插入耳环夹具设计钻扩Φ32孔说明书

摘 要

本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。

接入耳环的工艺规程及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。

关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。

目 录

序言?????????????????????????1 一. 零件分析 ????????????????????2

1.1 零件作用 ??????????????????2 1.2零件的工艺分析 ????????????????2 二. 工艺规程设计???????????????????3

2.1确定毛坯的制造形式 ??????????????3 2.2基面的选择 ??????????????????4 2.3制定工艺路线 ?????????????????6 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ????7 2.5确定切削用量及基本工时 ????????????8 三 夹具设计 ????????????????????13

3.1问题的提出??????????????????13 3.2定位基准的选择????????????????13 3.3切削力及夹紧力计算??????????????14 3.4定位误差分析?????????????????15 3.5夹具设计及简要操作说明????????????16 总 结????????????????????????18 致 谢????????????????????????19 参考文献 ??????????????????????20

序 言

机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。

接入耳环的加工工艺规程及其钻的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。

本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。

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一、 零件的分析

1.1

本次设计我们小组的任务是针对生产实际中的一个零件———接入耳环。其用于晾衣架的上端固定，当然接入耳环并不仅仅用于此，还有很多功能。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。

零件图如下：

零件的作用

1.2 零件的工艺分析

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

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Ra1.6。该外圆也是接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Ra6.3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。

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二、 工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式

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。

2.2 基面的选择

粗基准选择应当满足以下要求：

（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。

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（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取端面作为定位基准，。 精基准的选择应满足以下原则：

（1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。

（2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。

（3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。

（4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。

以已经加工好的顶尖为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。

2.3 制定工艺路线

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制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。

制定以下两种工艺方案： 方案一 工序Ⅰ：铸造 工序Ⅱ：时效处理

工序Ⅲ：粗铣两端面，钻中心孔

工序Ⅳ：粗车外圆，车Φ27外圆，车Φ24退刀槽，倒角 工序Ⅴ：半精车Φ35外圆 工序Ⅵ：精车Φ35外圆 工序Ⅶ：粗铣R25两侧面表面 工序Ⅷ：钻 ，扩，铰Φ32孔 工序Ⅸ：钻Φ5孔 工序X：车M27x1.5外圆 工序XI：铣Φ25键槽 工序XII：粗铣A面 工序XIII：车锥面

2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

零件材料为45

生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。 1、不加工表面毛坯尺寸

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不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由锻造可直接获得。

2、接入耳环的端面

由于端面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留2.5比较合适。

3、接入耳环的孔

毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于IT7—IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为2mm。

2.5 确定切削用量及基本工时

工序：粗铣两端面 1. 选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,

ap?1.5mm，d0?30mm，v?25m/min，z?4。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度

因为加工余量不大，一次加工完成

ap?1.5mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 fz?0.2mm/齿，则

ns?1000v1000?25??576r/min ?d??30按机床标准选取nw＝600r/min

v??dnw1000???30?6001000?128m/min

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当nw＝600r/min时

fm?fzznw?0.2?4?600?480mm/r 按机床标准选取fm?480mm/r 3）计算工时

切削工时：l?50mm，l1?9mm，l2?3mm，则机动工时为

tm?l?l1?l254?9?3??0.52min nwf600x0.2工序：半精车Φ35外圆 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4-54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

1000 20 页 第 8 页 共

T=l/fn=0.189min

工序：精车Φ35外圆 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4-54可知，当加工45钢时，背吃刀量a

p=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，

n=

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

1000T=l/fn=1.5min

工序：钻，扩，绞Φ32孔 工步一钻孔至φ31

确定进给量f：根据参考文献Ⅳ表2-7，当钢的

?b?800MPa，d0??31mm时，f?0.39~0.47m/r。由

于本零件在加工Φ31孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则

f??0.39~0.47??0.75?0.29~0.35mm/r

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根据Z525机床说明书，现取f?0.25mm/r

切削速度：根据参考文献Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度v?18m/min所以

ns?1000v1000?18??152r/min ?dw??31

根据机床说明书，取nw?175r/min，故实际切削速度为

v??dwnw1000???31?1751000?71.98m/min

切削工时：l?100mm，l1?9mm，l2?3mm，则机动工时为

tm?l?l1?l2100?9?3??1.19min nwf375?0.25

工步二：扩孔?31.85mm

利用钻头将?31mm孔扩大至?31.85mm，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取

f??1.2~1.8?f钻??1.2~1.8??0.65?0.75?0.585~0.87mm/r

根据机床说明书，选取f?0.57mm/r

?11??11?v??~?v钻??~??12?6~4m/min

?23??23?则主轴转速为n?51.6~34r/min，并按车床说明书取nw?68r/min，实际切削速度为

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v??dwnw1000???31.85?681000?6.8m/min

