变速箱外壳零件的钻孔专用夹具设计

学号101143171121毕业设计（论文）变速箱外壳零件的钻孔专用夹具设计教学学院：智能制造学院指导教师：专业班级：机自1176班学生姓名：二〇二一年五月毕业设计(论文)任务书学生姓名专业班级机自1176指导教师工作单位智能制造学院设计(论文)题目变速箱外壳零件的钻孔专用夹具设计设计（论文）主要内容：课题主要针对多轴钻孔专用组合机床钻孔夹具设计。主要完成壳体前端面钻孔：连接孔4-Ø17（通孔）、螺孔9-Ø8.3-8.5(通孔）；后端面钻孔：放油孔Ø29.2（通孔）、倒档孔Ø26（通孔）、螺纹底孔10-Ø8.3-8.5(通孔）、放油孔Ø8的夹具设计。要求完成的主要任务及其时间安排:第1周对壳体零件进行工艺分析，确定该零件工艺过程方案设计与论证；第2—3周确定钻孔夹具方案设计与论证，撰写开题报告；第4—6周完成专用夹具设计（2张装配图）第7—10周完成通用部分的选型；第11周按学校毕业设计要求撰写毕业设计说明书；第12周完成手工绘制图纸一张；完成装配图或两张复杂零件图的三维造型；第13周参加毕业答辩，交毕业设计说明书（含开题报告）。必读参考资料：1.机床夹具设计手册(第三版)，上海：王光斗、王春福主编，上海科学技术出版社出版，2000年2.机械设计手册北京：化学工业出版社20013.金属切削手册，上海：张益芳主编，\t"/item/%E9%87%91%E5%B1%9E%E5%88%87%E5%89%8A%E6%89%8B%E5%86%8C/_blank"上海科学技术出版社出版，2011年实用金属切削加工工艺手册（第二版），北京：陈家芳主编，机械工业出版社，2014.指导教师签名：吴晓光系主任签名：汪芳盖章毕业设计(论文)开题报告题目变速箱外壳零件的钻孔专用夹具设计1．背景及意义（含国内外的研究现状分析）：二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低达2.5~0.63微米:镗孔精度可达I7~6级，孔距精度可达0.03~0.02微米。

专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。

最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。

支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。

输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。

控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在.台组

合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。2．基本内容和技术方案：组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到应用，并可以组成生产线。

组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。1)定位方案工序图只是给出了原理方案，要分析本工序的工序内容及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件；2）由前后钻孔而计算出的切削力，计算夹紧力。确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件，选择和设计动力源；3)绘制夹具零件图和装配图；4)编写说明书(论文）；本次设计通过基于三维的变速箱壳体组合机床夹具设计，提高了加工精度及保证了相应的位置精度，同时大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的生产成本。3．进度及时间安排：第1-3周:考虑总体方案，参数化设计的总体方案，完成开题报告。

第4-6周:完成总设计图、部件图、零件图；第7-10周:完善图纸，中期检查;第11周:图纸修改，并完善相关的设计计算;第12周:编写毕业设计说明书;

