圆环设计说明书.docx
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圆环设计说明书
目录
一、前言……………………………………………………………………………2
1.简介…………………………………………………………………………2
2.设计目的……………………………………………………………………2
二、零件的分析……………………………………………………………………3
2.1零件的作用………………………………………………………………3
2.2零件的工艺分析……………………………………………………………3
三、工艺规划设计…………………………………………………………………4
3.1毛坯的制造形式……………………………………………………………4
3.2基面的选择…………………………………………………………………4
3.3工艺路线的拟定……………………………………………………………5
3.4毛坯尺寸及其加工余量的确定……………………………………………6
3.5其他尺寸极其加工余量的确定……………………………………………8
3.6确定各工序切削用量………………………………………………………8
四、用夹具设计……………………………………………………………………11
4.1定位方案的确定……………………………………………………………11
4.2夹紧方案的确定……………………………………………………………14
五、自我小结………………………………………………………………………15
六、参考文献………………………………………………………………………15
设计圆环的机械加工工艺规程及工艺设备
一、前言
1.简介
机械制造技术基础课程设计是我们学完了大学全部基础课，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有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。
本次课程设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。
就我个人而言，希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并学会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来，为以后走向社会打下坚实的基础。
由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正。
2.设计目的
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产实习之后的一个重要的实践教学环节。
学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。
它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。
其目的如下：
①培养学生解决机械加工工艺问题的能力。
通过课程设计，熟练运用机械技术基础课程中的基本理论及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。
②培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。
③进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。
2、零件的分析
2.1零件的作用
一零件分析
1.1零件的作用
圆环是阻力伞上的一个重要零件。
我们知道，当飞机完成了战斗机训练任务返航着陆时，阻力伞是配合飞机上其他刹车装置，用以缩短飞机着陆滑跑距离的一种军工装备
圆环用以连接飞机与降伞的一个功能连接件。
其上的圆环截面这边同降落伞的伞带连接，另一边在φ14.20+0.07孔中装有一个“轴颈”的零件同飞机连接这两个零件用φ2.5开口销锁住。
所以该零件首先要保证足够的抗拉强度，且重量要轻，因此采用30CrMnSiA高级合金结构钢制造。
另外为保证强度，该零件必须采用模锻毛坯。
再机械加工中除保证各尺寸外，还要保证表面质量，绝不能有毛刺锐边等容易损害伞带强度的表面质量问题。
方形截面和圆环截面之间的过渡区要圆滑过渡。
圆环零件的关键尺寸是φ14.20+0.07孔以及φ11的圆环截面。
为了防止锈蚀降低其强度，所以圆环表面要求镀锌纯化处理。
1.2零件的工艺分析
1.3确定零件的生产类型
二确定毛坯类型绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
由于该圆环再工作过程中要承受拉力载荷，为保证圆环的强度和拉力硬度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。
该圆环的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。
毛坯的材料为30CrMnSiA高级合金，拔模斜度为7。
。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1.锻件的公差等级
由圆环的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为高等精度。
2.锻件质量
有机械加工后圆环件的质量为0.5Kg，可初步估计机械加工前锻件毛坯的质量为0.8Kg。
3.锻件形状复杂系数
对圆环零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，l=78mm，b=37mm，h=12mm；该圆环锻件的形状复杂系数为
S=mt/mN=0.8/（78×37×12×7.8×10-6）
4.锻件材质系数
该圆环的材料为30CrMnSiA，其碳的质量分数笑说小于0.65%，故该锻件的材质系数属于M1级。
5.锻件分模线形状
根据该圆环的形位特点，选择零件高度方向的对称平面为分模面，属平直分模线。
6.零件表面粗糙度
由零件图可知，该圆环各加工表面的粗糙度Ra均大约等于1.6um.
