1、-大學機 械 制 造 技 術 基 礎課 程 設 計題 目：十字軸零件機械加工工藝規程及鉆孔工序專用夾具設計班級： 姓名： 學 號： 指導教師： 完成日期： 2013.1.21 任 務 書一、設計題目: 十字軸零件機械加工工藝規程及鉆孔工序專用夾具設計二、原始資料(1) 被加工零件的零件圖 1張(2) 生產類型:大批大量生產三、上交材料1所加工的零件圖 1張2毛坯圖 1張3編制機械加工工藝過程卡片 1套4編制所設計夾具對應的那道工序的機械加工工序卡片 1套5繪制夾具裝配圖（A0或A1） 1張6繪制夾具中1個零件圖（A1或A2。裝配圖出來后，由指導教師為學生指定需繪制的零件圖，一般為夾具體）。 1

2、張7課程設計說明書，包括機械加工工藝規程的編制和機床夾具設計全部內容。（約5000-8000字） 1份四、進度安排本課程設計要求在3周內完成。1第l2天查資料，繪制零件圖。2第37天，完成零件的工藝性分析,確定毛坯的類型、制造方法，編制機械加工工藝規程和所加工工序的機械加工工序卡片。3第810天，完成夾具總體方案設計（畫出草圖，與指導教師溝通，在其同意的前提下，進行課程設計的下一步）。4第1113天，完成夾具裝配圖的繪制。5第1415天，零件圖的繪制。6第1618天，整理并完成設計說明書的編寫。7第19天21天，完成圖紙和說明書的輸出打印。答辯五、指導教師評語該生設計的過程中表現 ，設計內容反

3、映的基本概念及計算 ，設計方案 ，圖紙表達 ，說明書撰寫 ，答辯表現 。綜合評定成績： 指導教師日期摘要通過對十字軸零件進行分析，在滿足加工技術要求的前提下，確定了十字軸的制造形式。參閱有關技術手冊，制定了機械加工工藝路線，確定了各工序尺寸和加工余量。通過計算確定了切削余量和基本工時，并制定了機械加工工藝過程卡片。為了給生產的計劃、調度、工人的操作提供依據，提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，根據加工需要設計了一套工裝夾具。這次設計的是十字軸機械加工工藝規程及工藝裝備設計，包括零件圖、毛坯圖、裝配圖各一張，機械加工工藝過程卡片和與工序卡片各一張。首先我們要熟悉零件和了解其作用，它位于車

4、床變速機構中，主要起換檔作用。然后，根據零件的性質和零件圖上各端面的粗糙度確定毛坯的尺寸和械加工余量。最后擬定撥差的工藝路線圖，制定該工件的夾緊方案，畫出夾具裝配圖。 關鍵詞：十字軸；加工工藝制定;夾具分析AbstractThrough the analysis of the cross shaft parts, in order to meet the processing requirements, determine the form of cross shaft. Refer to the technical manual, establishes the machining proc

5、esses, each process to determine the size and the machining allowance. Cutting margin and the basic working hours were determined through calculation, and establishes the machining process card. In order to provide basis for production planning, scheduling, the operation of the workers, improve labo

6、r productivity, guaranteed the processing quality, reduce labor intensity, according to processing needs a set of engineering design fixture.This design is the cross shaft machining process planning and process equipment design, including the parts drawing, blank drawing, assembly drawing of a, mach

7、ining process with the card and process card. First of all we must familiar with the parts and understand its role, it is located in the lathe speed institutions, mainly from the shift effect. Then, according to the nature of parts and components in the face of the map on the roughness of rough dete

8、rmine the size and mechanical Jiagongyuliang. Finalizing the shifting fork of the road map, the enactment of the workpiece clamping programme, to draw fixture assembly.Key words：cross spider; process planning; jig analy目 錄1、序 言12、零件的分析12.1零件的作用12.2零件的工藝分析23、工藝規程設計23.1確定毛坯的制造形式23.2基面的選擇2粗基準的選擇3精基準的選擇

