课程设计说明书（2016-2017学年第二学期）课程名称机械制造技术基础课程设计设计题目十字轴夹具课程设计院（系）机电工程系专业班级14级机械设计制造及其自动化2班姓名陈瑞玲学号2014103210200地点实验楼205时间2017年5月23日—2017年6月18日成绩：指导老师：郭雄目录目录1 设计总说明 (3)2 毛坯的选择 (3)2.1选择毛坯的类型和制造方法 (3)2.1.1 毛坯的类型 (3)2.1.2 毛坯的制造方法 (3)2.2绘制毛坯图 (3)3 机械加工工艺规程的编制 (4)3.1拟定工艺路线 (4)3.2机械加工工艺设计 (5)3.3填写工艺过程卡 (17)3.4填写工序卡 (17)4 机床夹具结构方案设计 (17)4.1定位装置设计 (17)4.2加紧装置设计 (18)4.3对刀导向方案设计 (18)4.4夹具体的设计 (18)4.5确定夹具在机床上的安装方式 (19)5 夹具装配图的绘制及其分析计算 (19)5.1夹具的分析计算 (19)5.2夹具装配图的绘制 (20)5.3夹具零件图的绘制 (21)小结 (22)参考文献 (23)附录 (24)广东海洋大学寸金学院机械制造课程设计说明书十字轴夹具课程设计机械设计制造及其自动化专业，指导教师：郭雄机械制造技术基础课程设计1 设计总说明该零件形状相对比较简单，从图中可以看到零件有四个轴颈及轴颈上的几个平面，主要通过铣、车、磨、镗等加工方法来完成零件的加工批量：年产30000件产品，单班生产；该零件的尺寸精度要求较高，因此，在设计工艺时要考虑其加工质量和生产效率。

2 毛坯的选择2.1 选择毛坯的类型和制造方法由于零件主要承受压力，故选用材料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。

所以十字轴的毛坯材料选用20CrMnTi,毛坯采用模锻方法制造。

2.1.1毛坯的类型20CrMnTi是渗碳钢,渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢.汽车上多用其制造传动齿轮.是中淬透性渗碳钢中CrMnTi 钢,其淬透性较高,在保证淬透情况下,具有较高的强度和韧性,特别是具有较高的低温冲击韧性.20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢.良好的加工性,特加工变形微小,抗疲劳性能相当好.用途:用于齿轮,轴类,活塞类零配件等.用于汽车,飞机各种特殊零件部位2.1.2毛坯的制造方法由于零件材料为20CrMnTi，形状规则，因此选用模锻方法制造毛胚，精度等级为IT14，机械加工前应正火消除内应力。

2.2 绘制毛坯图图2-13 机械加工工艺规程的编制3.1拟定工艺路线通过分析可得(1)四个轴颈尺寸为020.0053.022--φmm，mRaμ5.12，长度为（81±0.25）mm(2)各轴颈中心线的不相交度公差为0.06mm,轴颈中心线的垂直度公差为0.075mm/97mm。

(3)表面渗碳层的深度为0.9～1.3mm。

(4)表面硬度为58～63HRC。

(5)锻件硬度为200～230HB。

(6)磨后进行磷化处理。

[5]在工艺的设计中需要着重解决好以下问题:（1）轴颈表面所要求的精度。

（2）各轴颈中心线的不相交度和垂直度公差所要求的精度。

（3）尽量减少工件的装夹时间，以提高生产效率。

生产纲领：年产30000件产品，单班生产；通过查找资料，最终拟定两套方案：方案一：铣四轴颈端面→钻四轴颈端面中心孔→顶中心孔车四轴径外圆、倒角、车槽→铣平面→顶磨四轴颈→端面靠平→渗碳淬火处理→检测形位公差和校正→钻四轴颈中心孔→顶磨四轴径→磷化处理。

方案二：铣端面→镗中心孔→中间检查→车外圆、倒角、车槽→铣平面→中间检查→热处理→粗磨轴颈→精磨轴颈→最终检查→磷化处理；通过比较可得方案一的工序较多，需钻两次中心孔，铣两次端面，工件经过磨削后再进行热处理，在热处理过程中，工件会变形，影响零件的精度，方案二工序较少，工件经过热处理后再进行磨削，零件的精度可以得到保证。

