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(含全套CAD图纸)

机械与电子工程学院机械加工技术课程设计

设

计

说

明

书

目录

全套CAD图纸，联系695132052

1 前言 (1)

2 零件的工艺分析及生产类型的确定 (1)

2.1 零件的作用 (1)

2.2 零件的工艺性分析 (1)

2.3 零件的生产类型 (2)

3 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯-零件合图 (2)

3.1 选择毛坯 (2)

3.2 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 (2)

3.3 确定机械加工余量 (3)

3.4 确定毛坯尺寸 (3)

3.5 确定毛坯尺寸公差 (3)

3.6 绘制毛坯图 (4)

4 选择加工方法，制定工艺路线 (5)

4.1 定位基准的选择 (5)

4.2 零件表面加工方法的选择 (5)

4.3 制订工艺路线 (5)

5 工序设计 (6)

5.1 选择加工设备与工艺装备 (6)

5.2 确定工序尺寸 (7)

6 确定切削用量及基本时间 (8)

6.1 工序Ⅰ切削用量及基本时间的确定 (8)

6.2 工序第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅵ、第Ⅷ切削用量及基本时间的确定 (13)

7 夹具设计 (13)

7.1 夹具的定位方案 (13)

7.2 夹紧机构 (13)

7.3 误差分析 (13)

7.4 夹紧力的计算 (15)

8 小结 (16)

9 参考文献 (16)

1 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

传动链由电机经过带轮传动副φ130 mm/φ230 mm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56/38或51/43传给轴Ⅱ，使轴Ⅱ获得2种转速。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。这时轴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。当离合器处于中间位置时，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轴才能带动该齿轮转动。该零件φ68K7 mm的孔与两个滚动轴承的外圈相配合，φ71 mm沟槽为弹簧挡圈卡槽，φ94 mm的孔容纳内、外摩擦片，4～16 mm槽口与外摩擦片的翅片相配合使其和该齿轮一起转动，6×1.5 mm沟槽和4×φ5 mm的孔用于通入冷却润滑油。

2.2 零件的工艺性分析

1、左端φ68K7 外圆表面精度等级为IT7，表面粗糙度为Ra0.8。并且槽相对φ68K7 孔的轴线成90度均匀分布。

2、16 mm宽槽口相对φ68K7孔的轴线成90°均匀分布，其径向设计基准是φ68K7 mm孔的轴线，轴向设计基准是φ106.5 mm外圆柱的左端平面。

3、4×φ5 mm 孔在6×1.5 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φ5 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。

5、Φ90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φ106.54.00

精度等级为IT12，表面粗糙度为Ra6.3。

7、φ94外圆表面精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3。

8、φ71内孔槽内圆表面精度等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3。

9、φ117h11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 = 2 000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 = 2 000×1×（1 + 5%）×（1 + 2%）= 2 142件/年

零件是机床上的齿轮，质量为1.36 kg ，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2 142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/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1.36 kg ，估算为mf = 2.5 kg 。

由于该零件为圆形，假设其最大直径为φ121 mm，长为68 mm，则由圆形锻件计算质量公式mN = （为钢材密度，7.85 g/cm3）可知：锻件外廓包容体质量

mN = ×1212×68×7.85×10?6 = 6.135 kg。

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φ68K7 mm孔为Ra0.8以外，其余各加工表面为Ra≥1.6。

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1.7～2.2 mm，水平方向为1.7～2.2 mm。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2.5 mm。

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φ68K7 mm孔，因为表面粗糙度要求达到R a 0.8，考虑磨削孔前的余量要大，可确定精镗孔单面余量为0.5 mm。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

φ90 2 φ94 7

.05.1-+ φ68K7

3 φ62 4.16

.0-+ 6405.0+ 2

68 4.07.1-+ φ94孔深31mm 1.8

29.2 10.0± 20 1

21 10.0± 12 1.8 13.8 10.0±

3.6 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R 6，内圆角半径为R 3；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φ68K7mm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φ94外圆及其端面为粗基准。但因为外圆φ121mm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。

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。

5 工序设计

5.1 选择加工设备与工艺装备

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φ117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

φ68K7 内径百分表

精镗φ67K7孔时，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

6 确定切削用量及基本时间

切削用量包括背吃刀量a p 、进给量f 、和切削速度V c 。确定顺序是先确定a p 、f 再确定V c 。

6.1 工序Ⅰ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 p 进给量f 和切削速度v 。 1、 工序Ⅰ切削用量及基本时间的确定

⑴切削用量 本工序为粗车（车端面、外圆及镗孔）。己知加工材料为45钢。

1） 确定粗车外圆Ф118.50

05

.0-的切削用量。选用刀的刀杠尺寸B ×H=16mm

×25mm,

①确定背吃刀量a

p

，粗些车双边余量为 2.5mm,显然a

p

为单边余量：

a p =25

.2=1.25mm

②确定进给量f ，根据背吃力量a p <=3mm, 工件的直径为100-400mm 时，查表书本附表1得：f=0.60mm/r

③确定切削速度v 。粗车速度取n=130r/min ，根据公式

1000n

d v W c π=

得c v =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、a p <=3mm 、f<=0.75mm/r 时，切削速度v=109m/min 。

确定的切削用量为：a p =1.25mm,f=0.60mm/r,n=130r/min,v=45.5m/min 。 车削时间：

fn l

T =1=25s

L 为车削路程33mm.

2)确定粗车外圆Ф91.5mm 、端面及台阶面的切削用量。采用车外圆Ф118.50

05.0-的刀具加工这些表面。车外圆车外圆Ф91.5mm 的a p =1.25mm,端面及台

阶面的a p =1.3mm.车外圆Ф91.5mm 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Ф118.5mm 相同。 切削速度：

1000n d v W c π= c

v =37.35m/min c v =0.623m/s

粗车φ91.5时间：

fn l T =

2=15.4s

3)确定粗镗Ф6519

.00.+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。

①．确定背吃力量a p ，双边余量为3mm ，显然a p 为单边余量：

a p =23

=1.5mm

②.确定进给量f 根据表得，当粗镗料、镗刀直径为20mm 、a p <=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

③确定切削速度v ，根据公式：V=

v y x p m v k f a T C v v 查表得系数为：

v C ＝291,m=2,v x =0.15,v y =0.2Ｔ=60min,v k =0.9?0.8?0.65=0.568,

所以V=min /78468.02.05.1602912.015.02.0m =???

min /38265781000100r d v n =??==

ππ 经查C620-1车床的转速，选择n =370r/min 。

确定粗镗65φmm 19.00

+孔的基本时间，选镗刀的主偏角?=45kr 。 i fn l l l l T j 3215+++=

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