离合器齿轮的加工工艺规程及夹具设计

1 陕西航空职业技术学院 毕 业 设 计 说 明 书 离合器齿轮加工工艺及夹具设计 专 业 ： 机械设计与制造 班 级 ： 09231 班 姓 名 ： 倪 红 指导教师 ： 苗 伟 年 月 日 2 陕西航空职业技术学院 毕业设计任务书 专业： 机械设计与制造 班级： 09231 班 姓名： 倪红 学号： 21 设计题目： 离合器齿轮加工工艺及夹具 设 计 生产纲领： 6000 件 /年 课程设计内容： 1 张 1 张 1 套 1 套 2 1 份 指导教师： 年 月 日 3 附 零件 图： 批量中批 40 40 目录 序 言 . 6 一、 零件的工艺分析 . 6 （一） 零件的作用 . 6 （二） 零件的工艺分析 . 6 二、 工艺规程设计 . 7 （一） 确定毛坯的制造形式 . 7 （二） 基面的选择 . 7 （二）确定工艺路线 . 7 （三） 确定切削用量及基本工时 . 10 三、 夹具设计 . 23 具的定位方案 . 23 紧机构 . 23 差分析 . 23 紧力的计算 . 25 四、 总结 . 26 五、 参考文献 . 28 机械加工工艺过程综合卡片 . 29 附件图纸 40 序 言 机械制造工艺学的 毕业 设计是在我们学完了机械专业所有的基础课程和专业课程之后进行的。这是我们对所学知识一次深入的综合复习与应用，也是对我们在大学所学知识的一次综合考察，因此我们要充分重视这次 毕业 设计实践。 就我个人而言，我希望通过这次机械工艺设计实践更深得巩固所学知识，将理论与实践结合起来，从实际运用中提升自己的分析 问题和解决问题的能力， 进一步提高计算、制图能力，能比较熟练地查阅和使用各种技术资料等 ，并养成 严谨的工作作风和独立的工作能力 ，为将来从事的工作打下良好的基础。 由于能力有限，设计中尚存在很多不足的地方，希望各位老师给予指导。 一、 零件的工艺分析 （一） 零件的作用 题目所给定的零件是车床主轴上的离合齿轮，是齿轮离合器的一部分，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。 （二） 零件的工艺分析 从零件图上可以看出，该零件的结构比较复杂，加工表面比较多，且轮齿的加工精度比较高。其主要加工表面可以分为三个部分： 一、主要加工表面的尺寸： 1) 以外圆柱齿轮为中心的一组加工面。 这一组加工表面包括： m=z=55、 B= 圆柱齿轮及两端1 12 的倒角， 115 0 外圆， 128 0 圆和宽 22 槽。 2) 以花键孔为中心的一组加工面。 这一组加工面包括：花键孔及其倒角， 102 孔， 110 和 96 3) 左、右端面。 这一组加工表面主要是右 表面 2 38 槽面。 二、 以上加工表面的主要技术要求： （ 1） 齿轮三个公差组精度等级为 7齿表面粗糙度为 面要求淬硬到 0，并且齿面与孔中心轴线要保证同轴度 轮倒角 1 12 。 （ 2） 花键孔，内径定心，要有 10 个等分的花键齿，并保证齿侧壁粗糙度为 40 （ 3） 右端宽 2 38 14槽，与齿轮有相对位置精度要求。 （ 4） 中间拔叉槽宽 22 9壁粗糙度为 （ 5） 除两端面的粗糙度为 余表面粗糙度为 由以上分析可知。对于这三组加工表面来讲，可以先选择其中一组加工表面进行加工，然后以加工过的表面为基准，加工其他两组表面，并保证它们之间的相互位置。 二、 工艺规程设计 （一） 确定毛坯的制造形式 由生产计划可知，该零件为成批生产。 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。 （二） 基面的选择 定位基准的选择是拟定零件加工路线的、确定法加工方案前的重要工作。基准选择的合理、可靠，直接 影响到加工质量和生产效率。 对于保证零件的尺寸 精度 和位置精度有着决定性的作用 ，同时可以使生产率得以提高。反之，就会出现各种问题，更有甚者还会造成大批废品零件，使生产无法正常进行。我们在选择基准的时候通常考虑下面几个问题： 1) 以哪一个表面作为精基面或统一基准，可以保证加工精度和高的生产效率； 2) 为加工精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基准； 3) 是否有特殊表面需要采用统一基准以外的精基面。 在选择基准的时候，应尽量做到设计基准与定位基准重合。 对于离合齿轮这样的 盘套类零件， 根据该零件的工作特点 和加工要求，选择定位面基准如下： 粗基面：以外圆和一个端面作为粗基面，镗、拉内孔。 精基面： 齿轮基圆的基准是内孔 82+ 内圆表面，所以精基准为内孔82 + 内圆表面， 选择花键孔和一个端面作为精基面 ， 加工齿轮，115 0 128 0 圆和宽 22 槽以花键孔和右端面作为定位基面；加工 2 38 槽面以 花键孔和左端面作为主要定位基面。 （二）确定工艺路线 制定工艺路线是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。尤其在这种大批量生产纲领时，采用合理的工艺路线可以大大提高生产率，使生产成本降低，并获得可观的经济效益。 一、 加工方法的确定 零件各表面加工方法的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，然后需要考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各 种加工方 40 法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求综合考虑。 