离合圆锥齿轮端槽铣夹具设计.docx
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离合圆锥齿轮端槽铣夹具设计
《机械制造装备设计》课程设计任务书
1．对课程设计成果的要求：
1．设计结构方案应合理可行，内容正确，其结构应简单实用。
2．设计计算方法正确，制定夹具零件图加工工艺合理。
3．全面完成规定的设计任务，图面质量好，符合制图标准。
2．主要参考文献：
1．机床夹具设计手册
2．机床夹具图册
3．机械设计手册
4．机械制造装备设计教材
5．机械制造工艺学教材
6．互换性与技术测量教材
7．机械工程材料教材
3．课程设计工作进度计划：
课程设计内容
时间
完成情况
审阅图纸：
全面分析零件的技术要求，明确设计夹具的主要目的及其使用条件，准备相关技术资料
1天
拟订夹具结构方案：
1．工件定位方案拟订。
2．工件夹紧方案拟订。
3．刀具引导方案拟订。
4．夹具体结构，与机床安装方式及其他部分结构型式。
5．确定夹具的最佳结构方案，绘制夹具的结构草图。
2天
夹具结构方案精度分析和计算：
正确选择定位元件，进行定位误差分析计算，设计夹紧机构及夹紧力计算，确定各配合元件的配合关系及材料选择
2天
绘图：
绘制夹具装配图
3天
绘图：
绘制被加工零件图、夹具主要零件图（2件以上）并制定其出合理的机械加工工艺
2天
整理、编写课程设计说明书及设计体会
2天
主指导教师
田水清
日期
2012年12月22日
摘要
机械工业肩负着为公民经济各个部门提供技术装备的重要任务。
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。
夹具是机械加工不可缺少的部件，是机床和工件之间的连接装置，能使工件相对于加床和刀具获得正确位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产率。
机床夹具的性能好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，因此机床夹具设计是机械制造业、机械制造装备设计中一项重要工作，也是加工过程中最活跃的因素之一。
在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具的设计正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
按夹具的适用范围分类，夹具可分为：
通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、随行夹具。
已经标准化的、可加工一定范围内不同工件的夹具成为通用夹具，通用夹具可以充分的朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展，绝大部分可以作为机床附件有专门工厂供应制造。
而专用夹具是专为某一工件的某到工序设计制造的，所以它的设计不仅要朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展，并且更要朝着实用和简捷方面发展。
机床夹具的主要作用：
（1）稳定地保证工件的加工精度：
工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的的影响2）提高生产率：
工件不需要划线正，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚度，因此可加大切削用量；可实用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效加紧机构，进一步提高劳动生产率（3）扩大机床的使用范围和功能（4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
为了提高加工效率，在加工设备上搞高速化和高性能化是一方面，缩短安装时间，降低消耗是另一重要方面。
夹具作为一种方便安装的机构而被广泛用于现代的制造业，特别是机器加工过程中。
铣床夹具主要是为了铣槽时方便加工，便于工件的定位，并能保证一定的加工精度。
本次设计主要关于离合圆锥齿轮端槽铣夹具设计，主旨是希望设计的铣槽夹具更实用更轻便。
离合圆锥齿轮端槽铣夹具设计孔多且该孔的精度较高，所以用定位齿辅助限制定位。
最终的定位采用常见的“两面一销”，工件的夹紧靠手工拧紧螺母，通过力臂放大后作用在压板上，与定位基面共同实现对工件的夹紧。
采用联动压板的形式，可以缩短更换工件的时间，提高工作效率。
定位时选择的是以花键轴的形式定位，提供定位的准确度，同时也减少了在安装夹具时不必要的工时。
本次毕业设计也是一个专用夹具的设计。
综合所学习的机械专业所有的基础课程和专业课程，认为：
当前在中小批量的生产中，夹具的设计在实用性和可操
作性方面可以有适当的改进。
此次的离合圆锥齿轮端槽铣夹具设计，正是基于此指导思想，力图解决在实际加工过程中夹具定位的方便有效，夹具安装的简易性，夹具本身的简易性。
利用专用夹具扩大机床的工艺范围和改变机床用途，这种方法不仅在单间小批量生产条件下用来解决机床品种不足的矛盾，以充分发挥现有设备的潜力，这对于我国广大的中小企业的技术改造来说，很有现实意义的。
本文从实际零件的加工入手，分析了零件各个部分的加工对夹具的要求，进而展开了对专用夹具的设计，全文采用了零件的工艺分析、工艺规程设计、夹具设计的准备、夹具设计的方案设计、审核、总体设计、夹具零件设计、夹具转配、验证等步骤进行
