机械制造工艺学课程设计说明书万向节十字轴课程设计说明书.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题目：万向节十字轴工艺规程设计 姓 名： 学 号： 专 业： 机电（一）班 届 别： 2008 指导老师： 2011 年 07月 前言机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。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过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后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技术基础的知识，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、复习课程设计过程相关知识：CAD、Proe、机械制造工艺学、机械制图等等，加深对专业知识的理解。3、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。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。一、设计的任务本次机械制造工艺学课程设计我拿到的题目是“万向节十字轴工艺规程设计”。材料为18CrMnTi，生产批量为大批量生产，其他要求及零件参数见十字轴二维零件图，要求设计该十字轴的机械加工工艺规程，具体要求内容为：（1）分析、了解产品性能、用途；（2）了解制造规模、方式，生产条件（3）制订制造方案；（4）编写工艺（主要任务）；（5）设计工装（可以在其他课程设计中进行）。（6）写机械制造技术基础课程设计报告。（7）所有设计资料文挡拷贝电子版一份上交。二、零件的分析（1）、零件作用万向节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18GrMnTi。（2）、零件的工艺分析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铣轴端面的安排，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。以轴向中心孔为精基准的加工表面加工表面：四轴外圆，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，造成工件的圆柱度误差，四轴的圆柱度误差允许值为0.007，要求较高，故轴颈安排了粗车，半精车，磨削，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。以轴颈为精加工基准的加工表面磨四周端面，因为四个轴端面的对称度要求比较高，所以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20GrMnTi，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。1.粗基准的选择考虑到四个轴颈外圆是重要加工表面，一方面因为要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，因一方面选择外圆面作为粗基准定位可以比较稳定，符合便于装卡的原则，保证加工表面余量合理分配的原则，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。符合互为基准的原则。