十字轴的机械加工工艺及工装设计一、研究本课题的目的与意义当代机械制造工业正以迅猛的步伐迈向21世纪，加工方法和制造工艺进一步完善与开拓，在传统的切削、磨削技术不断发展，上升到新的高度的同时，各种特种方法也在不断出现，开拓出新的工艺可能性，达到新的技术水平，并在生产中发挥重要作用；加工技术向高精度发展，出现了所谓的“精密工程”、“纳米技术” 。

制造技术向自动化方向发展，正沿着数控技术、柔性制造系统及计算机集成制造系统的台阶向上攀登题目所给定的传动装置的十字轴是个典型实例，在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。

轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。

为了降低成本，占领市场，要达到高质量，低成本的要求，进而对零部件提高了要求。

十字轴零件小，内部需加工的地方多，设计要求严格，工序达几十多道，它是汽车上的关键零件，起着传递动力的作用，是万向联轴器上的重要零件，精度要求高，加工难度大。

所以在加工十字轴时要注意尺寸，精度，结构，锻造，车削等方面都要进行更精密的加工。

二、机械加工工艺规程设计1、工艺规程的作用(a)工艺规程是生产准备和生产管理的基本依据，是保证产品质量和生产经济的指导性文件。

因此，生产中应严格执行既定的工艺规程。

(b)工艺规程是新建扩建工厂或车间时的基本资料。

(c)工艺规程是工艺技术交流的主要文件形式。

2、工艺规程的设计原则(a)必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。

(b)在规定的生产纲领和生产批量下，能以最经济的方法获得所要求的生产率和生产纲领，一般要求工艺成本最低。

(c)充分利用现有生产条件，少花钱，多办事，并要便于组织生产。

(d)尽量减轻工人的劳动强度，保证生产安全，创造良好、文明的生产条件。

3、十字轴零件工艺分析（1）审查零件的材料的选择是否恰当：零件材料的选择应该立足于国内，尽量选择我国资源丰富的材料，尽量不要选择贵重金属材料，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。

该十字轴材料选择20CrMnTi，为低碳合金结构钢，是一种完全满足十字轴的力学性能，价格经济的常见材料，材料选择是恰当的。

（2）检查零件的图样是否完整和正确：经检查视图足够并正确，所标注的尺寸、公差、表面粗糙度、和技术要求合理、齐全并且零件的表面精度、表面质量和技术要求在现有的技术条件和生产条件下能够达到。

在加工过程中先以四轴颈为基准镗孔Ø46.2+0.20mm，再车A面并倒角2mm×45°，A圆面与镗孔共圆；镗孔精度为Ra1.6，A面精度Ra12.5然后以镗孔为基准车四轴颈端面和轴颈外圆，端面精度Ra12.5；在以镗孔和轴颈外圆为基准车M、N面,M、N面精度要求Ra12.5最后一四轴颈自身为基准精磨轴颈，轴颈要求比较高为Ra0.4。

（3）毛坯的选择差速器十字轴的材料选择，根据零件要求要有一定的强度和耐磨性，一般常选用20CrMnTi等低碳合金结构（渗碳材料），此外考虑到生产性质为大批大量，经渗碳淬火后表面具有高的硬度而轴心部分保持相当的强度和韧性，并且要求的力学性能高，所以采用效率和精度等级都比较高的模锻成型加工工艺。

毛坯尺寸公差和加工余量的确定1）锻件质量M锻件估算=2.5kg2）加工精度各表面为一般加工精度F13）锻件形状复杂系数S对十字轴零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，即l=166mm，b=30mm，h=166mm；由公式可计算出该十字轴锻件的形状复杂系数S=m t/m N=2.5/(lbhρ)=2.5kg/(166×30×166×7.8×106-kg/mm3)=0.477由于0.477介于0.32和0.63之间，故该十字轴的形状复杂系数属于S2级。

为S2，属一般级别4）机械加工余量中心孔单面余量为2.00mm十字轴毛胚尺寸如下：毛坯尺寸表1 十字轴毛胚尺寸加工面尺寸公差机械加工余量（mm）尺寸偏差（mm）四轴端面 2.0 4.0 +0.6-1.4厚度21 1.8 7.2 -1.2-0.6四轴颈 3.0 8.0 +1.5-1.5镗孔0.8 4 +0.4-0.4 （4）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。

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铣轴端面比较合理。

2）精基准的选择以中心孔作为加工外圆的精基准，以外圆作为加工四轴端面的精基准。

（5）工艺路线方案设定根据零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如表所示十字轴零件各表面加工方案综上所述，该零件工序安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工——及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工——热处理——主要表面精加工。