这是对我们所学知识的一次深入的综合复习与应用，也是对我们在大学期间所习技能的一次综合考察，因此我们充分重视这次毕业毕业设计实践，重视理论结合实际，在实际运用中提升自己的分析问题和解决问题的能力，巩固所学知识，进一步的提高计算、绘图能力、能比较熟练地查阅和使用各种资料等，并养成严谨的工作作风和独立的工作能力，位将来工作的工作打下良好的基础。
关键词：
离合圆锥齿轮，工艺规程，夹具设计，端槽
目录
摘要-1-
1、零件工艺分析-3-
1.1零件的作用-3-
1.2零件的工艺分析-3-
2、工艺规程的设计-4-
2.1毛坯的制造形式-4-
2.2基准的选择-4-
2.3零件表面加工方法选择-4-
2.4工艺路线-5-
3、工序设计-6-
3.1加工设备与工艺设备的选择-6-
3.2工序尺寸的确定-6-
3.3切削用量的确定-7-
4、夹具设计-8-
4.1机床夹具的作用-9-
4.2机床夹具的组成-9-
5、工件定位-9-
6、夹紧机构设计-10-
6.1夹紧装置的基本要求-10-
6.2夹紧原则-10-
小结-11-
参考文献-11-
离合圆锥齿轮端槽铣夹具设计
1、零件工艺分析
1.1零件的作用
题目所给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，通过右端的两个与拨叉相配合，然后和内齿轮啮合组成齿轮副，从而传递动力：
优势还可以利用脱开的外齿轮兼做齿轮传动用，且与不同齿数的齿轮啮合，可以得到不同的传动比，从而改变及其运行的转速，实现变速或换挡功能。
传动比准确，结构简单，能够传递很大的负荷。
但是传动比是固定的几组，不能实现无极调速，不宜在高速轴上设置可调整位置的齿轮，必须配合其他的离合器才能正常工作（实现变速）。
也就是说，仅当离合器分开时，才能换挡。
换挡后再把离合器合上，才能改变传动比，传递动力。
直接将齿轮“分离”或“合上”，都会将轮齿打坏。
1.2零件的工艺分析
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、16mm宽槽口相对φ68K7孔的轴线成90°均匀分布，其径向设计基准是φ68K7mm孔的轴线，轴向设计基准是φ106.5mm外圆柱的左端平面。
3、4×φ5mm孔在6×1.5mm沟槽内，孔中心线距沟槽一侧面的距离为3mm，圆锥角度为90度。
4个φ5mm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φ106.5
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IT11Ra3.2，齿面Ra1.6。
10、右端面Ra3.2，左端面Ra6.3。
11、倒（圆）角。
2、工艺规程的设计
2.1毛坯的制造形式
零件材料为
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、反向运行，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基准的选择
定位基准的选择是拟定零件加工路线的、确定加工方案钱的重要工作。
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。
在选择基准是通常要考虑下面几个问题：
（1）哪一个表面作为精基准面或统一基准，可以保证加工精度和高生产效率；
（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。
2.3零件表面加工方法选择
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1所示。
表1加工方法选择
位置
公差等级
粗糙度（Ra/um）
加工方法
90
IT14
3.2
粗车—半精车
117h11
IT11
3.2
粗车—半精车
106.5
IT12
6.3
粗车—半精车
68K7
IT7
0.8
粗镗—半精镗—精镗
94
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
5小孔
IT14
钻
2.4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效率，使生产成本降低，并获得可观的经济效益。
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，应该根据各种加工方法的特点及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。
表2加工工艺路线
序号
工序内容
设备
1
粗车右端φ117和φ90外圆及其端面，粗镗右端φ68孔内表面和φ71圆槽内表面。
C620-1型卧式车床
2
掉头粗车左端φ106.5及端面，粗镗左端φ94内孔表面
C620-1型卧式车床
3
半精车右端φ117和φ90外圆及其端面，半精镗右端φ68内孔表面和φ71圆槽内表面。
倒右端的角（圆角）。
C620-1型卧式车床
4
掉头半精车左端φ106.5及台阶面，半精镗左端φ94内孔表面，倒左端的角（圆角）。
C620-1型卧式车床
5
滚齿轮。
Y3150型滚齿机
6
钻φ5孔，锪沉头孔。
Z525型立式钻床
7
精镗φ68内孔表面
C620-1型卧式车床
8
铣槽
X62W卧式铣床
9
钳工去毛刺
10
终检
