插入耳环工艺设计

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。

第二节 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.。

二、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

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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

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的次要表面，体现了“基准统一”的选择原则。

四、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/T 1804-2000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。

五、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

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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

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粗车Φ35端面 1 毛坯 86 87 IT11 Ra12.5

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。

（一）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。

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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

1000vn==38.2--63.7r/m d*3.14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 3.14*dnV==23.55m/min

1000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=336.15N P=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

(二)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ap=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ap=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，Vc=1.5~1.83m/s，

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则所需车床主轴转速范围n=

1000v=709~874.2r/min

3.14*d根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知，n=710r/min，Vc=

3.14nd=.17m/min 1000T=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ap=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ap=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

Vc=1.5~1.83m/s，

则所需车床主轴转速范围n=

1000v=709~874.2r/min

3.14*d 根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知，n=710r/min，Vc=

3.14nd=.17m/min 1000T=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.

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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ap=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-可知，当加工45钢时，背吃刀量ap=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，Vc=1.5~2.0m/s，

则所需车床主轴转速范围n=

1000v=511~682r/min

3.14*d根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知，n=560r/min，Vc=3.14nd=98.4m/min

1000T=l/fn=0.1min

（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ap=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-可知，当加工45钢时，背吃刀量ap=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，Vc=0.5~0.833m/s，

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1000v=271.42~452.19

3.14*d根据《金属加工工艺及工装设计》第91页表4-43可知n=320 Vc=3.14nd=35.36m/min n=

1000T=l/fn=1.5min (六)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ap=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-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=

1000v=122.4r/min

3.14*d根据【8】表5-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（2）1个Φ32 (3) 1个Φ32 (4)Φ32

0.1120.0050.1120.0050.1120.0050.1120.005孔表面粗糙度要求Ra6.3。

1.50孔轴向长度为36mm。 1孔的配合为E9

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

0.1120.005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

0.015进行精加工，其尺寸为Φ35其加工表面经过模锻后0.010mm,表面粗糙度为Ra1.6，

粗加工已经达到Ra50，零件外部未加工表面基本平整光滑。

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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零件在轴向和径向移动和二个旋转，同时通过一个压块来一个旋转，保证其能它的六个自由度。

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。

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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：1mm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。

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5 参考文献

［1］王光斗，王春福.机床夹具设计手册.第三版.上海科学技术出版社， 2002. ［2］田玉顺.机械加工技术手册.北京出版社.1992.

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［4］孟少农.机械加工工艺手册（第1、第2、第3卷）.机械工业出版社.1996. ［5］杨叔子.机械加工工艺师手册.机械工业出版社.2004.

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［8］王栋、李大磊 机械制造工艺学课程设计指导书.北京 .机械工业出版社.2010.9

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