第13周:对设计进行检查、纠正、整理、综合;最后打印，交指导老师复查。4．指导老师意见：指导教师签名：年月日郑重声明我郑重声明，提交的论文是我在老师的指导下进行的独立研究的结果。除了在文本中特别标记和引用的内容外，本文不包括已出版或撰写的任何其他个人或集体作品。本人签名：日期：目录TOC\o"1-2"\h\u摘要 摘要本文的主要内容就是设计一款高效实用的组合机床钻端面孔夹具。汽车变速箱零件上的孔数多，如果采用普通的钻床加工效率低，精度也比较低。特别是对于生产批量大的工件，采用专用的钻孔组合机床能提高生产率和精度[1]。由于组合机床的自动化程度较高，因而组合机床的夹具和通用机床的夹具是有所不同的，因此采用液压机构进行夹紧，并采用连动销定位。本文的主要内容就是设计一款高效实用的组合机床钻端面孔夹具，文中给出了具体的设计过程，以及绘制了机床夹具装配图、零件图以及工序图[2]。关键字：组合机床；钻端面孔；夹具；自动化AbstractThemaincontentofthispaperistodesignanefficientandpracticalcombinationmachinetooldrillingendfacefixture.Therearemanyholesintheautomobilegearboxparts.Ifthecommondrillingmachineisused,themachiningefficiencyislowandtheprecisionislow.Especiallyfortheworkpiecewithlargebatchproduction,theuseofspecialdrillingmachinetoolcanimproveproductivityandaccuracy.Becauseofthehighdegreeofautomationofthecombinedmachinetool,thefixtureofthecombinedmachinetoolandthefixtureofthegeneralmachinetoolaredifferent,sothehydraulicmechanismisusedtoclampandtheconnectingpinisusedtolocate.Themaincontentofthispaperistodesignanefficientandpracticalcombinationmachinetooldrillingendfacefixture,thespecificdesignisgiveninthispaperProcess,aswellasdrawingmachinefixtureassemblydrawings,partsdrawingsandprocessdrawings.Keywords:CombinationMachineTool;DrillingEndFace;Fixture;Automation1绪论目前，机械制造业在我国是一个非常重要的产业，特别是现代制造业将改变人们的生产方式、生活方式、管理方式和社会组织结构和文化。机械制造业作是多年来作是传统的领域发展，积累了大量的理论和实践经验，以加工方法是核心。机械制造业已成是基础产业，面临严峻挑战[3]。由于中国巨大的市场潜力和丰富的劳动力资源，世界制造业向中国成是世界制造业大国。因此，在我国机械制造业中，加工方法的创新尤是重要。机械制造业是一个国家最基本的工业，但也决定一个国家制造业的整体水平。面对国际市场日趋激烈的竞争，中国机械制造业面临严峻挑战。我们在技术上落后，缺乏资金，缺乏资源，管理系统和周围环境仍然存在许多问题有待改进和完善，这些问题给我们带来了许多麻烦，很快赶上了世界先进水平。随着中国改革开放的深入，我们给中国机械工业的振兴和发展带来了前所未有的利益[4]。此次设计是整个大学学习课程的基础，经过技术基础课程和专业课程。在设计过程中学到的关于大学课程及相关绘图软件的应用，全面的综合复习，也是一种理论和实践的训练。2组合机床简述2.1组合机床特点组合机床主要由通用零件组成。故而这种机床更加具有灵活性和适用性，最终可以成为满足加工要求的新设备.它还具有能够重新修改和替换的优点，因此可重复使用某些通用零件；该技术在某些特定的场合中具有适用性，可按照最合理的加工程序进行加工。另外，也可实现多方向的加工处理，因而显著缩短了工件的加工周期；适合自动线的大规模的生产批次，能够实现集成化、系统化生产；2.2组合机床的组成和配置组合机床按机型分为大型和小型机床。而前者主要涉及如下几种装置：（1）单工位组合机床；（2）多工位组合机床；大型组合机床的配置形式有立式、卧式、倾斜式以及复合式。2.3组合机床的性能所设计的组合机床应能够实现高度的自动化，且具有规模化生产能力，因此在性能上有着严格的要求。3工艺设计3.1变速箱壳体的结构特点汽车变速箱是汽车的主要部件之一，本文给出了具体的设计过程。其中设置有一系列的器件，比如轴齿轮、拨叉等，它们起着不同的作用。