机械加工技术课程设计离合器齿轮零件的工艺规程及夹具设计

1、机械加工工艺与装备课程设计机械与电子工程学院机械加工技术课程设计设计说明书题目：离合器齿轮零件的工艺规程及夹具设计班级：08计辅（1）班组长： 组员：指导老师：17需图纸，联系qq153893706目 录1 前言12 零件的工艺分析及生产类型的确定12.1 零件的作用12.2 零件的工艺性分析12.3 零件的生产类型23 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯-零件合图23.1 选择毛坯23.2 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差23.3 确定机械加工余量33.4 确定毛坯尺寸33.5 确定毛坯尺寸公差33.6 绘制毛坯图44 选择加工方法，制定工艺路线54.1 定位基准的选择54.2 零件表面加工方

2、法的选择54.3 制订工艺路线55 工序设计65.1 选择加工设备与工艺装备65.2 确定工序尺寸76 确定切削用量及基本时间86.1 工序切削用量及基本时间的确定86.2 工序第、第、第、第切削用量及基本时间的确定137 夹具设计137.1 夹具的定位方案137.2 夹紧机构137.3 误差分析137.4 夹紧力的计算158 小结169 参考文献161 前言机械加工工艺与装备课程设计是我学完了大学的全部基础课、专业技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我在进行毕业设计之前对所学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，它在我的大学生活中占有重要的地位。就我个人而

3、言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。2 零件的工艺分析及生产类型的确定2.1 零件的作用题目所给定的零件是ca6140车床主轴箱中运动输入轴轴上的一个离合器齿轮，如图7-1所示。它位于轴上，用于接通或断开主轴的反转传动路线，与其他零件一起组成摩擦片正反转离合器，如图7-2（m1右侧）所示。主运动传动链由电机经过带轮传动副130mm/230mm传至主轴箱中的轴。在轴上装有双向多片摩擦离合器m1，使主轴正转、反转或停止。当压紧离合器左部

4、的摩擦片时，轴的运动经齿轮副56/38或51/43传给轴，使轴获得2种转速。压紧右部摩擦片时，经齿轮50、轴上的空套齿轮34传给轴上的固定齿轮30。这时轴至轴间多一个中间齿轮34，故轴的转向相反，反转转速只有1种。当离合器处于中间位置时，左、右摩擦片都没有被压紧，轴运动不能传至轴，主轴停转。此零件借助两个滚动轴承空套在轴上，只有当装在轴上的内摩擦片和装在该齿轮上的外摩擦片压紧时，轴才能带动该齿轮转动。该零件68k7mm的孔与两个滚动轴承的外圈相配合，71mm沟槽为弹簧挡圈卡槽，94mm的孔容纳内、外摩擦片，416mm槽口与外摩擦片的翅片相配合使其和该齿轮一起转动，61.5mm沟槽和45mm的孔

5、用于通入冷却润滑油。2.2 零件的工艺性分析1、左端 68k7 外圆表面精度等级为it7，表面粗糙度为ra0.8。并且槽相对68k7 孔的轴线成90度均匀分布。2、16 mm宽槽口相对68k7孔的轴线成90均匀分布，其径向设计基准是68k7 mm孔的轴线，轴向设计基准是106.5 mm外圆柱的左端平面。3、45 mm孔在61.5 mm沟槽内，孔中心线距沟槽一侧面的距离为3 mm，圆锥角度为90度。4个5 mm孔分别与16mm槽宽错开45度均匀分布。4、由于加工时不能选用沟槽的侧面为定位基准，故要精确地保证上述要求比较困难，但这些小孔为油孔，位置要求不高，只要钻到沟槽之内接通油路就可，加工不难。

6、5、90外圆表面精度等级为it14，表面粗糙度为ra3.2。6、左端外圆表面106.5 精度等级为it12，表面粗糙度为ra6.3。7、94外圆表面精度等级为it14，表面粗糙度为ra6.3。8、71内孔槽内圆表面精度等级为it14，表面粗糙度为ra6.3。9、117h11龄轮外圆表面 it11 ra3.2，齿面ra1.6。10、右端面ra3.2，左端面ra6.3。11、倒（圆）角。2.3 零件的生产类型根据设计题目可知：q=2000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率a和废品率b分别取为5%和2%。代入公式（4-1）得该零件的生产纲领：n=20001（1+5%）（1+2%）=2142件

