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湖北文理学院理工学说明书院
设计圆环的机械加工工艺规程及工艺设备
一、零件的分析
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，滚磨处理。
1.2零件的工艺分析
由零件图可知，
的孔的尺寸公差较大，应当采取粗加工，
的孔加工误差也较小，应当进行粗车、钻、镗，R18的圆弧为了满足精度要求，需要进行抛光，对于槽口的加工，可以采用一般的铣削，为了保证零件的强度和硬度，进行锻造完后，还要对工件进行热处理，对于过渡圆弧，采用要圆滑过渡。
粗加工与精加工配合起来，零件的精度还是能够较好得以的保证，由此可见，零件的工艺性较好。
1.3确定零件的生产类型
确定圆环的生产类型：
依设计题目知：
Q=10000件/年，m=1件/年，结合生产实际，备用品率a％和废品率b％分别取3％和0.5％。
代入公式：
N=Q×m×（1+a％）×（1+b％）=10000×1×（1+3％）×（1+0.5％）=1035.5（件/年），圆环重量为0.5kg,由手册查表1-3知，圆环属于轻型零件，由表1-4知，该圆环的生产类型为大批生产。
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，并且为大批量生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。
由零件技术要求知，毛坯拔模斜度为
。
2.2确尺寸公差和机械加工余量
由表2-10至表2-12可知，要确定毛坯的尺寸公差及加工余量，应先确定如下各项因素：
（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
由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=78.2mm，b=40mm，h=12mm；该圆环锻件的形状复杂系数为:
S=mt/mN=0.8/（78.2×40×12×7.8×10-6）=2.73，属于S1级。
（4）.锻件材质系数
该圆环的材料为30CrMnSiA，其碳的质量分数小于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。
（7）确定毛坯的加工余量
查机械制造技术课程设计指导教程，表2-13锻件内外表面加工余量，锻件重量在0.4-1.0kg，形状复杂系数为S1，单边余量厚度方向上的余量为1.5-2mm，水平方向上尺寸在0-315mm的加工余量为1.5-2.0mm。
取厚度上的余量为2mm，长度和宽度上的加工余量为2mm。
毛坯尺寸：
单位：
mm
左右两端面间距
前后两端面间距
槽内表面左右间距
槽的宽度
槽内右表面到右端面距离
其他面
40
按零件图尺寸标注
毛坯图的绘制，见附录一
2.3零件的工艺分析
该圆环的加工表面分三种，主要是3个孔的加工，右侧面的加工，槽的加工，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φ14.2mm孔的加工，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：
2.31定位的原则：
基准先行；先主后次；先粗后精；先面后孔。
2.32面的加工
面有左右端面、前后端面、槽内表面。
以底平面作为基准，加工右端面，再以右端面为基准，加工左端面；以底面和右端面作为基准加工前后表面，在以右端面为基准，加工槽内表面。
2.3.3孔的加工
该零件共有3个孔要加工：
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，以右端面作为基准，直接粗加工就可以达到要求。
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，以前后两端面作为基准，需精加工且尽早加工出来。
2.3.4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，以底平面作为基准，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，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，只需要粗加工。
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工艺路线的拟定，拟定圆环的工艺路线
3.2.1基准的选择
3.2.1.1定位基准的选择：
粗基准的选择：
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。
选择圆环的右端面作为粗基准。
采用右端面作为基准加工左端面，进而加工前后两个端面，可以为后面工序准备好精基准。
精基准的选择：
根据圆环的技术要求和装配要求，选择圆环的右端面和
作为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。
大头孔
mm的轴线是设计基准，选用其作精基准定位加工圆环两端面和小头孔
mm实现设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。
选用圆环右端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该圆环在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准；另外，由于圆环刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，更好的夹紧工件，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能作用在圆环上。
选用圆环右端面作为精基准，夹紧可作用在圆环的前后端面上，靠左端，以右端面作为精基准，确保钻出来的
mm孔离右端面的距离
mm，使夹紧可靠。
3.2.2加工阶段的划分
