面 . 8 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 v 3.5 工序 7 相关参数计算（钻孔、攻螺纹） 9 3.5.1 被吃刀量的选择 . 9 3.5.2 进给量的选择 . 9 3.5.3 切削速度的选择 . 9 3.5.4 切削深度的选择 . 9 4、专用夹具设计 . 9 4.1 设计主旨 9 4.2 夹具设计 . 10 4.2.1 确定定位原件 10 4.2.2 确定导向装置 10 4.2.3 确定加紧机构 10 5、设计小结 12 6、参考文献 13 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 vi 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 1 1、序、序 言言 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、零件的分析 2.1 零件的作用零件的作用 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 universal joint，如图 2-1。 6.36.3 6.36.3 4r12 108+0,02 -0,07 25-0,02 -0,04e 25-0,02 -0,04e 25-0,02 -0,04e 25-0,02 -0,04e 0.007 0.02a-b 30 4 25 d a 108+0,02 -0,07 12.5 c b 四轴颈 两处 12.5 12.5 0.05 c-d 0.05 a-b 28 m8-7h 23 60 60 6.3 48 46 4 12.5 o o o-o 20 2-1 十字轴零件图十字轴零件图 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 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 2 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25 mm 为加工表面 这一组包括：25mm 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6mm，深 25mm 孔8mm。两孔要求孔隙小于0.02mm 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23mm、深 4mm、角度 60的孔。 3、工艺规程设计、工艺规程设计 3.1 确定毛坯的制造形式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 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。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 3 3.2.1 粗基准的选择粗基准的选择 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25 02. 0 04. 0 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 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 4 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，外圆表面经过粗车后的表面 作为精基准，半精加工25 02. 0 04. 0 mm 外圆，达到规定的表面质量和公差要求。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。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 工艺路线的拟定工艺路线的拟定 3.3.1 确定各表面的加工方法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25 02. 0 04. 0 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）8 和6 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）23 角度为 60的凹台采用铣削加工； （4）8 的螺纹孔，可先由7 的麻花钻钻孔，再有8 的丝攻攻丝所得。 3.3.2 工艺顺序的安排原则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 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 5 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 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 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 6 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6mm 至深 55mm，孔隙0.02mm； 工序 5、各向钻孔8mm 至深 25mm； 工序 6、各向在8mm 孔上锪 60小斜面； 工序 7、铣削加工23mm、深 4mm、角度 60凹台； 工序 8、钻螺纹孔7mm，攻螺纹 m8-7h； 工序 9、除去轮廓毛刺； 工序 10、在四个轴颈渗碳 0.81.3，四个轴颈淬火硬度 5863hrc； 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。 表表 3- 1 加工工艺路线加工工艺路线 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27mm、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25.36mm、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 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 7 3 磨 粗磨削轴颈25.21mm 金 磨床 砂轮，三爪卡盘,游标卡尺 4 钻 各向钻孔6mm 至深 55mm， 孔隙0.02mm； 金 钻床 z525 高速钢直柄麻花钻6，专用夹 具，游标卡尺 5 钻 各向钻孔8mm 至深 25mm； 金 钻床 z525 高速钢直柄麻花钻6，专用夹 具，游标卡尺 6 锪 各向在8mm 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23mm、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7mm，攻螺纹 m8- 7h； 金 钻床 z525 高速钢直柄麻花钻7，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 0.81.3，四个轴颈淬火硬度 5863hrc； 11 磨 精磨削轴颈25mm 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 四轴四轴外圆外圆表面加工余量表面加工余量（25 02. 0 04. 0 mm） 轴颈的精度等级为 it7，表面粗糙度 a r 为 6.3 m，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， 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 8 零件直径为25mm，查表得： 表表 4- 1 外圆加工余量计算表外圆加工余量计算表 单位单位 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 四轴四轴端端面面（108 02. 0 04. 0 + mm） 轴颈的精度等级为 it9，表面粗糙度 a r 为 12.5 m，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25mm，查表得： 表表 4- 1 轴端面加工余量计算表轴端面加工余量计算表 单位单位 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 十字轴十字轴中部两侧中部两侧面面 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。 33 110 十字轴毛坯图十字轴毛坯图 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 9 3.5 工序工序 7 相关参数计算（钻孔、攻螺纹）相关参数计算（钻孔、攻螺纹） 3.5.1 被吃刀被吃刀量的选择量的选择 （1）钻螺纹底孔 麻花钻的被持刀量等于钻头的半径，则：mm5 . 3 2 7 ap= （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mm17-8ap=。 3.5.2 进进给给量的选择量的选择 （1）钻螺纹底孔 由表 5- 21 查得在碳钢上钻7 的孔，进给量r /mm2 . 0f = （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r /mm1f = 3.5.3 切削速切削速度的选择度的选择 （1）钻螺纹底孔 由表 5- 21 查得在碳钢上钻7 的孔，切削速度为 v=20m/min，则 所得主轴转速为：min/ r9091000 7 20 1000 d v n= ， 又由立式钻床主轴转速表 4-9， 取 主 轴 转 速min/ r960n =带 入 公 式 ， 求 出 该 工 序 的 实 际 切 削 速 度 min/m21 1000 7960 1000 dn v= = （2）攻螺纹 由表 5- 37 查得攻螺纹的切削速度为 v=38m/min，故本序取值 v=3m/min，则所得主轴转速为：min/ r1191000 8 3 1000 d v n= ，又由立式钻床主 轴转速表 4-9，取主轴转速min/ r125n =带入公式，求出该工序的实际切削速度 min/m14 . 3 1000 8125 1000 dn v= = 3.5.4 切削深切削深度的选择度的选择 （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、专用夹具设计 4.1 设计设计主旨主旨 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7mm， 攻螺纹 m8-7h 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 10 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 夹具设计夹具设计 专用夹具专用夹具装配装配图图 4.2.1 确定定确定定位位原件原件 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x v 、z v 、x ) 、z ) ,右侧挡销与定位端面配合限制一个 自由度y v ,后侧支撑块与十字轴圆周面接触限制一个自由度y ) ，实现工件的正确定位。 4.2.2 确定导确定导向装置向装置 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 确定加确定加紧紧机机构构 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 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 11 上部 v 型