十字轴课程设计说明书

齐鲁理工学院

课程设计说明书

题目十字轴机械零件加工工艺规程

课程名称机械制造工艺学

二级学院机电工程学院

专业机械设计制造及其自动化

班级 14级机械

学生姓名张志明

学号 201410543098

指导教师赵文波

设计起止时间：年月日至年月日

目录

摘要： (1)

关键词： (1)

1.十字轴的测绘 (2)

1.1测绘的目的和意思 (2)

1.2测绘的方法和注意事项 (2)

2.零件的分析 (2)

2.1零件作用 (2)

2.2零件的工艺分析 (2)

2.2.1十字轴三维建模和工程图的制造 (3)

3.工艺规程设计 (4)

3.1确定毛坯的制造形式 (4)

3.2基面的选择 (5)

4.制定工艺路线 (7)

4.1工序路线方案一 (7)

4.2工序路线方案二 (8)

4.3最终方案 (8)

5.机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 (9)

5.1四轴外圆加工余量 (9)

5.2四轴端面 (9)

5.3两侧面 (9)

6.确定切削用量及基本工时 (10)

7.体会与展望 (17)

8.参考文献 (19)

十字轴机械零件加工工艺规程

摘要：机械制造工艺学课程设计,是在学完《机械制造工艺学》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《机械制造工艺学》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。通过学生亲身设计，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。

关键词：十字轴；加工工艺，加工路线

1.十字轴的测绘

1.1测绘的目的和意义

通过对十字轴的测绘，掌握一般测绘的程序和步骤；今儿掌握各类零件草图和工作图的绘制方法；掌握常用测绘工具的测量方法；掌握尺寸的分类及尺寸协调和完整的原则和方法；理解零件、部件中的公差、配合、粗糙度及其它技术天剑的基本鉴别方法；了解零件常用材料及其加工方法；

1.2测绘的方法和注意事项

现场测绘，根据测绘部件的大小、要求的精确度代号测绘工具，小部件、要求高的游标卡尺、深度尺等等。在得到这些测绘数据后，你就要根据机械设计手册里面的相关公式惊醒计算核对，然后再得到正确的数据，因为你测得的数据大部分都是零件磨损后的尺寸，不得为准，还要计算设计才行，切记，否则你画出的零件就可能不符合要求

2.零件的分析

2.1零件作用

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。

2.2零件的工艺分析

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。

2.2.1十字轴三维建模和工程图的制造

我是先画中心的部分，然后以中心部分为基准再画四根轴。中心部分要画一球体，然后进行拉伸得到。最后画其中的一根轴，进行阵列所得。图一是从不同角度对十字轴的观察

先画主视图，然后画左视图。十字轴的主视图和俯视图是一样的，所以画两个视图就可以表达出十字轴的结构。图二是十字轴的二维图。

3.工艺规程设计

3.1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。

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。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中批量，所以采用效率和精度等级都比较高的模锻成型加工工艺。

毛坯尺寸31×114×114；毛坯图如下：

3.2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。

粗基准的选择

粗基准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，在本课题，即十字轴设计的过程中，选择了毛坯的四个轴颈为粗基准，因为在工序的最初阶段不对轴颈进行加工，并且轴颈方便夹装，又能使加工表面A的加工余量合理分配，并且可保证加工A的位置精度。

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。在上述五条原则中，前四条都有它们各自的应用条件，唯有最后一条，即便于装夹原则是始终不能违反的。在考虑工件如何定位的同时必须认真分析工件夹紧，遵守机构的设计原则精基准选择镗孔，该孔是工艺基准孔，在零件设计过程中多个表面都可以用他作基准，符合基准统一原则；

4.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。

4.1工序路线方案一

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 最终检查工序1 粗车四轴端面

4.2工序路线方案二

工序1粗车四轴端面

工序2钻四轴通孔，

工序3粗车四轴外圆

工序4半精车四轴端面

工序5半精车四轴外圆

工序6 钻端面中心孔，攻螺纹，

工序7去毛刺

工序8 渗碳淬火

工序9 精车四轴端面

工序10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

4.3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

5.机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸的确定

5.1四轴外圆加工余量

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

M M =, 属于S2级，一般复杂等级，材质系数为M1，查表（

《机械制造工艺简明手册》）得尺寸公差和偏差为0.7

0.31+-mm ，因此毛坯的尺寸为

0.70.328+-mm ，实际加工余量为2Z=0.7

0.33+-。

5.2四轴端面

四周端面的相对面间的零件尺寸为0.020

0.074108--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 1.4

0.62+- mm ，因此加工余量为 1.40.63+-，毛坯尺寸为 1.4

0.6114+-。 5.3两侧面

加工余量为0mm ，毛坯尺寸为 1.1

0.528+-mm 。 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Φ8mm 孔为4 mm, Φ6mm 孔为3mm

6.确定切削用量及基本工时

工序1粗车四轴端面

1、工件材料:20CrMnTi ，σ=1018Mpa ，模锻。

加工要求：粗车四轴端面两向对面尺寸由 1.6

0.4114+-mm 至两端面尺寸为（公差平均分配(2+0.054)/2*2=1.027/2） 1.027

108.6+ mm,各端面距中心平面距离为

0.5054

54.3

+ mm 按入体原则标注

机床：卧式铣床5020X AS

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

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 c

s v r n d

π=

=，由机床说明书s n 取920min r ， 于是144min

c r

v =。

刀具每分钟进给量为z w f f Zn ==662.4mm/min. 3、计算基本时间

本工序为相同的四个工步112

4

4486.40.12920

w l t s fn ==?=?

