离合齿轮的工艺规程与专用夹具设计教材

1、浙江纺织服装职业技术学院目录1. 零件的分析 11.1 零件的作用 11.2 零件的工艺分析 11.3 零件的生产类型 22. 工艺规程设计 32.1 选择毛坯 32.2 设计毛坯图 32.2.1 确定圆角半径 22.2.2 确定模锻斜度 错误！未定义书签。2.2.3 确定分模位置 42.2.4 确定毛坯的热处理方式 52.3 加工方法的选择及工艺路线的制定 52.3.1 定位基准的选择 . 52.3.2. 零件基准的选择 错误！未定义书签。2.3.3 制定工艺路线 72.4 工序设计 72.4.1 选择加工设备与工艺装备 82.4.2 确定工序尺寸 92.4.3 选工序切削用量及基本时间的确

2、定 92.4.4 选工序切削用量及基本时间的确定 93. 专用夹具设计 114. 毕业设计心得体会 13参考文献 15浙江纺织服装职业技术学院离合齿轮的工艺规程与专用夹具设计摘要 ：毕业设计是我们学完了大学的全部文化课、专业基础课以及数控专业课之后进行 的一次综合性课题设计，也是我们在毕业之前对所学专业知识的一次深入的链接和理论联系 实际的综合训练，因此，它在我们三年的大学生活中占有十分重要的地位。本文主要阐述了 离合齿轮从毛坯生产到成品零件的工艺规程制定及铣槽专用夹具设计，其中包括零件的作用、 结构、工艺分析与工艺规程、专用夹具设计等内容。关键词 ：离合 齿轮， 工艺分析，工艺规程，专用夹具

3、，设计1. 零件的分析1.1 零件的作用它位零件是 CA6140 车床主轴箱中运动输入轴上的一个离合齿轮 （图 2）， 于轴的右端，用于接通或断开主轴的反转传动路线。该离合齿轮是一个外齿轮， 它与花键轴套在一起，通过右端的两个与轮齿相对应的槽与拔叉相配合，然后和 内齿轮啮合组成齿轮副，从而传递动力；有时还可以利用脱开的外齿轮兼作齿轮 传动用，且与不同齿数齿轮啮合，可以得到不同的传动比，从而改变机器运行的 转速，实现变速或换挡功能。1浙江纺织服装职业技术学院图 1 离合齿轮三维图图 2 离合齿轮零件图1.2 零件的工艺分析 该零件属盘套类回转体零件，它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精 度和

4、表面粗糙度都不难获得。 4个 16mm槽口相对 68K7mm孔的轴线互成 90垂直 分布，其径向设计基准是 68K7mm孔的轴线，轴向设计基准是 90mm外圆柱的右 端面。 4- 5mm孔在 6X 1.5mm 沟槽内，孔中心线距沟槽一侧面的距离为 3mm，由 于加工是不能选用沟槽的侧面为定位基准，要精确地保证上述要求是比较困难的， 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即可，加工没问 题。1.3 零件的生产类型零件年产量 Q=200 台/年， n=1 件/台；结合生产实际，备用率 和废品率 分别取为 10和 1。代入公式得该零件的生产纲领N=Qn（1+10 ）X（1-1）=2

5、000X1X（1+10 ）X（1-1 ）=2178 零件是机床上的齿轮，质量为 1.36kg, 属轻型零件，生产类型为中批生产。浙江纺织服装职业技术学院2. 工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式由生产计划可知，该零件为中批生产。零件材料为 45 钢，由于零件本身的作用， 考虑到其在运行过程中会经常的正、 反向行驶， 并经常“离”、“合”，故零件在工作过程中经常承受交变及冲击性载荷， 齿轮面也应该有较强的硬度，因此应该选用锻件，以便金属纤维不被切断，保证 零件的工作可靠性。由于零件为大批生产，而且零件的尺寸不大，可以采用模锻 成型，从而提高生产率，保证加工精度。2.2 设计毛坯图2.2.1 确

