K115-十字轴的工艺规程及钻Φ6和Φ8四处的夹具设计x
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K115
十字
工艺
规程
四处
夹具
设计
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K115-十字轴的工艺规程及钻Φ6和Φ8四处的夹具设计x,K115,十字,工艺,规程,四处,夹具,设计
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目 录序 言1第1章 计算生产纲领、生产效率分析22.1生产纲领22.2 生产效率分析2第2章 零件的分析32.1 零件的分析32.2 零件的作用32.3 零件的工艺分析4第3章 工艺规程设计53.1 确定毛坯的制造形式53.2 基面的选择53.2.1 粗基准的选择原则53.2.2 精基准选择的原则63.3 制订工艺路线63.4 各个工序加工余量73.5 基本工时的确立7第4章 钻床夹具设计194.1 专用夹具的提出194.2 定位装置设计194.3定位元件及夹紧元件的选择194.4切削力和夹紧力的计算194.5定位误差分析204.6 夹具设计及操作简要说明21总 结22参考文献231 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。十字轴的加工工艺规程和钻8孔和6孔的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行毕业设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本设计选用十字轴来进行工艺编制与夹具设计，以说明书、绘图为主，设计手册与国家标准为附来进行详细说明。第1章 计算生产纲领、生产效率分析2.1生产纲领生产纲领：企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。零件的生产纲领按下式计算。 N=Qn(1+a+)式中： N零件的生产纲领（件/年） Q机器产品的年产量（台/年） n每台产品中该零件的数量（件/台） a备品百分率 废品百分率2.2 生产效率分析操作者按规定的作业方法工作时，他的能力或努力程度叫效率。主要用来考核纯生产能力，不包括由技术、材料等其它问题所引起的能力损耗。1）标准工时：标准工时=标准作业时间+辅助时间指在正常情况下，从零件到成品直接影响成品完成的有效动作时间，其包含直接工时与间接工时。即加工每件（套）产品的所有工位有效作业时间的总和。a标准工时：标准工时=生产一个良品的作业时间。b标准工时=正常工时+宽放时间=正常工时（1+宽放率）c工厂使用的宽放率一般在10%20%，对一些特殊的工种，如体力消耗较大的工种，宽放率可适当放宽一些d正常工时是人工操作单元工时+机器自动作业工时的总和。2）制定方法：对现有各个工位（熟练工人）所有的有效工作时间进行测定，把所有组成产品的加工工位的工时，考虑车间生产的均衡程度、环境对工人的影响、以及工人的疲劳生产信息等因素后，计算得到标准工时。生产率（产出数量标准工时）（日工作小时直接人工数）100%第2章 零件的分析2.1 零件的分析十字轴材料为45号钢，又叫油钢，常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。焊前需预热，焊后应进行去应力退火。2.2 零件的作用 图1 转向臂（左）题目所给的零件是十字轴。又称十字节，即万向接头，英文名称universal joint，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。十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为1520。十字轴是十字轴式刚性万向节关键件之一。 2.3 零件的工艺分析要对该零件的表面进行加工。具体加工要求如下：四轴端面 粗糙度Ra0.8四轴外圆 粗糙度Ra0.48孔 粗糙度Ra12.56孔 粗糙度Ra12.5G1/8螺纹孔 粗糙度Ra12.5油孔，螺纹 粗糙度Ra12.5油槽 粗糙度Ra12.5第3章 工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形式锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。该钢经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢，但该钢淬透性较低，水中临界淬透直径为1217mm，水淬时有开裂倾向。当直径大于80mm时，经调质或正火后，其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件，则以正火处理为宜，所以，此钢通常在调质或正火状态下使用。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。基面选择的正确、合理，可以保证质量，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 粗基准的选择原则1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面 之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面位置精度要求较高的表面作粗基准。2）如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面作精基准。3）如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选加工余量较小的表面作粗基准。4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。5）粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。3.2.2 精基准选择的原则选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。精基准选择应当满足以下要求：用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免生产基准转换误差。当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。为获得均匀的加工余量或较高 的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。3.3 制订工艺路线制定工艺路线的出发点,应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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具,并尽量使工序集中来提高生产率。此外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。