十字轴课程设计说明书

1 机械制造技术基础 课程设计说明书 设计题目设计题目 十字轴的机械加工工艺规程及 夹具设计 2 机械制造技术基础课程设计任务书 题目 题目 十字轴的机械加工工艺规程及夹具设计 内容 内容 1 零件图 1 张 2 毛坯图 1 张 3 机械加工过程卡 1 张 机械加工工序卡 9 张 4 夹具结构设计装配图 1 张 5 夹具结构设计零件图 1 张 6 课程设计说明书 1 份 3 前言前言 4 一 零件的分析一 零件的分析 4 一 一 零件作用 零件作用 4 二 二 零件的工艺分析 零件的工艺分析 4 二 工艺规程设计二 工艺规程设计 5 一 一 确定毛坯的制造形式 确定毛坯的制造形式 5 二 二 基面的选择 基面的选择 5 1 粗基准的选择粗基准的选择 5 2 精基准的选择精基准的选择 5 三 三 制定工艺路线 制定工艺路线 5 四 机械加工余量 工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 四 机械加工余量 工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 6 五 五 确定切削用量及基本工时 确定切削用量及基本工时 7 三 夹具设计三 夹具设计 12 3 13 1 问题的提出问题的提出 12 3 23 2 夹具设计夹具设计 12 3 33 3 绘制夹具装配图绘制夹具装配图 13 3 43 4 绘制夹具体零件图绘制夹具体零件图 14 3 5 操作的简要说明 15 四 总结四 总结 15 五 参考文献五 参考文献 16 4 前言前言 机械制造工艺学课程设计 是在学完 机械制造技术基础 原理课程 经过 生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节 在老师的指导下 要求在设计 中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程 并且独立完成的一项工程基本 训练 同时 也为以后搞好毕业设计打下良好基础 通过课程设计达到以下目 的 1 能熟练的运用 机械制造技术基础 的知识 正确地解决一个零件在加 工中的定位 夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法 培养学生分析问题和 解决问题的能力 2 通过对零件某道工序的夹具设计 学会工艺装备设计的一般方法 通过 学生亲手设计夹具 或量具 的训练 提高结构设计的能力 3 课程设计过程也是理论联系实际的过程 并学会使用手册 查询相关资 料等 增强学生解决工程实际问题的独立工作能力 一 零件的分析一 零件的分析 一 一 零件作用 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 二 二 零件的工艺分析 零件的工艺分析 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 8 和 6 为了减小钻孔走刀长度 先加工 8 的孔钻中心孔注意尽量保 5 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 工艺规程设计二 工艺规程设计 一 一 确定毛坯的制造形式 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 二 基面的选择 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 1 粗基准的选择粗基准的选择 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 2 精基准的选择精基准的选择 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 6 三 三 制定工艺路线 制定工艺路线 1 工序路线方案一 工序路线方案一 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 最终检查工序 1 粗车四轴端面 2 2 工序路线方案二 工序路线方案二 工序 1 铣四轴端面 工序 2 钻四轴通孔 工序 3 粗车四轴外圆 工序 4 半精车四轴外圆 工序 5 钻端面中心孔 攻螺纹 工序 6 去毛刺 工序 7 渗碳淬火 工序 8 粗磨四轴端面 工序 9 粗磨四轴外圆 工序 10 半精磨四轴外圆 工序 11 最终检查 工序 12 清洗 3 最终方案 最终方案 方案一车削两次浪费工时 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 方案二通过对外圆以四轴 中心孔为基准的粗车和半精车 以及磨削使外圆达到 7 四 机械加工余量 工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 四 机械加工余量 工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 1 四轴外圆加工余量 四轴外圆加工余量 直径考虑其加工长度为 30mm 零件直径为 25mm 与其联系的非加工表 面的尺寸为 28mm 