6、定圆角半径本锻件各部分的 H/B2。为化简起见，本锻件的内、外圆角半径分别取相同 数值，以台阶高度 H=1625进行确定。外圆角半径r=6内圆角半径R=3以上所取的圆角半径数值能保证各表面的加工余量2.2.2 确定模锻斜度 本锻件由于上、下模镗深度不相等，模锻斜度应以模镗较深一侧计算。L/B=110/110=1,H/B=32/110=0.291 查阅相关手册可以确定外模锻斜度 =5，内模锻斜度加大，取 =72.2.3 确定分模位置由于毛坯是 HD的圆盘类锻件，应采用轴向分模，这样可冲内孔，使材料利 用率得到提高。为了便于起模及便于发现上、下模在模锻过程中错移，选择最大 直径即齿轮处的对称平面为

7、分模面，分模线为直线，属平直分模线。2.2.4 确定毛坯的热处理方式 钢质齿轮毛坯经锻造后应安排正火，以消除残余的锻造应力，使不均匀的金 相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善加工性。图 3 所示为本零件的毛坯图浙江纺织服装职业技术学院图 3 离合齿轮毛坯图2.3 加工方法的选择及工艺路线的制定2.3.1 定位基准的选择 本零件是带孔的盘状齿轮，孔是设计基准（也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。具体点，就是选 68K7mm孔及一端面作为精基准。由于本齿轮全部表面都需加工，而孔作为精基准应先进行加工，因此应选外

8、 圆及一端面为粗基准。最大外圆上有分模面，表示不平整，有飞边等缺陷，定位 不可靠，所以不能选为粗基准。2.3.2 零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆，内孔，端面，齿面，槽及小孔等，材料为 45 钢。以 公差等级和表面粗糙度要求，查阅工艺手册中零件表面加工方法、加工经济精度 与表面粗糙度相关内容，其加工方法如下：（1）90mm外圆面。为未注公差尺寸，根据 GB1800-79 规定其公差等级按 IT14 ，表面粗糙度 Ra3.2m,需进行粗车和半精车。（2）齿圈外圆面。公差等级为 IT11 ，表面粗糙度为 Ra3.2m，需粗车和半精车。浙江纺织服装职业技术学院（3）106.5mm外圆面。

9、公差等级为 IT12, 表面粗糙度为 Ra6.3m，粗车即 可。（4）68K7mm内孔。公差等级 IT7 ，表面粗糙度为 Ra0.8m,毛坯孔已锻出， 为未淬火钢，加工方法可采取粗镗，半精镗之后用精镗，拉孔或磨孔都能满足加 工要求。由于拉孔用于大批生产，磨孔适用于单位小批量生产，所以本零件适合 采用粗镗，半精镗和精镗。（5）94mm内孔。未标注公差尺寸，公差等级按 IT14 ，表面粗糙度为 Ra6.3 m，毛坯已锻出，只需粗镗就可。（6）端面。本零件的端面为回转体端面，尺寸精度要求不高，表面粗糙度为 Ra3.2m及Ra6.3m两种要求。要求Ra3.2m的端面可粗车和半精车， 要求Ra6.3 m

10、的端面，经粗车就可。（7）齿面。齿轮模数为 2.25 ，齿数为 50，精度 8FL, 表面粗糙度为 Ra1.6 m，采用 A 级单头滚刀滚齿就能达到要求。（8）槽。槽宽和槽深的公差等级分别为 IT13 和 IT14 ，表面粗糙度分别为Ra3.2m和 Ra6.3m，需采用三面刃铣刀，粗铣，半精铣。（9）5mm小孔。采用复合钻头一次就可以钻出。2.3.3 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。按照先加工基准面及先粗后精的原则，可以按照 如下的工艺路线进行：工序：以 106.5mm 处外圆及端面定位，粗车另一端面，粗车外圆 90