9、33.3工藝路線的擬定43.3.1 確定各表面的加工方法4工藝順序的安排原則43.3.3 制定工藝路線53.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定7四軸外圓表面加工余量（25mm）7四軸端面（108mm）8十字軸中部兩側面83.5工序7相關參數計算（鉆孔、攻螺紋）9被吃刀量的選擇9進給量的選擇9切削速度的選擇9切削深度的選擇94、專用夾具設計94.1設計主旨94.2夾具設計10確定定位原件10確定導向裝置10確定加緊機構105、設計小結126、參考文獻131、序 言機械制造技術課程設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業課之后進行的.這是我們在進行畢業設計之前對所學各課程

10、的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。就我個人而言，我希望能通過這次課程設計，了解并認識一般機器零件的生產工藝過程，鞏固和加深已學過的技術基礎課和專業課的知識，理論聯系實際，對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后的工作打下一個良好的基礎，并且為后續課程的學習打好基礎。由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。2、零件的分析2.1零件的作用題目所給定的零件是十字軸零件又稱十字節，即萬向接頭，英文名稱universal joint，如圖2-1。2-1 十字軸零件圖它是實現

11、變角度動力傳遞的機件，用于需要改變傳動軸線方向的位置，它是汽車驅動系統的萬向傳動裝置的 “關節”部件。常與聯軸器配套使用，是萬向聯軸器的重要零件，精度要求高，加工難度大，由于其主要承受扭轉等力矩，所以在軸頸上進行一定的熱處理用以提高零件強度。2.2零件的工藝分析從零件圖上可知，它共有三組加工面，每組內都有一定的加工精度要求。縣分述如下：以25 mm為加工表面這一組包括：25mm 外圓加工、30mm短軸端面。其中外圓表面精度Ra0.63，精度等級IT7，可通過粗車、半精車、磨削得到，軸頸端面由于不是配合處，其表面精度Ra1.25，精度等級IT9可以通過粗車、半精車得到。2.2.2十字軸內部鉆孔這

12、一組包括：細通孔6mm，深25mm孔8mm。兩孔要求孔隙小于0.02mm其他加工（1）攻螺紋孔M8-7H于毛坯中心。（2）在螺紋孔上锪直徑23mm、深4mm、角度60°的孔。3、工藝規程設計3.1確定毛坯的制造形式由于零件主要承受壓力，故選用材料20CrMnTi，為低碳合金結構鋼，是一種完全滿足十字軸的力學性能，價格經濟的常見材料，材料選擇是恰當的。根據大批量生產要求，采用手工母模砂型澆鑄，這從提高生產率、保證加工精度上考慮，也是應該的。鑄件尺寸公差等級CT10、機械加工余量等級RMA-G。3.2基面的選擇基面的選擇是工藝規程設計中的重要工作之一。基面的選擇的正確、合理，可以保證加工

13、質量，提高生產效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。粗基準的選擇粗基準的選擇將影響的加工面和不加工面的相互位置，或影響到加工余量的分配，并且第一道加工工序首先要遇到基準選擇問題，因此正確選擇粗基準對保證產品質量將有重要影響。 在選擇粗基準時，一般應遵循下列原則： （1）保證相互位置要求的原則 如果必須保證工件上加工面與不加工面的相互位置要求，則應以不加工面作為粗基準。（2）保證加工表面加工余量合理分配的原則 如果必須首先保證工件某重要表面的余量均勻，應選擇該表面的毛坯面為粗基準。 （3）便于工件裝夾的原則 選擇粗基準時，必須考慮定位準確，夾緊可靠及

