万向节十字轴机械加工工艺说明书.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： 0811113059
班 级： 08机电一班
指导老师：
完成时间： 2011.07.06

华侨大学机械制造工艺学课程设计
目 录
一 设计目的 1
二 零件的分析 1
2.1零件作用 1
2.2零件加工的基准选择分析 2
2.2.1以毛坯四个轴颈为粗基准的加工表面 2
2.2.2以轴向中心孔为精基准的加工表面 2
2.2.3以轴颈为精加工基准的加工表面 2
三 工艺规程设计 2
3.1确定毛坯的制造形式 2
3.2基面的选择 3
3.2.1粗基准的选择 3
3.2.2精基准的选择 3
3.3制定工艺路线。 4
3.4机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 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确定切削用量及基本工时 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 半精车四轴的外圆 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 参考文献 22

21
一 设计目的
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的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知识的能力，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后做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) 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。
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，去正确处理的能力。
二 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20Gr并采用热模锻造的方法获得毛坯。
2.2零件加工的基准选择分析
2.2.1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车轴端面的安排，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。
2.2.2以轴向中心孔为精基准的加工表面
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，要求四轴的垂直度要求不大于0.015。由于要求较高，故轴颈安排了粗车，半精车，精车，精磨，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。
2.2.3以轴颈为精加工基准的加工表面
磨四周端面，由于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。
三 工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
零件材料为20Gr，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。
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。
3.2.1粗基准的选择
考虑到端面对两对轴线的位置度要求，而且四个轴颈外圆是重要加工表面，这样做可保证重要加工表面的加工余量均匀，并防止加工余量不够而导致废品产生，同时选择外圆面作为粗基准定位比较稳定，符合便于装卡的原则，所以选择毛坯外圆为粗基准粗车轴端面比较合理。
3.2.2精基准的选择
以粗加工后的四个轴颈作为加工中心孔的精基准
以中心孔作为加工四个轴颈的外圆的精基准
以四个轴颈的外圆作为加工四轴端面的精基准。
3.3制定工艺路线。
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最终检查
3.4机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸的确定
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，与其联系的非加工表面的尺寸为Φ22.5mm。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，且零件图上的尺寸要求为Φ，所以直接取外圆的毛坯的尺寸为Φ22.5mm。
3.4.2四轴端面加工余量
四周端面的相对面间的零件尺寸为mm，粗糙度为0.08，四端面对轴线应垂直，不垂直度不大于0.015，因此选择加工余量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 mm，因此加工余量为，毛坯尺寸为。
终上所述毛坯的长短和宽度尺寸在范围内是合理的，而轴颈的尺寸为Φ是合理的。
3.5确定切削用量及基本工时
3.5.1工序一 检验毛坯
1) 工序要求
主要是检验毛坯是否的尺寸时候符合要求，另外零件的表面加工质量也是主要的检验对象，不能有大的凸凹或者裂纹。
2) 毛坯图

3.5.2工序二 正火处理
由于毛坯的材料为20Cr，直接加工的难度较大。所以在加工前采用正火对毛坯进行处理，降低毛坯的硬度，以提高加工质量和加工效率。
3.5.3工序三 检验是否有损伤
毛坯经过正火处理的过程中由于受热不均的影响可能使得毛坯变形。原先毛坯内部的应力也有可能在受热的情况下使得工件产生裂纹，此步骤中的检验主要是检验经过正火后的零件是否满足所计算出的毛坯的尺寸要求。
3.5.4工序四 粗车四轴端面
1) 加工要求、机床和刀具的选择
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
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度，并根据从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。转换成机床的转速为，由机床说明书取转速为。相应的实际切削速度为。
2) 计算基本时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工一个的机动时间。此外，由于本次工序有四个相同的装夹，本次工序的总机动时间。

