最新弹簧夹头工艺设计说明书
一：机械制造工艺学课程设计的目的——————————1 二：弹簧夹头工艺设计的内容—————————————1 （一）零件的分析（弹簧夹头）————————
1：弹簧夹头的作用及工作条件—————————
2：弹簧夹头的工艺分析————————————
（二）工艺规程的设计————————————
1：确定毛坯的制造形式————————————
2：基面的选择————————————————
3：制定工艺路线————————————————
4：机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定——
5：确定切削用量及基本工时———————————三：夹具设计————————————————————四：主要参考文献——————————————————一：机械制造工艺学课程设计的目的
培养分析解决生产技术问题的能力，初步掌握设计工艺规程和机床夹具的基本方法，并巩固、深化已学得的理论知识，进一步培养熟悉和运用有关图册、图表等技术资料的能力，训练识图、制图、运算及编制技术文件的基本技能。
二：弹簧夹头工艺设计的内容
（一）零件的分析（弹簧夹头）
1：弹簧夹头的作用及工作条件
本次课程设计所采用的零件为弹簧夹头其作用如下：
（1）能精确的定位与夹紧工件（或刀具），具有抵抗扭矩和承受来自多方向切削力的功能。
（2）具有增大驱动力（拉力）和转换驱动力为工件（或刀具）夹紧力的功能。
（3）具有快速松开工件（或刀具）的功能。
（4）具有在不降低加工精度和使工件不受损害前提下的高重复精度。
（5）具有能在较宽的主轴转速范围内工作与只有极小的夹紧力损失的能力。
（6）在高速切削中的转动惯量最小。
弹簧夹头通常在装有机床主轴的孔内使用，在工作中弹簧夹头必须保持与工件(或刀具)的定位基准相同如主轴。弹簧夹头和工件（或刀具）之间的相对运动将导致不正确的零件加工。弹簧夹头与工件（或刀具）的相对转动或相对轴向移动都回使加工工件尺寸的一致性和几何精度受到影响。
弹簧夹头采用弹性较好的优质合金钢制成，并经热处理使头部外锥与夹爪内壁有较高硬度以保证坚硬耐磨。每种规格的弹簧夹头所能夹紧工件的尺寸范围很小，所以它的应用范围很广，消耗量较大，适用于自动车床、万能铣床、螺纹磨床等各类设备。
2：弹簧夹头的工艺分析
（2）弹簧夹头的生产工艺特点分析：
该零件的生产纲领：
N=Qn (1+α%+β %)
式中N——零件的年生产纲领（件/台）；
Q——产品的年产量（台/年）；
n——每台产品中，该零件的数量（件/台）；
α%—备品率;
β%—废品率;
设Q=4000,n=1, α%=10%,β%=1%由上式可算得N=4440件
根据设计任务书的要求，制定零件在中批生产条件下的机械加工工艺规程，可制定该零件的年生产纲领为4440（件/年）。
生产类型为中批生产。
由生产类型可知该零件的工艺特点为：毛坯的制造方法部分铸件用金属模，部分锻件用模锻，毛坯精度中等，加工余量中等；机床通常采用通用机床，部分采用专用机床；夹具广泛使用专用夹具和可调夹具；刀具和量具按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；工件的装夹方法部分采用划线找正，广泛采用通用或专用夹具装夹。
（3）弹簧夹头的主要加工表面及设计基准分析
弹簧夹头为了保证其精度,它的Φ11.2的孔与31°的外圆锥表面与图中A面有一定的要求.三个等分槽也有一定的要求.现分述如下:
i.应保证Φ11.2的孔与31°的外圆锥表面与图中A面的同心
度为
ii.三个等分槽加工时应有两个焊用销子分别是直径为Φ
10.45和Φ12.4的,插入Φ11.2的孔中,用来涨大和缩小该
孔.完工时Φ11.2必须扩大至Φ12.4.
由以上分析可知,应先加工A面的外圆,再以该圆为基准,加工Φ11.2的孔与31°的外圆锥表面 .三个等分槽加工时应要先扩再缩,用焊接来实现.
（二）工艺规程的设计
1：确定毛坯的制造形式
选取弹簧夹头的制造材料为弹簧钢，其具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。由前面可知其生产类型为中批生产，所以毛坯采用模锻件。
2：基面的选择
基面选择是工艺规程设计中重要工作之一。基面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。
i. 粗基准的选择：因为弹簧夹头的毛坯属于轴类零件,所以应
选择外圆为粗基准.
ii. 精基准的选择：精基准的选择主要应该考虑基准重合的问
题.当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算.
3：制定工艺路线
制定工艺路线的出发点是应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到妥善保证，在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外还应当尽量考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
工艺路线方案：
工序1: 车焊用销子(Φ10.45)(Φ12.4)
工序2: 夹外圆分别车外圆各部及锥面（须精加工的留磨量0.5mm），孔除须配合的孔留0.5mm磨量外，其余干到图纸尺寸。
工序3：钻孔（Ф10）。
工序4: 粗镗﹑细镗内孔,达到图纸要求.
工序5:攻M12的内螺纹.