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 28mm 外圆的表 面粗糙度及圆柱度要求很高 2 Z 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 0 57 f N M M 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 0 7 0 31 尺寸为mm 实际加工余量为 2Z 0 7 0 328 0 7 0 33 2 四轴端面 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 0 020 0 074108 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 1 4 0 62 工余量为 毛坯尺寸为 1 4 0 63 1 4 0 6114 3 两侧面两侧面 加工余量为 0mm 毛坯尺寸为mm 1 1 0 528 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 8mm 孔为 4 mm 6mm 孔为 3mm 五 五 确定切削用量及基本工时 确定切削用量及基本工时 工序工序 1 1 铣四轴端面铣四轴端面 1 工件材料 20CrMnTi 1018Mpa 模锻 加工要求 铣四轴端面两向对面尺寸由mm 至两端面尺寸为 公差 1 6 0 4114 平均分配 2 0 054 2 2 1 027 2 mm 各端面距中心平面距离为 1 027 0108 6 8 mm 按入体原则标注 0 5054 054 3 机床 卧式铣床5020XAS 刀具 YT15 圆柱铣刀 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 z f144 min c Vr 采用硬质合金圆柱铣刀 50mm Z 6 则 w d 由机床说明书取 1000 917 2 min c s v r n d s n920 min r 于是 144 min c r v 刀具每分钟进给量为 662 4mm min zw ff Zn 3 计算基本时间 本工序为相同的四个工步 112 44486 4 0 12 920 w l ts fn 工序工序 2 钻四轴轴向中心孔钻四轴轴向中心孔 为了尽量保证 6mm 和 8mm 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 8mm 的孔 后加工 6mm 的孔 这样可以减小加工 6mm 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 加工条件及加工要求 工件材料 20CrMnTi 1018Mpa 模锻 加工要求 机床 卧式钻床 刀具 中心钻 8mm 6mm 1 79 37ll 1 68 28ll 2 计算切削用量 根据刀具材料以及加工类型 依据 1018Mpa 0 748Gpa 由 机械工艺简明手册 查表得加工 8mm 孔的进给量以8 6dmm dmm 及切削速度分别为 计算得 查表的机0 18f 20 6 min c Vr 820 minnr 床恰有此转速 加工 6mm 孔的进给量以及切削速度分别为 9 转速计算结果与 8mm 为了简化加工过程采用与加0 15 20 2 min c fVr 工 8mm 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 121212 12 1 12 25 29 0 18 0 15 820 min 4 97 2 ww ww r lmm lmm fmm fmm nn ll ts nfnf 工序工序 3 粗车四轴外圆粗车四轴外圆 1 加工条件及加工要求 加工要求 粗车四轴外圆由 由工艺手册查的毛坯尺寸公差及 0 7 0 3 28mm 上下偏差为公差平均分配 1 0 02 3 0 34 0 7 0 3 1mm 0 0 3426 8 mm 机床 卧式车床 C6201 1 刀具 YT5 外圆车刀 由于 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 8 刀杆尺寸为 2 16 25cm 2 计算切削用量 根据加工尺寸确定背吃刀量为0 6 p amm 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 0 3mmf r 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 152 min m 由机床说明书取转速为 1000 1861 8 min c s v r n d w n1800 min r 相应的转速为147 min 1000 w w nd m v 3 计算基本时间 本工序为四个相同工步 30 4413 32 0 3 1800 w l ts fn 10 工序工序 4 半精车四轴外圆半精车四轴外圆 1 加工条件及加工要求 加工要求 粗车四轴外圆由 至两端面尺寸为 由工艺手册 0 0 3426 8 mm 查的毛坯尺寸公差及上下偏差为公差平均分配 1 0 02 3 0 34 0 7 0 3 1mm 0 0 3425 6 mm 机床 卧式车床 C6201 1 刀具 YT15 外圆车刀 由于 