车床离合器齿轮零件的工艺流程及夹具设计课程设计.doc

目 录
一 序言 2
二 零件分析 2
（一）零件的作用 2
（二）审查零件的工艺性 3
（三）零件的工艺性分析 3
三 工艺规程设计 4
（一）拟定毛坯的制造形式 4
（二）零件表面加工方法的选择 5
（三）制订工艺路线 5
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的拟定 6
（五）拟定切削用量及基本工时 12
四 夹具设计 18
（一）定位基准的选择 18
（二）夹具的定位方案 19
（三）夹紧机构的选择与设计 19
（四）夹紧力的计算 19
（五）定位误差分析 20

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，对我们此后参与工作有极大的帮助。
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Ⅰ轴上的一个离合器齿轮，如图7-1所示。它位于Ⅰ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通过带轮传动副ø130mm/ø230mm传至主轴箱中的轴Ⅰ。在轴Ⅰ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时，轴Ⅰ的运动经齿轮副56/43或51/43传给轴Ⅱ，使轴Ⅱ获得2种传速。压紧右部摩擦片时，经齿轮50，轴Ⅶ上的空套齿轮34传给轴Ⅱ上的固定齿轮30.这是轴Ⅰ至轴Ⅱ间多一个中间齿轮34，故轴Ⅱ的转向相反，反转转速只有1种。当离合器处在中间位置时，左、右摩擦片都没有被压紧，轴Ⅰ运动不能传至轴Ⅱ主轴停转。此零件借助两个滚动轴承空套在Ⅰ轴上，只有当装在Ⅰ轴上的内摩擦片和装在该齿轮上的外摩擦片压紧时，Ⅰ轴才干带动该齿轮转动。该零件ø68K7mm的孔与两个滚动轴承的外圈相配合，ø71mm沟槽为弹簧挡圈卡槽，ø94mm的孔容纳内，外摩擦片，4~6mm槽口与外摩擦片的翅片相配合使其和该处轮一起转动，6×1.5mm沟槽和4×ø5mm的孔用于通入冷入冷却润滑油。
（二）审查零件的工艺性
齿轮零件的图样的视图对的、完整、尺寸、公差及技术规定齐全。但基准孔φ68K7mm规定Ra0.8μm有些偏高。本零件各表面的加工并不困难。关于4个φ5mm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规定比较困难。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φ5mm的孔加工亦不成问题。
（三）零件的工艺性分析
1、左端ø68K7外圆表面精度等级为IT7,表面粗糙度为Ra0.8。并且槽相对ø68K7孔的轴线成90度均匀分布。
2、16mm宽槽口相对ø68K7孔的轴线成90度均匀分布，其径向设计基准是ø68K7mm孔的轴线，轴向设计基准是ø106.5mm外圆的左端平面。
3、4×ø5mm孔在6×1.5mm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ø5mm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规定比较空难，但这些小孔为油孔，位置规定不高，只要钻到沟槽之内接通油路就可，加工不难。
5、ø90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ø106.50-0。4精度等级为IT12，表面粗糙度为Ra6.3。
7、ø94外圆表面精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3。
8、ø71内孔槽内圆表面IT11 Ra6.3，齿面Ra0.8。
9、ø117h11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）拟定毛坯的制造形式
该零件材料为45钢，并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，因此应当选用锻件，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，并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
该零件重要加工表面有外圆、内孔、端面、齿面、槽及孔，其加工方法选择如下表