11、mm 及台阶面，粗车外圆 117mm，粗镗孔 68mm。工序：以粗车后的 90mm外圆及端面定位粗车另一端面， 粗车外圆 106mm 及台阶面，车 6mmX1.5m沟m 槽，粗镗 94mm孔，倒角。工序：以粗车后的 106mm外圆及端面定位，半精车另一端面，半精车外圆 90mm及台阶面，半精车外圆 117mm，半精镗 68mm孔，倒角。加工齿面是以孔 68K7mm为定位基准，为了更好地保证他们之间的位置精度， 齿面加工之前，先精镗孔。工序：以 90mm以外圆及端面定位，精镗 68K7mm孔，镗孔内的沟槽，倒浙江纺织服装职业技术学院角。工序：以 68K7mm孔及端面定位，滚齿。4 个沟槽与 4

12、个小孔为次要表面，加工应安排在最后。考虑定位方便，应该先 铣槽后钻孔。工序：以 68K7mm孔及端面定位，粗铣 4 个槽。工序：以 68K7mm孔、端面及粗铣后的一个槽定位，半精铣 4 个槽。工序：以 68K7mm孔、端面及一个槽定位，钻 4 个小孔。 工序：钳工去毛刺。工序：终检。2.4 工序设计2.4.1 选择加工设备与工艺装备1）选择机床 工序、是粗车和半精车。各工序的工步数不多，成批生产不要求 很高的生产率，所以选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要 求不是很高，选用最常用的 C620-1 型卧式车床就可以了。 工序为精镗孔。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，可以在

13、车 床上镗孔。由于要求的精度较高，表面粗糙度值较小，需选用较精密的车床才能 满足要求，因此选用 C646A型卧式车床。 工序滚齿。从加工要求及尺寸大小考虑，选 Y3150型滚齿比较合适。 工序和是用三面刃铣刀粗铣及半精铣槽，应采用卧式车床。考虑到本 零件属成批生产，所以机床选用比较广泛，选最常用的 X62型铣床就能满足要求工序钻 4 个5mm的小孔，可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工， 所以选 Z525型立式钻床。2）选择夹具 本零件粗铣、半精铣槽和钻小孔工序需要专用夹具外，其它工序实用通用夹 具即可。前 4 道车床工序用三爪自定心卡盘，滚齿工序用心轴。3）选择刀具 根据不同的工序选择刀具：

14、 在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。加工钢质零件采浙江纺织服装职业技术学院用 YT 类硬质合金，粗加工用 YT5，半精车用 YT15，精加工用 YT30。为提高生产率 及经济性，应该选用可转位车刀。切槽刀选用高速钢。 关于滚齿，查阅相关资料采用 A级单头滚刀能达到 8 级精度。滚刀选用模 数为 2.25mm的型 A 级精度滚刀。 铣刀选镶齿三面刃铣刀。零件要求铣切深度为 15mm，查阅资料可知铣刀的 直径为 100mm160mm。因此所选铣刀：半精铣工序铣刀直径 d=125mm宽, L=16mm, 孔径 D=32m，m齿数 z=20; 粗铣由于留有双面余量 3mm，槽宽加工到

15、13mm，该标准 铣刀无此宽度需特殊订制，铣刀规格为 d=125mm,L=13mm,D=32mm,z=20. 钻 5mm小孔，由于带有 90的倒角，可采用复合钻一次钻出。4) 选择量具本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要 求，尺寸和形状特点，选择如下： 选择各外圆加工面的量具。本零件各外圆加工面的量具见表 1表 1 外圆加工面所用量具单位： mm工序加工面尺寸尺寸公差量具118.50.54读数值为 0.02 ，测量范围 0150 游标卡尺91.50.87106.50.4900.87读数值为 0.05 ，测量范围 0150 游标卡尺1170.22读数值为 0.01

16、，测量范围 100150 外径千分尺加工 91.5mm外圆面可用分度值 0.05mm的游标卡尺进行测量，但由于与加工118.5mm外圆面是在同一工序中进行，所以就用表中的一种量具就可以了。 选择加工孔用量具。 68K7mm孔经粗镗，半精镗，精镗 3 次加工。粗镗至 65+0.19 mm，半精镗 67+0.09 mm.粗镗孔 65+0.19 mm，公差等级为 IT11，选读数值 0.01mm、测量范围 50mm125mm 内径千分尺。半精镗 67+0.09 mm，公差等级为 IT9 ，选读数值 0.01mm、测量范围 50mm100mm的内径百分表浙江纺织服装职业技术学院精镗68K7mm孔，由于