该机构是将驱动装置发出的动力传给驱动桥，因此是进行转速调节的一个模块。变速箱壳底的设计也是本文着重要分析的一个当面，其是变速箱装配的基础件，因此要进行科学合理的设计。通常，变速箱壳体是加工工序劳动强度大的器件，其关系着装置的整体性能，因此本文给出了其具体的设计过程。变速箱壳体是薄壁类零件，主要是针对平面和端面孔进行设计和分析。这两者都需要有较高的精度才能保证产品的最终质量。通常对端面孔加工的精度要求严苛，尤其是对轴承端面孔、螺栓端面孔等需要进行精心设计。装置中，后端面以特定的方式与后桥连接，从某种程度上来说，其是装配基准，故而对其质量也提出了较为严苛的要求。3.2变速箱壳体技术分析零件上的端面孔是主要是轴承端面孔，其对最终产品的加工质量起着很大作用，对于该部分的设计主要考虑到其尺寸精度和几何精度两个方面。在满足以上两个要求时，才能保证轴的旋转精度，传动噪声的平滑度等，另外高质量的端面孔能够延长装置的使用寿命。轴承端面孔的尺寸精度要求为7级。而根据设计要求，可确定出形状精度，即±0.05。在本小节中，将具体给出轴承端面孔之间的相互位置精度的设计过程。在实际应用中，由于同一轴线上的每对轴承端面孔在不同的壁上，故而此种情况下对应的两个轴承端面孔轴向度不同会导致轴承倾斜，此时轴的旋转具有良好的准确度，也不易出现器件老化的问题。所以规定:O1和O2两轴按照特定的方式进行设置，保证在通过其共同面上的不平行度小于0.06。另外，经过进一步的分析可知，O2和O3两轴歪斜度在150长度上。此处，为了满足设计需要，端面孔的同轴度应为0.05毫米。需要指出的是，在实际应用过程中，轴心线之间的距离过小会使齿轮啮合时没有齿侧间隙。在特殊情况下，出现齿轮咬死的可能性增加。为避免出现以上情况，通常各轴承端面孔之间的轴心跳动公差均为±0.05，在设计过程中，需要进行重点考虑。平面度的要求T1端面对O1轴的跳动量在0.08以内，T2端面对O1轴则应在0.01以内，T3端面对O3轴应在0.01以内。3.3毛坯的材料种类变速箱壳体是壳体零件，此处为了保证机构的牢固度和结实度，材料选用的是灰铁，HT15-32。硬度HB＝163-229；；另外，为了保证加工的顺利进行，毛坯零件宜选用铸铁。与其相较而言，铸钢的流动性更差，由此加工的器件质量难以得到保证，同时成本上升，没有必要，而铸铁操作起来更加简单，效率更高，且具有流动性好，吸震等特点，是非常理想的一类材料，本文结合实际需要并通过对比分析，选用HT15-32。对箱体类零件毛坯的加工也是本章所要重点探讨的方面，其主要是采用传统的铸造方法加工。锻造在目前已经获得了广泛应用，但是其有一定局限性，体现在锻造方法实施起来难度较大且成本高昂。在本次研究中，经过对比分析，并考虑到本零件属于大批量生产以及其他的相关影响因素，此处毛坯加工方法为金属模砂型，铸造[8]。3.4定位方案对于箱体类零件，一般情况下选择工艺较为成熟的一面两销的典型定位方法。这种方法的优点主要体现在可有效的控制工件的六个自由度。更为重要的是，采用这种方法，可完成加工过程中的基准统一，且夹紧方便，因此是零件加工中非常理想的选择。另外汽车变速箱壳体重量较轻，在满足定位销正常使用的前提下，上面的壁厚量能满足在夹紧力时不会发生物理变化的。故而结合各方面的情况考虑，采用一面两销定位方式[17]。3.5工艺方案表3.1工艺流程工序号工序名称工序内容1粗铣上端面以左右端面和下端面为基准粗铣上端面2精铣下端面以上端面为基准精铣下端面3精铣底面的外表面以底面和锥销孔为精基准精铣底面的外表面4精铣左右端面上圆的外表面以底面和锥销孔为精基准精铣底面的外表面5精铣前后端面圆的外表面以底面和锥销孔为精基准精铣底面的外表面6精铣上表面以底面和锥销孔为精基准精铣底面的外表面7前端面：粗镗4个ф17的孔以上端面和左右端面为精基准8前端面：粗镗9个ф8.5的孔以上端面和左右端面为精基准9前端面：精铣ф17的孔以上端面和左右端面为精基准10后端面：精铣ф8的孔以上端面和左右端面为精基准11后端面：粗镗ф29.2的孔以上端面和左右端面为精基准12后端面：粗镗ф26的孔以上端面和左右端面为精基准13后端面：精铣10-ф8.5的孔以上端面和左右端面为精基准14后端面：精铣ф29.2的孔以上端面和左右端面为精基准15后端面：精铣ф26的孔以上端面和左右端面为精基准16后端面：精铣10-ф8.5的孔以上端面和左右端面为精基准17钻前端面9-ф8.3-8.5的孔钻9-ф8.3-8.5的孔18钻后端面10-ф8.3-8.5的孔钻10-ф8.3-8.5的孔19精铣前后端面以左右端面和下端面为精基准20去毛刺进行去毛刺处理21清洗清洗工件22检验零件终检3.6机械加工工序卡见机械加工装配工序卡。