位置
公差等级
粗糙度（Ra/um）
加工方法
Φ90
IT14
3.2
粗车-半精车
Φ117h11
IT11
3.2
粗车-半精车
Φ106.50-4
IT12
6.3
粗车-半精车
Φ68K7
IT7
0.8
粗镗-半精镗-精镗
Φ94
IT14
6.3
粗镗
端面
IT14
6.3
粗车
齿面
IT11
3.2
粗车-半精车
槽
IT13
3.2
粗铣-半精铣
Φ5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规定能得到合理的保证。在生产大纲已拟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。齿坯加工涉及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ø117和ø90外圆及其端面，粗镗右端ø68孔
内表面和ø71圆槽内表面
C620-1型卧式车床
2
掉头粗车左端ø106.5及端面，粗镗左端ø94内孔表面
C620-1型卧式车床
3
半精车右端ø117和ø90外圆及其端面，半精镗右端ø68
内孔表面和ø71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ø106.5及端面，半精镗左端ø94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ø5孔，忽沉头沉
Z525型立式钻床
7
精镗ø68内孔表面
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拟定
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/T12362-2023拟定。要拟定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，先拟定如下参数。
（1） 锻件公差等级。由该零件的功用和技术规定，拟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Φ121mm，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Φ68K7mm孔为Ra0.8以外，其余各加工表面Ra≥1.6。
①拟定机械加工余量
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1.7～2.2mm。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
Ø117H11齿面
粗车
2.5
IT11
118.5

半精车
1.5
IT9
117

粗车
3.5
IT11
108

半精车
1.5
IT9
106.5

粗车
2.5
IT11
91.5

半精车
1.5
IT9
90

粗镗
2.5
IT11
ø94

粗镗
3
IT11
70

半精镗
2
IT9
69

精镗
1
IT7
68

②．拟定毛坯尺寸公差
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
Φ117H11
2
Φ121
+1.7
-0.8
Φ106.5
1.75
Φ110
+1.5
-0.7
Φ94
2
Φ89
+0.7
-1.5
Φ90
2
Φ94
+1.5
-0.7
Φ68K7
3
Φ62
+0.6
-0.4
640+0.5
2
64
+0.6
-1.4
Φ94孔深31mm
1.8
Φ29.2
0.10
20
1
21
0.10
12
1.8
13.8
0.10

毛坯图如下

③、选择加工设备与工艺装备
根据不同的工序选择机床、刀具、检查两具，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。各工序的加工环节不多，且
规定很高，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ø5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ø117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
ø68K7 内径百分表
精镗ø67K7孔时，用三牙锁紧式圆柱塞规
轴向游标卡尺
（五）拟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心卡盘中
切削用量涉及背吃刀量ap进给量f和切削速度v
1、 工序Ⅰ切削用量及基本时间的拟定
1） 拟定粗车外圆ø1180-0.05的切削用量。选用刀的刀杠尺寸B×H=16mm×25mm,
拟定背吃刀量ap ，粗车双边余量为2.5mm，显然ap为单边余量：
ap==1.25mm
② 拟定进给量f，根据背吃刀量ap≤3mm，工件的直径为100-400mm时，查书得：f=0.60mm/r
③ 拟定切削速度V0 粗车速度取n=130r/min，根据公式νc= 得
νc=45.5m/min
45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≺=0.75mm/r时，切削速度v=109m/min。
拟定的切削用量为： ap =1.25mm，f=0.60mm/r，n=130r/min，v=45.5m/min.
车削时间：
T1==25s
L为车削路程33mm
2） 拟定粗车外圆ø91.5mm、端面及台阶面的切削用量。采用车外圆ø118.50-0.05 的刀具加工这些表面。车外圆ø91.5mm的ap=1.25mm，端面及台阶面的ap=1.3mm.车外圆ø=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ø118.5mm相同
切削速度：νc=37.35m/min
νc=0.623m/s
粗车ø91.5时间
T2 ==15.4s
3） 拟定粗镗ømm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。
① 拟定背吃刀量ap，双边余量为3mm，显然ap为单边余量：
ap==1.5mm
拟定定进给量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
拟定切削速度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
拟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,n=6.17r/s,
i=1。所以：
拟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） 拟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：
拟定工序的时间
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ø118.5
2.15
0.76
0.6
1.25
25
车外圆ø91.5
2
0.59
0.6
1.25
15.4
粗镗孔ø65
6.17
1.26
0.2
1.5
35
粗车端面
2
0.62
0.52
1.3
22
粗车台阶端面
2
0.76
0.52
1.3
18

