万向节十字轴机械加工基本工艺说明指导书.doc

机电及自动化学院

机械制造工艺学
课程设计说明书

设计课题： 万向节十字轴
姓 名：
学 号：
班 级： 08机电一班
指导老师：
完成时间： .07.06
目 录
一 设计目标 1
二 零件分析 1
2.1零件作用 1
2.2零件加工基准选择分析 2
2.2.1以毛坯四个轴颈为粗基准加工表面 2
2.2.2以轴向中心孔为精基准加工表面 2
2.2.3以轴颈为精加工基准加工表面 2
三 工艺规程设计 2
3.1确定毛坯制造形式 2
3.2基面选择 3
3.2.1粗基准选择 3
3.2.2精基准选择 3
3.3制订工艺路线。 4
3.4机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸确实定 5
3.4.1四轴外圆加工余量 5
3.4.2四轴端面加工余量 5
3.5确定切削用量及基础工时 5
3.5.1工序一 检验毛坯 5
3.5.2工序二 正火处理 6
3.5.3工序三 检验是否有损伤 6
3.5.4工序四 粗车四轴端面 7
3.5.5工序五 粗加工四轴外圆 8
3.5.6工序六 半精车四轴端面 10
3.5.7工序七 半精车四轴外圆 11
3.5.8工序八 精车四轴外圆 13
3.5.9工序九 钻端面通孔 14
3.5.10工序十 钻油杯螺纹孔 15
3.5.11工序十一 攻油杯螺纹孔螺纹 16
3.5.12工序十二 铣四轴端面槽 17
3.5.13工序十三 渗碳淬火 18
3.5.15工序十五 精磨四轴外圆 19
3.5.16最终检验 20
四 设计小结 21
五 参考文件 22

一 设计目标
机械制造工艺学课程设计,是在学习《机械制造工艺学》理论课程以后，并经过生产实习取得一定感性知识后进行一项教学步骤。在老师指导下，要求在设计中能初步学会综合利用以前所学知识能力，而且独立完成一项工程基础训练。同时，也为以后做好毕业设计打下良好基础。经过课程设计达成以下目标：
1) 能熟练利用《机械制造工艺学》知识，正确地处理一个零件在加工中定位，夹紧和合理制订工艺规程等问题方法，培养学生分析问题和处理问题能力。
2) 课程设计过程也是理论联络实际过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生处理工程实际问题独立工作能力。
3) 此次课程设计增强了我们对待一个问题中存在多个不确定量而有所取，去正确处理能力。
二 零件分析
2.1零件作用
十字轴是万向节经典结构关键零件，起传输动力作用，承受较大载荷，故毛坯采取强度和韧性全部很好20Gr并采取热模铸造方法取得毛坯。
2.2零件加工基准选择分析
2.2.1以毛坯四个轴颈为粗基准加工表面
以四个轴颈为基准加工轴向中心孔和车轴端面安排，这是因为四个轴颈是关键加工表面，这么做可确保它们加工余量均匀，并预防加工余量不够而造成废品产生，同时这也符合便于装卡标准。
2.2.2以轴向中心孔为精基准加工表面
轴颈是最关键加工表面，因为十字轴刚性较差，毛坯圆柱度误差很轻易反应到工件上来，要求四轴垂直度要求小于0.015。因为要求较高，故轴颈安排了粗车，半精车，精车，精磨，这么毛坯误差复映到工件误差就显著减小，从而确保了零件加工精度。
另外，为了减小磨削力引发变形，选择切削性能很好白刚玉粒度号为46较软砂轮。
2.2.3以轴颈为精加工基准加工表面
磨四面端面，因为四个轴端面对称度要求比较高，故最终安排一道轴颈为精基准磨削加工。
三 工艺规程设计
3.1确定毛坯制造形式
零件材料为20Gr，考虑到零件在工作过程中承受常常性交变载荷，所以选择锻件，从而使金属纤维尽可能不被切断，确保零件可靠工作。另外考虑到生产性质为大批大量，所以采取效率和精度等级全部比较高模锻成型加工工艺。
3.2基面选择
基面选择在工艺规程设计中占有很关键位置，关系到能否确保加工质量和生产效率。基面选择合理能够使加工质量得到确保，生产效率得以提升; 不然，最直接后果是无法确保加工质量，造成零件大批报废，浪费原材料和劳动力和能源，降低生产效率。
3.2.1粗基准选择
考虑到端面对两对轴线位置度要求，而且四个轴颈外圆是关键加工表面，这么做可确保关键加工表面加工余量均匀，并预防加工余量不够而造成废品产生，同时选择外圆面作为粗基准定位比较稳定，符合便于装卡标准，所以选择毛坯外圆为粗基准粗车轴端面比较合理。
3.2.2精基准选择
以粗加工后四个轴颈作为加工中心孔精基准
以中心孔作为加工四个轴颈外圆精基准
以四个轴颈外圆作为加工四轴端面精基准。
3.3制订工艺路线。
工序路线方案
工序1 检验毛坯
工序2 正火处理
工序3检验是否有损伤
工序4 粗车四轴端面
工序5粗车四轴外圆
工序6 半精车四轴端面
工序7半精车四轴外圆
工序8精车四轴外圆
工序9钻端面通孔
工序10钻油杯螺纹孔
工序11攻油杯螺纹孔螺纹
工序12精铣端面槽
工序13渗碳调质处理
工序14精磨四轴端面
工序15精磨四轴外圆
工序16最终检验
3.4机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸确实定
3.4.1四轴外圆加工余量
直径考虑其加工长度为24mm，零件直径为Φ16.3mm，和其联络非加工表面尺寸为Φ22.5mm。因为是大批生产而且采取模锻件作为毛坯，为了降低毛坯加工难度，简化工艺路线，且零件图上尺寸要求为Φ，所以直接取外圆毛坯尺寸为Φ22.5mm。
3.4.2四轴端面加工余量
四面端面相对面间零件尺寸为mm，粗糙度为0.08，四端面对轴线应垂直，不垂直度小于0.015，所以选择加工余量Z=3mm能够满足加工要求,零件复杂度为S2，材质系数为M1，所以毛坯尺寸公差和上下偏差为 mm，所以加工余量为，毛坯尺寸为。
终上所述毛坯长短和宽度尺寸在范围内是合理，而轴颈尺寸为Φ是合理。
3.5确定切削用量及基础工时
3.5.1工序一 检验毛坯
1) 工序要求
关键是检验毛坯是否尺寸时候符合要求，另外零件表面加工质量也是关键检验对象，不能有大凸凹或裂纹。
2) 毛坯图