2.2零件的工艺分析
该圆环的加工表面分三种，主要是孔的加工，右侧面的加工，槽内的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔φ14.2mm的加工，要保证Ra1.6um的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下：
2.2.1孔的加工
该零件共有3个孔要加工：
φ14.2mm孔是零件的主要加工面，，孔口倒角为1X45°，尺寸精度为φ14.2H10，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；φ2.6mm小头孔与右端面中心距为20±0.1，小头孔孔口倒角为1X45°，尺寸精度为φ2.6H12，要粗加工。
2.2.2面的加工
该零件共有1个侧面要加工：
两个侧面是配合φ14.2mm孔后续工序的主要精基准面，需要精加工。
2.2.3槽的加工
该零件仅有1个槽需加工：
22mm键槽侧面粗糙度为Ra3.2um，需半精加工。
三、工艺规划设计
3.1毛坯的制造形式
零件材料为30CrMnSiA，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较简单，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用模锻。
由于零件上孔φ14.2mm较大，且都有严格的表面精度要求，故都要留出足够的加工余量。
零件上孔φ2.6mm较小，Ra12.5um，但只需要粗加工。
3.2基面的选择
基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
3.2.1粗基准的选择
粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于两侧面较平整且加工精度较高，故以2个主要侧面为基准。
3.2.2精基准的选择
精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，该零件上重要表面是大头孔φ14.2mm，所以底面自然成为精基准面，该定位基准组合在后续孔的加工中，以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面。
3.3工艺路线的拟定
拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。
工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。
3.3.1工艺路线方案
10.模锻毛坯;
20.粗铣φ2.6孔;
30.半精铣内表面;
40.半精铣右端面;
50.钻、铰φ2.6孔;
60.扩、铰φ14.2孔;
70.精镗φ2.6孔;
80.抛光R18半圆;
90.抛光R7圆弧;
100.倒角;
110.去毛刺;
120.中检;
130.热处理;
140.表面处理
150.清洗、终检。
3.3.2工艺方案的确定
10.模锻毛坯;
20.粗铣右端面，以底面为定位基准;
30.精铣右端面，以底面为定位基准;
40.粗铣环内表面，以右端面为定位基准;
50.精铣环内表面，以右端面为定位基准;
60.粗镗小头孔，利用右端面，小头孔定位，保证20mm;
70.粗镗大头孔，定位与Ⅵ工序相同;
80.粗铣小头槽，利用右端面，小头孔槽定位，保证Ra12.5um;
90.精镗大头孔φ14.2mm，保证Ra1.6um;
100.倒角，手工倒角，去毛刺;
110.检验入库。
3.4毛坯尺寸及其加工余量的确定
手柄零件材料为30CrMnSiA,毛坯重量约为0.5kg，生产类型为大批生产，采用模锻生产。
查表确定加工余量：
普通模锻，材料为30CrMnSiA，分模线平直对称，材质系数M1,复杂系数S=6/（lbhp）=6000000/（78*37*12*7.8）≈3.0,为S1级，厚度为11mm。
3.4.1右端面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，零件经过四道工序，先粗铣右端面，再粗铣环内表面，精铣右端面，最后精铣环内表面，各步余量如下：
粗铣：
由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-23，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为1.2mm。
精铣：
由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-25，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为1.4mm。
故锻造造毛坯的基本尺寸为77mm 。
又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差的上偏差为1.2mm，下偏差为-0.4mm。
故：
毛坯的名义尺寸：
77mm；
毛坯的最小尺寸：
77―0.4＝76.6mm；
毛坯的最大尺寸：
77＋1.2＝78.2mm；
精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《机械加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。
故精铣后尺寸为77mm。
3.4.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ2.6H9mm孔由粗镗到精镗得到，查《机械加工工艺手册》得粗镗的公差上偏差0.21mm，下偏差为0，故：
粗镗小头孔后的最大尺寸：
2.6+0.1=2.7mm；
粗镗小头孔后的最小尺寸：
2.6-0.1＝2.5mm。
精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《机械加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。
故精铣后尺寸为φ2.6H9mm。
3.4.3右端面大头孔毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，φ14.2H8mm孔由粗镗到精镗得到，查《机械加工工艺手册》得粗镗的公差上偏差0.8mm，下偏差为-0.4故：
粗镗大头孔后的最大尺寸：
14.2+0.8=15.0mm；
粗镗大头孔后的最小尺寸：
14.2-0.4=13.8mm。
精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《机械加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。