该圆环加工质量要求较高，经过锻造、退火、滚磨，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工、光整加工阶段几个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后续工作都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣圆环外形、右端面、槽内表面、粗车
mm的孔，钻
mm的孔。
在半精加工阶段，完成圆环右端面半精铣和内槽的半精铣及
mm钻加工；在精加工阶段，精铣内槽
mm、进行两端面的磨削加工；再热处理、淬火、钳工、抛光
mm圆截面、镀锌。
3.3.1工序的集中与工序分散
一般来说，单件小批量生产多遵循工序集中原则，大批量生产既可以采取工序集中的方式，也可采取工序分散的方式。
选用工序集中原则安排圆环的加工工序。
该圆环的生产类型为大批生产，可以采用万能机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中的原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
3.3.2工序顺序安排
（1）遵循“先基准后其他”的原则，首先加工精基准—圆环的右端面。
（2）遵循“先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”的原则，先加工主要表面—圆环右端面和圆环前后两端面，铣内槽内壁面，后加工次要表面。
（4）遵循“先面后孔”原则，先加工外形（右端面、前后两端面），铣内槽面，修钳
mm的圆截面、抛光后再加工
mm的孔，钻
mm的孔。
3.2.3热处理工序
3.2.3.1热处理的原则：
（1）预备热处理
退火与正火调质
（2）最终热处理
调质淬火渗碳淬火淡化处理
（3）时效处理
（4）表面处理
3.2.3.2热处理工序
模锻成型后切边，进行调质，调质HRC35-40，并进行酸洗、喷丸处理。
喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。
然后进行退火、滚磨，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。
3.6.3辅助工序
粗加工圆环两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序。
综上所述，该圆环工序的安排顺序为：
锻造毛坯——退火——滚磨——铣外形——基准加工—主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工—精加工—热处理—钳工、抛光—镀锌。
3.2.4表面加工方法的确定
在中等功率机床上进行粗加工（Ra=20-80um）时，背吃刀量可达8-10mm。
半精加工（Ra=5-10um）时，背吃刀量取0.5-2mm。
精加工（Ra=1.25-2.5um）时，背吃刀量取0.1-0.4mm。
原则按递减原则进行取。
根据圆环零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：
平面的加工
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度
单边加工余量
备注
粗加工
半精加工
精加工
抛光
右端面
IT10
3.2
1.8
0.2
查表4-9
前端面
6.3
2
1
查表4-9
后端面
6.3
2
1
查表4-9
槽的右端面
IT10
3.2
3
1
查表4-9
槽的内壁的前后端面
IT12
3.2
1
0.8
0.2
查表4-9-表3-3
mm的圆截面
IT6
0.8
抛光
查表4-9
圆柱面
IT7
1.6
5
1.5
0.6
查表4-9
圆柱面
12.5
1.3
查表4-9
3.2.5工艺路线方案：
05模锻毛坯;
10退火
15滚磨;
20铣外形;
25铣内槽;
30.钳工;
35.车
孔;
40.钻
mm;
45.热处理、淬火;
50.钳工、抛光
55.镀锌
60.清洗、终检。
3.2.6工艺方案的确定
05.模锻毛坯;
10.退火；
15.滚磨；
20.半精铣右端面，以底面为定位基准;
25.精铣右端面，以底面为定位基准;
30.粗铣前后两端面；
35.半精铣前后两端面；
40.精铣前后两端面；
45.粗铣内槽至22mm~21mm；
50.半精铣内槽22mm~21.8mm；
55.精铣内槽
mm；
60.修钳
mm的圆截面、抛光；
65.粗车、车内端面；
70.钻
mm孔至
mm；
75镗孔
mm；
80.车外倒角；
85钻
mm；
90.倒角；
100.热处理、表面淬火；
105.钳工、抛光；
110.镀锌；
115.清洗；
120.终检
3.3确定工艺路线：
工序05：
锻造毛坯
机床：
平锻
平锻机工作原理：
平锻机启动前，棒料放在固定凹模6模镗中，并由前挡料板4定位，以确定棒料的变形部分长度
。
然后，踏下脚踏板，使离合器工作。
平锻机的曲柄凸轮机构保证按下列顺序工作：
在主滑块前进过程中，活动凹模7迅速进入夹紧状态，在
部分将棒料夹紧；前挡板4退去；凹模（冲头）3与热毛坯接触，并使其产生塑性变形直至冲满模镗为止。
当机器回程时，各部分的运动顺序是：
冲头从凹模中退出。
活动凹模回复原位，冲头回复原位，从凹模中取出锻件。
热加工书上的，如下图所示：
P244
工序10：
退火
设备：
炉
去应力退火，其工艺是将钢件加热至500~650℃，保温一定时间，然后随炉缓冷。
工序15：
滚磨
设备：
滚磨机
工序20：
铣外形、铣右端面
设备：
卧式双面铣床
刀具：
三面刃铣刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
工序25：
铣内槽
机床：
立式铣床X51
刀具：
键槽铣刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型、卡尺、卡规
夹具：
专用夹具
工序30：
钳工
机床：
钳工台
刀具：
平锉、毡轮、抛光膏
量具：
卡尺、卡规
夹具：
专用夹具
工序35：
车
mm孔
机床：
数控车床
刀具：
车刀、扩孔钻、镗刀
量具：
游标卡尺Ⅱ型、卡尺、卡规
夹具：
专用夹具
工序40：
钻
mm
机床：
四面组合钻床