工序2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Φ0.7

0.328mm +-（由工艺手册查的毛坯尺寸公差及上下偏差为0.7

0.31mm +-公差平均分配(1+0.02)/3=0.34）Φ

0.34

26.8

mm -,

机床：卧式车床C6201-1

刀具：YT5外圆车刀，由于σ=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α=8°，刀杆尺寸为21625cm ?。

2、计算切削用量

根据加工尺寸确定背吃刀量为0.6p a mm =

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0.3mm f 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152min

m

，

10001861.8min c

s v r n d

π=

=，由机床说明书取转速为w n =1800min r 相应的转速为147min 1000

w w n d

m v π== 3、计算基本时间

本工序为四个相同工步30

4

413.320.31800

w l t s fn ==?=?

工序3半精车四轴端面

1、加工条件及加工要求

加工要求：粗车四轴外圆由Φ 1.027

0108.6+至两端面尺寸为108.1

机床：卧式铣床5020X AS

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。

工序4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Φ

0.34

26.8

mm -至两端面尺寸为（由工艺手册查

的毛坯尺寸公差及上下偏差为0.7

0.31mm +-公差平均分配(1+0.02)/3=0.34）

Φ

0.34

25.6

mm -,

机床：卧式车床C6201-1

刀具：YT15外圆车刀，由于σ=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α=15°，

15r k = ，'5r k = ，刀杆尺寸为21625cm ?，刀尖半径取1mm 。

2、计算切削用量

根据切削尺寸及加工要求0.6p a mm =。

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0.25mm f 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）258min

c m

v =。

10003209min c

s v r n d

π=

=，根据机床说明书，取3200min w r n =，计算切削速度257min 1000

w w n d

m v π== 3、计算基本时间 本工序为四个相同工步

304

490.253200

w l t s fn ==?=?

工序5钻四轴轴向中心孔

为了尽量保证Φ6mm 和Φ8mm 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Φ8mm 的孔，后加工Φ6mm 的孔，这样可以减小加工Φ6mm 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 ，σ=1018Mpa ，模锻。 加工要求： 机床：卧式钻床

刀具：中心钻Φ8mm, 179,37l l ==； Φ6mm ，168,28l l ==。 2、计算切削用量

根据刀具材料以及加工类型，依据σ=1018Mpa<0.748Gpa,

8,6d mm d mm ==，由《机械工艺简明手册》查表得加工Φ8mm

孔的进给量以及

切削速度分别为0.18f =，20.6/min c V r =，计算得820/min n r =，查表的机床恰有此转速。加工Φ6mm 孔的进给量以及切削速度分别为

0.15,20.2/min c f V r ==，转速计算结果与Φ8mm 为了简化加工过程采用与加工Φ8mm 孔一样的转速。 3、计算基本时间

1212121211

225,29,0.18,0.15,820min

4(

)97.2w w w w r l mm l mm f mm f mm n n l l t s

n f n f

=======?+=

工序6钻孔，攻螺纹

1、加工条件及加工要求

2、加工要求：钻Φ7mm 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：Φ6mm 中心钻；M8丝锥；60°锪钻。 确定切削用量 钻孔

由材料σ=1018Mpa<0.748Gpa ，查表取0.15mm f r =。 依据钻直径以及进给量查表确定20.2min m v =， 计算转速10001072min c

s v r

n d

π==，车床为无极转速因此转速不需修正。 攻螺纹

查表取9mm f r

=，

切削速度计算公式：x

v o m y C d v e p

=

查表确定各系数：0.5,0,1,23.7v m y x C ====，=113min x

v o m y 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

1212121211

219,9,0.15,9,1072,4500min

7.11w w w w r l mm l mm f mm f mm n n l l t s

n f n f

=======

+=

工序7去毛刺

工序8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9精车四轴外圆端面 1、加工条件及加工要求

加工要求：磨削外圆由Φ108.1mm5至108mm 机床：卧式车床C6201-1 2、确定切削用量

由加工要求0.3p a mm =。

由于加工类型是精车，且粗糙度为0.63a R =

工序10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0.3p a mm =。

由于加工类型是直接精磨，且粗糙度为0.63a R =

工序11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Φ25.005mm 至Φ25mm 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0.3p a mm 。

由于加工类型是直接精磨，且粗糙度为0.4

工序12最终检查 工序13清洗

7.体会与展望

通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，在设计过程中遇到一些模糊的公式和专业用语，比如说主轴转速。切削速度的选择上在使用手册时，有的数据很难查出，但是这些问题经过这次设计，都一一得以解决，我相信这本书中还有很多我为搞清楚的问题，但是这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。 虽然这次课程是那么短暂的1周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，计算加工余量和加工精度及预选机床过程中的那些繁琐的数据，使我做事的耐心和仔细程度得以提高。课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对三年所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、

谨慎、踏实、一步一步的完成设计。如果时间可以重来，我可能会认真的去学习和研究，也可能会自己独立的完成一个项目，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。此次设计让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，担人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。

课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门设计课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。在课程设计过程中。我们要比较系统的了解矿井运输提升的设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，本次设计综合三年所学的专业课程，以《设计任务书》的指导思想为中心，参照有关资料，有计划有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。感谢学校及老师给我们这次课程设计的机会，最真挚的感谢我们的辅导老师，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱，同时也增加我们对知识的追求和欲望度.