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、机床和刀具的选择
加工表面的粗糙度要求为
机床选择：卧式车床C6201-1
刀具选择：选择A型不带护锥的中心钻（GB6078—85）
2) 计算切削用量
中心孔的表面粗糙度要求为，所以进给速度选择为。主轴转速选择为
3) 计算基本时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工一个的机动时间。此外，由于本次工序有四个相同的装夹，总机动时间。
B. 粗车四轴外圆
1) 加工要求、机床和刀具的选择
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
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度，根据从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=。应的转速为

3) 计算基本时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工一个的机动时间。此外，由于本次工序有四个相同的装夹，总机动时间。本次工序的总机动时间为(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、机床和刀具的选择
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
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0.3mm，有工艺手册查表得。通过查表法确定切削速度，根据从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=。相应的切削速度为。
3) 计算基本时间
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的机动时间。此外，由于本次工序有四个相同的装夹，因此本次工序的总时间。
4) 结果图

3.5.7工序七 半精车四轴的外圆
1) 加工要求、机床和刀具的选择
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
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0.3mm，有工艺手册查表得。
通过查表法确定切削速度，根据从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=。相应的切削速度为。
3) 计算基本时间
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的机动时间。此外，由于本次工序有四个相同的装夹，因此本次工序的总时间。
4) 结果图

3.5.8工序八 精车四轴外圆
1) 加工要求、机床和刀具的选择
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
根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。通过查表法确定切削速度，根据从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。机床转速，由机床说明书取转速为=。相应的切削速度为。
3) 计算基本时间
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的机动时间。此外，由于本次工序有四个相同的装夹，因此本次工序的总时间。

4) 结果图

3.5.9工序九 钻端面通孔
1) 加工要求、机床和刀具的选择
加工要求：孔的表面粗糙度为，且两通孔的轴线垂直度要求不大于0.0015。钻Φ5mm 的孔，深度为80.4mm；
机床选择：立式钻床Z518。
刀具选择：Φ5mm（108）和Φ9.2mm(180)的直柄麻花钻。
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。

3) 计算基本时间
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的机动时间。此外，由于本次工序有两个相同的装夹，因此本次工序的总机动时间。
由于加工阶梯孔的时间很少，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、机床和刀具的选择
加工要求：钻Φ5mm 的孔，深度为21mm
机床选择：立式钻床Z518
刀具选择：Φ5mm的直柄麻花钻
2) 确定切削用量
与钻端面中心通孔的要求基本相同，所以取相同值。
。。。
3) 计算基本时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工的机动时间。
4) 完成图

3.5.11工序十一 攻油杯螺纹孔螺纹
1) 加工要求、机床和刀具的选择
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) 计算基本时间
工件加工行程，切削速度，机床转速，刀具切入行程，切出行程。计算得到加工的机动时间。
4) 完成图

3.5.12工序十二 铣四轴端面槽
1) 加工要求、机床和刀具的选择
加工要求：要求加工宽为2mm，深度为1.5mm，内表面的粗糙度要求。
机床选择：卧式铣床
刀具选择：直径为2mm的削平型直柄立铣刀
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，。，由机床说明书取。刀具每分钟进给量为=110.4mm/min.
3) 计算基本时间
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的机动时间。此外，由于本次工序有四个相同的装夹，因此本次工序的总机动时间。
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、机床和磨轮的选择
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、机床和磨轮的选择
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
由加工要求确定。
3) 完成图

3.5.16最终检验
检验零件成品的的各项要求是否符合，零件图的尺寸要求。

四 设计小结
为期两周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我在老师的指导下，取得了可喜的成绩，在此对老师致以衷心的谢意！
课程设计作为《机械制造工艺学》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是零件分析，第二阶段是机械加工工艺规程设计。第一阶段我们运用了几何尺寸，公差配合等知识；第二阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤，学会了查相关手册、选择使用工艺装备。
总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请批阅老师批评指正！

五 参考文献
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、《互换性与测量技术基础》，华中科技大学出版社，主编李军