2、 工序Ⅱ切削用量及基本时间的拟定
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Ⅰ相同。
采用工序Ⅰ拟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
2
1.7
0.52
0.69
16
粗车外圆106.5mm
2
1.75
0.65
0.69
25
粗车台阶面
2
1.7
0.52
0．74
8
镗孔ø94
3.83
2.5
0.2
1.13
69

工序Ⅳ切削用量及基本时间的拟定
（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。
① 拟定进给量f。由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给。
② 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。
③ 拟定切削速度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
进给量
加工时间
（Ti）/s
钻孔
18
0.16
手动
20

4、工序Ⅷ切削用量及基本时间的拟定
（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。
①拟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=+(1～3)；
i=4
T=

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“基准重合”的原则。具体而言，即选Φ68K7mm孔及一端面作为精基准。
由于本齿轮所有表面都需加工，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Φ117h11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Φ68K7mm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拟定以后，还需要合理地拟定夹紧力的大小，夹紧力局限性便会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动，夹紧力过大又会导致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：事实上，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。
采用估算法的确夹紧力的大小，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*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=2.5～3；精加工和连续切削时取K=1.5～2；假如夹紧力的方向和切削力方向相反，为了保证夹紧K值可取2.5～3。
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=96.6×160.88×0.080.75×12.5×6×16-0.87×0.08=985.95N
实际切削力为：Fs=985.95×2.5=2464.875N
（五）定位误差分析
1、定位盘的直径与孔ø68配合间隙误差分析
①：间隙误差计算
定位盘加工直径尺寸为ø68f7，则其与孔的配合为ø68。内孔ø68K7经查表得，公差值为0.009-（-0.021）=0.03mm。定们盘ø68f7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：0.009—0.069mm。
（间隙是孔的尺寸减去相配合轴的尺寸之差为正，所以ø68为间隙配合）
②：误差分析
该工件的定位基准圆心将由于配合状态的不同也许在最大范围内变动，如图所示为ø0.069是工件圆心的变动范围而形成了定位误差。其抱负定位及准备为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的很小，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）
③：误差计算
对于间隙范围尺寸0.009-0.069误差计算：
e基（8）=(TD+Td+Cmin)= Cmin=（0.03+0.03+0.069）≈0.065mm
e不（8）=Td1=0.03=0。015mm
e定（8）=0.065+0.015=0.08mm
在铣床上加工，其平均经济精度为9级，查表得ω=0.05。
2、定位销与工件角度误差分析
①：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，串动为ø0.069mm，或在销与工件孔的间隙变动，而其它变得范围很小，大小主定位销与工件配合间隙来定的。
②：计算两者的间隙配合的间隙误差
为了它们的角度更准，在能加工与配个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ø5s6比较适合，ø5g6为ømm,公差为0.008mm，所以它们的配合最大间隙D为0.012mm，最小间隙为0.004mm，间隙范围为：0.004-0.012mm
③：角度计算
它们的偏移的最大角度为：arctanA==≈0.007°
经查表夹具上45°角公差取Ta=0.5°（是定位误差的一部分）。铣床平均加工经济精度10级，查表得ω=0.08°所以角度的定位误差为：
e定（a）=Ta+2×tan-1=0.007°+0.11°=0.117°
ω°+ e定（a）=0.08°+0.117°=0.197°＜0.5°
3、减少误差的方法：
这些误差影响工件加工的精度，我们应当尽量减少这些误差。
若不能满足加工精度规定期，可采用下述方法解决：
①：减小销子与孔的配合间隙，销子直径选ø6s5或ø6h6.
②：采用活动锥形定位销，使孔与销无间隙配合。
③：底板的平面度精度要高。
④：定位盘与工件孔ø68配间隙应尽量的小。
⑤：定位盘与工件孔ø68的同轴度允值应最小。