故精铣后尺寸为φ14.2H8mm。
3.5其他尺寸极其加工余量的确定
其他工序尺寸包括1个孔，1个槽，现仅分析主要的1个槽的加工余量及尺寸偏差。
精铣槽，Ra＝3.2um；
根据《机械加工工艺手册》，按粗铣到精铣的加工为：
粗铣：
22H11mm；
精铣：
精铣。
3.5.1切削用量的计算
1.工序10——粗铣拔叉头两端面
该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铣左端面；工步2是以左端面定位，粗铣右端面。
由于这两个工步是在一台机床上经过一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度VC和进给量f是一样的，只有背吃刀量不同。
（1）背吃刀量
工步1的背吃刀量ap1取为Z1，Z1等于左端面的毛坯总余量减去工序2的余量Z3，即Z1=2.5mm-1mm=1.5mm；而工步2的背吃刀量ap2取为Z2，故ap2=Z2=2mm。
（2）进给量
X51型立式铣床功率为4.5KW，查表5.8高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取为0.05mm/z。
（3）铣削速度
由本工序采用高速钢镶齿铣刀、dw=2.6mm、齿数z=10。
查表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度vc=44.9m/min,则
ns=1000vc/πd=178.65r/min
由本工序采用X51型立式铣床，查表3.6，取转速nw=160r/min,故实际铣削速度
vc=πdnw/1000=40.2m/min
当nw=r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为
fm=fzznw=128mm/min
也可根据表3.7查得机床的进给量为125mm/min。
2.工序20——半精铣拔叉头左端面
（1）背吃刀量
ap3=Z3=1mm。
（2）进给量
由本工序表面粗糙度Ra2.5μm，查表5.8高速钢套式面铣刀精铣平面进给量，每转进给量f取为0.4mm/r，故每齿进给量fz为0.04mm/z。
（3）铣削速度
由本工序采用高速钢镶齿铣刀、dw=80mm、齿数z=10、fz=0.04mm/z，查表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度vc=48.4m/min，则
ns=1000v/πd=192.58r/min
由本工序采用X51型立式铣床，查表3.6取转速nw=180r/min,故实际铣削速度为
v=πdnw/1000=45.24m/min
当nw=180r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为
fm=fzznw=72mm/min
由表3.7得，工作台的每分钟进给量fm取65mm/min。
3.工序50——钻、粗铰、精铰φ2.6mm孔
（1）钻φ2.6mm孔工步
由工件材料为30CrMnSiA、孔φ2.6mm、高速钢钻头、查表5.19高速钢麻花钻钻削碳钢的切削用量得，切削速度vc=16m/min，进给量f=0.05mm/r，取ap=2.6mm，则
ns=1000v/πdw=1000*16/（ð*2.6）r/min=1958.88r/min
由本工序采用Z525型立式钻床，由表3.17得，转速nw=1360r/min，故实际切削速度为
vc=πdwnw/1000=π*2.6*97/1000=11.2m/min
（2）粗铰φ2.6mm孔工步
取背吃刀量ap=2.6mm，由工件材料为30CrMnSiA、孔φ2.6mm，查表5.23高速钢铰刀铰削切削用量得，切削速度vc=15m/min，进给量f=0.05mm/r，则
ns=1000v/πdw=1000*2.6/（15*π）r/min=1360r/min
由本工序采用Z525型立式钻床，取转速nw=100r/min，故实际切削速度为
vc=πdwnw/1000=π*2.6*100/1000m/min=3.6m/min
（3）精铰工步
由背吃刀量ap=2.6mm、工件材料为30CrMnSiA，查表5.23高速钢铰刀铰削切削用量得，切削速度vc=15m/min，进给量f=0.05mm/r，则
ns=1000v/πdw=1000*15/π*2.6r/min=1980r/min
由本工序采用Z525型立式钻床，由表3.17，取转速nw=1360r/min，
3.6确定各工序切削用量及基本工时
3.6.1工序20：
半精铣右端面
机床：
X62W立式铣床
刀具：
高速钢端铣刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
根据《机械制造技术基础课程设计手册》表5-19，主轴转速=60r/min,取进给量f=0.18mm/r,得切削速度=59.5m/min。
背吃刀量为1/mm，进给次数为1，保证厚度尺寸11mm。
3.6.2 工序30：
精铣内表面
机床：
X52立式铣床
刀具：
高速钢端铣刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
3.6.3工序40：
精铣右端面
机床：
X52立式铣床
刀具：
高速钢端铣刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
3.6.4工序50：
粗铣φ2.6孔
机床：
X62W立式铣床
刀具：
高速钢端铣刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
根据《机械制造技术基础课程设计手册》表5-19，主轴转速=1360r/min,取进给量f=0.05mm/r,得切削速度=11.2m/min。
进给次数为1，保证φ2.6孔。
3.6.5工序60：
粗镗小头孔
机床：
T68镗床
刀具：
镗刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
3.6.6工序70：
粗镗大头孔
机床：
T68镗床
刀具：
镗刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
3.6.10工序80：
精镗小头孔φ2.6
机床：
T68镗床
刀具：
镗刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
3.6.11工序90：
精镗大头孔φ14.2mm
机床：
T68镗床
刀具：
镗刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