4机床部分设计4.1工序图工序图中的一些要求：1.在设计过程中，需首先确定出夹紧位置和夹紧方向，由此，才能更有效、更快速的设计夹具的定位支撑以及其他相关机构。2.在图中，需对相关零件的相关信息比如数量、名称、重量等进行说明。中间导向套是装置中不可或缺的部分，在对该器件进行设计时，要表示出零件内部的筋、壁布置等的大小，此种情况下，之后工件夹具刀具的检查才能顺利完成，在设计过程中还需注意的是，被加工零件的形状尺寸要具体说明，以保证图的有效性和直观性[5]。3.应标注加工部位的尺寸精度以及相关参数的要求。在本次研究中，被加工零件的年生产量非常大，因此为了满足集成化、标准化的生产，其材料为HT15-32，硬度HB＝163-229，其应当符合以下标准:首先，T1端面上13个端面孔，表面粗糙度Ra1.6微米。T2端面上14个端面孔。粗糙度与前者相同。具体情况如下。图4.1工序图4.2加工示意图具体内容如下：⑴首先是对刀进行说明，此处涉及到的因素包括加工要求、加工特点等，之后，就可以确定出所需刀的数量，结构尺寸[11]。⑵标注出具体的加工流程。⑶主轴是需要重点说明的对象，此处涉及到的因素主要包括结构类型，规格尺寸及外伸长度。此外还需要说明的参数包括切削用量。⑷以上器件确定好以后，接着进行标主轴连杆的选择，在这一环节中，还要考虑到夹具与工件的接触尺寸、配合和精度等。4.2.1数据准备⑴决定切削用量该参数的选择将决定加工精度，同时，对其进行有效确定可延长刀具的使用寿命，并可提高生产率。通过梳理以往的相关资料可知，通常是万能机床单刀加工的30%。在大多数场合中，为符合设计标准，工具的每分钟进给必须相同，而此过程中也要考虑应与电动滑台的进给一致。还需指出的是，其单位时间内进给速度应适合所有工具的平均值。基于以上的论述以及为满足研究需要，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同进给速度，这样才能保证其在不同的场合中都有良好的适用性[6]。即:n1f1＝n2×f2＝…＝nifi＝∨f。（4.1）同时，由于与动力部分的连接，刀具的大小也有着较大差别，相应的，在不同场合中选择切削参数也具有较大差异。此处还需满足的是钻端面孔要高切削速度和每分钟小进给。铰端面孔的要求则与之恰好相反。锪头端面孔的端面要求切削速度低[12]。基于前文的论述，且经过对比分析，同时考虑加工精度以及工件材料的硬度，加以整理得出以下数据:表4.1前端面钻端面孔：孔径孔号∨米/分S毫米/转n转/分Φ8512.570.126500Φ8.56～1312.80.131480Φ171～418.690.18350表4.2后端面钻端面孔(包括倒挡端面孔)孔径孔号V米/分S毫米/转n转/分Φ261220.234269Φ29.2221.50.269234Φ8312.570.126500Φ8.5414.40.12524Φ8.55-1413.350.126500⑵切削力，切削功率、刀具耐用度和切削扭矩本文给出了这几个参数的具体设计过程以及涉及的相关公式。在对参数进行求解时，需要考虑切削的三个要素，而在动力件选择过程中，需要考的主要因素是切削力；之后还要对刀具的耐用性进行确定，如此才能保证加工的顺利完成[11]。主驱动电机的功率，确定切削扭矩，在此基础上，进一步确定出M、P、T、N：此处，由于加工对象硬度HB＝163～229→计算硬度HB＝1.937另外，通过查阅相关资料，可对P、M、N数进行修正，具体情况如下:Kp＝1.027Km＝Kn＝Kp＝1.027（4.2）以上步骤完成后，就可以确定出T、P、M、N如下表：表4.3切削力，切削功率、刀具耐用度和切削扭矩孔号孔径V米/分S㎜/转n转/分MoNoToPoMNTP5Φ812.570.1265002500.12918000102256.750.132534866104.751-4Φ1718.690.1848013900.5111002851427.530.5242130.72926-13Φ8.512.80.1313502980.15515000115306.50.159229055118.11表4.3续表孔号孔径v米/分㎜/转n转/分MNTP1Φ26220.23426938501.082205503953.951.1092426564.852Φ6923454501.291807105601.261.325348.66729.173Φ812.570.1265002500.12918000102256.750.132534866104.74Φ8.514.40.125242440.141200098250.590.143823244100.655-14Φ8.513.350.1265002870.1516000100294.7507（4.3）左动力头Kg右动力头kg（4.4）左动力头（kw）右动力头（ kw）由课本《组合机床及其设计》表2-4可选出液压滑台，型号HY40B,台面宽400mm，行程630mm，进给力25000N；油缸内径/活塞直径100/70，油泵流量25L/分，快进速度6.3米/分，最小进给量10毫米/分[10]。