离合器接合叉课程设计说明书.docx

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离合器接合叉课程设计说明书

1

序言

一零件分析………………………………………………………………………1

1.零件的功用分析………………………………………………………………1

2．零件的工艺分析…………………………………………………………………1

二机械加工工艺规程制订……………………………………………………2

1.确定生产类型…………………………………………………………………2

2.确定毛坯的制造形式…………………………………………………………2

3.选择定位基准…………………………………………………………………2

4.选择加工方法…………………………………………………………………3

5.制订工艺路线…………………………………………………………………3

6.确定加工用量及毛坯尺寸……………………………………………………5

三专用机床夹具设计…………………………………………………………8

1.叉子端面夹具设计……………………………………………………………8

2.外圆夹具设计…………………………………………………………………9

3.夹具定位元件的设计…………………………………………………………10

4.自由度限制分析………………………………………………………………11

四设计小结………………………………………………………………………15

五参考文献………………………………………………………………………16

序言

零件工艺过程的设计以及夹具设计作为高等工科院校教学的基本训练科目，在课程设计中占极其重要的位置。

课程设计在加深对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。

因此，我们必须要端正态度，踏踏实实，有根有据得完成相应的设计。

本课程设计的题目是离合器接合叉，根据其零件图设计要求设计既简单又经济的加工工艺以及设计专用夹具。

本次设计的主要任务包括：

夹具方案的设计，工艺卡片的编写，零件图的绘制，设计说明书的编写等。

工艺规程的编写以及专用夹具的设计在机械制造中占有重要地位。

加工工艺过程是否简便有效，是否符合绿色生产，是否经济等等，都是工艺规程编写过程中必须考虑的。

夹具对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。

随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，各企业迫切需要提高夹具设计的效率。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导

一零件分析

1.零件的作用：

本课程设计的零件是离合器接合叉，它位于离合器机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。

零件的φ25孔与操纵机构相连，R44半孔则是用于与所控制离合器所在的轴接触，通过上方的力拨动下方的离合器闭或开。

2.零件的工艺分析

图1.1

根据上图可知离合器拨叉共有三组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分析如下：

2.1以φ9.5+0.030mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括2-φ9.5+0.030mm孔，距离为84+0.460及42+0.30，

与两个φ9.5+0.030mm相垂直的距离为11-0.43的四个平面

2．2以φ250-0.14mm外圆为中心的加工表面

这一组加工表面包括：

φ250-0.14mm的外圆，B、C端面及B面上1.5×45°的倒角。

2.3φ250-0.14mm外圆上7+0.360的槽

这三组加工表面之间有着一定的位置要求，主要时：

2.3.12-φ9.5+0.030mm共同轴线对φ250-0.14mm轴线的不垂直度不大于0.5/100。

2.3.22-φ9.5+0.030mm对共同轴线的不同轴度不大于0.5mm。

2.3.3端面C对φ250-0.14mm轴线的端跳动不大于0.1mm。

2.3.4A面对2-φ9.5+0.030mm共同轴线的不垂直度不大于0.3mm，φ9.5+0.030mm轴线对φ19轴线的不同轴度不大于1.5mm。

由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于夹具加工其余组，并且保证它们之间的位置精度要求。

二机械加工工艺规程制订

1.确定生产类型

由于本设计的依据唯有零件图，关于生产类型的确定只能搜集相关加工规程手册以及该零件的使用程度。

根据相关资料可以确定其生产类型为中批生产，因此，本设计过程中毛坯制造，加工设备及工艺装备的设计与选择都紧紧围绕中批生产的特性进行。

2.确定毛坯的制造形式

零件的毛坯选用铸造，零件材料为45号钢。

在使用过程中不经常的变动，它只起拨动的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。

在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用。

3.定位基准的选择

基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

3.1粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。

根据这个基准选择原则，现选取φ35外圆及叉子端面为粗基准，达到完全定位，然后进行车削。

3.2精基准的选择

主要应该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

在此零件中，加工外圆时以叉子端面为定位基准，而叉子端面的加工以外圆为定位基准，主要考虑了互为基准、基准统一、基准重合原则，加工孔和槽时都以外圆为定位基准。

4.选择加工方法

加工方法主要牵涉到零件加工的经济性和高效性。

根据零件图可知，本设计有五组加工：

铣圆柱部分端面；铣叉子端面；车外圆，端面及倒角；钻铰孔；铣槽。

4.1端面的加工

侧面的加工主要是为后续加工做准备，因此，在选择加工方法选择一次性铣端面，对于粗糙度要求高则进行二次铣端面。

4.2孔的加工

根据零件图尺寸及技术要求，确定孔的方案为：

一次钻铰孔，可以加工的次数，保证孔表面加工精度。

4.3槽的加工

根据相关资料确定槽的加工方案为，粗铣--精铣（IT7～IT9）,粗糙度为Ra=6.3～0.8

5.制订工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当时使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能