该工件毛坯经模锻成型，孔已铸出。其各表面加工方法如下： 左、右端面： 粗车 各外圆表面和宽 22 槽：粗车 半精车 102 内孔： 粗镗 半精镗 齿轮： 滚齿 剃齿 珩齿 花键槽： 粗镗 半精镗 拉键槽 校正 2 38 槽： 粗铣 半精铣 二 、 零件各表面加工顺序的确定 10。 加工阶段的划分 为了达到规定的技术要求，该离合齿轮的加工可以分为上个加工阶段 1) 粗加工阶段 车外圆、端面，镗内孔、花键孔； 2) 半精加工阶段 以拉出的花键孔为主要精基准，精车外圆，滚齿、铣 2 38 槽和剃齿； 3) 精加工阶段 校正花键孔，并以校正好 的花键孔为精基准，珩齿。 10。 加工顺序的安排 1) 机械加工顺序的安排 根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特点，先安排外圆、端面、内孔的加工。由于花键孔是后面各表面加工的主要精基准，所以接着安排花键孔的拉削。花键孔加工好以后，以花键孔为精基准，精车外圆，铣铣 2 38 槽和剃齿，然后安排花键孔的校正，珩齿。 2) 热处理的安排 由于毛坯为模锻件，在机械加工之前应进行真货处理，消除锻造应力，境地硬度，改善切削性能。在粗加工之后，安排第二次热处理 调质处理，提高零件的综合力学性能，最后根据零件的技术要求，对轮齿表面进行淬火处理，以得到较高的表面硬度，提高其耐磨性。 3) 辅助工序的安排 检验工序：在热处理之后安排中间检验工序，最后安排终检工序，还有安排钳工去毛刺，安排清晰工序，最后还要将零件油封，库存。 10。 工序的组合 根据零件的生产规模以及零件的结构特点还有加工方法，为了尽可能减少安装次数，在一次加工中安排多面加工，以保证高的表面相互位置精度，考虑使用通用机床夹具，并采用工序集中的原则来组合工序。 10。 工艺路线的确定 1) 锻造毛坯 2) 正火 3) 粗车 左 端面 ， 外圆 ， 22 槽 ，粗 镗 82 ，半精镗 40 82 ，粗 镗 102 ，半精 镗 102 ，倒角； 4) 粗车 右 端面 ， 外圆 ，粗 镗 、半精 镗 96 ，粗 镗 、半精 镗 110 ，倒角； 5) 粗 镗 82 ，半精镗 82 ；粗 镗 102 ，半精 镗102 ，倒角； 6) 半精车 130 0 128 0 115 0 圆， 22 7) 外圆倒角； 8) 拉花键孔 9) 滚齿 10) 粗铣、半精铣右端 2 38 槽 11) 钳工去毛刺 12) 剃齿 13) 轮齿表面高频淬火 45504) 校正花键孔 15) 清洗 16) 检验 17) 油封、库存。 以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。 10。 工序确定 零件机械加工工艺路线拟定后还需要 对每一工序进行设计。其主要内容包括：确定每一工步的加工余量、计算各工序的工序尺寸及公差、选择各工序所选用的机床及工艺装备、确定切削余量、计算工时定额。 （ 1）加工余量的确定 机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工精度，余量过大，不但增加机械加工劳动量，而且增加了材料、刀具、能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理地安排加工余量。 根据零件毛坯条件：材料为 45 钢，生产类型为成批生产，采用在锻模上得到模锻毛坯。本设计采用查表修正法和经验估值法相结合确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸 和毛坯尺寸。 1) 轴向长度方向加工余量 该零件的端面我们只用到了粗车，查表余量为 2以毛坯长度 108+22=112。 2) 外圆表面加工余量 由于左端外圆比右端外圆直径只小 2以根据大端外圆表面加工余量按130 外圆查表得：精车 130 0 ， Z=2Z=车 Z=2Z= 40 加工方法 基本尺寸 余量 公差 半精车 130 车 )内孔表面加工余量 工件内孔为阶梯孔，其中花键孔的精度要求比较高，故锻造时取统一内径，加工余量按 82 内孔查表得：半精镗 82 时， 2Z=差为 +镗时 2Z=差为 +精镗 102 时， 2Z=差为 +镗时 2Z=差为 +精镗 102 时， 2Z=差为+镗时 2Z=差为 + 镗 、半精 镗 96 ，粗 镗 、半精 镗 110 均取半精镗 2Z=镗时 2Z=差为 +正花键孔时，取直径余量 综合以 上，得毛坯为长度 112径 有中孔为直径 （三） 确定切削用量及基本工时 完成 零件加工的一个工序的时间定额，通常称为单件时间定额。可以按照下式计算： xZ 式中： 件时间； 本时间； 助时间； 作地点技术服务时间； 作地点组织服务时间； 息及生理需要时间。 基本时间与辅助时间之和称为工序时间 即 %)71(T 40 %)(T %2 T 综上所述，单件时间定额的基本公式如下： 100)(100)(100)( 即： )10 01)( 计算切削用量 1) 粗车左端面，外圆车刀代替端面车刀，刀具 0,4515rr 择吃刀深度。 p 2 一次走刀。 