3.5.2工序二 正火处理
因为毛坯材料为20Cr，直接加工难度较大。所以在加工前采取正火对毛坯进行处理，降低毛坯硬度，以提升加工质量和加工效率。
3.5.3工序三 检验是否有损伤
毛坯经过正火处理过程中因为受热不均影响可能使得毛坯变形。原先毛坯内部应力也有可能在受热情况下使得工件产生裂纹，此步骤中检验关键是检验经过正火后零件是否满足所计算出毛坯尺寸要求。
3.5.4工序四 粗车四轴端面
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：粗车四轴端面由86mm加工到82.4mm.
机床选择：卧式车床C6201-1
刀具选择：YT5外圆车刀
1) 计算切削用量
依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。经过查表法确定切削速度，并依据从车外圆切削速度表，并依据以上得出切削标准，选出对应切削速度为。转换成机床转速为，由机床说明书取转速为。对应实际切削速度为。
2) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工一个机动时间。另外，因为此次工序有四个相同装夹，此次工序总机动时间。

3) 结果图

3.5.5工序五 粗加工四轴外圆
A. 钻中心孔
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工表面粗糙度要求为
机床选择：卧式车床C6201-1
刀具选择：选择A型不带护锥中心钻（GB6078—85）
2) 计算切削用量
中心孔表面粗糙度要求为，所以进给速度选择为。主轴转速选择为
3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工一个机动时间。另外，因为此次工序有四个相同装夹，总机动时间。
B. 粗车四轴外圆
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：粗车四轴外圆由Φ（由工艺手册查得尺寸公差及上下偏差为公差平均分配(1+0.5)/3=0.5）到Φ。
机床选择：卧式车床C6201-1
刀具选择：YT5外圆车刀
2) 计算切削用量
依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。经过查表法确定切削速度，依据从车外圆切削速度表，并依据以上得出切削标准，选出对应切削速度为，，由机床说明书取转速为=。应转速为

3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工一个机动时间。另外，因为此次工序有四个相同装夹，总机动时间。此次工序总机动时间为(28+22.24=50.24)s。

4) 结果图

3.5.6工序六 半精车四轴端面
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：粗车四轴端面由82.4mm加工到80.4mm.
机床选择：卧式车床C6201-1
刀具选择：YT5外圆车刀
2) 计算切削用量
依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0.3mm，有工艺手册查表得。经过查表法确定切削速度，依据从车外圆切削速度表，并依据以上得出切削标准，选出对应切削速度为。，由机床说明书取转速为=。对应切削速度为。
3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到粗车加工一个端面机动时间。另外，因为此次工序有四个相同装夹，所以此次工序总时间。
4) 结果图

3.5.7工序七 半精车四轴外圆
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：粗车四轴外圆由Φ（由工艺手册查得尺寸公差及上下偏差为公差平均分配(1+0.5)/3=0.5）到Φ。
机床选择：卧式车床C6201-1
刀具选择：YT5外圆车刀
2) 计算切削用量
依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0.3mm，有工艺手册查表得。
经过查表法确定切削速度，依据从车外圆切削速度表，并依据以上得出切削标准，选出对应切削速度为。，由机床说明书取转速为=。对应切削速度为。
3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到粗车加工一个端面机动时间。另外，因为此次工序有四个相同装夹，所以此次工序总时间。
4) 结果图