够得到合理的保证。

在生产批量较大的情况下，可以采用工装、卡具来提高产品的效率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

5.1工序的合理组合

确定加工方法以后，就按生产类型，零件的结构特点，技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数，确定工序数的基本原则如下：

（1）工序分散原则

工序内容简单，有利于选择最合理的切削用量，便于采用通用设备。

简单的机床工艺装生产准备工作量少，产品更换容易，对工人的技术要求水平不高，但需要设备和工人数量多，生产面积大，工业路线长，生产管理复杂。

（2）工序集中原则

工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应地减少了操作工人数和生产面积，也简化了市场管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证表面间的相互位置精度。

使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率，但采用复杂的专用设备和工业设备，使成本增高，调整维修费时，生产准备工作量大。

5.2加工阶段的划分

零件的加工质量要求高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：

（1）粗加工阶段

粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及时发现毛坯的缺陷，给予报废或修补，以免浪费工时

5.3工艺路线方案

方案一

工序1：

铣圆柱部分端面。

工序2：

铣叉子端面。

工序3：

车外圆φ250-0.14、端面及倒角1.5×45°。

工序4：

钻-铰φ9.5+0.030。

工序5：

铣槽。

工序6：

去毛刺。

工序7：

清洗。

工序8：

终检。

方案二

工序1：

铣圆柱部分端面。

工序2：

铣叉子端面。

工序3：

钻-铰φ9.5+0.030。

工序4：

车外圆φ250-0.14、端面及倒角1.5×45°。

工序5：

铣槽。

工序6：

去毛刺。

工序7：

清洗。

工序8：

终检。

5.4工艺方案比较与分析

上述两个方案的不同点在于：

方案一时先车外圆、端面及倒角，然后钻-铰φ9.5+0.030mm孔；而方案二与此相反，先钻-铰φ9.5+0.030mm孔，再车外圆。

两个方案通过比较可以看出，方案一钻-铰φ9.5+0.030mm孔时可以通过已加工过的外圆作为定位基准，孔的位置精度很容易得到保证，此方案先加工外圆的目的就时为孔加工提供定为基准；方案二在加工外圆时通过叉子端面就可以精确的定位，又保证定位基准和设计基准的重合，所以先加工孔没有多大作用，而此方案在加工孔时，需用外圆定位，此时外圆未加工，只能作为粗基准。

通过综合分析，方案一较为合理。

6.确定切削用量和基本时间

离合器拨叉零件材质为45钢，硬度为HB207-269，采用在锻锤上合模模锻毛坯。

根据上述资料及加工工艺，分别确定各工序加工表面的机械加工余量、切削用量、工时计算、机床等如下：

6.1铣端面B

（1）机械加工余量：

查《机械加工工艺手册》表3.1-56，锻件重量在0.4-1.0Kg之间，锻件复杂系数为S3、长度为25mm时，查出该零件余量是：

厚度方向为1.5-2.0mm，水平方向为1.5-2.0mm，所以B面余量取2mm。

（2）切削用量、工时计算及机床：

此工序为铣端面B面，保证尺寸97.5+0.3-0.5，fZ=0.08mm/齿（参考《切削用量简明手册》表3.3）

切削速度：

参考有关手册，确定V=1.57m/s，即94.2m/min

采用高速钢镶齿三面刃铣刀dW=100mm，齿数Z=8。

则：

nS=

=

=300r/min

现采用X62卧式铣床，根据机床使用说明书（见《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-39），取nw=300r/min，故实际切削速度为