切削工时：l?100mm，l1?6mm，l2?3mm，则机

动工时为

tm?l?l1?l2100?6?3??2.81min nwf68?0.57工步3：铰?32H11mm孔

根据参考文献Ⅳ表2-25，f?0.2~0.4mm/r，

v?8~12m/min，得

ns?169.8~254.65r/min

查参考文献Ⅴ表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取f?0.35mm/r，nw?198r/min，实际切削速度

v?9.33m/min。

切削工时：l?100mm，l1?9mm，l2?3mm，则机动工时为

tm?l?l1?l2100?9?3??1.616min nwf198?0.35

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三、 夹具设计

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。

由指导老师的分配第VI道工序的钻Φ32孔的钻床夹具。

3.1问题的提出

本夹具主要用于钻Φ32孔，精度要求高，和其他面没有任何为主度要求，为此，主要考虑如何提高生产效率上和精度要求。

3.2定位基准的选择

本道工序加工Φ32孔，我们采用Φ32孔所在外圆定位，因为孔径自身较大，切削力较大，因此采用固定V型块，挡销定位，采用移动压板夹紧即可以满足要求。V型块+挡销+移动压板夹紧，夹紧机构的构成，可以限制工件的三个自由度，即可满足工件的夹紧需求。

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如图所示：

3.3切削力和夹紧力的计算

由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得：

钻削力 F?26Df0.8HB0.6 式（5-2） 钻削力矩 T?10D1.9f0.8HB0.6 式（5-3） 式

中

HB?HBmax?：D?32mm

11HB?HB?187??max?187?149??174 min?33 f?0.20mm?r?1代入公式（5-2）和（5-3）得

F?26x32x0.200.8x1740.6?4256N

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T?10x3219x0.200.8x1740.6?45867N.m

本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。

3.4定位误差分析

本工序选用的工件以外圆作为定位基准，采用固定V型块和挡销定位，挡销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。

??TD?Td?Yz??0.015?0.024?0.033?0.072

2式中 ?——定位副间的最小配合间隙（mm）； TD——工件圆孔直径公差（mm）； Td——定位销外圆直径公差（mm）。

3.5夹具设计及操作的简要说明

使用固定V型块和挡销定位，采用移动压板快速夹紧，即可指定可靠的卡紧力。我们采用快换钻套，当导向的钻套磨损后，我们松开螺钉可以快速地换下钻套，保证导向的精度，同时采用翻转式钻模板，工件放好后把翻转式钻模板水平放置，开始加工工件，工件加工完毕后，旋转钻模板180°，即可取出工件，大大提高了装卸工件的效率，同时也就大大的提高了生产效率，适合于大批量生产。

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总 结

这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。

这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。

回顾起此次设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到完成定稿，从理论到实践，在整整一学期的日子里，可以说学到了很多很多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才

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能真正的实用，在生产过程中得到应用。在设计的过程中遇到了许多问题，当然也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次毕业设计，让自己把以前所学过的知识重新复习了一遍。

这次设计虽然顺利完成了，也解决了许多问题，也碰到了许多问题，老师的辛勤指导下，都迎刃而解。同时，在老师的身上我也学得到很多额外的知识，在此我表示深深的感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感谢！

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致 谢

这次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。

这次设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下她的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，她不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

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参 考 文 献

【1】 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年

【2】 机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年

【3】 机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年

【4】 机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年 【5】 金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月

【6】 机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年

【7】 李庆余等主编. 机械制造装备设计第2版.机械工业出版社. 2009

【8】 李云主编. 机械制造工艺及设备设计指导手册，武汉机械工业出版社. 2008

【9】 王栋主编. 机械制造工艺学课程设计指导书. 北京机械工业出版社. 2008

【10】 成大先主编. 机械设计手册单行本. 连接与紧固. 第五版. 北京化学工业出版社. 2004

【11】 成大先主编. 机械设计手册单行本. 弹簧. 第五版. 北京化学工业出版社

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