插入耳环工艺夹具设计.docx
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插入耳环工艺夹具设计
第一节零件分析
本次课程设计我们小组的任务是针对生产实际中的一个零件———插入耳环。
其用于晾衣架的上端固定，当然插入耳环并不仅仅用于此，还有很多功能。
从零件图上可以看出，标有表面粗糙度符号的表面有平面、退刀槽、内孔、键槽等。
其中，表面粗糙度要求最低的是表面D、E，粗糙度为Ra50，粗糙度要求最高的是外圆Φ35，表面粗糙度为Ra1.6。
该外圆也是插入耳环的主要设计基准。
从工艺上看，键槽对Φ35轴线的对称度公差为0.1，孔Φ32轴线对Φ35轴线的垂直度公差为0.5/50，可以通过使用专用机床夹具来保证。
Φ35的公差等级为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6，可以通过精车来保证。
表面D、E精度要去不高可以通过粗铣来完成，Φ32孔的内孔粗糙度为Ra6.5可以通过钻床，钻后再扩钻就可以达到精度。
C面通过粗铣就可以达到要求。
A面因为在零件工作过程中不起作用所以也通过粗铣。
对插入耳环零件图进行工艺审核后，可知该零件图视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全，加工要求合理，零件的结构工艺性较好。
第2节
机械加工工艺规程制订
一、确定生产类型
按设计任务书，插入耳环年产量为4000件；每日3班，若插入耳环备品率为8%，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为N=Qn（1+α%+β%）=4000×1×（1+8%+1%）件=4360件/年;可见，插入耳环的年生产量为4360件。
插入耳环可看成独立的一部分，属轻型机械。
因此，根据A表5-8，由生产纲领与生产类型的关系可确定该零件的生产为中批生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现中批生产的工艺特点，如多采用通用设备配以专用的工艺装备等，其工艺特点见A表5-9.。
2、确定毛坯制造形成
由该零件的功用及其的工作状况知。
因此，原设计单位选用了既能满足要求，价格又相对低廉的45钢，因此可以确定毛坯形式为锻造。
由B表4-3中常用毛坯的制造方法与工艺特点选择模锻。
该零件的形状不是十分复杂，因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近。
所以用150×77×44的毛坯。
确定加工余量及毛坯尺寸
该零件材料为45钢，屈服强度为600MPA，Φ35轴用单边余量2.5mm，两边余量5.0mm，所以毛坯尺寸Φ40，在轴向方向3mm，所以毛坯轴向长度为150mm
选择加工设备
三、选择定位基准
定位基准的选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。
正确与合理地选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。
所以在做此零件时，我们选择Φ35轴线为基准，并且此基准为设计基准，即遵循“基准重合”的原则。
该基准还可作为大部分工序的定位基准，加工其他的次要表面，体现了“基准统一”的选择原则。
4、选择加工方法
1.平面的加工
平面的加工方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。
对于本零件由于表面D、E粗糙度为Ra50，通过粗铣就可以达到。
而对于C面粗糙度为Ra6.3通过粗铣也可以达到。
而表面A的粗糙度要求为Ra12.5根据GB/T1804-2000规定，选用中等级，相当于IT13级，故可考虑粗车或粗端铣。
2外圆与退刀槽、攻螺纹
外圆Φ35的加工在本零件中很重要。
本次选用CA6140车床，由于表面粗糙度Ra1.6，所以采用粗车-半精车-精车。
而对于外圆Φ27，表面要进行攻螺纹，所以进行粗车就可以了。
