十字轴铣端面夹具设计

十字轴结构特点
十字轴式万向联轴器universal coupling with spider 是一种最常用的联轴器。

利用其结构的特点由两个叉形头及十字轴通过滚动轴承构成，按虎克铰链原理工作，能使不在同一轴线或轴线折角较大或轴向移动较大的两轴等角速连续回转，并可靠地传递转矩和运动。

其最大的特点是各向位移补偿能力强，结构紧凑，传动效率高，维修保养方便。

由两个叉形头及十字轴通过滚动轴承构成，按虎克铰
链原理工作。

传递转矩达8000～10000KN ·m 的万向接轴。

十字轴万向节的损坏形式主要有十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。

一般情况下，当磨损或压痕超过0．15mm 时，十字轴万向节便应报废。

十字轴的主要失效形式是轴颈根部处的断裂，所以在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。

2.1.2 主要技术要求
零件图上的主要技术要求为：保证φ25轴颈的尺寸精度、同轴度以及表面粗糙度，在四个轴颈上淬火硬度HBC58~63，渗碳层深度0.8~1.3。

2.1.3 加工表面及其要求
加工表面及其要求：
φ25轴颈：轴颈尺寸02.004
.025--Φ○E ，两端倒角1×45°，表面粗糙度Ra0.63。

两垂直轴颈位置度误差φ0.02○
M 。

轴端面：保证尺寸020
.0074.0108--，表面粗糙度为Ra1.25。

φ6孔：孔径φ6,表面粗糙度Ra20
φ8孔：孔径φ8，表面粗糙度Ra20
M8-7H ：
零件材料
零件材料为低合金钢材料20CrMnTi ，成份均匀稳定、淬透带窄、晶粒细小、纯净度高、表面质量良好、热顶锻性能优良等优点。

是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。

用于制造截面＜30mm 的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。

2.2 毛坯选择
由于零件材料为20CrMnTi 零件形状规则，因此选用锻造毛胚。

2.2.2 确定毛坯的形状、尺寸及公差
毛胚的形状及尺寸如附图2所示。

精度等级为CT14
2.2.3 确定毛坯的技术要求
确定毛胚的技术要求：
未注圆角为R1；
机加工前正火，消除内应力。

2.2.4 绘毛坯图
根据附图1所示的零件结构形状，在各加工表面加上加工余量，绘制毛胚图如附图2所示。

附图1
附图2
2.3
选择基准
由于附图1所示的十字轴零件图上多数尺寸及形位公差以φ25轴颈以及端面为设计基准，因此必须首先将φ25轴颈及其端面加工好，为后续工作准备基准。

根据粗、精基准选择的原则，确定各加工表面的基准如下：
1．02.004.025-
-Φ端面：三φ25外圆轴颈。

2．02.004.025-
-Φ轴颈：双顶尖孔。

3．φ8孔：φ25轴颈外圆及其端面。

4．φ6通孔：φ25轴颈外圆及端面。

5．M8-7H 螺纹孔：φ25轴颈外圆及端面。

2.4 拟定机械加工工艺路线
2.4.1 确定各加工表面的加工方法及加工路线
该十字轴的加工表面为：02.004.025-
-Φ轴颈及端面、φ8孔、φ6通孔、M8-7H 螺纹
孔。

根据各加工表面的精度要求和表面粗糙度要求，02.004.025-
-Φ轴颈的加工路线为
粗车-精车-粗磨-渗碳-淬火-半精磨-精磨；端面的加工路线为铣-磨；φ8孔的加工方法为钻削；φ6孔的加工方法为钻削。