进给量 刀具耐用度 7 0 0m 理论切削速度 : 9 2 v v i 92 确定机床主轴转速 : )m i vn w 选择 s 0 所以实际切削速度 )m i c 切削工时： )5,2,2m i n (34321321 m 取 2, 所以 m i 001)( m 40 2) 粗车外圆 从 至 0 长 用外圆车刀 0,4515rr .7 因此一次走刀 p 进给量 理论切削速度 : 92 v v i 92 确定机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 为了加工工人操作方便 ,依然选择机床转速 s 0 所以实际切削速度 )m i c 切削工时：切入长度 : 2(t a 2 3 m i j m m i 00 ( 粗车右端外圆时 ,从 0 至 0 长 l=量 进给量 理论切削速度 : 92 v v 40 i 92 确定机床主轴转速 : )m i 4( 0 01 0 0 0 选择机床转速 s 0 所以实际切削速度 )m i c 切入长度 : 2(t a 2 3 m i j m m i 00 ( 3) 粗车左端小台阶 至 0 长 l=量 3/2=削深度 5以选择两次走刀 . p , 理论切削速度 : 2 v i 92 确定机床主轴转速 : )m i 8( 0 01 0 0 0 选择机床转速 s 0 所以实际切削速度 )m i c 40 切削工时： 2(t a 2 3 m i j 4) 粗车槽 从 0 至 0 余量 8切槽车刀， 45槽刀宽 6杆截面 10 16 单边余量单边余量 18/2=9p 两次走刀 刀具为 0,4515 rr t=3600s=60论切削速度 : vm v 77 确定机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 选择机床转速 s 实际切削速度 )m i 00 00 c 切削工时： 0,21 04 m i j m m i 00 ( 5) 半精车 0 至 0 余量 Z=9.0次走刀 ,进给量 f= 料外圆车刀。 40 理论切削速度 : 2 v i 92 机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 选择机床转速 s 0 实际切削速度 )m i 00 00 c )32(t a 2 3 8 m i j m m i 00 ( 6) 半精车槽 0 至 110 用 料切槽刀。 45槽刀宽 6杆截面 10 16。 余量 单边余量 Z/2=p 理论切削速度 : vm v i 机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 选择机床转速 s 0 40 实际切削速度 )m i c 2 3 66224 m i j 7) 半精车外圆从 0 至 0 用 0,45rr 边余量 Z/2= 取 p 理论切削速度 : v v i 2 机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 为了方便，仍选择机床 转速 s 0 实际切削速度 )m i c 2 )32(t a 2 3 m i j m m i 00 ( 8) 半精车右端外圆从 0 至 0 余量 Z=边余量 Z/2= 取 p 理论切削速度 : v v i 2 40 机床主轴转速 : )m i 9( 0 01 0 0 0 为了方便，仍选择机床转速 s 0 实际切削速度 )m i c 切削工时： 6 )32(t a 2 3 m i j m m i 00 ( 9) 粗镗 至 2Z= p 用 45刀伸出的长度 100论切削速度 : v v m i 73 机床主轴转速 : )m i 9( 0 01 0 0 0 为了方便，仍选择机床转速 s 0 实际切削速度 )m i 00 00 c 切削工时： 10 )32(t a 2 3 40 m i 0321 j m m i 00 ( 半精镗时 ,从 至 2Z=1.1 p 为了方便，仍选择机床转速 s 0 实际切削速度 )m i c 切削工时： 10 2 3 m i 0321 j m m i 00 ( 10) 粗镗 2Z=Z= 两次走刀 p 2 理论切削速度 : v v i 73 机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 取 s 0 实际切削速度 )m i 00 00 c 切削工时： 40 2 3 m tT j m m i 00 ( 半精镗时 ,从 至 2Z=一次走刀 p v v i 7 3 机床主轴转速 : )m i 7( 0 01 0 0 0 取 rn s 实际切削速度 )m i 00 00 c 切削工时： 1 2 3 m sT j m m i 00 ( 11) 粗镗 2Z=Z= 两次走刀 p 2 理论切削速度 : v v i 7 3 40 机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 取 s 0 实际切削速度 )m i 00 00 c 切削工时： 2 3 m j m m i 00 ( 半精镗时 ,从 至 96 2Z=p v v i 26 4 7 3 机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 取 s 0 实际切 削速度 )m i 00 00 c 切削工时： 3 2 3 m sT j m 40 m i 00 ( 12) 粗镗 2Z=Z= 两次走刀 p 7 理论切削速度 : v v i 16 4 7 3 机床主轴转速 : )m i 0 01 0 0 0 取 s 0 实际切削速度 )m i 601000 c 切削工时： 2 3 m sT j m m i 00 ( 半精镗 ,从 至 110 2Z=p v v i 26 4 7 3 机床主轴转速 : )m i 9( 0 01 0 0 0 取 s 0 实际切削速度 40 )m i c 切削工时： 5 2 3 m sT j m m i 00 ( 13) 精铣 的槽。