初定主轴类型、尺寸外伸长度和选择接杆此处首先需要确定出切削扭矩M的大小，该参数主要以切削用量作为计算依据。在这一环节的设计中，通过查阅《组合机床设计》得出机构相关参数，具体情况如下：表4.4左端主轴主轴号孔径主轴直径导向套长主轴外伸尺寸莫氏锥号接杆号刀具有效长度D/dL5Φ8153022/1485111096-13Φ8.5203830/20115241091-4Φ17254838/261152159表4.5右端主轴主轴号孔径主轴直径导向套长主轴外伸尺寸莫氏锥号接杆号刀具有效长度D/dL1Φ26305750/361153132502Φ29.2307250/361153131753Φ8153022/1485111094Φ8.5203830/20115241095-14Φ8.5203830/2011523109钻端面孔主轴大致包含如下几类：底锥主轴、滚珠主轴和滚针轴承，它们在装置运行中发挥着不同的作用。此处需要指出的是，由于钻端面孔时轴向力较大，故而宜采用前方带推力轴承的主轴、带推力轴承的滚针轴等，然而后者在精度上难以得到保证，并且不便于使用和机器维护，在某些场合中并不十分适用；直径为15毫米的主轴，制作难度较大，且其精度也不够理想，只在特定的场合具有使用性。在确定主轴直径和主轴形式时，根据以往的实践经验来看，只要两端面孔中间距满足设计要求，即便直径较小，通常也使用直径更大的轴，而当且仅当中心距受限制时，才采用直径较小的轴[14]。1).左面主轴的直径外伸长度和主轴形式装置的左动力头中，主轴5和主轴5中心距较小，因此结合以往的实践经验，在扭矩允许的情况下，要尽量小些，故而，此处宜采用用15mm的滚针主轴，结合各方面的情况来考虑后，6~13选用了20mm的主轴，其他情况下则采用25mm的主轴。2).右面主轴直径，外伸长度及主轴形式装置中右动力头中主轴、和主轴7/8间距24mm，故而在不影响其运行的前提下，主轴3只能采用15mm的滚针主轴。而结合各方面情况考虑，主轴7、8亦只能采用直径为20mm的滚珠轴承。在实践中，会出现轴承间回归相互影响的情况，因此设计时轴承之间要前后错开，这样才能保证工件的质和精度。3）刀具的选择刀具的选择是否合理关系着加工精度，因此要结合各方面的情况来考虑，比如表面粗糙度，切屑去除率等。钻端面孔时，需要注意工具的直径应与加工零件的尺寸精度保持高度一致性，另外，相应的长度应在合理的范围内，以便于去除切屑。通过查阅相关资料，可得出如下表所示的结果：表4.6左面刀具孔号孔径锥头dLl莫氏圆锥5Φ8Φ819010916-13Φ8.5Φ8.519010921-4Φ17Φ172571593表4.7右面刀具孔号孔径锥头dLl莫氏圆锥1Φ26Φ2637125032Φ29.2Φ29.229617533Φ8Φ819010914Φ8.5Φ8.519010925-14Φ8.5Φ8.51901091根据刀具的选择是一个重要的设计环节，需要考虑的影响因素众多，比如加工部位的直径和尺寸精度，例外还有一个不可忽视的影响因素是刀具螺旋槽尾端与导向套外面的间距，只有满足以上条件，才能保证排屑的顺利实现，因而此处必须选择锥柄加长麻花钻,φ29.2的端面孔满足设计需要，普通的锥柄麻花钻达到设计标准；φ8，φ8.5的端面孔必须选择锥柄长麻花钻。4）选择导向结构分为固定导轨和旋转导轨，两者在不同的场合均发挥着重要作用，其中固定导轨的允许线速度为V<20m/min，后者的这一数值为V>20m/min，其在直径25mm以上端面孔的加工中更具有适用性，而根据以往的实践经验，刀具在导向装置中工作，故而该器件的导向装置设计也是非常钟重要的环节。刀具导向形式的选择需要考虑加工精度等，只有进行合理的选择，才能保证机床的工作状态良好。在进行具体设计时，直径大于25毫米的端面孔的速度小于20米/分钟，在其他情况下，应考虑各影响因素来进行速度的设计。但通常都小于或稍大于20m/分，钻端面孔在精度方面的要求也较低，且钻端面孔的工件壁厚较薄，同时考虑到在应用过程中，摩擦发热也不太严重，因而此处采用固定式导套；还需指出的是，在这一环节的设计中由于倒档端面孔是双层壁上钻端面孔，故而此处设置两个导向套。