14、夾具結構簡單、操作方便等的問題。為保證定位準確，夾緊可靠，要求選用的粗基準盡可能平整、光潔和有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其它缺陷。 （4）粗基準一般不得重復使用的原則 如果能使用精基準定位，則粗基準一般不應被重復使用。這是因為若毛坯的定位面很粗糙，在兩次裝夾中重復使用同一基準，就會造成相當大的定位誤差。 上述選擇粗基準的四條原則，每一原則都只能說明一個方面的問題。在實際應用中有時可以兼顧這四條原則，而夾具裝夾則不能同時兼顧，這就要根據具體情況抓住主要矛盾，解決主要問題。 根據以上原則，在設計中，即十字軸設計的過程中，選擇了加工表面以25mm軸線為粗基準，加工時應考慮到保證一

15、定的同軸度。并且軸頸方便夾裝，又能使加工表面的加工余量合理分配，并且可保證加工的位置精度精基準的選擇選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證技術設計要求的實現以及裝夾準確、可靠、方便。為此，一般應遵循以下五條原則： （1）基準重合原則 應盡可能選擇被加工表面的設計基準為精基準。這稱之為基準重合原則。 （2）統一基準原則 當工件以某一精基準定位，可以比較方便的加工大多數其他表面，則應盡早地把這個基準面加工出來，并達到一定精度，以后工序均以它為精基準加工其他表面。這稱之為統一基準原則。 （3）互為基準原則 某些位置度要求很高的表面，常采用互為基準反復加工的辦法來達到位置度要求。這稱之為互為基準原則。

16、 （4）自為基準原則 旨在減小表面粗糙度，減小加工余量和保證加工余量均勻的工序，常以加工面本身為基準進行加工，稱為自為基準原則。 （5）便于裝夾原則 所選擇的精基準，應保證定位準確、可靠，夾緊機構簡單，操作方便，這稱為便于裝夾原則。根據以上原則，在設計中，即十字軸設計的過程中，外圓表面經過粗車后的表面作為精基準，半精加工25mm外圓，達到規定的表面質量和公差要求。外圓表面經過半精車后的表面作為精基準，加工軸頸上的孔，達到位置度要求。外圓表面經過半精車后的表面和端面作為精基準，加工十字軸中心凹臺和螺孔，達到位置度要求。3.3工藝路線的擬定 確定各表面的加工方法根據各表面的加工精度和表面粗糙度的要

17、求，對于十字軸的各表面，選定如下加工方法：（1）四個25mm的軸頸外圓加工方法為粗車半精車磨削，端面的加工方法為粗車半精車；（2）8和6由于沒有表面粗糙度要求，故由直接鉆孔所得即可；再由锪鉆加工60°斜角；（3）23角度為60°的凹臺采用銑削加工；（4）8的螺紋孔，可先由7的麻花鉆鉆孔，再有8的絲攻攻絲所得。工藝順序的安排原則（1）先加工基準面，再加工其它表面 這條原則有兩個含義： 1）工藝路線開始安排的加工面應該是選擇定位基準的精基準面，然后再以精基準定位，加工其它表面。 2）為保證一定的定位精度，當加工面的精度要求很高時，精加工前一般應先精修一下精基準。 （2）一般情況

18、下，先加工平面，后加工孔這條原則的含義是： 1）當零件上有較大的平面可作定位基準時，可先加工出來作定位面，以面定位加工孔。這樣保證定位穩定、準確，裝夾工件往往也比較方便。 2）在毛坯面上鉆孔，容易使鉆頭引偏，若該平面需要加工，則應在鉆孔之前先加工平面。 （3）先加工主要表面，后加工次要表面 這里所說的主要表面系指：設計基準面，主要工作面。而次要表面系指鍵槽、螺孔等其他表面。次要表面與主要表面之間往往有相互位置要求。因此，一般要在主要表面達到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面。要注意的是“后加工”的含義并不一定是整個工藝過程的最后。 （4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序 對于精度和

