十字轴加工工艺与夹具设计说明书

1、釈械制造工艺姿课程设计说明书设计：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

2、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。目录I_ii序言 目录 I一、设计的要求 01.2 设计的要 求 01.3 时间大致 分 配 0二、零件的分析 12.1 零件的作 用 12.2 零件的工艺分析 1三、机械加工工艺设计 13.1 确定生产类型 13.2 确定毛坯种类 23.3 确定锻件 加 工余量 及形 状 2四、工艺规程设计 34.1 选择定位基准 34.2 制定工艺路线 34.3

3、 表面加工方法的确定 44.4 加工阶段 的 划分 44.5 工序顺序 的 安排 54.6 确定工艺路线 5五、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 65.1 工序 1 铣四轴端面 65.2 工序 2 粗车四轴外圆 75.3 工序 3 半精车四轴外圆 85.4 工序 4 钻孔，攻螺纹，锪锥面 95.5 工序 5 钻四轴向轴中心孔，锪锥面 105.6 工序 6 渗碳淬火 115.7 工序 7 精磨四轴外圆、端面 11六、夹具设计 126.1 夹具 选择 126.1.1 问 题 的提 出 126.1.2 定 位 基准的 选择 126.2 定位加紧方案 136.3 夹具元件的设计计算 136.3.1

4、夹紧力作用点 136.3.2 夹紧力的方向 136.3.3 夹 紧 方 案 146.4 夹具装配图的绘制 14七、体会与展望 15八、参考文 献 16、 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12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

5、 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%）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 25外

6、圆及四个 8、 6的内孔、2、右端面23 X 60 内孔及M8丝孔。3、 25 外圆的同轴度为 0.007 ，位置度为 0.02 ，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

7、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 X 122 X 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：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

8、欠。该工件选择 25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 25 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

9、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

10、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

11、案加工项目尺寸公差等级粗糙度加工方案备注25外圆IT86.3粗车-半精车表1-2左右端面IT1012.5粗车表1-125外圆IT86.3粗车-半精车表1-3上下 端面IT1012.5粗车表1-123孔IT93.2钻-铰表1-5内螺纹M8IT63.2攻螺纹表1-86孔IT1212.5钻表1-78孔IT1212.5钻表1-74.4加工阶段的划分在粗加工阶段。首先将精基准准备好，使后续工序都可以米用精 基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；首先 25圆面作为粗 基准粗车右端面及 25，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

12、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，首先加工基准一一 25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

13、料牌号20CrM nTi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109CA6140三抓卡盘、车刀、游标卡尺02粗车粗车左右轴使 26.5CA6140三抓卡盘、车刀、游标卡尺03半精车半精车左右轴使 26.3CA6140三抓卡盘、车刀、游标卡尺04粗车粗车上下轴使 26.5CA6140三抓卡盘、车刀、游标卡尺05半精车半精车上下轴使 26.3CA6140三抓卡盘、车刀、游标卡尺06钻孔攻丝钻铰中心孔，使孔攻螺纹M8-7HZ3040专用夹具、钻头铰刀、丝锥07镗孔镗孔使 23,深度6,倒角30度Z3040专用夹具、镗刀0

14、8钻孔钻 6、 8孑LZ3040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 25、轴长108M1432A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 , c =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

15、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fz=0.12mm， Vc 144r/min。采用硬质合金圆柱车刀，dw=50mm Z=6，则ns917.2皿山，由机床说明书取920r m，n，于是 vc 144 r min。刀具每分钟进给量为f fzZnw =662.4mm/min.3、计算基本时间l112本工序为相同的四个工步t 4丄4 土486.4sfnw 0.12 9204、计算其他时间t1=6% X t=29.2s单件时间计算td=t+t1=486.4s+29.2s=515.6s5.2工序2粗车四轴外圆1、加工条件机床：卧式车床C6140

16、刀具：YT5外圆车刀，由于c =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 a =8 ，刀杆尺寸为16 25cm2 。2、计算切削用量根据加工尺寸确定背吃刀量为ap 0.6mm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f 0.3口听，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152mmin ,ns 晋 1861%，由机床说明

17、书取转速为 = 1800人命相应的转速为Vw% d10003、计算基本时间本工序为四个相同工步l30t 4413.32 sfnw0.3 18004、计算其他时间t1= 6% x t=0.8s5、单件时间计算td=t+t1=13.32s+0.8s=14.12s5.3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c =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 fl,fl用前角 =15 ，15 , kr 5，刀杆尺寸为16 25cm2，刀尖半径取1mm。2、计算切削用量根据切削尺寸及加工要求ap 0.