3.6.12工序100：
倒角
机床：
Z525钻床
刀具：
倒角钻头
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
4、专用夹具设计
由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。
4.1定位方案的确定
4.1.1工序要求
本次设计选择设计的是工序Ⅹ的夹具，主要是针对钻,铰φ4mm孔的夹具，它将用于ZX7550CW立卧式钻铣床。
该工序要求φ4mm油孔中心线与端面（有13mm的位置要求，因此可以得出该孔在两个侧面的正中心上，并且还要求其孔为通孔，由于端面经过精铣，精度比较高，因而工序基准为端面A，为了便于卧式转床加工，选取适当的定位基准，保证其加工要求。
夹具设计应首先满足这些要求，在保证较高的生产效率的前提下，还应考虑夹具体制造工艺性和生产经济性。
加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，并且夹具体应具有较好的刚性。
4.1.2定位方案设计分析
左图为图2 攻φ4mm油孔工序简图
如图2所示，为了加工φ4通孔，必须使其完全定位。
因此初步的设计方案如下,首先必须明确其加工时应如图2所示，这样水平放置，便于卧式钻床加工。
那么要使其完全定位，可以采用:
一面加固定V型块和滑动V型块定位，这样既简单又方便。
4.1.2定位分析
如上图所示，一底面限制的自由度有3个，一个固定V型块限制两个自由度，一个滑动V型块限制限制一个自由度，为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案如附图A1图纸——手柄夹具体装配图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。
在该定位方案中，一个支撑面顶住，限制了z轴的移动，z轴的旋转，y轴的旋转三个移动自由度。
一个固定V型块限制了y轴的移动，x轴的移动，一个滑动V型块限制了z轴的旋转，这样6个自由度全部被限制。
定位面板如附图A1图纸——手柄座夹具体装配图所示。
4.1.3定位误差分析
定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。
对于夹具设计中采用的定位方案，，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3—1/2，即可认为定位方案符合加工要求。
对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：
保证油孔轴线距侧面13mm，保证油孔轴线通过两孔轴线及两侧面的对称面。
对于13mm的要求，由于定位基准也是端面A，故基准不重和误差为0，且由于端面A经过精铣，表面粗糙度达到Ra6.3um，故可认为端面A的平面度误差较小，即可以忽略位置度误差，综上所述，只要支撑面的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的。
对于本工序要求，定位基准与工序基准同为两孔中心线，故基准不重合误差为0。
基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于两孔的表面精度都达到Ra3.2mm，都经过精镗，故基准位置误差也可以忽略，只要两V型块的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是很小的。
综上所述，该定位方案是符合加工要求的。
4.1.4定位元件的型号，尺寸和安装方式
4.1.4.1支撑面
在定位板面上做成一个中间有22mm宽的槽的一个支撑面，经过精铣得到精度较高的平面。
其相关尺寸见右图：
4.1.4.2V型块
本设计方案选用一个固定V型块和一个滑动V型块，查《课程设计指导教程》，确定v型块为GB2205-1999标准，其相关尺寸见下图3：
图3 滑动V形块
它和定位面板上的φ10mm销孔呈H7/r6mm过盈配合，并用螺母固定，防止钻孔时松动，影响加工。
4.2夹紧方案的确定
4.2.1夹紧装置的设计
夹紧力方向原则：
（1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；
（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；
（3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。
夹紧作用点原则：
（1）夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；
（2）夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；
（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。
根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。
本设计方案选用的是螺旋夹紧机构，夹紧方向水平向右，通过螺栓的转动，带动固定在滑动V型块上面的方块螺母向右移动，进而作用在工件φ30mm外圆面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。
这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于大批量生产能较快装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠。
4.2.2夹具的操作及维护
安装工件时，应先将螺栓转动退出足够的行程空间以便于安装工件，然后使工件的φ30mm外圆面套在滑动V型块上，宁外φ54mm外圆面套在固定V型块上，将端面A紧靠在定位板上的支撑面上，这样工件以端面A为定位基准安装。
工件装好后，转动螺栓，使滑动V型块靠紧φ30mm外圆面并夹紧工件。
加工完成后松开工件，只需反向转动螺栓，即可取下工件。
夹具在使用中，应注意检查钻套的磨损情况，如果磨损后不能精确保证加工精度，则需要更换钻套。
本夹具V型块是受力部件，夹紧时检查其是否发生受力变形，如有变形，应及时设法修正，才能保证加工精度。
为使其变形减小，需要严格控制螺杆的夹紧力。
五、自我小结
本次课程设计是在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性复习，是一次对我们所学的专业基础知识的掌握情况的重要考察和检验，更是培养我们理论联系实际，分析并解决问
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