十字轴零件机械制造工艺规程及工艺装备设计

广东工业大学华立学院广东工业大学华立学院课程设计（论文）任务书课程名称机械制造技术基础课程设计题目名称十字轴件机械制造工艺规程及工艺装备设计学生学部（系）机电与信息工程学部目录一、零件工艺分析1、零件图 (2)2、十字轴用途 (2)3、技术要求 (3)4、审查工艺性 (3)5、确定生产类型 (4)二、确定毛坯，绘制毛坯简图 (4)三、拟订工艺路线1、选定位基准 (4)2、表面加工方法的选择 (5)3、加工阶段划分 (5)4、确定加工过程工序数原则 (5)5、工序先后顺序安排 (5)6、确定工艺路线 (5)7、机床设备与工艺装备选择 (5)四、工序内容设计1、加工余量确定与尺寸及公差计算 (6)2、切削用量计算 (6)3、工时定额计算 (6)五、夹具设计1、定位基准选择 (7)2、切削力与夹紧力计算 (7)3、定位误差分析 (8)六、附图 (8)七、总结 (9)八、参考文献 (10)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大好基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指导。

一、零件的工艺分析1、零件图图1.12、十字轴的用途十字轴又称十字节，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15゜～20゜。

因为起传递动力的作用，承受较大载荷，故毛坯采用强度和韧性都较好的20GrMnTi。

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。

3、技术要求表1.34、审查十字轴的工艺性（1）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Ø8和Ø6，为了减小钻孔走刀长度，先加工Ø8的孔钻中心孔注意尽量保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。

（2）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。

（3）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。

（4)CA6140车床拨叉零件主要加工表面为：①车φ75mm两端面，表面粗糙度Ra值3.2μm②车φ55mm孔，表面粗糙度Ra值3.2μm③钻—扩—铰φ25mm的孔，表面粗糙度Ra值1.6μm④铣侧面，保证尺寸23mm及表面粗糙度Ra值3.2μm⑤铣侧面16mm的槽，保证尺寸11mm和8mm，槽两侧表面粗糙度Ra值3.2μm、底面粗糙度Ra值6.3μm5、确定生产类型结合生产实际和现实经验，确定十字轴的生产类型为大批生产。

二、确定毛坯，绘制毛坯简图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。

毛坯简图：图2.1毛坯如图所视，是红色虚线段，刚好包住整个工件，尺寸为108x108x28mm。

三、拟订工艺路线1、定位基准的选择定位基准是影响拨叉零件加工精度的关键因素。

基准选择得合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工过程中将问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

1）粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。

该工件选择φ25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φ25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。

2、表面加工方法的选择表3.13、加工阶段的划分在粗加工阶段。

首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；首先φ25圆面作为粗基准粗车右端面及φ25，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。

4、工序的集中和分散选用工序集中原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。

5、工序顺序的安排1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——φ25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。

6、确定工艺路线粗车，半精车φ25外圆表面；粗车圆柱端面；钻φ8和φ6孔槽；先钻后扩φ23的孔；中检；热处理；清洗；终检。

7、机床设备和工艺装备的选择机床的选择：采用CA6140普通车床、钻床。

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。

选择量具：采用塞规.双用游标卡尺。

四、工序内容设计1、加工余量确定和工序尺寸及公差的计算1）四轴外圆加工余量直径考虑其加工长度为30mm ，零件直径为Φ25mm ，与其联系的非加工表面的尺寸为Φ28mm ，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Φ28mm ，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=0.57f N MM =, 属于S2级，一般复杂等级，材质系数为M1，查表得尺寸公差和偏差为0.70.31+-mm ，因此毛坯的尺寸为0.70.328+-mm ，实际加工余量为2Z=0.70.33+-。

2）四轴端面四周端面的相对面间的零件尺寸为0.0200.074108--mm ，粗糙度为1.25，相对于中心轴的对称度为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 1.40.62+- mm ，因此加工余量为 1.40.63+-，毛坯尺寸为 1.40.6114+-。

3）两侧面加工余量为0mm ，毛坯尺寸为 1.10.528+-mm 。

4）钻孔余量，攻螺纹余量，锥面余量，四轴中心孔是非重要表面，既无尺寸偏差，又无位置度要求，加工余量Φ8mm 孔为4 mm, Φ6mm 孔为3mm 。

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z f =0.12mm ，144/min c V r =。

采用硬质合金圆柱铣刀，w d =50mm ，Z=6，则1000917.2min cs v rn dπ==，由机床说明书 s n 取920min r ，于是144minc r v =。

z w f f Zn ==662.4mm/min.3、时间定额的计算钻孔工步根据表5-51，钻孔的基本时间可由公式fn l l l fn L t /)21(/++==求得。

mm l 54=，mm kr D l 2)2~1(2/cot 1=+=，mm l )4~1(2=，f=0.1mm/r ，n=1100r/min 。

则该工步的基本时间t=(54+2+2)mm/（0.1mm/r ×1100r/min ）=31.6s 粗绞工步根据表5-41，铰孔基本时间可由公式fn l l l fn L t /)21(/++==,求得。

аp=0.16mm, 由表5-42，kr=15°，mm l 37.01=，mm l 152=，f=0.4mm/r ，n=110r/min ，则该工步的基本时间t=（54+0.37+15）mm/（0.4mm/r ×110r/min ）=94.6s 。

精绞工步粗铰辅助时间tf=0.15×94.6s=14.19s 精绞辅助时间tf=0.15×61.1s=9.17s五、夹具设计夹具装配图:图5.11、定位基准的选择由零件图可知，4×φ6孔 ，没有技术要求，为使定位误差为零，应该选择轴线为定位基准保证该角度。

为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置。

2、切削力与夹紧力计算由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为： F F Fk f d C F y Z F f 0=其中：410=C F ，2.1=Z F ，75.0=y F，，d=5.8mm 。

22.0=f ，k k k k hF xF MF F ⋅⋅=，k MF 与加工材料有关,取0.94；k xF 与刀具刃磨形状有关,取1.33；k hF 与刀具磨钝标准有关,取1.0，则：N F 108125.122.08.441075.02.1=⨯⨯⨯=3、定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差的确定。

夹具的主要定位元件为六个定位销，这六个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，。

此外，这六定位销共同保证加工孔 ，（2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。

钻套外径36与衬套孔25的最大间隙为： 026.0)011.0(015.0max =--=∆：则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为：0.026-0.005=0.021。