17、精度要求高，加工时每个工件都需进行测量，宜选用 极限量规。 选择加工轴向尺寸所用量具，加工轴向尺寸所用量具见表 2 加工轴向尺寸所用量具单位： mm工序尺寸及公差量具66.4 -0.34读数值 0.02 、测量范围 0150 游标卡尺20+0.2164.7 -0.3432+0.2531+0.5220+0.08读数值 0.01 、测量范围 025 游标卡尺64-0.4读数值 0.01 、测量范围 5075 外径千分尺 选择加工槽所用量具。槽经粗铣、半精铣 2 次加工。槽宽及槽深的尺寸公 差的等级为：粗铣时均为 IT14 ；半精铣时，槽宽 IT13 ，槽深为 IT14 ，均可选用读 数值为 0.0

18、2 mm，测量范围 0150mm的游标卡尺进行测量。 选择滚齿工序所用量具。滚齿工序在加工是测量公法线长度就可以。根据 手册可选分度值 0.01mm测量范围 2550mm的公法线千分尺。2.4.2 确定工序尺寸以圆柱面的工序尺寸确定为例： 圆柱表面多次加工的工序尺寸与加工余量有关。前面已确定圆柱面的总加工 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。本零件各圆柱表面的工序加工余量，工序尺寸，公差和表面粗糙度见表 3 表 3 圆柱表面的工序加工余量，工序尺寸，公差和表面粗糙度单位： mm加工表面工序双边余量工序尺寸公差表面粗糙度

19、/ m粗半精精粗半精精粗半精精 117h11 外圆2.51.5118.5 -0.54117-0.22Ra6.3Ra3.2 106.2 -0.43.5Ra6.38浙江纺织服装职业技术学院外圆106.5 -0.490 外圆2.51.591.590Ra6.3Ra3.294孔594Ra6.368K7孔32165+0.1967+0.07468-0.021Ra6.3Ra1.6Ra0.82.4.3 选工序切削用量及基本时间的确定本工序仍为粗车 （车断面，外圆，台阶面。镗孔，车沟槽及倒角 ） 已知条件与工 序相同。车断面、外圆及台阶面可采用工序相同的可转位车刀。镗刀选 YT5 硬质合金、主偏角 kr =90、

20、直径为 20mm的圆形镗刀。车沟槽采用高速钢成形切 槽刀。本工序为精镗 68mm 孔、镗沟槽及倒角采用工序确定切削用量的方法，得本工序的切削用量及基本时间见表 4工步ap/mmf/mmr -1v/ms-1n/r s-1Ti/s粗车端面1.70.520.69216粗车外圆 106.5mm1.750.650.69225粗车台阶面1.70.520.7428镗孔及台阶 面2.5 及 1.70.21.133.8369车沟槽手动0.170.5倒角手动0.692表 4 工序切削用量及基本时间2.4.4 选工序切削用量及基本时间确定0.0090.0211）确定精镗 68mm孔的切削用量。所选刀具为 YT30

21、硬质合金、主偏角Kr=45、直径为 20mm的圆形镗刀。其耐用度 T=60min. ap 68 67 0.5mm2f=0.04mm/rv=0.9X1.4X291/(60 0.2X0.50.15X0.040.2)=5.52m/min浙江纺织服装职业技术学院 n=(1000X5.52)/( x68)=1598.6r/min根据 C616A 车床的转速表，选择 n=1400r/min=23.3r/s, 则实际切削速度 v=4.98m/s.确定镗沟槽的切削用量。选用高速钢切槽刀，采用手动进给，主轴转速n=40r/min=0.67r/s, 切削速度 v=0.14m/s.2) 基本时间精镗68mm孔的基本