v=

=

=94.2m/min

当nw=300r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为：

fm=fZznw=0.08×8×300=192mm/min

查机床说明书，fm=190mm/min。

切削工时：

机动工时tm=

=0.75min

6.2铣叉子端面

（1）机械加工余量：

《机械加工工艺手册》表3.1-56已查出厚度方

向余量为1.5-2.0mm，所以叉子端面单边余量取2mm。

（2）切削用量、工时计算及机床：

此工序为铣叉子端面，可在卧式铣床上采用隔套同时装四把铣刀一次铣削四个面成。

fZ=0.08mm/齿（参考《切削用量简明手册》表3.3）

切削速度：

参考有关手册，确定V=0.43m/s，即25.8m/min

采用高速钢三面刃铣刀dW=110mm，齿数Z=4。

则：

nS=

=

=75r/min

现采用X62卧式铣床，根据机床使用说明书（见《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-39），取nw=75r/min，故实际切削速度为

v=

=

=25.9m/min

当nw=75r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为：

fm=fZznw=0.08×4×75=24mm/min

查机床说明书，fm=23.5mm/min。

切削工时：

机动工时tm=

=6min

6.3车外圆φ250-0.14mm及C面

（1）机械加工余量：

《机械加工工艺手册》表3.1-56已查出厚度方

向余量为1.5-2.0mm，水平方向余量为1.5-2.0mm，所以外圆余量取4mm，C面余量取2mm。

（2）切削用量、工时计算及机床：

此工序为车外圆φ250-0.14mm、C面及1.5×45°倒角

切削深度：

单边余量Z=2mm，因外圆表面粗糙度Ra12.5，加工

精度为IT6级，需经两次切削，粗车后单边留余量Z=0.5mm，选用卧式车床C365L。

进给量f：

根据《切削用量简明手册》表1.4，选用f=0.5mm/r

计算切削速度：

见《切削用量简明手册》表1.27

Vc=

=

=123m/min

确定主轴转速：

ns=

=

=313r/min

按机床选取n=322r/min

所以实际切削速度v=

=

=126m/min

切削工时：

t=

=

=0.2min

6.4钻-铰两内孔φ9.5+0.030mm（叉部），选用机床：

立式钻床Z525

（1）机械加工余量：

毛坯为实心，不冲出孔，两内孔精度要求IT9，参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9工序尺寸及余量为：

钻孔：

φ9.3mm2Z=0.2mm

铰孔：

φ9.5+0.030mm

（2）切削用量、工时计算及机床：

1钻孔φ9.3mm

f=0.25mm/r（见《切削用量简明手册》表2.7）

v=12m/min（见《切削用量简明手册》表2.13及表2.14，按5类加工性考虑）

ns=

=

=411r/min

按机床选取nw=392r/min（按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-15）

所以实际切削速度

v=

=

=11.45m/min

切削工时：

t=

=

=1.2min

2铰孔φ9.5+0.030mm

f=0.5mm/r（见《切削用量简明手册》表2.11）

v=6m/min（见《切削用量简明手册》表2.24）

ns=

=

=201r/min

按机床选取nw=195r/min（按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-15）

所以实际切削速度

v=

=

=5.8m/min

切削工时：

t=

=1.2min

6.5铣宽7+0.360mm的槽，选用机床：

卧式铣床X62W

（1）机械加工余量：

参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-22工序尺寸及余量为：

粗铣：

5mm2Z=2mm

精铣：

7+0.360mm

（2）切削用量及机床：

fz=0.01mm/齿（参考《切削用量简明手册》表3.4）

切削速度v=0.39m/s及23.4m/min

采用错齿三面刃铣刀，dw=100，齿数z=1，则

ns=

=

=74.5r/min

根据机床使用说明书（见《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-39），取nw=75r/min，故实际切削速度为

v=

=

=23.55m/min

工作台的每分钟进给量fm应为：

fm=fZznw=0.01×1×75=0.75mm/min

查机床说明书，fm=0.75mm/min。

切削工时：

机动工时tm=

=18min

三专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。

在加工离合器接合叉零件时，需要设计专用的夹具。

根据任务要求中的设计内容，1.需要设计加工铣叉子端面夹具，该夹具将用于X52K卧式铣床，刀具采用三面刃铣刀；2.车φ25外圆、端面及倒角需要设计夹具，本夹具将用于C365L六角车床。

3.1铣叉子端面夹具设计

3.1.1研究原始质料

利用本夹具主要用来粗，精铣叉子两端面，满足两端面尺寸要求，在粗铣端面时，其他面都是未加工表面。

为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。

3.1.2定位基准的选择

由零件图可知：

叉子两内端面对圆柱头中心线有尺寸要求，其设计基准为圆柱的中心线。

3.1.3夹具方案的设计的选择

根据任务书要求，先设计家居方案如下：

方案一：

采用压板用螺栓联结，利用气缸夹紧，这种夹紧方式可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是成本高