方案一有部分工序需重复，生产效率较低，对批量生产不利。

方案二工序虽较少，但生产效率较高。

从总体看，结合零件的生产要求，方案二更合理。

3.2 机械加工工艺设计根据选定的工艺方案，可以发现在加工过程中“铣端面”这一道工序使毛坯的总长度变短，车外圆粗磨及精磨使各轴颈的尺寸变小。

因此只要查出这三道工序加工余量就可以知道毛坯的尺寸。

通过查询机械加工工艺手册可知：精磨加工余量：0.2mm粗磨加工余量：0.12mm半精车加工余量：1.3mm粗车加工余量：2.0mm精铣加工余量：2.5mm由此可以得到轴颈的尺寸为：22+0.2+0.12+1.3+2.0=25.62mm十字轴毛坯的长度为：（81+2.5）×2=167mm查手册可知，模锻件中心尺寸距尺寸偏差在0～30mm 为0.3mm ，在80～120mm 为0.5mm,考虑到加工时的余量，轴颈的基本尺寸定为27φ因此，零件的毛坯尺寸便可以确定下来轴颈尺寸为：3.03.027+-φmm 十字轴Φ46mm 中心线到轴端面的毛坯尺寸为：5.005.83mm根据各工序的加工方法及加工所能达到的经济精度[8]，可以定出各工序的加工尺寸：3.03.027+-φ→21.0042.23φ→0020.032.22-φ→020.0050.02.22--φ→020.0053.022--φ3.2.1铣端面的工艺设计计算根据查找《金属机械加工工艺人员手册》的结果可得如下表格：表3-1 铣刀直径的选择铣十字轴端面采用端铣刀，根据十字轴的加工余量可知：背吃刀量2.5≤p a ≤3mm侧吃刀量e a =32mm根据背吃刀量和侧吃刀量，可知：铣刀直径0d =80mm由于背吃刀量2.5≤p a ≤3mm ，所以铣削时可一次加工完成，根据端面的表面粗糙度a R =1.25，由文献《工艺材料》表8-96可知：铣刀每转进给量为:f=0.2~0.3mm/r由于工件材料为20CrMnTi ，为低碳钢，毛坯的硬度为200∽230HB, 由文献《工艺材料》表8-99，可查得硬质合金刀具铣削速度范围，如下表所示：表3-2 硬质合金刀具铣削速度推荐范围这里选择铣削速度范围为c v =1.0~1.91-•s m考虑到背吃刀量和每转进给量，取c v =1.61-•s m 根据公式 1000/0n d v c π=，式中，c v ——铣削速度0d ——铣刀直径n ——铣刀转速可得铣刀转速： s r d v n c /4.68014.36.1100010000=⨯⨯==π 根据机床的转速，取n=340r/min=5.67r/s 。

所以实际切削速度为s m n d v c /42.167.5801000/0=⨯⨯==ππ所以确定切削用量为：p a =3mm ，f=0.3mm/r ；c v =1.42m/s ；n=5.67r/s 。

采用的铣刀为：硬质合金可转位锥柄面铣刀直径0d =80mm ，铣刀总长度为157mm ，铣刀的国标为GB/T 5342.2-2006。

铣端面这一工序采用双端面铣削机床，工件只需装夹两次便可以完成四个端面的铣削。

工件通过三个V 形块以十字轴的外圆来定位。

这一工序的定位原理：V1、V2、V3分别表示3个V 形块，V2、V3限制了十字轴沿Z 轴和Y 轴的转动和移动，V1限制了十字轴沿X 轴的转动，V1同时还起到了一个定位的作用，即只要确定V1的中心线到端铣刀的距离，同时确定两端铣刀之间的距离便可保证十字轴两端面之间的对称度要求。

这样只要把工件安装好之后，再把工作台沿Y 轴移动，便可同时加工零件的两个端面。

加工好后，再把工件取下来旋转90度，便可加工另个两个端面。

3.2.2镗中心孔的工艺设计计算在镗中心孔时，先调整好镗刀的位置，零件装夹好之后，镗刀只需向前移动，当达到规定的深度后再退刀。

得到如下图所示的中心孔：图2-2切削用量计算（1）选择切削用量 背吃刀量232/==D a p mm确定进给量，由文献《工艺材料》表8-69，可查得高速钢刀具镗孔时的进给量： f=0.15~0.40mm/r按机床说明书，取f=0.20mm/r 。

（3）切削速度 由文献《机械加工工艺手册》8-71，可得高速钢刀具镗孔时的切削速度：s m v c /42.0=按公式计算主轴转速 s r d v n c /38.131042.010*******=⨯⨯==ππ根据机床说明书，取n=10r/s ，故实际切削速度s m nd v c /32.01000/10101000/0=⨯⨯==ππ上述计算结果与机床值相比，均允许，确定采用切削用量23=p a mm ，f=0.20mm/r ，s m v c /42.0=，n=10r/s 。

3.2.3车削的工艺设计计算这一工序主要车削轴颈的外圆以及车槽，都以中心孔为辅助精基准。

第一次走刀为粗车，它能达到的经济精度为IT11~IT13，第二次走刀为半精车，它能达到的经济精度为IT8~IT9，第三走刀也为半精车。

为了减少零件装夹的时间，提高生产效率，不用三爪卡盘，用两个顶尖定位十字轴，并用一个夹具把十字轴和车床主轴连接起来，使十字轴和机床主轴的转速一致。

夹具简图如下图所示：图3-2 车削所用的顶针夹具 车削这一工序在CE7120U 半自动液压仿形车床上完成，车外圆时选用的车刀为：可转位外圆车刀，刀杆尺寸为16mm ⨯25mm ，粗、精加工兼顾。

3.2.4确定粗车时的切削用量1）确定背吃刀量p a 由于粗车时直径的加工余量为3mm ，因此，加工时的单边余量为1.5mm ，即p a =1.5mm 。

（2）确定进给量f 由《机械加工余量手册》表8-50，可查得硬质合金及高速钢车刀粗车外圆时的进给量，可知粗车时的进给量为f=0.3~0.4mm/r ，根据机床说明书，初步选定f=0.3mm/r 。

（3）选择切削速度c v 由文献[9，638]表8-57，可查得外圆切削速度参考表，可得切削速度范围为s m v c /17.2~667.1=。

取s m v c /7.1=。

（4）确定主轴转速n 由公式4.16)33/(0.21000/1000=⨯⨯==ππd v n c （r/s ）根据机床说明书，取n=16r/s 。

此时切削速度为：s m dn v c /66.11016331033=⨯⨯⨯==--ππ（5）校核机床功率 由机床说明书表7-59，可查得切削力的公式及相关参数。

主切削力：c Fc Fc fC C Fc F Z c Y X p F n c K v f a C F 6081.9⨯== 95.092.088.13.05.12706081.915.075.015.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-- =693（N ）切削功率： 3.11088.16931033=⨯⨯==--c c c v F P （kW ）由机床说明书查得，机床电机功率5.7=E P (kW)，取机床传动效率，8.0=η时 6.138.0173.1=⨯=<=ηE c P P (kW)所以，机床功率足够。