22、时间为Tj=(33+3.5+4)/(0.04X23.3)=44s3. 专用夹具设计本夹具是工序用三面刃铣刀纵向进给粗铣 4X16mm槽口的专用夹具， 在 X62W 卧式铣床升加工离合齿轮一个端面上的两条互成 90的十字槽。有关说明如下：1)定位方案工件以另一端面及 68K7mm 孔为定位基准，采用平面与定位销组合定位方 案，在定位盘 10的短圆柱面及台阶面上定位，其中台阶平面限制 3 各自由度，短 圆柱面限制 2 个自由度，共限制了 5 各自由度。槽口在原周上无位置要求，该自 由度不需限制。2)加紧机构 根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用二位螺旋压板联动加紧机构， 通过拧紧右侧夹紧螺母

23、 15 使一对压板同事压紧工件，实现夹紧，有效提高了工作 效率。压板夹紧力主要作用是防止工件在铣削作用力下产生倾覆和震动，手动螺 旋夹紧是可靠的，可免除夹紧力计算。3) 对刀装置采用直角对刀块及平面塞尺对刀。 选用 JB/T8031.3 1999直角对刀块 17 通过 拧紧对刀座 21 固定在夹具体上保证对刀块工作面始终处在平行于走刀路线的方向 上，这样便不受工件转位的影响。确定对刀块的对刀面与定位元件定位表面之间 的尺寸，水平方向尺寸为 13/2(槽宽一半尺寸) +5(塞尺厚度) =15mm，其公差 取工件相应尺寸公差的 1/3。由于槽宽尺寸为自由公差，查标准公差表 IT14 等级 公差值为

24、 0.43mm则水平尺寸公差取 0.43X1/3=0.14mm，对称标注为( 11.50.07) mm，同理确定垂直方向的尺寸为( 440.1)mm(塞尺厚度也为 5mm)。10浙江纺织服装职业技术学院4）夹具与机床连接元件采用两个标准定位键 A18h8 JB/T8016 1999，固定在夹具体底面的同一直线 位置的键槽中，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置，并保证定位 键的宽度与机床工作台 T 形槽相匹配的要求。5）夹具体工件的定位元件和夹紧元件由连接座 6 连接起来，连接座定位固定在分度盘 23 上，而分度装置和对刀装置均定位固定在夹具体 1 上，这样该夹具便有机连接 起来，实现

25、定位、夹紧、对刀和分度等功能。夹具体零件图见图 36）使用说明安装工件时，松开右边铰链螺栓上的螺母 15，将两块压板 16 后撤，把工件 装在定位盘 10上，再将两块压板 16 前移，然后旋紧螺母 15，通过 杠杆 8 联动使 两块压板 16同时夹紧工件。为了使压板和走刀路线在 4 个工位不发生干涉，压板 与走刀路线成 45角布置。当一条槽加工完毕后，扳手 30 顺时针转动，使分度盘 23 与夹具体 1 之间松 开。分度盘下端沿圆周方向分布有 4条长度 1/4周长的斜槽。 然后逆时针转动分度 盘，在斜槽面的推压下，使对定销 24 逐步退入夹具体的衬套孔中，当分度盘转过 90位置时，对定位销依靠

26、弹簧力量弹出，落入第二条斜槽中，再反靠分度盘使 对定销与槽壁贴紧，逆时针转动扳手 30 把分度盘紧定在夹具体上，就可以加工另 一条槽。由于分度盘上 4 条槽为单向升降，所以分度盘也只能单向旋转分度。7）结构特点该夹具结构简单，操作方便。但分度精确受到 4 条斜槽制造精度的限制，适 用于加工要求不高的场合。夹具上有直角对刀块 17，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞 尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有 一正确的安装位置，以利于铣削加工。本夹具调整对刀块位置、增添周向定位机 构，就可以用于下一道工序，成为在 X62W 卧式铣床上精铣槽口的专用夹具，使 离合齿轮的十字槽最终成形。11浙江纺织服装职业技术学院图 4 专用夹具装配图4. 毕业设计心