在粗车过后再用螺纹车刀进行攻螺纹。
3孔加工
Φ32孔内壁粗糙度为Ra6.3所以就用钻-扩，钻孔后扩孔就可以达到这个精度要求，满足安装配合E9，并且用YT锥柄麻花钻。
Φ5的销孔，直接用枪孔钻就可以加工出来。
4槽加工
对槽的加工，槽的要求为Ra3.2所以用X6132万能铣床，进过粗铣-精铣就可以达到。
5、制定工艺路线
根据零件本身要求及先粗后精的加工原则，插入耳环的加工工艺路线如下：
工序05：
模锻毛坯
工序10：
45钢正火，为机加工作准备
工序15：
粗铣二边表面
由于表面粗糙度要求很低所以以任意端面为粗定位，用专用夹具夹紧，铣表面到尺寸。
工序20：
粗铣C面
由于C面有粗糙度要求所以用专用夹具夹紧，铣表面到尺寸。
工序25：
粗车Φ35外圆
粗车毛坯Φ40到Φ36外圆，用专用夹具夹紧，粗车到规定尺寸
工序30：
粗车Φ27，倒角C1
在已经被粗车到Φ36的外圆上，用专用夹具夹紧，继续粗车相应的尺寸到Φ27，并且倒倒角C1
工序35：
车退刀槽Φ24
在相应尺寸用切槽刀加工退刀槽Φ24，用专用夹具夹紧。
工序40：
进行热处理调质
工序45：
半精车Φ35
在粗加工过后进行半精加工，由Φ36的外圆车到Φ35.2
工序50：
精车Φ35
在半精加工后进行精加工，由Φ35.2的外圆到Φ35
工序55：
车锥面，倒角C2
进行车锥面，并且倒倒角C2
工序60：
攻螺纹M27×1.5-6h
用螺纹车刀在Φ27外圆上进行攻螺纹。
工序65：
钻Φ32的孔
用专业的钻床夹具，进行钻孔
工序70：
扩Φ32的孔
为达到内壁粗糙度进行扩孔，满足精度要求。
工序75：
钻Φ5的销孔
在螺纹规定尺寸处进行销孔的加工。
工序80：
粗铣键槽
用铣床专用夹具，进行键的加工。
工序85：
精铣键槽
用铣床专用夹具，进行键的加工
工序90：
铣A面
按照零件图规定铣A面
确定加工余量
由《机械制造工艺学》第30至31页的表1—10，表1——11，表1——12确定其加工的的经济精度和经济粗糙度。
（1）Φ35的外圆表面：
工序名称
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
精车
0.2
Φ35
IT7
Ra1.6
半精车
0.8
Φ35.2
IT9
Ra6.3
粗车
4
Φ36
IT11
Ra12.5
毛坯
Φ40
（2）加工M27x1.5-6h的螺纹：
工序名称
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
攻螺纹
M27x1.5-6h
粗车
9
Φ27
IT11
Ra12.5
（3）Φ32E9的孔：
工序名称
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
扩
1
32
IT10
R6.3
钻
31
31
IT11
R12.5
（4）铣键槽
工序名称
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
精铣
0.5
7.5
IT8
Ra6.3
半精铣
2
7
IT11
Ra12.5
粗铣
5
5
（5）轴向长度84尺寸：
工序名称
工序基本余量
工序尺寸
精度
粗糙度
车锥面
1
84
IT8
Ra6.3
粗车Φ27端面
1
85
IT11
Ra12.5
粗车Φ35端面
1
86
IT11
Ra12.5
毛坯
87
选择加工设备即选择机床类型。
由于已经根据零件的形状、精度特点，。
选择加工方法，因此机床的类型也随之确定。
至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。
若零件加工余量比较大，加工材料又较硬，有必要校验机床功率。
在本设计中，我们小组最终选择的机床，其经济精度和零件表面的设计要求相适应，初步选定各工序机床如下：
（1）工序15：
X62W卧式铣床。
（2）工序20、75、80、85：
X6132万能铣床。
（3）工序25、30、35、45、50、55、60：
选择CA6140车床
（4）工序65、70：
选用Z3025钻床。