3.3、制定工艺路线1、工序路线方案一工序1 粗车四轴端面工序2 半精车四轴端面工序3 钻四轴径向中心孔 工序4 粗铣侧面工序5 钻侧面孔，攻螺纹，锪锥面工序6 粗车四轴外圆工序7 半精车四轴外圆工序8 精车四轴外圆工序9 钻四轴轴向孔工序10 渗碳淬火处理工序11 磨四轴外圆工序12 最终检查2、工序路线方案二工序1 粗铣四轴端面工序2 钻四轴轴向中心孔工序3 粗车四轴外圆工序4 半精车四轴外圆工序5 半精铣四轴端面工序6 钻四轴轴向孔工序7 粗铣侧面工序8 钻侧面孔，攻螺纹，锪锥面工序9 渗碳淬火处理工序10 磨四轴外圆工序11 磨四轴端面工序12 最终检查3、最终方案方案一车削两次浪费工时，增加了工人的劳动量，不利于提高效率，缩减成本；此外端面的中心孔以及螺纹孔为非工作表面，因此安排在粗加工之后，热处理之前加工进行，这样可以提高重要加工表面的加工精度，减小不重要表面对它们的影响；方案一还有一个不足就是，四轴外圆也属于重要加工表面，热处理以后，它的尺寸和形状都要发生改变从而影响精度，方案二中去掉了方案一中的精加工四轴外圆，而是在热处理之后加了一道磨削外圆的工序，这样就可以很好地保证四轴外圆的加工精度，减小废品率，提高生产效率，根据上述原因，选择方案二作为最终万向节十字轴加工工艺路线。方案二通过对外圆以四轴中心孔为基准的粗车和半精车，以及磨削使外圆达到所需的精度。3.4、加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定结合万向节十字轴尺寸及查阅机械加工工艺设计员手册等资料得到相关数据可计算得到加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸如表1：表1 万向节十字轴加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸等参数表加工面最终尺寸粗糙度单边、直径余量工序尺寸毛坯尺寸108Ra1.253粗铣109.7112.71.5半精铣108.20.2精磨10825Ra0.632粗车26.528.51.3半精车25.120.12精磨2525.5Ra6.32粗车26.528.5据此可得到毛坯尺寸，故可得毛坯图形如下图3.5、确定切削用量根据工件尺寸和相关要求，并参考实用机械加工工艺手册等资料，可得工件尺寸和切屑深度的选择为：粗铣每齿进给量为af=0.12mm，半精铣每转进给量为f=0.6mm/r；精磨四轴外圆时，进给量为0.0035mm/r，精磨四轴端面时，进给量为0.0045mm/r。钻孔进给量和速度：4为进给量为0.12mm/r；;13进给量为0.25mm/r; 锪锥面进给量为0.2 mm/r。攻丝进给量为1.26 mm/r，3.6、基本工时的确定工序1 粗铣四轴端面1、工件材料:20CrMnTi，=1018Mpa，模锻。加工要求：粗铣铣四轴端面两向对面尺寸由112.7至两端面尺寸为109.7mm,各端面距中心平面距离为54.85mm。机床：卧式铣床X5025AS刀具：YT15圆柱形铣刀，齿数Z=6，依据手册，由切削深度，以及加工类型，选用粗齿。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， 粗铣时每齿的进给量af=0.12mm刀具每转进给量为f=af *z=0.12*6=0.72mm切削速度为：查手册Cv=134，qv=0.65，Xv=0.18，yv=0.28，uv=0.32，Pv=0.23，m=0.5，刀具寿命T=180min代入数据得：=144m/min采用硬质合金圆柱铣刀，d =50mm，Z=6，则转速： 由机床说明书n= 切削速度3、计算基本时间查手册得到切入切出行程 总行程为 本工序为相同的四个工步工序2 钻四轴中心孔工序3 粗车四轴外圆1、加工条件及加工要求加工要求：粗车四轴外圆由28.5到26.5，机床：卧式车床C620-1刀具：YT5外圆车刀，由于=1018Mpa，加工材料为结构钢，选用前角25°，系统刚性足够，切削深度不大应选用较小主偏角，依据手册主偏角范围10°15°，由于取较小主偏角可以提高刀具寿命，因此选择10°，根据前角大小，以及加工类型（粗车），查的相应的=8°，刀杆尺寸为。2、计算切削用量根据加工尺寸确定背吃刀量为1mm工件直径靠近20mm，刀具材料为硬质合金，背吃刀量1.58mm，有工艺手册查表得，通过查表法确定切削速速，根据纵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Vc=转速为 ，由机床说明书取转速为n=1800r/min切削速度3、计算基本时间查手册得切入量、切出量 总切削量 本工序为四个相同工步工序4 半精车四轴外圆1、加工条件及加工要求加工要求：半精车四轴外圆由26.5mm至25.12mm机床：卧式车床C620-1刀具：YT15外圆车刀，由于=1018Mpa，加工材料为结构钢，查表得前角范围12°15°，由于工件硬度低，前角需大一点，因此选用前角=15°，刀杆尺寸为，刀尖半径取。