7、/年零件是机床上的齿轮，质量为1.36kg，查表4-2可知其属轻型零件，生产类型为中批量生产。3 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯-零件合图3.1 选择毛坯该零件材料为45钢，而且属于薄壁的圆盘类中小型零件，考虑加工工序较多，会经常承受交变载荷及冲击载荷，因此应该选用锻件，可得到连续和均匀的金属纤维组织，保证零件工作可靠。又由于零件年产量为2142件，属中批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成形，可获得较好的尺寸精度和较高的生产率。3.2 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差查金属机械加工工艺人员手册，可知钢质模锻的公差及机械加工余量按gb/t123622003确定。要确定毛坯的尺寸公差

8、及机械加工余量，先确定如下参数。（1）锻件公差等级。由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。（2）锻件质量m。根据零件成品质量1.36kg，估算为mf=2.5kg。由于该零件为圆形，假设其最大直径为121mm，长为68mm，则由圆形锻件计算质量公式mn= （ 为钢材密度，7.85g/cm3）可知：锻件外廓包容体质量mn= 121268 7.85106=6.135kg。所以，s=mf/mn=2.5/6.135=0.407。由于0.407介于0.32和0.63之间，故该零件的形状复杂系数s属s2级。（4）零件表面粗糙度。由零件图知，除68k7mm孔为ra0.8以外，其余各加工表面为r

9、a1.6。3.3 确定机械加工余量根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查金属机械加工工艺人员手册中锻件内外表面加工余量表，查得单边余量在厚度方向为1.72.2mm，水平方向为1.72.2mm。锻件中心两孔的单面余量按手册中锻件内孔直径的单面机械加工余量表，可查得为2.5mm。3.4 确定毛坯尺寸根据查得的加工余量适当选择稍大点即可，只有68k7mm孔，因为表面粗糙度要求达到ra0.8，考虑磨削孔前的余量要大，可确定精镗孔单面余量为0.5mm。其他槽、孔随所在平面锻造成实体。具体加工余量的选择大小如表7-1所示。3.5 确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从手册

10、中查锻件的长度、宽度、高度、厚度公差表可得。具体如表7-1所示。表7-1零件尺寸单面加工余量锻件尺寸偏差117h112121106.51.75110942899029468k73626426894孔深31mm1.829.220121121.813.83.6 绘制毛坯图根据确定的毛坯尺寸和加工余量，可绘制毛坯-零件合图，外圆角半径为r6，内圆角半径为r3；内、外模锻斜度分别为7、5。如图3所示。4 选择加工方法，制定工艺路线4.1 定位基准的选择本零件是带圆盘状齿轮，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则，即精基准选

11、68k7mm的孔及其端面。由于离合器齿轮所有表面都要加工，而孔作为精基准应先进行加工，因此应选94外圆及其端面为粗基准。但因为外圆121mm上有分模面，表面不平整，有飞边等缺陷，定位不可靠，故不能选为粗基准。4.2 零件表面加工方法的选择该零件的主要加工表面有外圆、内孔、端面、齿面、槽及孔，其加工方法选择如表2所示。表2位置公差等级粗糙度（ra/um）加工方法90it143.2粗车半精车117h11it113.2粗车半精车106.5 it126.3粗车半精车68k7it70.8粗镗半精镗精镗94it146.3粗镗端面it1463粗车齿面it1132粗车半精车槽it1332粗铣半精铣5小孔it1