（1）:确定导套的规格通过查阅相关资料可知=()d，此处对端面孔的加工精度不会造成太大影响，同时其影响因素并不多，主要是考虑导套在钻模板上紧固的可靠性。需要指出的是，在具体设计时应尽量用较小的导套，否则会对、钻头的精度造成较大影响，另外为了保证设计的顺利完成，尽可能取规格一样的导套。由于需要实现规模化、批量化生产，为了使磨损的钻套易于更换，应选择通用型的钻套。另外，为了在实际应用中不损坏钻端面孔模板，需要在特定的位置添加一个衬套，将钻套放置在衬套内。通过查阅相关资料，可得出如下结果：图4.2衬套钻套用衬套GB2263-8材料d≤25mmT10Ad>25mm20渗碳钢 热处理：T10AHRC58~64 20渗碳深度0.8~1.2 HRC58~64图4.3可换钻套可换钻套GB2264-80材料d≤25mmT10A d>25mm20渗碳钢热处理：T10AHRC58~6420渗碳深度0.8~1.2 HRC58~64（2）:导套的选择通过查阅相关资料此处选用的压套螺钉M8T0249-41图4.4导套钻φ8.5的孔：导套：T0249-42中间套:16H7×20T024943钻φ8的孔：导套：T0249-42中间套:14H7×20T024943钻φ17的孔：导套：T0249-42中间套:25H7×35T024943钻φ26的孔：导套：T0249-42中间套:30H7×45T024943钻φ29.2的孔：导套：T0249-42中间套:30H7×45T024943在装置中，可换导套和中间套是不可或缺的部件，通常对其有很高的硬度，以提高其耐磨性。在本环节的设计中，结合各方面的情况考虑，直径小的导套选用材料为T10A，对其进行升级后，可得到硬度为HRC,此处为了保证机构的结实度，直径大的导套端面孔径则采用20的渗碳钢，采用特殊工艺进行加工后，其硬度为HRC表4.8导向导向类别工艺方法dD第一类导向钻孔G7或F8（2）：导向装置的配合5）确定加工结束后时主轴箱端面到工件端面的距离在这一环节的设计中，工中φ17端面孔的主轴是非常重要的一个部分，也是本文所重点探讨的对象。接杆长度先定位230mm，对于此类机构，已知的参数主要包括：钻模套长=48mm,切入长度=17mm。为了符合设计标准，采用主轴箱端面到工件端面最小的距离，可通过如下方式求解：（4.5）在以上步骤的基础上，接着调整其它接杆的长度以符合设计标准。钻倒档端面孔的主轴还需要对以下参数进行求解：（4.6）在大多数场合中，为了便于后期器件的维护和保证工艺的精度，左面主轴箱端面至工件的距离取384mm，右面主轴箱是与之对应的器件，取440.4mm，然而为了保证后期维护的便利性，故两者端面至工件的距离448.7mm。选择接杆的型号和规格延长杆与工具主轴的延长部分匹配。故而，在对前者进行选型时，需符合莫尔斯锥度和主轴延伸部分内径。另外，结合端面孔的深度可以进一步确定出该机构的长度，型号和规格。表4.9左面接杆主轴号主轴外伸尺寸接杆莫氏锥号接杆标号D/L5Φ22/148511-360T0635-011-4Φ38/2611528-300T0635-016-13Φ30/2011524-330T0635-01表4.10右面接杆主轴号主轴外伸尺寸接杆莫氏锥号接杆标号D/L1Φ50/36115313-280T065-012Φ50/36115313-295T065-013Φ22/148511-330T065-014Φ30/2011524-330T065-015-14Φ30/2011513-310T065-01.根据前文的分词，得到相应的加工示意图。（4）动力部件的工作循环及行程该环节中，主要是对以下参数进行确定：a.工作进给长度的确定切入长度的确定应当科学合理，以保证工件端面的的准确性和有效性。通常该参数的取值在之间，取为结合实际情况，可确定出左动力头上的工作进给长度40mm。对应的右动力头工作进给长度则通过以下方式来求解：为了满足设计要求，通常右动力头的工作循环分为两步进行，因此该机构需进行如下计算：第一工进长度为：取：53mm；采用相同的方法来求解第二工进长度：取：47mmb.快速退回长度的确定在具体设计中，组合机床的快速返回行程应确保所有工具最终返回夹具导向套，而不会影响工件的装卸。虽然该工具具有良好的刚性并且可以满足生产率的要求，但是如果电动滑动台的导轨在整个长度上均匀地磨损，则行程长度也可增加。首先可以确定的是冲程长度为100mm，本文绘制了工作循环图，如下：图4.5工作循环c.