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2所示。
3、工序设计
3.1加工设备与工艺设备的选择
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
117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
68K7内径百分表
精镗
67K7孔时，用三牙锁紧式圆柱塞规
轴向游标卡尺
表3加工设备与工艺设备的选择
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
公法线千分尺
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
3.2工序尺寸的确定
（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、表面粗糙度如书中表7-5所示。
表7-5
加工面
工序
余量
精度等级
工序尺寸
工序尺寸公差
117H11齿面
粗车
2．5
IT11
118．5
0
-0.220
半精车
1．5
IT9
117
0
-0.087
106.5
外圆
粗车
3．5
IT11
108
0
-0.220
半精车
1.5
IT9
106.5
0
-0.087
90外圆
粗车
2．5
IT11
91.5
0
-0.220
半精车
1．5
IT9
90
0
-0.087
94孔
粗镗
2.5
IT11
94
68K7孔
粗镗
3
IT11
70
+0.190
0
半精镗
2
IT9
69
+0.074
0
精镗
1
IT7
68
+0.030
0
3.3切削用量的确定
切削用量合理选择是指在加工质量的前提下使生产率提高、生产成本降低切削用量。
选择切削用量数值合理与否，对于切削加工的生产率、加工质量和生产成本都具有非常重要的作用。
生产中切削用量确定的方法是，根据加工要求和加工条件，选用生产实践中总结的资料，在必要时可进行工艺试验来获得。
由于切削速度对切削加工影响最大，其次为进给量，影响最小的是背吃刀量，因此，选择切削用量步骤是：
先定背吃刀量，在选进给量，最后确定切削速度。
确定各加工工序的切削用量
（1）粗车上端外圆
外圆车刀代替端面车刀，刀具
，
，
。
根据加工余量和机床刚度，选择吃刀深度
，一次走刀，进给量
。
刀具耐用度
。
理论切削速度：
确定机床的主轴转速：
选择机床主轴转速：
所以实际切削速度：
（2）粗车下端外圆
从
切至
，采用外圆车刀
，
，
；加工余量
，所以
，
因此选择吃刀深度
，一次走刀，进给量
。
理论切削速度：
4、夹具设计
在机械加工中，在机床上用来确定工件并将其压紧夹牢的工艺装备称为机床夹具。
不仅单件小批量生产中需要它，成批大量生产更不可缺少。
机床夹具是机床和工件之间的连接装置，能使工件相对于机床和刀具获得正确位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产率。
机床夹具的性能好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，因此机床夹具设计是机械制造装备设计中一项重要的工作，也是加工过程中最活跃的因素之一。
4.1机床夹具的作用
（1）稳定地保证工件的加工精度用夹具装夹工件时工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，因此可使一批工件的加工精度保持一致。
（2）提高生产率使用夹具装备工件方便、快速，工件不需要划线、找正，可显著地减少辅助工时；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚度，因此可加大切削用量；可使用多件、多工位装夹的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。
（3）扩大机床的使用范围有些机床夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。
（4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
4.2机床夹具的组成
虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。
将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的几个组成部分如下，这些组成部分既相互独立，又相互联系。
（1）定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置。
（2）夹紧元件及夹紧装置用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置。
（3）对刀或导向装置用于确定工件与刀具相互位置的元件。
（4）连接元件用于确定夹具在机床上正确位置的元件。
（5）夹具体用于将各种元件、装置连接成一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。
（6）其他装置或元件根据加工需要而设置的装置或元件。
需要指出的是，并不是每台夹具都具备上述个组成部分，但一般来说，定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具中不可缺少的三部分。