方案二：

利用压板，用螺栓，螺母联结，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，成本低

本设计零件为中批生产，要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹紧方案选用方案二，利用螺栓，螺母手动夹紧，压板选择为直压板。

3.2车

外圆，端面及倒角夹具设计

3.2.1研究原始质料

本夹具主要用来车φ250-0.14mm外圆，同时车端面并倒角，保证长度尺寸、端面C对Φ25d6轴线的端面跳动不大于0.1mm。

因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高加工质量、降低劳动强度、提高生产率。

3.2.2夹具设计

3.2.2.1定位基准的选择

工件以叉子顶部和两个内端面为定位基准；

3.2.2.2夹紧力分析

由于实际加工的经验可知，本角铁式车床夹具夹紧力主要靠螺钉的预紧力即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.

3.2.2.3定位误差的分析

工件中心线与车床主轴中心的定位误差主要靠调整下端的支承块来保证，零件图规定叉子端面与主轴距离为42+0.30mm.采用定位块后,定位误差取决于定位块制造误差.同时,对定位块利用调整螺钉进行调整，定位块制造误差为±0.1mm，所以能满足精度要求.

3.2.2.4夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，为提高生产率，首先想到是怎么样方便的安装和拆卸，本道工序就是采用了球头螺钉紧固的方式。

松开螺帽，即可进行工件的更换。

3.3夹具定位原件的设计

3.3.1常用定位元件及选用

工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。

工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。

用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。

3.1.1.1工件以平面定位

（1）以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。

（2）以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。

（3）以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。

但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。

（4）以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。

（5）当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。

3.1.1.2工件以外圆柱定位

（1）当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。

V形块工作面间的夹角α常取60°、90°、120°三种，其中应用最多的是90°V形块。

90°V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。

V形块结构有多种形式，有的V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位；有的V形块适于较长的粗糙的圆柱面定位；有的V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种V形块底座采用铸件，V形面采用淬火钢件，V块是由两者镶合而成。

（2）当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。

大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。

3.1.1.3工件以内孔定位

（1）工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。

圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。

当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。

当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动锥销。

（2）在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。

因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。

综上：

正确定位，必须选对定位基准。

3.1.2对定位元件的基本要求

（1）限位基面应有足够的精度。

定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。

（2）限位基面应有较好的耐磨性。

由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。

（3）支承元件应有足够的强度和刚度。

定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。

（4）定位元件应有较好的工艺性。

定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。

（5）定位元件应便于清除切屑。

定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。

在工件定位中有很多种不同的定位方法，比如，工件以平面定位，工件以圆孔定位，工件以外圆柱定位，工件以锥孔定位等定位方法等定位方法。

这些定位方法适应在不同的场合，根据具体情况而定。

本次夹具定位分析如下：

在加工本工序以前已加工过的表面有，A、B面看，K孔。

可用A面支靠，K定位，K孔用削边销定位。

3.4自由度限制分析：

3.4.1常用定位元件所能限制的自由度

定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：

（1）用于平面定位的定位元件：

括固定支承（钉支承和板支承），自位支承，可调支承和辅支承。

（2）用于外圆柱面定位的定位元件：

括V形架，定位套和半圆定位座等。

（3）用于孔定位的定位元件：

括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），圆柱心轴和小锥度心轴。

3.4.2定位误差分析

六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。

但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。

如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。

这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD表示。

在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5～1/3，

即

ΔD≤（1/5～1/3）T（1-1）

式中，ΔD——定位误差，单位为mm；

T——工件的加工误差，单位为mm。

零件如图所示，此时工件限制的自由度分别是：

①A面支靠，限制四个自由度。

②B面用夹紧定位，可限制一个自由度，还有一个自由度没有限制。

③K孔选择一个削边销进行限制。

六个自由度完全限制。

3.4.3定位误差产生的原因

工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：

一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。

由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示。

不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。

如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。

但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。

于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。

可按下式计算：

ΔY=amax-amin=1/2（Dmax-dmin）=1/2（δD+δd）（1-2）

式中，ΔY——基准位移误差单位为mm；

Dmax——孔的最大直径单位为mm