选择夹具
对于成批生产的零件，大多采用专用机床夹具。
在保证加工质量、操作方便、满足高校的前提下，亦可部分采用通用夹具。
本机械加工工艺规程中所有工序采用了专用机床夹具，需专门设计，制造。
确定切削用量及基本时间
切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量，确定方法是先确定背吃刀量，再进给量，最后确定切削速度。
不同的加工性质，对切削加工的要求不一样。
粗加工时，应尽量保证较高的金属切削率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度要求，确定适合的切削速度。
精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要去，故一般选用较小的背吃刀量和进给量，而尽可能选用较高的切削速度。
（1）工序15
本道工序是粗铣端面，已知加工材料为45钢，机床选用XA5032立式铣床，选用刀具为高速钢镶齿套式面铣刀，其参数：
直径d-125mm,孔径D=40mm，宽L=40mm，齿数z=14.根据【8】表5-26确定铣刀角度，选择前角Υ=200，后角α=120，主偏角k=600,，螺旋角β=100，已知铣削宽度为57mm，铣削背吃刀量为ap=4mm
1.确定每齿进给量
根据【8】表5-13知XA5032型立式铣床的主电动机功率为7.5KW，查表5-27知当工艺系统刚性中等、镰齿端铣刀加工钢料时，其每齿进ap=0.08-0.15mm/z。
由于本工序背吃刀量和铣削宽度较大，选择最小的每齿进给量af=0.08mm/z。
根2.选择铣刀磨钝标准和耐用度
据【8】表5-28，用高速钢镰齿端铣刀粗加工钢料时，选择铣刀后刀面磨损极限为1.8mm，查表【8】5-29知铣刀直径d=125mm时，经插值得端铣刀的合理耐用度T=150min。
铣削速度可以通过计算得出，但是其计算公式比较复杂，实际生产中使用并不多，这里通过查表确定。
3.确定切削速度V和工作台每分钟进给量vf
查表【8】5-30知，高速钢铣刀铣削速度为15-25m/min，则所需铣床主轴转速范围是
n=
=38.2--63.7r/m
根据XA5032机床的标准主轴转速，由表5-13选取n=60r/min，则实际铣削速度为
V=
=23.55m/min
工作台每分钟进给量为vf=fn=afzn=0.08x14x60mm/min=67.2mm/min
根据表5-13中工作台标准纵向进给量，选取vf=60mm/min,则实际的每齿进给量为af=vf/zn=0.071mm/z；
4.校验机床功率
由表【8】5-31和5-32知，铣削力FZ和铣削功率P计算如下：
F=336.15NP=1.31KW
最后所确定的切削用量为
ap=4mm
af=0.071mm/z
vf=60mm/min
v=0.39mm/s
5基本时间
T=l/fn=0.94min
2t=1.84min
（2）粗车Φ35外圆
本道工序是粗车Φ35外圆，已知加工材料为45钢,机床为CA6140卧式车床，专用夹具，所选刀具为YT15硬质合金车刀。
1.确定背吃刀量
由前述可知，切削单边加工余量为2.0mm，即背吃刀量a
=2.0mm
2.确定进给量：
根据《金属加工工艺及工装设计》第95页表4-53可知，当加工45钢时，车刀刀杆尺寸B×H为20×30，背吃刀量a
=2.0mm，则进给量f=0.4~0.5mm/r，根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43进给量值可知，取横向f=0.4mm/r。
3.确定切削速度
根据《金属加工工艺及工装设计》第98页表4-58外圆切削速度参考值可知，V
=1.5~1.83m/s，
则所需车床主轴转速范围n=
=709~874.2r/min
根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知，n=710r/min，V
=
=89.17m/min
T=l/fn=0.306min
（三）粗车Φ27外圆。