19、表面質量要求較高的零件，其粗加工應該分開3.3.3 制定工藝路線制定工藝路線得出發點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證 ,盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。1、工藝路線一方案如下：工序1 粗車四軸端面工序2半精車四軸端面工序3 鉆四軸徑向中心孔，攻螺紋，锪錐面工序4鉆端面中心孔，锪錐面工序5粗車四軸外圓工序6 半精車四軸外圓工序7精車四軸外圓工序8 滲碳淬火處理工序9 磨四軸外圓工序10 最終檢查2、工藝路線二方案如下：工序1、粗車各外圓、端面；工序2、半精車各外圓、端面，倒角；工序3、磨削軸頸（粗磨）工序4、

20、各向鉆孔6mm至深55mm，孔隙0.02mm；工序5、各向鉆孔8mm至深25mm；工序6、各向在8mm孔上锪60°小斜面；工序7、銑削加工23mm、深4mm、角度60°凹臺；工序8、鉆螺紋孔7mm，攻螺紋M8-7H；工序9、除去輪廓毛刺；工序10、在四個軸頸滲碳0.81.3，四個軸頸淬火硬度5863HRC；工序11、磨削軸頸（精磨）；工序12、檢查；工序13、油封入庫。3、最終工序方案一車外圓和車端面不在同一工序，反復裝夾，增加了工人的勞動量，不利于提高效率，縮減成本；此外端面的中心孔以及螺紋孔為非工作表面，因此安排在粗加工之后，熱處理之前加工進行，這樣可以提高重要加工表面

21、的加工精度，減小不重要表面對它們的影響；方案一還有一個不足就是，四軸外圓也屬于重要加工表面，熱處理以后，它的尺寸和形狀都要發生改變從而影響精度，方案二中去掉了方案一中的精加工四軸外圓，而是在熱處理之后加了一道磨削外圓的工序，這樣就可以很好地保證四軸外圓的加工精度，減小廢品率，提高生產效率，根據上述原因，選擇方案二作為最終十字軸加工工藝路線。表3-1 加工工藝路線工序號工 名序 稱工 序 內 容車間工段設 備工 藝 裝 備1車粗車各軸外圓至27mm、車端面尺寸至108.6mm金CA614009號90°偏頭車刀，三爪卡盤,游標卡尺2車粗車各軸外圓至25.36mm、車端面尺寸至108mm金

22、CA614009號90°偏頭車刀、02號45°成形車刀，三爪卡盤,游標卡尺3磨粗磨削軸頸25.21mm金磨床砂輪，三爪卡盤,游標卡尺4鉆各向鉆孔6mm至深55mm，孔隙0.02mm；金鉆床Z525高速鋼直柄麻花鉆6，專用夾具，游標卡尺5鉆各向鉆孔8mm至深25mm；金鉆床Z525高速鋼直柄麻花鉆6，專用夾具，游標卡尺6锪各向在8mm孔上锪60°小斜面；金鉆床Z52560°直柄錐面锪鉆，專用夾具，游標卡尺7銑銑削加工23mm、深4mm、角度60°凹臺金銑床直柄立銑刀，專用夾具，游標卡尺8鉆鉆螺紋孔7mm，攻螺紋M8-7H；金鉆床Z525高速鋼直柄

23、麻花鉆7，高速鋼機動絲錐，專用夾具，游標卡尺9去毛刺除去輪廓毛刺；金10淬火在四個軸頸滲碳0.81.3，四個軸頸淬火硬度5863HRC；11磨精磨削軸頸25mm金磨床砂輪，三爪卡盤,游標卡尺12檢驗檢查13入庫油封入庫3.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定合理確定加工余量，對確保加工質量。提高生產率和降低成本都有重要的意義。余量確定的過小，不能完全切除上工序留在加工表面上的缺陷層和各種誤差，也不能補償本工序加工時工件的裝夾誤差；余量確定過大，不僅增加了機械加工量，降低了生產率，而且浪費原材料和能源，增加刀具等工具的消耗，使加工成本升高。所以在機械加工過程中要確定合理的加工余量。“十字軸”