3.5.8工序八 精车四轴外圆
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：粗车四轴外圆由Φ（由工艺手册查得尺寸公差及上下偏差为公差平均分配(1+0.5)/3=0.5）到。
机床选择：卧式车床C6201-1
刀具选择：YT5外圆车刀
2) 计算切削用量
依据加工尺寸确定背吃刀量为，工件直径靠近17mm，刀具材料为硬质合金，背吃刀量0.2mm，有工艺手册查表得。经过查表法确定切削速度，依据从车外圆切削速度表，并依据以上得出切削标准，选出对应切削速度为。机床转速，由机床说明书取转速为=。对应切削速度为。
3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到粗车加工一个端面机动时间。另外，因为此次工序有四个相同装夹，所以此次工序总时间。

4) 结果图

3.5.9工序九 钻端面通孔
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：孔表面粗糙度为，且两通孔轴线垂直度要求小于0.0015。钻Φ5mm 孔，深度为80.4mm；
机床选择：立式钻床Z518。
刀具选择：Φ5mm（108）和Φ9.2mm(180)直柄麻花钻。
2) 确定切削用量
由材料σ=1018Mpa<0.748Gpa，查表取。
依据钻直径和进给量查表确定，
计算转速，车床为无极转速所以转速不需修正。

3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到粗车加工一个端面机动时间。另外，因为此次工序有两个相同装夹，所以此次工序总机动时间。
因为加工阶梯孔时间极少，所以这里不予计算，可放在辅助时间内加以补充。
4) 完成图

3.5.10工序十 钻油杯螺纹孔
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：钻Φ5mm 孔，深度为21mm
机床选择：立式钻床Z518
刀具选择：Φ5mm直柄麻花钻
2) 确定切削用量
和钻端面中心通孔要求基础相同，所以取相同值。
。。。
3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工机动时间。
4) 完成图

3.5.11工序十一 攻油杯螺纹孔螺纹
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：攻螺纹M6-7H；
机床选择：立式钻床Z518。
刀具选择： M6细柄机用和手用丝锥（GB3463—83）
2) 确定切削用量
查表取，切削速度计算公式：
查表确定各系数：，
3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工机动时间。
4) 完成图

3.5.12工序十二 铣四轴端面槽
1) 加工要求、机床和刀具选择
加工要求：要求加工宽为2mm，深度为1.5mm，内表面粗糙度要求。
机床选择：卧式铣床
刀具选择：直径为2mm削平型直柄立铣刀
2) 计算切削用量
依据刀具材料和加工类型，依据《机械工艺简明手册》查表=0.12mm，。，由机床说明书取。刀具每分钟进给量为=110.4mm/min.
3) 计算基础时间
工件加工行程，切削速度，刀具切入行程，切出行程。计算得到粗车加工一个端面机动时间。另外，因为此次工序有四个相同装夹，所以此次工序总机动时间。
4) 完成图

3.5.13工序十三 渗碳淬火
渗碳深度严格控制为1.2～1.5，淬火硬度为HRC58～64心部硬度HRC28～43，喷丸处理。
3.5.14工序十四 精磨四轴端面
1) 加工要求、机床和磨轮选择
加工要求：磨削端面加工至
机床选择：平面磨床MM7112。
磨轮选择：确定砂轮材料为白刚玉，粒度为46，粘结剂为陶瓷平型砂轮，砂轮直径d=250mm,厚度h=6mm。
2) 确定切削用量
由加工要求确定。
3) 完成图

3.5.15工序十五 精磨四轴外圆
1) 加工要求、机床和磨轮选择
加工要求：磨削外圆加工至Φ
机床选择：外圆磨床。
磨轮选择：确定砂轮材料为白刚玉，粒度为46，粘结剂为陶瓷平型砂轮，砂轮直径d=250mm,厚度h=6mm。
2) 确定切削用量
由加工要求确定。
3) 完成图

3.5.16最终检验
检验零件成品各项要求是否符合，零件图尺寸要求。

四 设计小结
为期两周夹具课程设计已经靠近尾声，回顾整个过程，我在老师指导下，取得了可喜成绩，在此对老师致以衷心谢意！
课程设计作为《机械制造工艺学》课程关键步骤，使理论和实践愈加靠近，加深了理论知识了解，强化了生产实习中感性认识。
此次课程设计关键经历了两个阶段：第一阶段是零件分析，第二阶段是机械加工工艺规程设计。第一阶段我们利用了几何尺寸，公差配合等知识；第二阶段我们利用了基准选择、切削用量选择计算、机床选择、时间定额计算等方面知识；夹具设计阶段利用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面知识。
经过此次设计，使我们基础掌握了零件加工过程分析、工艺文件编制、专用夹具设计方法和步骤，学会了查相关手册、选择使用工艺装备。
总来说，这次设计，使我们在基础理论综合利用及正确处理实际问题等方面得到了一次很好训练。提升了我们思索、处理问题创新设计能力，为以后设计工作打下了很好基础。
因为能力所限，设计中还有很多不足之处，恳请批阅老师批评指正！

五 参考文件
1、《机械制造工艺学课程设计指导书》，哈尔滨工业大学，主编赵家齐
2、《机械制造工艺设计简明手册》，哈尔滨工业大学，主编李益民
3、《机械制造工艺学》，清华大学出版社，主编王先逵
4、《交换性和测量技术基础》，华中科技大学出版社，主编李军