动力部件总行程长度除了保证工作行程长度之外，还应确保后期刀具维护的边便捷性和高效性，所以需要考虑预备份量。在我们的理解中，储备是指安装误差和一些不可避免的刀具磨损因素，这使得有必要留出距离进行前端调整。而备份量指的是轴向距离，其可以保证刀具到导套外侧的距离符合设计标准。而在具体的设计过程中，需满足连杆连同刀具从主轴端面孔退出有一定间隙这一要求[18]。据以上原则：左动力头取前备量为35mm；在前期的研究中，确定了滑台根据切削时的轴向力，故而，此处可进一步计算出具体的后备量=400-100-35=265>110mm。本文对于液压滑台的选型具有科学性，因为其除了能保证工作行程外又能保证前后备量达到设计标准。5生产效率5.1机床生产效率在加工示意图的制作完成之后还需确立机床生产率。设计组合机床时，我们还需要将有关数据编写入计算卡中来总结出设计是否满足制定时的要求。通过这些记录我们能得出方案合理与否的结论。所以，计算卡的编织十分重要，这需要这些相关值的设定是否准确与合理，最终编订生产率计算卡。机床单件加工工时。=+（5.1）实际上生产率为=X（5.2）要求设置为两班倒制，一天工作时长为14个小时，一个月需要工作22天，则全年工作时长为三千六百九十六个小时。预期的年产量为八万件。通过计算，左多轴箱为0.5+0.01+0.59+0.0167+0.1+0.5=1.72min，右多轴箱为0.5+0.0167+0.0065+0.62+0.0167+0.1+0.5=1.76min可以总结出右动力头在加工时需要的时间更长，所以按右边花的时间来计量。考虑到工人的其他动作，单件时间比计算值增加0.5min，则单件加工时长一共需要2.26min。通过计算得：机床实际生产率为80000÷3696=21.6（件/小时）理想生产率为=60÷2.26=26.5（件/小时）负荷率为η=21.6/26.5=81.5％满足设计时的要求。表5.1机床生产效率卡名称汽车变速箱外壳毛坯种类灰铸铁材料HT150硬度HB190-230双面钻孔工序号工步名称被加工零件个数（个）加工直径（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度m/分每分钟转速r/mm每转进给量mm/r每分进给量mm/r工时（分）机加工辅助工件定位加紧10.5左动力头快进Φ176060000.01左动力头工进204016.03000.22567.50.59左动力头快退10060000.0167右动力头快进Φ264060000.0065右动力头工进366022.22700.25067.50.62右动力头快退10060000.0167死挡铁0.1工件松开0.5单件总工时左1.72分、右1.75分机床实际生产率Q121.6机床理想生产率Q26.5负荷率η负81.5%6组合机床夹具及其设计6.1组合机床夹具简述夹具是组合机床的重要组成部分。该机构大致分为三个模块，分别是定位支撑系统，夹紧机构和刀具导向装置，它们在装置的运行中发挥着不同的作用。该机构是根据机床工艺计划而设计的，其主要功能是固定已加工的零件，以避免工件出现相对位移。6.2组合机床夹具设计6.2.1定位精度夹具在机床上的定位精度是不容忽视的重要方面。其影响因素众多，主要包括定位元件的布置，定位参考值的形式等。在这一环节的设计增中，需注意夹具制造的可行性。本小节中给出了具体的设计过程。6.2.2夹紧方式夹紧方式的选择通常受到众多因素的影响，为了保证机构有良好的物理特性，可采用多点夹紧或宽爪夹紧，另外，在具体设计过程中，也可在工件刚性薄的部位进行特殊处理。6.2.3结构设计需要满足可靠性又要确保机构能长时间高效的运转，故而需要对该机构进行详细设计。6.3定位机构6.3.1定位方案方案1：用前面及其上面的两轴承端面孔为基准，这种方法的优点是能够有效的限制工件的六个自由度，定位精度也能得到保证，同时也存在一定的局限性，即本工序中是要在前后面上钻端面孔，而该方法难以满足这一条件，因此应作进一步的调整。方案2：采用上接合面两个φ12的端面孔为基准，这种设计方法具备了前者的优点，且能够满足本次研究需要，故而采用这一方法展开研究。6.3.2定位元件和自由度本文的定位元件为一面两销，这种设计方法限制了全部6个自由度。在具体设计过程汇总，必须是一个圆柱销与一个菱形销，才能保证不会出现过定位问题。2个定位端面孔的中心距有公差，其与两销中心距通常存在一定的出入，菱形销则可以降低这种误差。其相应的长轴需要与特定的方式来设。“一面”限制3个自由度，即沿Z轴的转动、绕X轴的转动、绕Y轴的转动，“两销”的圆柱销限制2个自由度，即沿X轴的移动、沿Y轴的移动，菱形销限制1个自由度，即绕Z轴的转动。