18、6mm。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f 0.25口叽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）Vc 258%和ons 1O0OVc 3209rmjn，根据机床说明书，取nw 3200 r min，计算切 削速度Vw 3d 257m .1000min3、计算基本时间本工序为四个相同工步基本时间t 4 430 9sfnw0.25 32004、计算其他时间t1=6% X t=0.5s6、单件时间计算td=t+t 1= 9s+0.5s=9.5s5.4工序4钻孔，攻螺纹，

19、锪锥面1、加工条件机床：立式钻床Z518 o刀具：6mm中心钻；M8丝锥；60。锪钻。确定切削用量钻孔由材料 c =1018Mpa0.748Gpa ，查表取 f 0.15口罗。依据钻直径以及进给量查表确定v 20.2m .，/ min 计算转速ns d咗1072rmin，车床为无极转速因此转速不需修 正o攻螺纹查表取f 9mmr,切削速度计算公式:Cvdoxm y e p查表确定各系数：m0.5, y 0, x 1,Cv23.7 ,W=113mmin3、计算基本时间加工各步的走刀长度、进给量、转速分别为l1 19mm,l2 9mm, f0.15mm, f2 9mm, nw1 1072, nw2

20、4500rmint丄nw1 f1l2nw27.11s4、计算其他时间t1=6% X t=0.43s5、单件时间计算td=t+t 1= 7.11s+0.43s=7.54s5.5工序5钻四轴向轴中心孔，锪锥面为了尽量保证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、加工条件工 件材料:20CrMnTi ， c =1018Mpa，模锻。

21、机床：卧式钻床刀具：中 心钻 8mm, l 79,l137 ; 20. 6mm l 68,l128。2、计算切削用量根据刀具材料以及加工类型，依据c =1018Mpa0.748Gpa,d 8mm, d 6mm，由机械工艺简明手册查表得加工8mm孔的进给 量以及切削速度分别为f 0.18 , Vc 20.6r/min ,计算得n 820r/min ,查表的机床恰有此转速。加工6mm孔的进给量以及切削速度分别为 f 0.15,Vc 20.2r/min ,转速计算结果与8mm为了简化加工过程采用与加工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l125mm,l22

22、9mm,右 0.18mm, f20.15mm, n nw2 820%和l1l2t 4 ( 12 ) 97.2snw1 f1 nw2 f4、计算其他时间t1= 6% X t=5.8s5、单件时间计算td=t+t 1=97.2s+5.8s=103s5.6工序6渗碳淬火渗碳深度严格控制为1.72.2 ,淬火硬度为HRC58- 605.7工序7精磨四轴外圆、端面1、加工条件机床：外圆磨床M 120。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=6mm2、确定切削用量由加工要求ap 0.3mm。由于加工类型是直接精磨，且

23、粗糙度为Ra 0.633、计算基本时间t=70s X 4+62s X 4=528s4、计算其他时间t1=6% X t=31.6s5、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 6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

24、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 6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 x o z 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6: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孔 与端 部的垂直度：需要 限制 绕 X 的转动，绕

25、Y 轴的 转动 两个第 一类自由度；总共要限制：沿X轴的平动，沿丫轴的平动，绕X的转动，绕丫 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，8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 丫轴的转动三个自由度；在底部8孔中加一短定位销，可以限制沿X轴的平动，沿丫轴 的平动；这样，总共限制了：沿X轴的平动，沿丫轴的平动，沿Z轴的平 动，绕X的转动，绕丫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

26、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633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A聿=53tnX*HMl/llLEi4