2、计算切削用量根据切削尺寸及加工要求0.69mm。 按表面粗糙度选取切削用量：根据刀具的相关参数，并选择有利于下步磨削最终达到最终的加工要求的表面粗糙度，查的进给量为 f=0.25mm/r 用查表法确定切削速度，依据表加工工艺手册（硬质合金外圆纵车削的切削速度）Vc=258m/min根据机床说明书，取n=3200r/min，切削速度3、计算基本时间查手册得切入量、切出量 总切削量 本工序为四个相同工步工序5 半精铣四轴端面工件材料:20CrMnTi，=1018Mpa，模锻。加工要求：半精铣端面两向对面尺寸由109.7mm至两端面尺寸为108.2mm,各端面距中心平面距离为54.1mm.机床：卧式铣床X5025AS刀具：YT15圆柱铣刀，齿数Z=6，依据手册，由切削深度，以及加工类型，选用粗齿。刀具每转进给量为f= 0.6mm/r切削速度为：查手册Cv=134，qv=0.65，Xv=0.18，yv=0.28，uv=0.32，Pv=0.23，m=0.5，刀具寿命T=180min代入数据得：=164m/min采用硬质合金圆柱铣刀，d =50mm，Z=6，则转速： 由机床说明书，取 n=1180r/min切削速度3、计算基本时间查手册得到切入切出行程 总行程为 本工序为相同的四个工步工序6 钻四轴轴向孔为了尽量保证4mm和13mm同轴，采用一次装卡，连续加工的方法，这也有利于节约工时，提高生产效率，减小工人劳动强度。先加工13mm的孔，后加工4mm的孔，这样可以减小加工4mm孔的走刀距离和加工时受的阻力，从而减小加工误差。由于这些孔的加工精度较低，因此只进行粗加工就可以满足要求，以下就对切削用量作具体的阐述。1、加工条件及加工要求工件材料:20CrMnTi，=1018Mpa，模锻。加工要求：钻轴向中心孔，孔13mm，深孔4mm。机床：摇臂钻床刀具：中心钻 ，直柄长麻花钻 4mm，L=119mm,L1=78mm，直柄短麻花钻13mm L=102mm,L1=51mm。2、计算切削用量根据刀具材料以及加工类型,依据=1018Mpa<0.748Gpa ,d=13mm ,d=4mm ，由机械工艺简明手册查表得加工13mm孔的进给量以及切削速度分别为 f=0.25mm/r Vc=21.4m/min计算得 n=513r/min查表的机床取 n=530r/min切削速度加工4mm孔的进给量以及切削速度分别为f=0.12mm/r Vc=19.8m/min，转速计算结果与4mm为了简化加工过程采用与加工13mm孔一样的转速 n=530r/min3、计算基本时间加工各轴两孔的走刀长度、进给量、转速分别为L1=1.2mm L2=55mm,f1=0.25mm/r f2=0.12mm/r基本时间工序7 粗铣侧面1、工件材料:20CrMnTi，=1018Mpa，模锻。加工要求：粗铣侧面，侧面距离中心的尺寸24mm加工到23.6mm机床：卧式铣床X5025AS刀具：直柄立铣刀，d=16mm，齿数为3，粗齿。 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， 粗铣时每齿的进给量af=0.08mm刀具每转进给量为f=af *z=0.08*3=0.24mm切削速度为：查手册Cv=134，qv=0.65，Xv=0.18，yv=0.28，uv=0.32，Pv=0.23，m=0.5，刀具寿命T=90min代入数据得：=76.8m/min转速： 由机床说明书n=1500r/min切削速度3、计算基本时间查手册得到切入切出行程 总行程为 本工序为相同的四个工步工序8 钻侧面孔，攻螺纹，锪锥面1、 加工条件及加工要求:钻7mm 的孔，深度为32mm；攻螺纹M8-7H。机床：立式钻床Z518。刀具：7mm麻花钻L=74mm，L1=34mm，M8丝锥；。确定切削用量:钻孔由材料=1018Mpa<0.748Gpa，查手册f=0.15mm/r依据钻直径以及进给量查表确定Vc=20.2m/min计算转速车床为无极转速因此转速不需修正。