工序6: 钻槽端部3个均布的小孔。
工序7: 铣三等份槽但不铣通，端面留4～5mm量。
工序8:去毛刺.
工序9: 淬火HRC45，发蓝。
工序10: 两端倒角.
工序11: 焊三点,涨大(Φ12.4)
工序12: 割开焊点.
工序13: 去毛刺.
工序14: 焊三点,缩小(Φ10.45)
工序15: 顶两端倒角处磨外圆及锥面至尺寸。
工序16: 夹外圆磨内孔至尺寸。
工序17: 上磨床割开三条均布槽,去销子.
工序18: 去毛刺.
工序19: 刻标记.
工序20: 终检、入库。
4：机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
弹簧夹头所使用的材料为弹簧钢，硬度为〉HV500,毛坯重量约为1kg，生产类型为中批生产，采用模锻毛坯3级精度组（成批生产）。
根据上述原材料及加工工艺分别对各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定如下：
（1）外圆表面（Ф25，Ф28，Ф30及锥面）
Ф25的外圆长度为10mm，结合Ф25的外圆为了简化模锻毛坯的外形，现直接取外圆毛坯直径为Ф30，长度取为65。Ф25表面为自由尺寸公差，其表面粗糙度要求为3.2，只要求粗加工，此时直径余量5mm完全可以满足要求。Ф28外圆表面是需要保证的尺寸，需要进行精加工，精度等级为4，此时直径余量为2mm 仍然可以满足要求.Ф30外圆表面长度为9为自由尺寸公差，其表面粗糙度要求为6.4，只要求粗加工，结合锥面的最大直径及加工方法，考虑模锻毛坯外形的简化，可以去毛坯直径为Ф42，长
度取为40，考虑到节省材料及零件尺寸要求，由以上分析可确定毛坯图（见附图）。
（2）外圆表面沿长度方向的加工余量（Ф30及Ф25的端面）
结合零件图查表，长度余量及公差分别取1.5上偏差+1.0下偏差-0.5和1.75上偏差+1.2下偏差-0.6（见机械制造工艺设计手册表1-52）
模锻斜度为7度（图纸要求）。
（3）内孔
毛坯是带有Ф10孔的棒料，其中Ф18的内孔精度要求不高，其中Ф11.2的内孔及M12的螺纹孔精度要求较高，精度等级介于IT7——IT8之间，参照机械制造工艺手册表1-29及表1-34确定工序尺寸及余量。
对于Ф11.2的孔：
扩钻Ф11 2Z=1
精镗Ф11.1 2Z=0.1
细镗Ф11.2上偏差+0.1下偏差-0.05 2Z=0.1 对于Ф18的孔：
钻孔17 2Z=7
扩钻18 2Z=1
对于M12的螺纹孔：
直接用攻丝刀攻螺纹即可。
（4）Ф11.2孔的外端面
按计算方法确定加工余量，参考机械制造工艺学课程设计手册表1-54实例进行计算。
①模锻毛坯余量
不平度：Rz=240um
缺陷层：T缺=250um（表1-5）
空间偏差：ρ=1700um
模锻毛坯公差：T=2200um (表1-52)
模锻斜度：7度（图纸要求）
②粗铣余量
加工精度：IT12,公差：T=0.15mm=150um
加工表面粗糙度6.4
剩余空间偏差ρ：ρ（表1-6）
剩余空间偏差ρ=K精×ρ毛=0.06×1700um=102um
式中：K精——精度提高系数0.06（表1-22）
ρ毛——模锻毛坯的空间偏差
③磨两端面余量，加工精度及表面粗糙度要求达到Ra1.6
公差T=0.07mm
不平度Rz=0.02mm=20um（表1-12）
缺陷层T缺=20um（表1-12）
剩余空间偏差：ρ精剩=K精×ρ剩=0.04×102=4.08um
其中：K精——精度提高系数
ρ剩——粗铣后的空间偏差102um 最后将上面由手册中所查的各项数据分别填入下表，同时按照机械制造工艺设计手册第三页所规定的步骤，计算出这个表面的各道工序的极限尺寸及余量值，也一并填入表中
加工余量计算表
5确定切削用量及基本工时
工序1：车两根焊用销子(Φ10.45, Φ12.4)
这两根销子是用来涨大和缩小孔Φ11.02的,起个支撑的作用.故粗糙度也不高,直接加工出来就行了.
工序2：车外圆及端面
本工序采用计算法
①加工条件
工件材料弹簧钢，模锻。
加工要求：车Ф25及Ф30端面Rz200，粗车外圆Ф25、Ф28、Ф
30及圆锥面。
机床：CA6140普通车床
刀具：
断面车刀：刀片材料YT15，刀杆尺寸16X25平方毫米,Kr=90
度,γ0=15，α0=12，rε=0.05mm
②计算切削用量
粗车端面
ⅰ：根据零件图及加工要求直接加工到尺寸
ⅱ：走刀量f=0.4mm/r(表3-13)
ⅲ:计算切削速度（表3-18）耐用度t=45min
V=163m/min
ⅳ：确定机床主轴转速
Ns=13.3r/s
按机床选取机床主轴转速760r/min（表14-3）
所以实际切削速度v=2.57m/s(154.4m/min)
粗车外圆
工序3：内孔加工(Φ11.2mm,Φ18mm)
<1> 钻内孔为Φ10 mm,钻通.