表3.1 工艺路线工序号 工序内容工序01锻造毛坯工序02粗铣四轴端面、钻中心孔工序03粗车四轴外圆、精车四轴外圆工序04粗铣前后两端面工序05精铣四轴端面工序06钻8、6孔并倒角工序07钻攻G1/8螺纹孔， 2360深4，倒角60工序08钻油孔，攻螺纹工序09铣油槽工序10去毛刺工序11热处理工序12磨外圆工序13磨外端面工序14清理工序15终检3.4 各个工序加工余量锻件重为0.84kg,在1600t热模锻压力机上生产，锻件复杂系数为，长度为108mm时，查出该零件余量是：厚度方向为1.5-2.0mm，水平方向为1.5-2.0mm。3.5 基本工时的确立工序01：锻造毛坯工序02：粗铣四轴端面、钻中心孔工步一：粗铣四轴端面1、选择刀具刀具选取硬质合金端面铣刀，刀片采用YG8,，。 2. 决定铣削用量1）决定铣削深度 因为加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀内铣完， 则2）决定每次进给量及切削速度 根据XK6032型数控铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取475当475r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时： ，则机动工时为 工步二：钻中心孔工序03：粗车四轴外圆、精车四轴外圆工步一 ：粗车四轴外圆 1、切削用量机床为CA6140型卧式车床， 所选刀具为YT5硬质合金外圆车刀。根据切削用量简明手册第一部分表1.1，由于CA6140型卧式车床的中心高度为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表1.3，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。1）确定切削深度由于单边余量为1.5mm，可在1次走刀内切完。2）确定进给量根据表1.4，在粗车45、刀杆尺寸为16mm25mm、3mm、工件直径为0100mm时，=0.10.6mm/r按CA6140型卧式车床的进给量（表4.2-9），选择=0.26mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据表1.30，CA6140机床进给机构允许的进给力=3530N。根据表1.21，当2mm,0.35mm/r，=65m/min(预计)时，进给力=760N。的修正系数为=0.1，=1.17（表1.29-2），故实际进给力为 =7601.17N=889.2N 由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=0.26mm/r可用。3）选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T=30min。4）确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工铸件，3mm，0.25mm/r，切削速度=300m/min。切削速度的修正系数为=0.8，=0.65，=0.81,=1.15,=1.0(均见表1.28），故=3000.80.650.811.15m/min145m/min 428r/min 按CA6140机床的转速(表4.2-8），选择=450r/min 则实际切削速度=145m/min5）校验机床功率由表1.24，3mm，0.25mm/r，46m/min时，=1.7KW。切削功率的修正系数=1.17，=1.13，=0.8，=0.65（表1.28），故实际切削时的功率为=0.72KW根据表1.30，当=450r/min时，机床主轴允许功率=5.9KW。，故所选的切削用量可在CA6140机床上进行。最后决定的切削用量为=1.5mm，=0.26mm/r，=450r/min，=145m/min2、确定粗车四轴外圆的基本时间 ， 式中 =30.5mm，=1.5mm，=4mm，=0mm，=0.26mm/r，=450r/min,=4 则 工步二：精车四轴外圆 1、 切削用量机床为CA6140型卧式车床所选刀具为YT5硬质合金外圆车刀。根据切削用量简明手册第一部分表1.1，由于CA6140型卧式车床的中心高度为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表1.3，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。1） 确定切削深度由于单边余量为0.4mm，可在1次走刀内切完。2） 确定进给量根据表1.4，在粗车45、刀杆尺寸为16mm25mm、3mm、工件直径为0100mm时，=0.10.6mm/r按CA6140型卧式车床的进给量（表4.2-9），选择=0.26mm/r确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据表1.30，CA6140机床进给机构允许的进给力=3530N。根据表1.21，当2mm,0.35mm/r，=65m/min(预计)时，进给力=760N。的修正系数为=0.1，=1.17（表1.29-2），故实际进给力为 =7601.17N=889.2N 由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选=0.2mm/r可用。3） 选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T=30min。4） 确定切削速度切削速度可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工铸件，3mm，0.25mm/r，切削速度=400m/min。切削速度的修正系数为=0.8，=0.65，=0.81,=1.15,=1.0(均见表1.28），故=4000.80.650.811.15m/min194m/min 572r/min 按CA6140机床的转速(表4.2-8），选择=560r/min 则实际切削速度=194m/min5） 校验机床功率由表1.24，3mm，0.25mm/r，46m/min时，=1.7KW。切削功率的修正系数=1.17，=1.13，=0.8，=0.65（表1.28），故实际切削时的功率为=0.72KW根据表1.30，当=560r/min时，机床主轴允许功率=5.9KW。，故所选的切削用量可在CA6140机床上进行。最后决定的切削用量为=0.4mm，=0.2mm/r，=560r/min，=194m/min2、 确定精车四轴外圆的基本时间 ， 式中 =30.5mm，=0.4mm，=4mm，=0mm，=0.2mm/r，=560r/min,=4 则 工序04：粗铣前后两端面1、选择刀具刀具选取硬质合金立铣刀，刀片采用YG8,，。 2. 决定铣削用量1）决定铣削深度 因为加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀内铣完， 则2）决定每次进给量及切削速度 根据X62型卧式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取4753）计算工时切削工时： ，则机动工时为 工序05：精铣四轴端面1、选择刀具刀具选取硬质合金端面铣刀，刀片采用YG8,，。 2. 