在综合考虑上述工序顺序的安排原则的基础上，列出如下十字轴加工工艺路线十字轴工艺路线及装备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1 粗镗孔Ø46mm卧式车床镗刀游标卡尺2 粗车Ø162mm四轴颈端面、倒角卧式车床YT5硬质合金可转位车刀游标卡尺3 钻四轴端中心孔四面组合钻床复合麻花钻游标卡尺4 粗车一轴线两端Ø22mm外圆卧式车床YT5硬质合金可转位车刀游标卡尺5 粗车另一轴线两端外圆卧式车床YT5硬质合金可转位车刀游标卡尺6 粗铣、半精铣Ø126mm平面、并倒R1圆角立式铣床镶齿圆柱铣刀游标卡尺7 粗铣、半精铣另一个Ø126mm平面、并倒R1圆角立式铣床镶齿圆柱铣刀游标卡尺4、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定通过查表和估算的方法确定加工余量和工序尺寸加工余量的大小，对零件的加工质量和生产率以及经济性均有较大的影响。

余量过大将增加材料、动力、刀具和劳动量的消耗，并使切削力增大而引起工件的较大变形。

反之余量过小则不能保证零件的加工质量。

下表是本设计中所确定的机械加工余量和工序尺寸8 扩孔Ø46mm 、倒角 四面组合钻床 扩孔钻 游标卡尺 9半精车、精车一轴线两端Ø22mm 外圆卧式车床YT5硬质合金可转位车刀游标卡尺10 半精车、精车另一轴线两端Ø22mm 外圆卧式车床 YT5硬质合金可转位车刀游标卡尺11 去毛刺 钳工台 塞规、百分表、卡尺等12 热处理 淬火机等 13磨削四轴外圆磨床砂轮、游标卡尺14 清洗 清洗机 15终检塞规、百分表、卡尺等工序工序内容加工余量（mm ）工序尺寸（mm ）公差 （mm ）5、 切削用量的确定选择切削用量，就是在已经选择好刀具材料和刀具几何角度的基础上确定切削深度p a ,进给量f 和切削速度v ，选择切削用量应注意以下原则：(1)在保证加工质量，降低成本和提高生产率的前提下，使p a 、f 、v 的乘积最大，当p a 、f 、v 的乘积最大时，工序的切削工时最小。

切削工时的计算公式如下：pp m vfa dlA a A nf l t 1000π==式中：l —每次进给的行程长度(mm);n —转速(n/min);1 粗镗孔Ø46mm 3 Ø44+0.190 0 0.190 2粗车162mm 四轴颈端面、倒角2162mm0.54 粗车一轴线两端Ø22mm 外圆2.5Ø250 -0.30.35 粗车另一轴线两端外圆 2.5 Ø250 -0.3 0.36 粗铣、半精铣Ø126mm两端平面 2.6 1 230 -0.63 210 -0.5 0.63 0.5 8 扩孔Ø46mm 2 Ø46+0.020 0 0.020 9半精车、精车一轴线两端Ø22mm 外圆1.8 0.9 Ø23.20 -0.074 Ø22.30 -0.046 0.074 0.046 10 半精车、精车另一轴线两端Ø22mm 外圆1.8 0.9 Ø23.20 -0.074 Ø22.30 -0.046 0.074 0.046 13 磨削四轴外圆0.3Ø22-0.020 -0.0530.033A—每边加工总余量(mm);d—工作直径(mm)。

(2)提高切削用量要受到工艺装备（机床、刀具）与技术要求（加工精度、表面质量）的限制，所以粗加工时，一般是先按刀具耐用度的限制确定切削用量，之后再考虑整个工艺系统的刚度是否允许加以调整，精加工时，则主要依据零件表面粗糙度和加工精度确定加工余量。

(3)根据切削余量和刀具耐用度的关系可知，影响刀具寿命最小的是a，其p次是f，最大是v。

这是因为v对切削温度的影响最大，温度升高，刀具磨损加快，寿命明显下降。

所以确定切削用量次序时，应首先选择较大的a，其次按p工艺装备与技术条件的允许选择最大的f，最后根据道以确定切削用量次序时，应首先选择较大的a，其次按工艺装备与技术条件的允许选择最具耐用度的允p许确定v，这样可以在保证一定道具耐用度的前提下，使a、f、v的乘积最大。

p工序1粗镗中心孔工件材料20CrMnTi机床：车床刀具：车刀（1）背吃刀量的选择由表2-28查得粗镗前直径是Ø44mm，因此粗镗背吃刀量为0.3mm（2）进给量的选择粗镗由表5-29查得粗镗进给量f=0.3～1.0，故选择0.8mm/r。

（3）切削速度的选择由表5-29查的知切削速度v=20～35，选择v=25m/min（4）切削速度和进给量的校核刀具每分钟进给量fm，刀具转速n和进给量f之间的关系fm=nf，由此可以求出镗孔的由由公式（5-1）n=v/∏d×1000可以求出主轴转速n=180r/min，刀具每分钟进给量fm=180×0.3=54mm符合要求。

（5）计算镗孔时间Tj=l/fn×i=（L+l+l1+l2）/fn×i其中l1=αp/tankα+（2-3）l2=3～5所以根据所选数据得tj=（（28.2+31.4+0.2+3）×1）/fn=1.16min（6）辅助时间tf=0.15×1.16=0.174min工序2粗车四轴端面 工件材料20CrMnTi 机床：车床 刀具：车刀 (1)确定背吃刀量pa ：面总加工余量为2.5mm 一次走刀完成，pa =2.5mm 。