机械制造技术课程设计-十字轴加工工艺及铣油槽夹具设计

目录TOC\o"1-3"\h\u29164目录 -1-第1章绪论1.1课题背景全套图纸加V信153893706或扣3346389411制定十字轴的加工工艺，设计铣油槽的铣床夹具，运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，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，保证零件的加工质量。提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。1.2目的课程设计是我们对所学课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次课程设计之后，我得到一次综合性训练，我在想我能在多个方面得到锻炼。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加祖国建设打一个良好的基础。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢！1.3夹具设计中的特点1.夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。2.专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。3.“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。夹紧装置的设计对整个夹具的结局有具定性的影响。设计一个好的夹具可以减少废品率。1.4夹具设计需保证的条件1.夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。2.保证工件的精度。3.保证使用方便与安全。4.正确处理作用力的平衡问题。5.注意结构的工艺性，便于制造和维修。注意夹具与机床、辅助工具、刀具、量具之间的联系。1.5夹具的发展趋势1.发展通用夹具的新品种，由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。2.发展调整式夹具。3.推广和发展组合夹具及拼拆夹具。4.加强专用夹具的标准化和规范化。5.大力推广和使用机械化及自动化夹具。6.采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具。第2章零件的分析2.1零件的作用题目所给的零件是十字轴。又称十字节，即\t"/item/%E5%8D%81%E5%AD%97%E8%BD%B4/_blank"万向接头，英文名称universaljoint，是实现变\t"/item/%E5%8D%81%E5%AD%97%E8%BD%B4/_blank"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\t"/item/%E5%8D%81%E5%AD%97%E8%BD%B4/_blank"万向传动装置的“关节”部件。十字轴式刚性\t"/item/%E5%8D%81%E5%AD%97%E8%BD%B4/_blank"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\t"/item/%E5%8D%81%E5%AD%97%E8%BD%B4/_blank"交角为15゜～20゜。十字轴是十字轴式刚性万向节关键件之一2.2零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Ra0.4Φ8粗糙度Ra12.5Φ6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零件材料为45,特性为中碳调质结构钢,考虑到中碳调质结构钢的抗缺口敏感性，减震性和耐优良等特点,因此应该选用锻件,以便使开合螺母在使用中耐磨性良好,保证零件工作可靠.由于零件年产量为3000件,已达到成批生产的水平，而且模锻，免除了砂模和制模的设备，以及减少了锻工车间的面积，生产成本就有了降低，这样得来的锻件具有紧密与微细的颗粒结构及较好的机械性能。因此采用模锻,这从提高生产率、保证加工精度来考虑也是应该的。

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。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。

3.2.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。3.2.2精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。3.3制订工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案：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Φ8、Φ6孔并倒角工序07：钻攻G1/8螺纹孔，Φ23×60°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机械加工余量的确定锻件重为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确定切削用量及基本工时工序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B×H=16mm×25mm，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16mm×25mm、≤3mm、工件直径为0～100mm时，=0.1～0.6mm/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=760×1.17N=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/min≈145m/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B×H=16mm×25mm，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。确定切削深度由于单边余量为0.4mm，可在1次走刀内切完。确定进给量根据表1.4，在粗车45、刀杆尺寸为16mm×25mm、≤3mm、工件直径为0～100mm时，=0.1～0.6mm/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=760×1.17N=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。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。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/min≈194m/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/min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/min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Φ8、Φ6孔并倒角工步一：钻Φ6孔确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z3025摇臂钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ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Φ8孔确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z3025摇臂钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ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，Φ23×60°深4，倒角60°工步一：钻G1/8螺纹底孔Φ8.4孔确定进给量：根据参考文献Ⅳ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Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ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Φ23×60°深4确定进给量：根据参考文献Ⅳ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Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ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Ⅳ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Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ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A46KV6P35040127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60063305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Z＝0.1mm进给量=0.01mm/r3)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A46KV6P450380520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450380520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=1.1n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Z＝0.1mm进给量=0.01mm/r3)切削工时工序14：清理工序15：终检第4章专用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，决定设计工序09：铣油槽的铣床夹具。4.1问题的提出本夹具主要用于铣油槽，表面粗糙度Ra12.5，精度要求不高，故设计夹具时主发考虑如何提高生产效率。4.2定位基准的选择选择已加工好的四轴外圆来定位，所以相应的夹具上的定位元件应是V形块和调节支承及定位销。因此进行定位元件的设计主要是对V形块和调节支承及定位销，夹紧则是由丝杆、支承板底座、支承板和支座等组成的夹紧机构来完成。上下轴外圆与V形相配合，限制三个自由度，即X轴移动、X轴转动和Z轴转动。左右轴外圆与调节支承定位销，限制两个自由度，即Y轴转动和Z轴移动。左右轴外圆与定位销相配合，限制一个自由度，即Y轴移动。工件六个自由度被完全限制，属于完全定位，故设计合理。4.3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+0.03/20.3924.4切削力的计算与夹紧力分析查表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K<2.5时，取K=2.5孔轴部分由M10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。本道工序为铣