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 15 r k 5 r k 2 16 25cm 1mm 2 计算切削用量 根据切削尺寸及加工要求 0 6 p amm 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 0 25mmf r 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 258 min c m v 根据机床说明书 取 计算切削 1000 3209 min c s v r n d 3200 min w r n 速度 257 min 1000 w w nd m v 3 计算基本时间 本工序为四个相同工步 30 449 0 25 3200 w l ts fn 工序工序 5 钻孔 攻螺纹钻孔 攻螺纹 1 加工条件及加工要求 2 加工要求 钻 7mm 的孔 深度为 15mm 攻螺纹 M8 7H 锪锥面深度 4mm 小端直径 23mm 角度为 60 机床 立式钻床 Z518 刀具 6mm 中心钻 M8 丝锥 60 锪钻 确定切削用量 钻孔 11 由材料 1018Mpa 0 748Gpa 查表取 0 15mmf r 依据钻直径以及进给量查表确定 20 2 min m v 计算转速 车床为无极转速因此转速不需修正 1000 1072 min c s v r n d 攻螺纹 查表取 9mmf r 切削速度计算公式 x vo my C d v e p 查表确定各系数 0 5 0 1 23 7 v myxC 113 min x vo my C d m v e p 3 计算基本时间 加工各步的走刀长度 进给量 转速分别为 121212 12 1 12 19 9 0 15 9 1072 4500 min 7 11 ww ww r lmm lmm fmm fmm nn ll ts nfnf 工序工序 6 去毛刺去毛刺 工序工序 7 渗碳淬火渗碳淬火 渗碳深度严格控制为 1 7 2 2 淬火硬度为 HRC58 60 工序工序 8 粗磨四轴外圆端面粗磨四轴外圆端面 1 加工条件及加工要求 加工要求 磨削外圆由 108 1mm5 至 108mm 机床 外圆磨床 CE7120 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 结剂为陶瓷的筒型砂轮 砂轮直径 d 250mm 厚度 h 6mm 2 确定切削用量 由加工要求 0 3 p amm 由于加工类型是直接精磨 且粗糙度为0 63 a R 工序工序 9 粗磨四轴外圆粗磨四轴外圆 1 加工条件及加工要求 加工要求 磨削外圆由 25 2mm 至 25 05mm 机床 外圆磨床 120M 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 12 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 0 3 p amm 由于加工类型是直接精磨 且粗糙度为0 63 a R 工序工序 10 精磨四轴外圆精磨四轴外圆 1 加工条件及加工要求 加工要求 磨削外圆由 25 005mm 至 25mm 机床 外圆磨床 120M 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 0 3 p amm 由于加工类型是直接精磨 且粗糙度为 0 4 工序工序 11 最终检查最终检查 工序工序 12 清洗清洗 三 夹具设计三 夹具设计 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 3 13 1 问题的提出问题的提出 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 决定设计第 I 道工序 铣端面专用夹具设计 本工序的加工条件为 XA5032 型立式铣床 63 端铣刀 为合金钢实 心毛胚上铣削的经济精度为 IT11 13 表面粗糙度为 Ra 20 m 在钻夹具上加 工时适当的控制切削用量 可以保证孔的尺寸精度要求和表面粗糙度要求 由 于后面有打通孔 所以在本工序加工时 主要应考虑要保证的孔与轴颈的同轴 度 3 23 2 夹具设计夹具设计 13 3 3 2 1 2 1 定位方案及定位元件选择 设计定位方案及定位元件选择 设计 1 定位方案的选择 根据加工要求 工件在夹具中的定位以 3 个 28 轴 颈为主要定位基准 限制六个自由度 以活动支撑钉顶住一端面做辅助支撑不 限制自由度 夹紧轴颈 2 定位元件设计 根据定位方案 设计定位元件的结构如图 2 所示 28 轴颈用 V 形块定位 采用压块夹紧装置 轴颈端面用活动支撑钉辅助定位 3 定位误差的计算 V 形块与轴颈配合 轴心的位置度误差为 D O1O2 0 014mm 此件小于工件相应位置公差的三分之一 即 所以定位方案能够满足加工要求 mm D 05 0 3 1 014 0 3 2 23 2 2 夹紧装置的设计夹紧装置的设计 夹紧装置如图 3 所示 压块能保证轴颈与 V 形块接触良好 定位误差小 而且结构简单 操作方便 附图 1 3 2 33 2 3 设计夹具体 绘制夹具草图设计夹具体 绘制夹具草图 在上述定位