粗铣宽度 ,25 粗铣深度 ,6 槽宽 36槽深12取主轴转速 s 0 ，采用粗齿立铣刀 Z=6，根据 几何计 算 l=铣刀直径 f 5 粗铣时，两次走刀，每次走一个来回 m c mi m 精铣 槽至 精铣 ,25 槽宽 38,2 采用细齿立铣刀， Z=12 立铣刀直径 f 50 一次走刀，走一个来回 51 2 m c m i 14) 拉键槽 单面余量 h=削长度 l=64 40 取考虑校准部分的长度系数 考虑机床返回行程系数 K=刀齿升 切削速度 m c 拉刀齿 距： 因此 m i 0 0 0 m 三、 夹具设计 本夹具是工序用三面刃 铣刀 纵向进给粗铣 16 口的专用夹具，在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。 具的定位方案 以端面及 68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。 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，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。 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 68其与孔的配合为 68 77内孔 68查表得 ， 公差值为 =们盘 68查表 40 得 68 ，公差值为 它们的最大间隙为： 最小间隙为： 其间隙范围为： (间隙是孔的尺寸减去相配合轴的尺寸之差为正，所以 6877 ：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，如图所示为 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 它们的间隙为 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 差计算： 在铣床上加工，其平均经济精度为级，查表得 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 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 5较适合， 5 差为 以它们配合最大间隙为 小间隙为 隙范围为：角度计算 121)(2188m a xm i n)8(1）定（）不（基 40 它们的偏移的最大角度为： =r 查表夹具上 45角公差取 (是定位误差的一部分 )。铣床平均加工经济精度 10 级，查表得 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： ：减小销子与孔的配合间隙，销子直径选 6 6 ：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。 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、摩擦力等作用的情况，实际夹紧力 于计算出切销力 F 乘以安会系数 K： *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=；精加工和连续切削时取 K=；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 。 计算切削力的指数公式： F= 6 f z =r; z=6 ;d=16; 代入计算得： F=16 6 16 际切削力为： 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 2 2m a m a n ）定（定 40 四、 总结 本次 毕业 设计是我们在大学阶段的第一次工艺方面的设计，由于缺乏经验，在设计过程中难免存在很多的不足。经过我们讨论分析和总结，发现我们存在的问题有一下几点： （ 1）毛坯形状与目标零件形状差距太远，加工时部分位置需要切除的金属层就会太厚，如外径较小的外圆部分及内径较大的内孔部分，就需要多次走刀，浪费材料及加工工时，生产效率低下。同 时计算生产时间时需要考虑多次走刀，比较麻烦 应该首先 将毛坯选择 成和目标零件的形状基本一致，可以减少我们的工作量，同时便宜加工，工序如下： 1. 毛坯的选择 2. 热处理 :正火 ,消除铸造的内应力 ； 3. 粗车左端面 , 粗车 /半精车外圆 1,外圆 2,外圆 3及其左右肩 (确定外圆 3左肩至左端面长度工序尺寸， 以保证长度方向上各尺寸的精度 ),粗镗 /半精镗 82, 102 内孔及倒角 (车床 ,三爪卡盘 ,外圆定位 ； 4. 拉孔内花键槽 (拉床 ,球面导向套 ,花键拉刀 )； 5. 粗车右端面及外圆 4 左右之倒角 (车床 ,三爪卡盘 ,带销低锥度心轴 +顶尖 ,花键孔定位 )； 6. 粗 镗 /半精 镗 96, 110 内孔及倒角 (车床 ,三爪卡盘 ,外圆定位 )； 7. 铣右端槽位 (