刀具：
复合钻头、铰刀
量具：
卡尺、塞规
夹具：
专用夹具
工序45：
热处理、淬火
设备：
电接触加热表面淬火
工序50：
钳工、抛光
设备：
钳工台
刀具：
平锉、毡轮、抛光膏
量具：
卡尺塞规、千分尺
夹具：
专用夹具
工序55：
镀锌
设备：
电镀
工序60：
清洗
设备：
清洗机
工序65：
终检
量具：
塞规、百分表、卡尺等
圆环工艺路线及设备、工装的选用：
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
工步
05
锻造毛坯
平锻机
10
退火
炉
将工件加热至500~650℃，保温一定时间，然后随炉缓冷
15
滚磨
滚磨机
20
铣外形
卧式双面铣床
三面刃铣刀
游标卡尺Ⅱ型
铣右端面至，铣前后端面
25
铣内槽
立式铣床X51
键槽铣刀
游标卡尺Ⅱ型、卡尺、卡规
粗铣内槽至22mm~21mm、半精铣内槽22mm~21.8mm、精铣内槽
mm
30
钳工
钳工台
平锉、毡轮、抛光膏
俢钳
mm的圆截面、抛光
35
车
孔
车床CA6140
车刀、扩孔钻、镗刀
游标卡尺、卡尺、塞规
粗车、车内端面、钻
mm孔至
mm、镗孔
、车外倒角
40
钻
mm
四面组合钻床
复合钻头、铰刀
卡尺塞规
钻、倒角、粗铰、精铰
45
热处理、淬火
电接触加热表面淬火
50
钳工、抛光
钳工台
平锉、毡轮、抛光膏
卡尺塞规、千分尺
锉、抛光
55
镀锌
电镀
60
清洗
清洗机
65
终检
塞规、百分表、卡尺等
4、四、确定各工序切削用量的计算确定各工序用量的计算
工序05：
锻造毛坯；
工序10：
退火；
将工件加热至500~650℃，保温一定时间，然后随炉缓冷
工序15：
滚磨；
工序20：
铣外形，铣右端面
本道工序分为2个工步，第1个工步半精铣至
mm；第2工步精铣右端面至
mm；
工步1：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为1.8mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为3次走刀。
工步2：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为0.2mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为1次走刀。
工序25：
铣前后端面
本道工序分为2个工步：
工步1：
粗加工前后两端面；工步2：
精加工前后两端面。
工步1：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为2.0mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为3次走刀。
工步2：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为1mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为2次走刀。
工序30：
铣槽壁的右端面
本道工序分为2个工步：
工步1：
粗铣槽右端面至
mm；
工步2：
半精铣至
mm。
工步1：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为3mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为4次走刀。
工步2：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为1mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为2次走刀。
工序35：
铣槽内壁前后端面
本道工序分为为3个工步，第1个工步为：
粗铣内槽至22mm~21mm、第2个工步：
半精铣内槽22mm~21.8mm、第3工步：
精铣内槽
mm；
工步1：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为1mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为2次走刀。
工步2：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为0.8mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为1次走刀。
工步3：
（1）背吃刀的确定 背吃刀量为0.2mm
（2）进给量的确定由表5-7，按机床功率5—10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序每齿进给量
取为0.08mm/z。
（3）铣削速度的计算
按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。
由公式（5-1）n=1000v/（3.14d）可以求得该工件的铣刀转速，n=1000×44.9m/min÷（3.14×80mm） =178.65r/min，参照表4-15所列X52型立式铣床的主轴转速，取转速为375r/min。
再将此转速公式代入（5-1），可工序实际铣削速度v=3.14nd/1000=94.2m/min，走刀次数为1次走刀。
工序40：
钳工:
本道工序分为2个工步，第1个工步，修钳
mm的圆截面；第2个工步抛光。
工步1：
在钳工台上俢钳
mm的圆截面
工步2：
抛光
mm的圆截面；
工序45：
车
孔
本道工序分为4个工步，第1工步：
粗车、车内端面、第2个工步：
钻
mm孔至
mm、第3工步：
镗孔
、第4工步：
车外倒角。
工步1：
（1）背吃刀的确定 横向背吃刀量为5mm，纵向被吃刀量为11mm。
（2）进给量的确定由表4-2卧式车床刀架进给量，CA6140，纵向进给量为3mm/r，横向进给量为2.5mm/r.进给次数为1次
（3）车削速度的计算
主轴的转速取500r/min，直径为
mm
v=3.14nd/1000
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