f=0.42mm/r,Klf=0.42*0.9=0.38mm/r(表3-38)
v=0.25m/s(15m/min)(表3-42)
Ns=1000v/πDw=250/31.4=7.96r/s
按机床选取Nw=7.65r/s
所以实际切削速度V=（π×10×7.65）÷1000=0.24m/s
切削工时：
切入L1=10mm,切出L2=2mm L=90mm
Tm=(L+L1+L2)÷（Nw×f）=35s
<2> 由于Φ11.2mm的孔要与别的零件(也就是刀具)相配合,故其精度要求比较高,所以得留下0.05mm的精磨余量.也就是在本工序把此孔加工到Φ11.15mm
f=0.1mm/r
Nw=1000r/min(16.6r/s)
v=122.2m/min(2.03m/s)
切削工时（一个孔）：（表7-1）
L=9mm,L1=2mm,L2=1mm
Tm=(L+L1+L2)÷（Nw×f）=7.23s
精镗孔至Ф11.2上偏差+0.1下偏差-0.05
选用一个刀杆，利用金刚石镗床同时对工件进行粗精镗孔，故切削用量及工时都与前面相同即：
f=0.1mm/r
Nw=1000r/min(16.6r/s)
Tm=7.23s
<3> 加工孔Φ18mm,此孔由于不与别的零件配合,故粗糙度要求不高,直接车出来要求尺寸Φ18mm就行了.
加工方法同Ф11.2的孔的粗镗。
工序4：攻M12的螺纹
v=0.123m/s(表3-42)
所以Ns=4.89r/s(293r/min)
按机床选取Nw=272r/min则实际切削速度v=0.113m/s。
工序5：钻三孔(Φ6mm)
由于此三孔不与别的零件配合,故直接钻到要求的尺寸Φ6mm即可.对于每一个孔：
f=0.42mm/r,Klf=0.42*0.9=0.38mm/r(表3-38)
v=0.25m/s(15m/min)(表3-42)
Ns=1000v/πDw=250/31.4=7.96r/s
按机床选取Nw=7.65r/s
所以实际切削速度V=（π×10×7.65）÷1000=0.24m/s
切削工时：
切入L1=6mm,切出L2=2mm L=3.5mm
Tm=(L+L1+L2)÷（Nw×f）=3s
工序6：铣三槽
此三槽由于也不与别的零件配合,故可用2mm的成型铣刀直接加工出来.
注：以上所出现的表都见参考文献4。
其余工序加工都比较简单在此不做详述。
三：夹具的设计
为了提高生产保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专
用夹具。
经过与指导老师协商，决定设计第6道工序工序———铣三等份槽但不铣通，端面留4～5mm量。本夹具将用于卧式铣床。刀具为一把厚为2mm，直径为100mm的成型铣刀。
3.1 问题的指出
本夹具用来车出3个宽2mm，相差120°的槽，这就要求夹具不但得起夹紧的作用，而且还应有准确转过120°角的作用。3.2 夹具的设计
（1）定位基准的选择。有零件图可知，Φ11.2mm的孔和31°的锥面要求与A面同心度为0.02，故其设计基准应为A表面的轴心线，为了使定位误差为零，应选择以A面孔自动定心的夹具。
（2）经分析，要满足以上的要求，可选用带有分度头的三爪卡盘与一配套的顶尖来实现，具体尺寸先分析如下：
①弹簧夹头的总长只有90mm，用三爪卡盘夹的是弹簧夹头的Φ
28.05mm一段，用顶尖顶的是Φ11.2mm的孔。由于被加工零件的尺寸不是太大，故选用的三爪卡盘的尺寸也不是太大。用中心高为125mm 的卡盘，卡盘的厚为80mm，直径为163mm。卡爪厚为2mm，顶尖和卡盘都用螺钉拧在T型台上，该T型台的长为915mm，宽为228mm，T 型槽宽为14mm。
②该卡盘上有一个分度头，用来控制卡盘的旋转，还有一锁紧机构，当卡盘转过规定的角度，（这里就是指120°）时，此锁紧机构能把加工零件锁紧，以待加工。
③顶尖上也有一个锁紧装置，用来锁紧顶尖上的摇杆，使其在加工时不会因为振动而松动。
（3）该夹具的简要说明
本夹具利用顶尖的上的摇杆，可实现快速加紧或松开加工零件（弹簧夹头），提高了加工效率。
四：主要参考文献：
1 王绍俊。机械制造工艺设计手册，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1981
2 刘文剑，曹天河。夹具工程师手册。哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987
3 艾兴，肖诗纲。切削用量简明手册（第三版）。北京：机械工业出版社，2004
4 吴宗泽，罗圣国，机械设计课程设计手册（第二版）北京：高等教育出版社，1999
5 李益民。机械制造工艺设计简明手册。北京：机械工业出版社，2004
6 赵家齐。机械制造工艺学课程设计指导书。北京：机械工业出版社，2004