攻螺纹查表取 f=1.26mm/r切削速度计算公式：查表确定各系数：，推荐耐用度t=90min计算转速 2、 计算基本时间加工各步的走刀长度、进给量、转速分别为L1=32mm L2=10mmf1=0.15mm/r f2=1.26mm/r计算时间工序9 渗碳淬火渗碳深度严格控制为0.81.3，淬火硬度为HRC5864，轴颈端部硬度不低于HRC55，心部硬度HRC2845。工序10 精磨四轴外圆1、加工条件及加工要求加工要求：磨削外圆由25.12mm至25。机床：外圆磨床MQ1320。磨轮：由手册（磨轮的选择）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=400mm,宽度b=50mm。2、确定切削用量由加工要求 0.06mm。由于加工类型是直接精磨，且粗糙度为，查手册，进给量 =0.0035mm/r工件回转圆周速度 Vc=32m/min计算转速 根据机床 n=400r/min计算速度3、计算基本时间工序11 精磨四轴端面1、 加工条件及加工要求加工要求：磨削端面由108.2mm到108mm。机床：平面磨床MQ1320磨轮：由手册（磨轮的选择）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=400mm,宽度b=50mm。2、确定切削用量由加工要求 0.1mm由于加工类型是直接精磨，且粗糙度为1.25，查手册，进给量 =0.0045mm/r工件的回转速度 Vc=16m/min计算转速 根据机床 n=210r/min计算速度3、计算基本时间 工序12 最终检查3.7、计算工序时间和提高生产率的工艺途径简介确定工序时间，把基本加工时间适当宽放，得到工序时间。通常较大批量加工可以把基本加工时间宽放20%，即乘以1.2，可以看做工序时间。为了提高生产率，必须尽量减少时间定额，由于此处加工工艺已确定，故不能再减少基本时间，应从以下三方面着手来减少时间定额以提高生产效率：（1）减少辅助时间和辅助时间与基本时间重叠；（2）减少布置工作地点时间；（3）减少准备于终结时间。3.8、工艺方案的比较与技术经济分析在工艺规程设计最后一般还应该对所设计工艺方案进行比较与技术经济分析，主要评价指标为零件（或工序）的全年工艺成本和单个零件（或单个工序）的工艺成本，其计算公式分别如下：VNV式中V为每件零件的可变费用（元/件），N为零件的年生产纲领（件），为全年不变费用（元）。本文未就对所设计工艺方案进行工艺方案的比较与技术经济分析。 总结 通过这次课程设计，使我进一步地了解了所学过的理论知识及具体运用了这些知识。此次课程设计是我们从大学毕业生走向未来工作重要的一步。通过这次课程设计，深深体会到做任何事都必须耐心而细致。在设计过程中，许多计算、查表及工艺参数的确定，曾一度使我遇到许多的难题，但经过知道老师的耐心指导，我学到了很多，通过这次课程设计，把以前淡忘的一些知识，和设计方法又逐渐的回想起来，并且进一步的加深了印象。通过这次毕业设计，不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责，一丝不苟的良好习惯本次设计也暴露了我们不少的缺点和问题：对于所学知识还没有做到仔细、认真消化，许多方面还是只有一个大概的认识，没有深入探讨，对实际事物没有深刻得了解，没有做到理论联系实际，没有达到对所学的知识熟练运用的水平。这也从一个侧面反映出我们设计经验不足，思维不够开拓，不够灵活。从而我得出一个结论：无论是现在还是以后走上工作岗位，还是再深造，都应该虚心向老师和前辈们学习，从而不断完善自我，提高自我水平。 总之,通过这次课程设计使我受益匪浅，为我今后的学习与工作大下了一个坚实而良好的基础。在此，衷心的感谢指导老师的帮助。 参考文献1、机械制造工艺学课程设计指导书 赵家齐 主编 哈尔滨工业大学机械制造工艺及自动化教研室 19812、实用机械加工手册 马贤智 主编 辽宁科学技术出版社 20023、机械加工工艺手册 孟少农 主编 机械工业出版社 19914、机械加工工艺员手册 陈宏钧 主编 机械工业出版社 20095.、机械制造工艺学 王先睦 主编 机械工业出版社20066、金属切削与刀具实用技术 刘杰华编著 国防工业出版社 20057、机械制造基础标准应用手册 汪恺 主编机械工业出版社19978、机械制造工艺设计简明手册 李益明 主编 哈尔滨工业大学 1994