5、工件定位
由上可知，如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。
在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。
如果工件的六各自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。
因此，定位实质上就是限制工件的自由度。
分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。
用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。
通过机械制造工艺学的学习，我们了解到六点定位原则的几个主要问题是：
1.定位支承点是定位元件抽象而来的。
在夹具的实际结构中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。
根据数学概念可知，两点决定一条直线，三点决定一个平面，即一条直线可以代替两个支承点，一个平面可以代替三个支承点。
在具体应用时还可以用窄长的平面（支承条）来代替直线，用较小的平面来代替点。
2.定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。
3.分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。
工件的某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。
使工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。
6、夹紧机构设计
6.1夹紧装置的基本要求
夹紧装置除要求能将工件夹紧压牢之外，还对工件的加工质量、生产
率、生产成本及操作工人的劳动强度等均有较大的影响。
因此，在设计夹紧装置时应满足一下要求。
（1）夹紧过程中，必须保证定位准确可靠，即不破坏原有的定位。
（2）夹紧力要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。
（3）夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要力求简单，工艺性好，便于制造和维修。
（4）夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证在源动力波动或消失后，仍能保证夹紧状态。
（5）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力、迅速，符合操作。
6.2夹紧原则
（1）在夹紧的过程中，不至于因工件重力的影响而破坏正确定位；
（2）在夹紧的过程中，夹紧力不应使获得正确定位的工件脱离正确位置；
（3）在夹紧过程中，应使工件不产生超出表面形状精度（如平行度，垂直度，圆柱度等）允许范围的变形；
小结
此刻我们怀着轻松有点激动的心情在这里写这些东西。
也许说的有些过分有些夸张但是我们总算可以松口气啦！
两个星期好多同学都在抱怨忙。
一个字“忙”真的很难概括一直在忙。
课程设计目：
使学生在机械绘图、机械制造工艺、夹具设计等方面进行一次较为全面的系统性训练，使学生掌握各种机床装备应用技能，加强对机械制造技术的认识，熟悉机械零件的从毛胚到成品的生产过程……
内容包括：
编制零件绘制机械加工工序简图、机械加工工艺规程、备选择机床工艺装、确定切削用量、撰写机械加工工艺及装备课程设计说明书。
组长分工到位：
做加工工艺规程，计算确定切削量，这两个星期我们很频繁到图书管很频繁的关电脑，但是我们却总感受着我们专业少带给我们仅有的快乐。
也许明天的我们的某个人从事的就是我们专业，渐渐地有一种感觉叫兴趣和默契在我们之间传开直到完成我们的任务……
在这期间我们遇到很多困难，但经过我们共同的问题共同提出来共同解决，还有组与组同学之间在一起讨论、一起钻研这是从没有过的认真。
这是一个大家很好的交流平台，虽然有一天我们都将走出校园但相信我们每个人都会记得这次难忘的课程设计，不一样的日子……
参考文献
［1］赵家奇．机械制造工艺学课程设计指导书（第2版）［M］.北京：
机械工业出版社，2000.10
［2］李云．机械制造及设备指导手册［M］.北京：
机械工业出版社，1997.8
［3］孟少农．机械加工工艺手册［M］.北京：
机械工业出版社，1991.9
［4］徐圣群．简明加工工艺手册［M］.上海：
科学技术出版社，1991.2
［5］徐圣群．简明加工工艺手册（第2版）［M］.北京：
机械工业出版社，2003.1
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［7］沈鸿．机械工程手册.（第九卷）机械工业出版社，1983
［8］南京机械研究所．机床夹具设计图册．机械工业出版社，1984
［9］王绍俊．机械制造工艺设计手册.机械工业出版社，1985
［10］刘仁家．机械设计常用元器件手册.机械工业出版社，1995
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［12］赵小松．机械制造装备设计.华中科技大学出版社，2009
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