12、4钻4.3 制订工艺路线齿轮的加工工艺路线一般是先进行齿坯的加工，再进行齿面加工。齿坯加工包括各圆柱表面及端面的加工。按照先基准及先粗后精的原则，该零件加工工艺路线如表3所示。表3序号工序内容设备1粗车右端117和90外圆及其端面，粗镗右端68孔内表面和71圆槽内表面。c620-1型卧式车床2掉头粗车左端106.5及端面，粗镗左端94内孔表面c620-1型卧式车床3半精车右端117和90外圆及其端面，半精镗右端68内孔表面和71圆槽内表面。倒右端的角（圆角）。c620-1型卧式车床4掉头半精车左端106.5及台阶面，半精镗左端94内孔表面，倒左端的角（圆角）。c620-1型卧式车床5滚齿轮。y

13、3150型滚齿机6钻5孔，锪沉头孔。z525型立式钻床7精镗68内孔表面c620-1型卧式车床8铣槽x62w卧式铣床9钳工去毛刺10终检5 工序设计5.1 选择加工设备与工艺装备根据不同的工序选择机床、刀具、检验量具，如下表所示。工步设备选择刀具选择量具选择粗车c620-1车床yt15游标卡尺半精车c620-1车床yt30游标卡尺粗镗c620-1车床yt15内径千分尺半精镗c620-1车床yt30内径千分尺滚齿y3150滚齿机a级单头滚刀公法线千分尺铣槽x62w卧式铣床160mm三面刃铣刀游标卡尺钻孔z525立式钻床复合钻机床的选择工序3、4、6、7，粗车和半精车又或者粗镗和半精镗。 各工序的

14、加工步数不多，且不要求很高的生产率，精度要求不高，选用c620-1型卧式车床滚齿 先用y3150型滚齿机较合适三面刃铣刀粗铣及精铣槽。用专用夹具加工，选用x62w卧式铣床钻5小孔 采用专用分度夹具在立式钻床上加工 选用z525型立式钻床刀具的选择加工钢质零件采用yt类硬质后金。粗加工用yt15，精加工用yt30。选用转位车刀。切槽刀宜用高速钢。滚齿采用a级单头滚刀达8级精度，选模数为2.25mm.铣刀选用三面刃铣刀，铣刀直径为160mm。钻小孔用复合钻一次钻出。量具的选择外圆表面的测量中，除117的尺寸公差为0.22最小要用到外径千分尺外，其它均可用游标卡尺68k7 内径百分表精镗67k7孔时

15、，用三牙锁紧式圆柱塞规轴向游标卡尺5.2 确定工序尺寸（1）确定圆柱面的工序尺寸。圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。该零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如书中表7-5所示。加工面工序余量精度等级工序尺寸工序尺寸公差117h11齿面粗车25it1111850-0.220半精车15it91170-0.087106.5外圆粗车35it111080-0.220半精车1.5it9106.50-0.08790外圆粗车25it119

16、1.50-0.220半精车15it9900-0.08794孔粗镗2.5it119468k7孔粗镗3it1170+0.1900半精镗2it969+0.0740精镗1it768+0.03006 确定切削用量及基本时间 切削用量包括背吃刀量ap、进给量f、和切削速度vc。确定顺序是先确定ap、f再确定vc。6.1 工序切削用量及基本时间的确定本工序为粗车（车端面、外圆及镗孔）。已知加工材料为45钢，锻件，有外皮；机床为ca6140卧式车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。切削用量包括背吃刀量a进给量f和切削速度v。1、 工序切削用量及基本时间的确定切削用量 本工序为粗车（车端面、外圆及镗孔）。己知加工材

17、料为45钢。1） 确定粗车外圆118.5的切削用量。选用刀的刀杠尺寸bh=16mm25mm,确定背吃刀量a，粗些车双边余量为2.5mm,显然a为单边余量：a=1.25mm确定进给量f ，根据背吃力量a=3mm, 工件的直径为100-400mm时，查表书本附表1得：f=0.60mm/r确定切削速度v。粗车速度取n=130r/min，根据公式得=45.5m/min45号钢为 优质碳素结构用钢，根据gb/t699-1999标准规定45钢抗拉强度为600mpa，当加工600-700mpa钢料、a=3mm、f=0.75mm/r时，切削速度v=109m/min。确定的切削用量为：a=1.25mm,f=0.