本道工序是粗车Φ27外圆，已知加工材料为45钢,机床为CA6140卧式车床，专用夹具，所选刀具为YT15硬质合金车刀
1.确定背吃刀量
由前述可知，切削单边加工余量为4.5mm，即背吃刀量a
=4.5mm
2.确定进给量：
根据《金属加工工艺及工装设计》第95页表4-53可知，当加工45钢时，车刀刀杆尺寸B×H为20×30，背吃刀量a
=4.5mm，则进给量f=0.3~0.4mm/r，根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43进给量值可知，取横向f=0.3mm/r。
3.确定切削速度
根据《金属加工工艺及工装设计》第98页表4-58外圆切削速度参考值可知
V
=1.5~1.83m/s，
则所需车床主轴转速范围n=
=709~874.2r/min
根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知，n=710r/min，V
=
=89.17m/min
T=l/fn=0.15min
（四）半精车Φ35外圆
本道工序是半精车Φ35外圆，由粗车到Φ36后在进行半精车到Φ35.2.已知加工材料为45钢,机床为CA6140卧式车床，专用夹具，所选刀具为YT15硬质合金车刀
1.确定背吃刀量
由前述可知，切削单边加工余量为0.4mm，即背吃刀量a
=0.4mm
2.确定进给量：
根据《金属加工工艺及工装设计》第96页表4-54可知，当加工45钢时，背吃刀量a
=0.4mm，则进给量f=0.45~0.8mm/r，根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43进给量值可知，取f横向=0.5mm/r。
3.确定切削速度
根据《金属加工工艺及工装设计》第98页表4-58切削速度参考值可知，V
=1.5~2.0m/s，
则所需车床主轴转速范围n=
=511~682r/min
根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知，n=560r/min，V
=
=98.4m/min
T=l/fn=0.189min
（五）精车Φ35外圆
本道工序是精车Φ35外圆，由半精车到Φ35.2后在进行半精车到Φ35
已知加工材料为45钢,机床为CA6140卧式车床，专用夹具，所选刀具为YT15硬质合金车刀
1.确定背吃刀量
由前述可知，切削单边加工余量为0.1mm，即背吃刀量a
=0.1mm
2.确定进给量：
根据《金属加工工艺及工装设计》第96页表4-54可知，当加工45钢时，背吃刀量a
=0.1mm，则进给量f=0.11~0.15mm/r，根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43进给量值可知，取f横向=0.11mm/r。
3.确定切削速度：
根据《金属加工工艺及工装设计》第98页表4-58切削速度参考值可知，V
=0.5~0.833m/s，
n=
=271.42~452.19
根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知n=320
Vc=
=35.36m/min
T=l/fn=1.5min
（6）钻Φ32孔
本道工序是钻Φ32的孔。
由钻Φ31的刀具：
YT锥柄麻花钻用钻床专用夹在钻
床上进行加工。
已知加工材料为45钢,机床为z3025
1.确定背吃刀量
由前述可知，切削加工余量为36mm，即背吃刀量a
=36mm
2.确定进给量：
根据《金属加工工艺及工装设计》第101页表4-64查得f=0.45~0.55mm/r根据【8】表5-51查得f=0.55
3.确定切削速度：
根据《金属加工工艺及工装设计》第102页表4-66查得vc=11.531m/min
N=
=122.4r/min
根据【8】表5-54可以查出n=80
T=l/fn=0.85
第三节专用机床夹具设计
本次专用机床夹具设计任务是设计用于插入耳环的Φ32孔。
即专用的钻床夹具。
由零件图样和课程设计任务书中能得到本工序加工要求如下：
