1、 . . . 课 程 设 计 说 明 书设 计：十字轴的机械加工工 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2014 年 12 月 28 日15 / 19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
2、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。目录序言I目录II一、设计的要求11.2设计的要求11.3时间大致分配1二、零件的分析22.1零件的作用22.2 零件的工艺分析2三、机械加工工艺设计23.1确定生产类型23.2确定毛坯种类33.3确定锻件加工余量及形状3四、工艺规程设计44.1选择定位基准44.2制定工艺路线44.3表面加工方法的确定54.4加工阶段的划分54.5工序顺序的
3、安排64.6确定工艺路线6五、 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定75.1工序1铣四轴端面75.2工序2粗车四轴外圆85.3工序3半精车四轴外圆95.4工序4钻孔,攻螺纹,锪锥面105.5工序5钻四轴向轴中心孔,锪锥面115.6工序6渗碳淬火125.7工序7精磨四轴外圆、端面12六、夹具设计136.1夹具选择136.1.1问题的提出136.1.2定位基准的选择136.2定位加紧方案146.3 夹具元件的设计计算146.3.1夹紧力作用点146.3.2夹紧力的方向146.3.3夹紧方案156.4 夹具装配图的绘制15七、 体会与展望16八、 参考文献17一、设计的要求1.1机械制造工艺学课程设计
4、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 毛坯图 1 机械加工工艺过程综合卡片 1 工艺装备设计 12 套工艺装备主要零件图 1 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%二、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
5、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外圆及四个8、6的孔、2、右端面2360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
6、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29122122；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：简图加工面序基本尺寸余量等级余量等级说明
7、上25H2双侧加工下25H2双侧加工左25H2双侧加工右25H2双侧加工四、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
8、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
9、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
10、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1-1 25外 圆IT86.3粗车-半精车表1-3上 下端 面IT1012.5粗 车表1-1 23孔IT93.2钻-铰表1-5螺纹M8IT63.2攻螺纹表1-8 6孔IT1212.5钻表1-7 8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,使后续工序都可以采用精基准定位加工,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
11、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
12、英才学院机械加工工艺过程卡片十字轴材料牌号20CrMnTi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Z3
13、040专用夹具、镗刀08钻孔钻6、8孔Z3040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,=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
14、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,。采用硬质合金圆柱车刀,=50mm,Z=6,则,由机床说明书取,于是。刀具每分钟进给量为=662.4mm/min.3、计算基本时间本工序为相同的四个工步4、计算其他时间 t1=6%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,依据手册主偏角围1015,由于取较小主偏角
15、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、计算切削用量根据加工尺寸确定背吃刀量为工件直径靠近20mm,刀具材料为硬质合金,背吃刀量0.6mm,有工艺手册查表得,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,由机床说明书取转速为=相应的转速为3、计算基本时间本工序为四个相同工步4、计算其他时间 t1=6%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=1018Mpa
16、加工材料为结构钢,查表得前角围1215,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。2、计算切削用量根据切削尺寸及加工要求。 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。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。,根据机床说明书,取,计算切削速度3、计算基本时间本工序为四个相同工步基本时间4、计算其他时间 t1=6%t=0.5s 6、单件时间计算 td=t+t1=9s+0.5s=9.5s5.4工序4钻孔,攻螺纹,锪锥面1、加工条件机床：立式钻床Z518
17、刀具：6mm中心钻；M8丝锥；60锪钻。确定切削用量钻孔由材料=1018Mpa0.748Gpa,查表取。依据钻直径以及进给量查表确定,计算转速,车床为无极转速因此转速不需修正。攻螺纹查表取,切削速度计算公式：查表确定各系数：,3、计算基本时间加工各步的走刀长度、进给量、转速分别为4、计算其他时间 t1=6%t=0.43s 5、单件时间计算 td=t+t1=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6m
18、m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,=1018Mpa,模锻。机床：卧式钻床刀具：中心钻8mm,；20. 6mm,。 2、计算切削用量根据刀具材料以及加工类型,依据=1018Mpa0.748Gpa,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,计算得,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,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4、
19、计算其他时间 t1=6%t=5.8s 5、单件时间计算 td=t+t1=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HRC58605.7工序7精磨四轴外圆、端面1、加工条件机床：外圆磨床。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。由于加工类型是直接精磨,且粗糙度为3、计算基本时间 t=70s4+62s4=528s 4、计算其他时间 t1=6%t=31.6s 5、单件时间计算 td=t+t1=528s+31.6s=559.6s六、夹具设计
20、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
21、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由度；孔与端部的垂直度：需要限制绕X的转动,绕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Y轴的平动,绕X的转动,绕Y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Y轴的转动三个自由度；在底部8孔中加一短定
22、位销,可以限制沿X轴的平动,沿Y轴的平动；这样,总共限制了：沿X轴的平动,沿Y轴的平动,沿Z轴的平动,绕X的转动,绕Y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
23、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。6.3.3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 夹具装配图的绘制七、 体会与展望通过这次课程设计我学会了更多专业知识,培养了实际操作和创新的能力。在过去的课程中,我们只是学习了一些重要的理论知识,而没有切合实际的练习与测试。在这次课程设计中我遇到了许多难题和问题,通过指导老师的耐心讲解和指导,我又重新学习了以往遗漏和没有完全掌握的知识。六点定位原理,看似很简单的几行字
24、但是如果结合实际的工件就要认真的分析,如何完全限制它的六个自由度不要产生过定位和欠定位的情况。而夹紧装置的选择就要我们平时多留心和积累,掌握更多的典型夹紧装置,以便于在设计中灵活的运用。这次课程设计也是在为我们将来的课程设计打基础,为我们以后的工作积累更多的经验。在今后的学习中,我会更加努力,不仅努力学好专业知识而且要积累更多的设计经验。八、 参考文献1家奇.机械制造工艺学课程设计指导书M.：机械工业,2006.2曾志新,吕明.机械制造技术基础M.:理工大学,2001.3益明.机械制造工艺设计简明手册M.：机械工业,1993.4肖诗纲.切削用量手册M.：机械工业,1993.5柴油机厂工艺设备研究所.金属切削机床夹具设计手册M.：机械工业,1987.2 邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程.：机械工业,20073 东北重型机械学院,工学院,第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册.：科学技术,19904 艾兴,肖诗纲主编.切削用量简明手册.：机械工业,19945 堃,王文才机械制造工艺学课程设计指南：工业大学,19976 马贤智主编实用机械加工手册：科学技术,20027 益编机械制造工艺设计简明手册：机械工业,20028 Hiram E.Grant.夹具非标准夹紧装置.：机械工业,1985
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