18、60mm/r,n=130r/min,v=45.5m/min。车削时间：=25sl为车削路程33mm.2)确定粗车外圆91.5mm 、端面及台阶面的切削用量。采用车外圆118.5的刀具加工这些表面。车外圆车外圆91.5mm的a=1.25mm,端面及台阶面的a=1.3mm.车外圆91.5mm的f=.60mm/r,车端面及台阶面的f=0.52mm/r。主轴转速与车外圆118.5mm相同。切削速度：=37.35m/min=0.623m/s粗车91.5时间：=15.4s3)确定粗镗65mm孔的切削用量。所用刀具为yt5硬质合金、直径为20mm的圆形镗刀。确定背吃力量a，双边余量为3mm，显然a为单边余量

19、：a=1.5mm.确定进给量f 根据表得，当粗镗料、镗刀直径为20mm、a=2mm、镗刀出长度为100mm时，f=0.15-0.3mm/r按c620-1车床的进给量，选择f=0.2mm/r确定切削速度v，根据公式：v=查表得系数为：291,m=2,=0.15,=0.2=60min,=0.90.80.65=0.568,所以v=经查c620-1车床的转速，选择=370r/min。确定粗镗孔的基本时间，选镗刀的主偏角。其中，。所以：确定粗车端面的基本时间： 式中，所以：4)确定粗车台阶面的基本时间：，其中d=121mm,f=0.52mm/r,n=2r/s,i=1所以：确定工序的时间：各工序参数见下表

20、2、工序切削用量及基本时间的确定本工序还是为粗车（车端面、外圆、台阶面、镗孔和车沟槽），己知与工序相同。采用工序确定切削用量和切削时间的方法，得本工序的切削用量及基本时间见下表：3、工序切削用量及基本时间的确定（1）切削用量 本工序为钻孔，刀具选用高速钢复合钻头，直径d=5mm；钻4个通孔；使用切削液。确定进给量f。由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给。选择钻头磨钝标准及耐用度。根据表5-130，钻头后刀面最大磨损量为0.8mm；耐用度t=15min。确定切削速度v。由表5-132，=670mpa的45钢加工性属5类。根据表5-127，暂定进给量f=0.16mm/r。由表5-131，可查得v=

21、17m/min，n=18r/s。（2）基本时间 钻4个直径为5mm深12mm的通孔，基本时间约为20s。 4、工序切削用量及基本时间的确定切削用量 本工序为铣槽，所选刀具为高速钢三面刃铣刀。机床选用x62型卧式机床。共铣4个槽。确定切削速度和工作台每分钟进给量f.查表得公式：v=查表得：(=56；m=0.2;=13mm;=0.08mm/z ; =13mm;z=20;d=125mm;=1.0)v=39.84m/minn= =10.15r/s根据铣床工作台进给量表，选择=0.063mm/s，=75mm/min 基本时间，根据表t=式中：l=7.5mm;=+(13);=13mm;d=125mm;=4

22、5mm;=4mm;i=4t=166s6.2 工序第、第、第、第切削用量及基本时间的确定将前面进行的工作所得的结果，填入工艺文件。(见附表)7 夹具设计本夹具是工序用三面刃铣刀纵向进给粗铣16mm槽口的专用夹具，在x62w卧式铣床上加工离合器齿轮一个端面上的两条互成90的十字槽。7.1 夹具的定位方案 以端面及68k7mm 孔为定位基准，采用平面在定位盘的短圆柱面及台阶面上定位。中间圆柱用夹紧工件，圆柱于台阶面上方处沿夹具45开孔用于固定工件孔与x、y轴方向45偏差。其中台阶平面限制3个自由度，短圆柱台限制2个自由度。7.2 夹紧机构旋紧上部螺母，运用手动夹紧可以满足。采用螺母压紧压板夹紧工件，