（1）1个Φ32
孔表面粗糙度要求Ra6.3。
（2）1个Φ32
孔轴向长度为36
mm。
（3）1个Φ32
孔的配合为E9
（4）Φ32
孔轴线对Φ35轴线的垂直度公差为0.5/50
（5）零件毛坯材料为45钢
（6）产品生产纲领：
4360件/年
钻Φ32
孔在整个机加工工艺规程中为工序65，加工之前Φ35外圆已经进行精加工，其尺寸为Φ35
mm,表面粗糙度为Ra1.6，其加工表面经过模锻后粗加工已经达到Ra50，零件外部未加工表面基本平整光滑。
由零件图样和该零件的机械加工工艺规程可知，Φ35外圆已经精加工完成，表面粗糙度Ra1.6，Φ32孔的中心距离为25，距离表面C之间的距离为38±0.34，所以应以Φ35外圆的轴线为工序基准，在定位基准面以及定位方案选择上要尽可能以Φ35外圆的轴线为定位基准，以避免由于基准不重合带来的加工误差。
由零件的加工要求可知，工件定位是需要限制六个自由度，以Φ35外圆的轴线为定位基准，所以用一个通孔套块来限制零件在轴向和径向移动和二个旋转，同时通过一个压块来限制一个旋转，保证其能限制它的六个自由度。
在零件下部用一个螺栓来进行调整，以防止因为两边面不平而产生中心线倾斜，其目的为了更好的保证零件加工精度要求，夹紧力是用压块和螺栓产生的，夹具原理图如下
图3钻床夹具
夹具底座通过T型槽与工作台相连。
当工件的定位方案确定以后，还必须进行夹紧方案和夹紧机构的设计，以保证在切削加工过程中工件的正确位置不在切削力、重力、惯性力等作用下发生变化。
根据工件的形状特点和定位方案，可以采用手动螺旋夹紧机构。
为了克服单螺旋夹紧机构动作缓慢的缺点，此处采用开口垫圈。
工人在操作时，不必将夹紧螺母全部拧下，只需拧松半扣后将开口垫圈径向取出，然后把压板向后推出，以实现快速装卸工作。
工件在机床上加工，能否保证加工精度，主要取决于设备自身精度以及夹具与工艺和合理性，及刀具与工件间的相对位置。
在装配时采用样件对刀法，由于零件只加工一个孔。
不需要使用分度装置，零件较小，采用固定式钻模板加工孔时所获得位置精度较高。
由于铸造夹具体的工艺性好，可以铸造出各种形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗震性，故选用铸造夹具体，材料选用HT200，为了使夹具体稳定，需要时效处理，以消除内应力，为增强夹具体的强度、刚度、应增加夹具体的壁厚，设置加强筋。
由加工误差不等式知，使用夹具加工工件时，加工误差的来源有工件的安装误差、夹具的对定位误差和在加工过程中的各种因素造成的误差。
为了达到加工要求，必须是三个误差之和小于或等于工件的相应尺寸公差。
在本夹具中，影响零件的误差主要是通孔套块轴线与钻套轴心的距离，通孔套块轴线与钻套轴心距离影响了孔的位置精度。
但通过夹具体的制作可以吧其位置控制在尺寸内。
Φ32对Φ35轴线的垂直度公差为0.5/50。
对刀钻模套的配合为H7/g6钻孔的加工精度为IT9为，在技术条件保证工件相应的加工要求，其夹具上的数值应取零件的相应技术要去所规定的数值的1/3到1/5，从结构上看，若装配后，通孔套块轴线到钻模套的中心线的距离小于或等于零件公差的1/3能满足加工要求，故夹具的定位尺寸25±0.015mm。
能满足零件精度要去。
最终绘制的用于加工Φ32孔的钻模装配图，在该图中应标有的相关尺寸：
（1）夹具外形的最大轮廓尺寸：
长：
275mm宽：
189mm高：
214mm
（2）钻模板与钻套的元件的联系配合尺寸：
Φ38H7/g6。
（3）钻套中心线与通孔套块轴线的距离为：
25±0.015mm。
总结
本设计研究过程中仍然存在一些不足，有的问题还有待进一步深入，具体如下：
1）、系统的设计不太完善，还可结合计算机数据库计算分析，整理出更加合理的设计方案；
2）、存在一定的浪费，夹具的易磨损件在设计中未明确磨损程度和使用极限。
3）、计算零件加工时间时考虑的是主要的工作时间，没将操作者辅助时间加上去。
5参考文献
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