CA6140车床离合器齿轮零件的工艺流程及夹具设计课程设计

1、目 录一、 序言1二、 零件分析1（一） 零件的作用1（二） 审查零件的工艺性2（三） 零件的工艺性分析2三、 工艺规程设计3（一） 确定毛坯的制造形式3（二） 零件表面加工方法的选择3（三） 制定工艺路线4（四） 机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定5（五） 确定切削用量及基本工时10四、 夹具设计17（一） 定位基准的选择17（二） 夹具的定位方案17（三） 夹紧机构的选择与设计17（四） 夹紧力的计算17（五） 定位误差分析18五、 小结22六、 参考文献23一 序言 机械制造工艺学课程设计是在机械制造工艺学等专业课程所学的理论知识，发展专业知识解决时间生产问题的依次实践训练。 通过这

2、次设计以巩固我们所学的理论知识和专业技能，提高自己解决实际生产问题的能力。在设计中能逐步掌握查阅手册，查阅有关书籍的能力。在设计中逐步培养了我们一丝不苟的工作态度，严谨的工作作风，对我们今后参加工作有极大的帮助。二 零件分析 （一）零件的作用 题目所给定的零件是CA6140车床主轴箱中的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。当压紧离合器左部的摩擦片

3、时，轴的运动经齿轮副56/43或51/43传给轴，使轴获得2种传速。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.这是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，46mm槽口与外摩擦片的翅片相配合使其和该处轮一起转动，61.5mm沟槽和45mm的孔用于通入冷入

4、冷却润滑油。（二）审查零件的工艺性 齿轮零件的图样的视图正确、完整、尺寸、公差及技术要求齐全。但基准孔68K7mm要求Ra0.8m有些偏高。本零件各表面的加工并不困难。关于4个5mm的小孔，其位置是在外圆柱面上6mmX1.5mm的沟槽内，孔中心线距沟槽一侧面距离为2.5mm。由于加工时不能选用沟槽的侧面为定位基准，故要较精确地保证上述要求比较困难。分析该小孔是做油孔之用，位置精度不需要太高，只要钻到沟槽之内，即能使油路畅通，因此4个5mm的孔加工亦不成问题。（三）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、1

5、6mm宽槽口相对68K7孔的轴线成90度均匀分布，其径向设计基准是68K7mm孔的轴线，轴向设计基准是106.5mm外圆的左端平面。3、45mm孔在61.5mm沟槽内，孔中心线距沟槽一侧面的距离是3mm。圆锥角度为90度。4个5mm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定位基准，故要精确地保证上述要求比较空难，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。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106.50-0。4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

6、糙度为Ra6.3。8、71内孔槽内圆表面IT11 Ra6.3，齿面Ra0.8。9、117h11龄轮外圆表面IT11 Ra3.2 ,齿面Ra0.8。10、右端面Ra3.2，左端面Ra6.3。11、倒（圆）角。三 工艺规程设计 （一）确定毛坯的制造形式 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和冲击载荷，因此应该选用锻件，可得到连续和均匀的技术纤维组织，保证零件工作可靠。又由于零件属于批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用模锻成形，可获得较好的尺寸精度和较高的生产率。(二)零件表面加工方法的选择该零件主要加工表面有外圆、内孔、端面、齿面、槽及孔，其

7、加工方法选择如下表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106.50-4IT126.3粗车-半精车68K7IT70.8粗镗-半精镗-精镗94IT146.3粗镗端面IT146.3粗车齿面IT113.2粗车-半精车槽IT133.2粗铣-半精铣5小孔IT14钻（三）制订工艺路线制定工艺路线的出发点，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大批生产的条件下，可以考虑采用万能性配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。齿轮的加工工

8、艺路线一般是先进行齿环的加工，再进行齿面加工。齿坯加工包括各圆柱表面及断面的加工。按照先基准及先粗后精的原则，该零件加工工艺路线如下图所示 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C620-1型卧式车床4掉头半精车左端106.5及端面，半精镗左端94内孔表面，倒左端的角C620-1型卧式车床5滚齿轮Y3159型滚齿机6钻5孔，忽沉头沉Z525型立式钻床7精镗68内孔

9、表面C620-1型卧式钻床8铣槽X62W卧式车床9钳工去毛刺10终检（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定查金属机械加工工艺人员手册，可知钢制模锻的公差及机械加工余量按GB/T12362-2003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，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（为钢件密度，7.85g/cm3）可知：锻件外廓包容体质量S=mf/mN=2.5/6.135=0.407由

10、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。(3)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Ra1.6。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。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、表面粗糙度如下表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2.5IT11118.5半精车1.5IT9117粗车3.5IT111

11、08半精车1.5IT9106.5粗车2.5IT1191.5半精车1.5IT990粗镗2.5IT1194粗镗3IT1170半精镗2IT969精镗1IT768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中查锻件的长度、宽度、高度、厚度公差表可得。零件尺寸单面加工余量锻件尺寸偏差117H112121+1.7-0.8106.51.75110+1.5-0.7 94289 +0.7-1.590294+1.5-0.768K7362+0.6-0.4640+0.5264+0.6-1.494孔深31mm1.829.2 0.1020121 0.10121.813.8 0.10毛坯图如下 、

12、选择加工设备与工艺装备根据不同的工序选择机床、刀具、检验两具，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级单头滚刀分法线千分尺铣槽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。各工序的加工步骤不多，且要求很高，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

13、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制零件采用YT类硬质合金。粗加工用YT15，精加工用YT30.选用转为车刀。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，其他均可用游标卡尺68K7 内径百分表精镗67K7孔时，用三牙锁紧式圆柱塞规轴向游标卡尺（五）确定切削用量及基本工时 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

14、心卡盘中切削用量包括背吃刀量ap进给量f和切削速度v1、 工序切削用量及基本时间的确定1） 确定粗车外圆1180-0.05的切削用量。选用刀的刀杠尺寸BH=16mm25mm, 确定背吃刀量ap ，粗车双边余量为2.5mm，显然ap为单边余量：ap=1.25mm 确定进给量f，根据背吃刀量ap3mm，工件的直径为100-400mm时，查书得：f=0.60mm/r 确定切削速度V0 粗车速度取n=130r/min，根据公式c= 得c=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、ap=3mm、f=0.