24、零件材料為20CrMnTi，硬度217HB，生產類型為大批量生產，可采用手工母模砂型澆鑄。由于零件有滲碳淬火工序，要考慮熱處理所引起的變形問題，為熱處理后的磨削工序留有余量。根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：四軸外圓表面加工余量（25mm）軸頸的精度等級為IT7，表面粗糙度為6.3，根據精度等級和表面粗糙度確定外圓表面的加工方案，由粗車半精車磨削可得到，直徑考慮其加工長度為108mm，零件直徑為25mm，查表得：表4-1 外圓加工余量計算表 單位mm工序粗車余量半精車余量粗磨余量精磨余量總余量余量尺寸61.640.150.218所以毛坯的直徑

25、為33mm四軸端面（108mm）軸頸的精度等級為IT9，表面粗糙度為12.5，根據精度等級和表面粗糙度確定外圓表面的加工方案，由粗車半精車可得到，直徑考慮其加工長度為108mm，零件直徑為25mm，查表得：表4-1 軸端面加工余量計算表 單位mm工序粗車余量半精車余量總余量余量尺寸0.7*20.3*21*2所以毛坯的長度為110mm十字軸中部兩側面中間實體長48mm，厚28mm,四角均為半徑為12mm的圓弧，由鑄造直接得到。十字軸毛坯圖3.5工序7相關參數計算（鉆孔、攻螺紋）被吃刀量的選擇（1）鉆螺紋底孔 麻花鉆的被持刀量等于鉆頭的半徑，則：（2）攻螺紋 由表2-31查得，M8的螺紋在加工前底

26、孔直徑應為7mm因此攻螺紋的被吃刀量。進給量的選擇（1）鉆螺紋底孔 由表5-21查得在碳鋼上鉆7的孔，進給量（2）攻螺紋 由于攻螺紋的進給量就是被加工螺紋的螺距，因此3.5.3切削速度的選擇（1）鉆螺紋底孔 由表5-21查得在碳鋼上鉆7的孔，切削速度為v=20m/min，則所得主軸轉速為：，又由立式鉆床主軸轉速表4-9，取主軸轉速帶入公式，求出該工序的實際切削速度（2）攻螺紋 由表5-37查得攻螺紋的切削速度為v=38m/min，故本序取值v=3m/min，則所得主軸轉速為：，又由立式鉆床主軸轉速表4-9，取主軸轉速帶入公式，求出該工序的實際切削速度切削深度的選擇（1）鉆螺紋底孔 根據零件圖紙

27、，鉆孔深度為15mm（2）攻螺紋 由于螺紋一般來說留5mm不攻絲，則攻螺紋深度為10mm4、專用夾具設計4.1設計主旨為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，通常需要設計專用夾具。通過對零件結構與工藝過程的分析，決定設計第7道工序-鉆螺紋孔7mm，攻螺紋M8-7H的鉆床夾具體。由于本道工序對于孔沒有精度要求，所以設計本夾具時主要考慮：在本道工序加工時，如何提高生產率，減低勞動強度，而精度則不是主要問題。4.2夾具設計專用夾具裝配圖確定定位原件根據定位簡圖規定的定位基準，選用V型塊定位方案，如裝配圖所示,下部V型塊與上部V型塊配合限制四個自由度、,右側擋銷與定位端面配合限制一個自由度,后側支撐塊與十字軸圓周面接觸限制一個自由度，實現工件的正確定位。確定導向裝置本工序要求對被加工孔依次進行鉆底孔，攻螺紋2個工步的加工，最終達到工序簡圖上規定的加工要求，故選用快換鉆套作為刀具的導向原件。這樣可以提高生產率，降低勞動強度。確定加緊機構針對成批生產的工藝特性，此夾具選用如圖所示夾具，當圖中手柄下壓時，帶動上部V型塊加緊機構向上運動，此時可以進行十字軸的放置和取下。當手柄上揚時，由于彈簧和重力的雙重作用，上部V型塊加緊機構向下運動，實現十字軸的加緊。5、設計小結本次課程設計是對這學期所學機械設計制造基礎課程和生產綜合實習的檢測和應用，將課本上所學的和實習中看