23、压板夹紧主要防止工件在铣销力下产生倾覆和振动，手动螺旋夹紧可。7.3 误差分析定位盘的直径与内孔68配合间隙误差分析。：间隙计算定位盘加工直径尺寸为68f7，则其与孔的配合为68。内孔68k7经查表得68，公差值为0.009-（-0.021）=0.03mm。定们盘68f7经查表得68，公差值为0.03mm。它们的最大间隙为：68.009-67.94=0.069mm。最小间隙为：67.979-67.97=0.009mm。其间隙范围为：0.0090.069mm。(间隙是孔的尺寸减去相配合轴的尺寸之差为正，所以68为间隙配合)：误差分析该工件的定位基准圆心将由于配合状态的不同可能在最大范围内变动，如

24、图所示为0.069是工件圆心的变动范围而形成了定位误差。其理想定位基准为o点，则它们的间隙为0.009mm，由于安装工件后，在工件套上压力板，并锁上螺母，这样把工件装在夹具上的倾斜度减得很小，几乎为0。所以不需要考虑工件的倾斜度误差。定位误差是由于工件定位不准或定位盘与工件配合有间隙。（间隙越大误差值则越大）：误差计算对于间隙范围尺寸0.009-0.069误差计算：在铣床上加工，其平均经济精度为级，查表得0.05。定位销与工件角度误差分析：角度与间隙分析在工件与夹具间套上一根定位销，此时工件只沿定位销直线串动，串动范围为0.069mm，或在销与工件孔的间隙变动，而其它变动范围很小，大小主要由定

25、位销与工件配合间隙来定的。:计算两者的间隙配合的间隙误差为了它们的角度更准，在能加工与配合的情况下它们的间隙应尽量的小，由表查得定位销的尺寸为5s6比较适合，5g6为5mm，公差为0.008mm,所以它们配合最大间隙为0.012mm,最小间隙为0.004mm,间隙范围为：0.004-0.012mm：角度计算它们的偏移的最大角度为：arctan a=0.007经查表夹具上45角公差取t0.5 (是定位误差的一部分)。铣床平均加工经济精度10级，查表得0.08 所以角的定位误差为：减少误差的方法：这些误差影响差工件加工的精度，我们应该尽量减少这些误差。若不能满足加工精度要求时，可采用下述方法解决：

26、减小销子与孔的配合间隙，销子直径选6g5或6h6。：采用活动锥形定位销，使孔与销无间隙配合。 ：底板的平面度精度要高。：定位盘与工件孔68配间隙应尽量的小。：定位盘与工件孔68的同轴度允值应最小。7.4 夹紧力的计算夹紧力的作用点位置和方向确定以后，还需要合理地确定夹紧力的大小，夹紧力不足便会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动，夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变型或表面损伤，因此，应对所需的夹行计算。理论上，夹紧力的大小应与作用在工紧力进件上的其他力相平衡；实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关。采用估算法确定夹紧力的大小，根据工件所受切销力、夹紧力、摩

27、擦力等作用的情况，实际夹紧力fs等于计算出切销力f乘以安会系数k：fs=f*k安全系数k的选择应根据切削的具体情况和所用夹紧机构的特点来选取，一般粗加工或断续力切削时取k=2.53；精加工和连续切削时取k=1.52；如果夹紧力的方向和切削力的方向相反，为了保证夹紧k值可取2.53。计算切削力的指数公式：f=c a f a z d k其中查表得： c=96.6; a=16mm; kf=0.88; f=0.08mm/r; yf=0.75 a=12.5mm; z=6 ;d=16; qe=-0.87; 代入计算得：f=96.6160.0812.56160.88=985.95n实际切削力为：fs=985.952.5 =2464.875n(摩擦系数只在夹紧机构有足够刚性时才考虑) 参考文献金属切削手册8 小结此刻我们怀着轻松有点激动的心情在这里写这些东西。也许说的有些过分有些夸张但是我们总算可以松口气啦！两个星期好多同学都在抱怨忙。一个字“忙”真的很难概括一直在忙。在这每一科都在张罗密鼓要考试的时候要搞课程设计就算有分身术我们也很难应付。我们专业是计算机设计辅助与制造所以老师根据我们专业要求定下来的课程设计。 课程设计目：使学生在机械绘图、机械制造工艺、夹具设计等方面进行一次较为全面的系统性训练，使学生掌握各种机床装