M8-7H 螺纹孔的加工方法为钻。

2.4.2 拟定加工工艺路线
工艺路线方案一 工序I 模锻 热处理（正火）
工序Ⅱ 铣四个端面，打工中心孔
工序 Ⅲ 粗车、精车四个轴颈
工序 Ⅳ 粗磨四个轴颈
工序 Ⅴ 双砂轮径向进给无心磨削四个轴颈
工序 Ⅵ 在四轴颈上钻φ8孔
工序 Ⅶ 在四轴颈上钻φ6通孔，空口倒角60°
工序 Ⅷ 钻M8-7H 螺纹孔小径、攻中间螺纹孔M8-7H
工序 Ⅸ 中间检查
工序X 渗碳、淬火
工序 XI 无心磨床半精磨四个轴颈 精磨四个轴颈
工序 XII 磨轴颈02.004.025--Φ端面，转180°调头，磨另一端面，至尺寸
工序 XIII 检验
工艺路线方案二 工序I 模锻
工序Ⅱ 热处理（正火）
工序 Ⅲ 铣轴的四个端面
工序 Ⅳ 粗车四轴颈
工序 Ⅴ 精车四轴颈
工序 Ⅵ 粗磨四轴颈
工序 Ⅶ 双砂轮径向进给无心磨削四个轴颈
工序 Ⅷ 在四轴颈上钻φ8孔
工序 Ⅸ 在四轴颈上钻φ6通孔 ，孔口倒角60°
工序X 钻中间M8-7H 螺纹孔小径，攻中间螺纹孔M8-7H
工序 XI 中间检查
工序 XII 渗碳，淬火
工序 XIII 无心磨床半精磨四轴颈
工序XIV 无心磨床精磨四轴颈至尺寸，表面Ra0.63
工序 XV 磨轴颈02.004.025-
-Φ端面 ，转180°调头，磨另一端面，至尺寸
工序XVI 检验
确定机械加工余量、工序尺寸及公差
根据上述原始资料及加工工艺，查《机械制造工艺简明手册》（以下简称《工艺手册》），分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差如下：
工序 工序内容 单边余量 工作尺寸 表面粗糙度Ra 工序Ⅰ 铣四个端面 0.4mm 108.2mm 12.5μm
工序Ⅱ 1.粗车四个轴颈 1.5mm Φ26.5mm 12.5μm
2.精车四个轴颈 0.8mm Φ25.7mm 6.3μm 工序Ⅲ 粗磨四个轴颈 0.4mm Φ25.3mm 6.3μm 工序Ⅳ 双砂轮径向进给 0.2mm Φ25.1mm 6.3μm
工序XI 无心精磨四轴颈 0.1mm 02.004
.025--Φmm 0.63μm 工序 XII 磨02.004.025--Φ端面 0.1mm mm 1.25μm
2.6选择机床设备及工艺装备
根据一般工厂现有的生产条件，为了满足生产需要，先选用各工序所用设备为： 工序II X5032A 立式铣床，φ63端面铣刀，硬质合金阶梯麻花钻,专用夹具 工序ⅤI Z525型立式钻床，Φ8标准麻花钻，专用夹具，0～200/0.02mm 游标
卡尺
工序 Ⅸ Z525型立式钻床，Φ6标准麻花钻，专用夹具，0～200/0.02mm 游标
卡尺
工序 Ⅷ Z525型立式钻床，Φ6标准麻花钻，专用夹具，0～200/0.02mm 游标
卡尺
2.7 确定切削用量及基本工时
2.7.1 工序I 铣端面
加工条件：
XA5032立式铣床，端铣刀，YT15刀片，刀盘直径100mm ，根据《切削手册》表3.15,齿数为5，专用夹具，柴油冷却。

1. 确定背吃刀量
铣削宽度：αe=28mm ，铣削深度αp=0.96mm
2. 确定每尺进给量
根据《切削手册》表3.5，每齿进给量fz=0.09~0.18mm/Z ，因采用不对称端铣，所以取fz=0.18mm/Z
3. 选择铣刀磨钝标准及耐用度
根据《切削手册》表3.7,端铣刀后面最大磨损量为1.2mm ；耐用度T=180MIN
4. 确定切削速度和工作台每分钟进给量
根据《切削手册》表3.15， v t =154m/min ，v ft =393mm/min ，n t =491r/min ，修正系数k m =1.0，k ε=0.8。

故v c = v t k m k ε=154×1.0×0.8m/min=113.2m/min
v f = v ft k m k ε=393×1.0×0.8mm/min=314.4mm/min
n= n t k m k ε=491×1.0×0.8r/min=392.8r/min 。

根据《切削手册》表3.30,选择n c =375r/min ，v fc =300mm/min 。

因此，实际切削速度v c=πd o n/1000=3.14×100×375/1000=117.75m/min
f zc= v fc/（n c×z）=300/(375×5)=0.16mm/z。

5.检验机床功率
根据《切削手册》表3.23,P ce=1.1kw
根据表3.30,P cM=7.5×0.75=5.63kw> P ce，因此选用的切削用量可以采用。

αp=0.96mm，v fc=300mm/min，n c=375r/min，v c=117.75m/min，f zc=0.16mm/z。

6．计算基本工时
t m=L/v f
式中L=l+γ+△，根据表3.26, 不对称安装铣刀，入切量及超调量l+γ=31mm 则L=28+31=59mm
t m=L/v f=59/300min=0.2min。

第三章端面夹具
3.1 问题的提出
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

决定设计第I道工序-铣端面专用夹具设计。

本工序的加工条件为：XA5032型立式铣床，Φ63端铣刀。

为合金钢实心毛胚上铣削的经济精度为IT11～13，表面粗糙度为Ra=20μm，在钻夹具上加工时适当的控制切削用量，可以保证孔的尺寸精度要求和表面粗糙度要求。

由于后面有打通孔，所以在本工序加工时，主要应考虑要保证的孔与轴颈的同轴度。

3.2 夹具设计
定位方案及定位元件选择、设计
1.定位方案的选择根据加工要求，工件在夹具中的定位以3个Φ28轴颈为主要定位基准，限制六个自由度，以活动支撑钉顶住一端面做辅助支撑不限制自由度。

夹紧轴颈。

2.定位元件设计根据定位方案，设计定位元件的结构如图2所示，Φ28轴颈用V形块定位，采用压块夹紧装置。

轴颈端面用活动支撑钉辅助定位。

3.定位误差的计算 V形块与轴颈配合，轴心的位置度误差为ΔD=O1O2＝0.014mm ，此件小于工件相应位置公差的三分之一，即
()mm D 05.031014.0⨯≤=∆，所以定位方案能够满足加工要求。

3.2.2 夹紧装置的设计
夹紧装置如图3所示，压块能保证轴颈与V 形块接触良好，定位误差小，而且结构简单，操作方便。

附图3。