15、75mm/r时，切削速度v=109m/min。确定的切削用量为： ap =1.25mm，f=0.60mm/r，n=130r/min，v=45.5m/min.车削时间：T1=25sL为车削路程33mm2） 确定粗车外圆91.5mm、端面及台阶面的切削用量。采用车外圆118.50-0.05 的刀具加工这些表面。车外圆91.5mm的ap=1.25mm，端面及台阶面的ap=1.3mm.车外圆=91.5mm的f=0.60mm/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：c=37.35m/min c=0.623m/s 粗车91.5时间 T2 =15.4s3） 确定

16、粗镗mm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。 确定背吃刀量ap，双边余量为3mm，显然ap为单边余量：ap=1.5mm 确定定进给量f根据表得，当粗镗料、镗刀直径为20mm、镗刀出长度为100mm是，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=查表的系数为：Cv=291，m=2，=0.15，=0.2=60min，=0.9所以 经查C620-1车床的转速，选择n=370r/min 确定粗镗孔的基本时间，选镗刀的主偏角其中，l=35.4mm，l1=3.5mm，l2=4mm，l3=0，f=0.2mm/r,

17、n=6.17r/s,i=1。所以：确定粗车端面的基本时间： ，式中，d=94mm，d1=62mm，l1=2mm，l2=4mm，l3=0，f=0.52mm/r,n=2r/s,i=1所以：4） 确定粗车台阶面得基本时间： L=其中d=121mm，d1=91.5mm，l1=0，l2=4mm，l3=0，f=0. 52mm/r，n=2r/s, i=1所以：确定工序的时间Ti=T1+T2+T3+T4+T5=15+17+22+18+35=115.4s各工序参数见下表工序内容车床转速（n）r/s切削速度（v）m/s进给量（f）mm/r背吃刀量（a p）mm加工时间（Ti）/s车外圆118.52.150.760

18、.61.2525车外圆91.520.590.61.2515.4粗镗孔656.171.260.21.535粗车端面20.620.521.322粗车台阶端面20.760.521.3182、 工序切削用量及基本时间的确定本工序还是粗车（车端面、外圆、台阶面、镗孔和车沟槽），已知与工序相同。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：工序内容车床转速（n）r/s背吃刀量（a p）mm进给量（f）mm/r切削速度（v）m/s加工时间（Ti）/s粗车端面21.70.520.6916粗车外圆106.5mm21.750.650.6925粗车台阶面21.70.520748镗孔943

19、.832.50.21.13693、 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，V。=670MPa的45钢加工属性5类。根据表5-127，暂定进给量f=0.16mm/r。由表可查得V=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。工序内容主轴转速（n）r/s切削速度m/s

20、进给量加工时间（Ti）/s钻孔180.16手动204、工序切削用量及基本时间的确定（1）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型卧式车床。共铣4个槽。确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz查表得公式：查表得：（；z=20；d=125mm；）=39.84m/min根据铣床工作台进给量表，选择fz=0.063mm/s,fmz=75mm/min 基本时间，根据表T= 式l=7.5；l1=+(13)；i=4T=四 夹具设计 （一）定位基准的选择 本零件是带孔的盘状齿轮，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

21、重合”的原则。具体而言，即选68K7mm孔及一端面作为精基准。 由于本齿轮全部表面都需加工，而孔作为精基准应选进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。外圆117h11表面不平整有飞边等缺陷，定位不可靠，故不能选为粗基准。 （二）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。中间圆柱用夹紧工作，圆柱于台阶面上方沿夹具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。 （三）夹紧机构的选择与设计 夹紧机构有斜楔行夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。该孔加工为钻孔加工，钻孔的

22、冲击力较大，震动较大，所以不适合偏心夹紧机构、斜楔行夹紧机构。联动夹紧机构的结构比较复杂，这里选择螺旋夹紧机构。 （四）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、加紧机构的传递效率等因素有关。 采用估算法确实夹紧力的大小，根据工件所受切削力、夹紧力、摩擦力等作用的情况，实际夹紧力Fs等于计算出的切削力F乘以安会系数K： Fs=F

23、*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，一般粗加工或继续力切削时取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=CFc ae KFc fzyFc ap zdqe KFc其中查表得：CFc=96.6；ae=16mm；KFe=0.88；fz=0.08mm/r；yFe=0.75 ap=12.5mm；z=6 ；d=16；qe=-0.87；带入计算得：F=96.6160.880.080.7512.5616-0.870.08=985.95N实际切削力为：Fs=985.952.5=2464.875N（五）定位误差分析1、定位盘的直径与孔68配合间隙误差分析：间隙误差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，公差值为0.009-（-0.021）=0.03mm。定们盘68f7经查表得，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