决定铣削用量1）决定铣削深度 因为加工余量不大，且表面粗糙Ra3.2，要求不高，故可在一次走刀内铣完， 则2）决定每次进给量及切削速度 根据X62型卧式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时： ，则机动工时为 工序06：钻8、6孔并倒角工步一：钻6孔确定进给量：根据参考文献表2-7根据Z3025摇臂钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=4 则机动工时为工步二：钻8孔确定进给量：根据参考文献表2-7根据Z3025摇臂钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=4 则机动工时为 工步三：倒角工序07：钻攻G1/8螺纹孔， 2360深4，倒角60工步一：钻G1/8螺纹底孔8.4孔确定进给量：根据参考文献表4.2-16根据Z550立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-15，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=1 则机动工时为工步二：攻G1/8螺纹孔选择M9.728mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距，即f=0.664mm/r327r/min 按机床选取n=351r/min切削工时： ，则机动工时为 工步三：锪2360深4确定进给量：根据参考文献表4.2-16根据Z550立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-15，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=1 则机动工时为工步四：倒角60工序08：钻油孔，攻螺纹工步一：钻油孔确定进给量：根据参考文献表4.2-16根据Z550立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献表4.2-15，取 故实际切削速度为切削工时：，走刀次数i=1 则机动工时为工步二：攻螺纹选择M9.728mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距，即f=0.664mm/r327r/min 按机床选取n=351r/min切削工时： ，则机动工时为 工序09：铣油槽1、选择刀具刀具选取硬质合金立铣刀，刀片采用YG8,，。 2. 决定铣削用量1）决定铣削深度 因为加工余量不大，且表面粗糙Ra12.5，要求不高，故可在一次走刀内铣完， 则2）决定每次进给量及切削速度 根据X52K型立式铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取4753）计算工时切削工时： ，则机动工时为 工序10：去毛刺工序11：热处理工序12：磨外圆机床M412外圆磨床1)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料A46KV6P 35040127其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为46#,硬度为中轮1级，陶瓷结合剂，6号组织，砂轮尺寸为600633052) 切削用量的选择。查机械加工工艺手册表33-42有主轴转速 n=64r/min砂轮转度 1110r/min工作台移动速度 0.5m/min切削深度Z0.1mm进给量 =0.01mm/r 3)切削工时 式中n-工件每分钟转速（r/min) L-磨轮行程长度，mmZ-单边加工余量-考虑磨削加工终了时的无火花磨削以及为削除加工面形状误差而进行局部修研的系数，其值由表6.2-9，表6.2-10，知=1.1-轴（纵）向进给量（mm/r）-切入法磨削深度进给量（mm/r） 工序13：磨外端面机床立轴平面磨床M72321)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料A46KV6P 450380520其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为46#,硬度为中轮1级，陶瓷结合剂，6号组织，砂轮尺寸为4503805203) 切削用量的选择 式中： Z-单边加工余量-考虑磨削加工终了时的无火花磨削以及为削除加工面形状误差而进行局部修研的系数，其值由表6.2-9，表6.2-10，知=1.1 n-工件每分钟转速（r/min)-切入法磨削深度进给量（mm/r）z-同时磨削工件数量查机械加工工艺手册表33-42有主轴转速 n=3000r/min工作台移动速度 10m/min切削深度 Z0.1mm进给量 =0.01mm/r3)切削工时 工序14：清理工序15：终检第4章 钻床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。由指导老师的分配，决定设计钻8孔和6孔的专用夹具。4.1 专用夹具的提出本夹具主要用于钻8孔和6孔，粗糙度为Ra12.5，精度要求不高，故设计夹具时主要考虑生产效率。4.2 定位装置设计钻8孔和6孔，选择四轴外圆面来定位。4.3定位元件及夹紧元件的选择 本工序选用的定位基准为四轴外圆面，所以相应的夹具上的定位元件应是心轴和调节支承及A型支承钉。因此进行定位元件的设计主要是对半圆形底座和浮动支承。上下轴外圆面与半圆弧底座相配合限制四个自由度，即X轴转动、X轴移动、Z轴转动和Z轴移动。左右轴外圆面与浮动支承相配合限制一个自由度，即Y轴转动。夹紧则是用半圆形定位上盖、带肩螺母、螺杆等组成的夹紧机构来完成。4.4切削力和夹紧力的计算查表4得切削力计算公式：式中，f=1mm/r,查表得=736MPa, 即=1547N所需夹紧力，查表5得，安全系数K=式中为各种因素的安全系数，查表得：K=1.872，当计算K2.5时，取K=2.5孔轴部分由M6螺母锁紧，查表得夹紧力为12360N=30900N由上计算得，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。4.5定位误差分析定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图1所示 图1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2，两个极端情况：情况1：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地高得加工尺寸；情况2：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地低得加工尺寸。且该工序定位误差 图2 定位误差 =O1O2+(d2-（d2-Td2)/2 =Td1/(2sina/2)+Td2/2 =0.043/2sin45+0.03/2 0.3924.6 夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择用半圆形定位上盖、带肩螺母、螺杆等组成的夹紧机
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