6.3.3定位支承元件采用的定位支承元件为定位支承板，在定位基准方面，结合实际需要选择采已加工过的上接合面，此处为了满足研究需要，选择20Cr钢制造，可提高支承板的耐磨性，防止器件在短时间内老化，支承板的工作面渗透淬火，为了保证其有足够的结实度，硬度选择HRC=59，所以选用T10。前文已经论述过，本文选择一面两销的定位方法最为妥当。这一设计方式可以有效的保证六点定位原则，但是在这一环节的设计中，我们会放在两个长的支承板上，这样可确保器件在使用过程中不会变形；变形的原因是夹压，当出现这一情况时，通常会影响加工精度，还会引起振动。在特殊情况下，还会引起刀具的折断。故而，本设计中器件虽然会变形，但并不十分明显，不会引起振动。一般情况下，小的变形是存在夹紧力和切削力。在进行该方面的研究时，需利用滑动将切屑从斜槽中排出，机械的运转才不至于受到影响。还需说明的是，支承板工作平面要求为0.01~0.02mm，可满足精度要求[17]。在本环节的设计中，结合实际需要，还要在夹具中设置限位板，以避免工件产生大的位移。6.3.4定位销基于前文论述可知，一面两销设计方法，可有效的对工件进行定位，对于后期的装卸也可带来便利，而且使用的是伸缩式定位销，而支承板的高度足够，因此为了保证器件的顺利运行，需采用带有防护套的定位销。定位销的材料为T7A淬火HRC53~58为了保证机构的牢固度和结实度，当D>160时，材料采用20；热处理，在本研究中，结合实际需要，采用D=12mm，材料取T7A。（1）圆柱销尺寸选择定位销端面孔直径D=φ12mm，通过查阅相关资料，选，故而圆柱销的尺寸为，接着就可进行下一步的计算[9]。（2）.菱形销的尺寸选择与计算因两端面孔及两销的公称尺寸：mm(6.1)以上参数确定好以后，接着需进行如下计算：两端面孔之间的偏差：mm(6.2)两销之间的偏差：mm(6.3)结合相关资料可知：菱形销宽度b=4，B=10mm，由公式可得出其具体的值：=12-（12-0.006）=0.006mm则可以通过如下方法来求出：=(6.4）=0.0569以上参数确定好以后，接着计算菱形销最大直径，高参数可通过如下方法来求出:（mm）（6.5）结合相关资料，可得出菱形销的公差为h6，所以，接着可进行下一步的计算。（3）.两定位销产生的最大角度误差。（6.6）=由于转角产生的使与平行度误差=对相关研究资料进行分析整理后，得出夹具角度公差为0°00′30″（4）.定位销高度的计图6.1定位销右定位销高度可通过如下方法来确定：(6.7）左定位销高度：（6.8)此处的D——工件定位端面孔的最小直径D=12mmH——定位销的最大允许高度==2.33mm==2.1mm经过详细的分析发现，由公式计算的定位销的高度太小，此种情况下工件极有可能会出现位移，采用的两销为上下伸缩式，通过梳理相关研究资料，此处销的有效高度取5~12mm，因而，此处应当选择则最理想高度为10mm。（5）支承板尺寸选择此处为了保证机构的结实度，材料20Cr，渗碳0.8~1.1mm，HRC58~64，也可以结合实际需要选择T10，支承板的高度为180mm。（6）长度L选择由于装置是两个工位进行加工，支承板575无法保证最终成品的质量和精度，故而此处选择2块长度为575、255的支承板，本文给出了相应的规格，如下。575——1T0211——42255——1T0211——426.4夹紧机构本文的夹紧机构采用的是液压夹紧，其优点主要体现在以下方面：易操作、工作产生的噪音小。其核心思想是，以压力油作为夹紧动力，通过中间传动机构以特定的方式来实现夹紧动作，以防止工件出现位移。6.4.1夹紧力（1）夹紧力的作用点应落在工件的定位支撑面上，这样可防止装置在运行过程中，出现引起工件离开夹具和定位面的力系统和力矩，故工件夹紧和定位需要牢固、可靠；还需指出的是，该点应以最佳的刚性作用在工件上，这样才能在最大程度上提高其稳定性（2）夹紧力的方向为了保证工件的顺利加工，尽可能的提高其精度，夹紧力方向应朝向主参考面，这种方法也可确保工件不会发生变形。（3）夹紧力的大小通常情况下，该参数值越小越好，根据以往实践经验表明，增加了工件在夹紧时的变形，不利于后期工件的加工。设计夹紧机构注意到切削力的大小，本小节中还给出了其他的影响因素并进行了分析，比如切削力的方向和合力的作用位置。经过分析可知，该机床可提供集成化生产，设备运行时，产生的力的方向和合力的中心位置会维持在一个恒定的状态。而在实践中，若出现材料硬度不均匀，加工余量不均的情况时，机构的切削力也在不断改变[7]。在具体设计过程中，为尽可能的提高夹紧可靠性，故而要提前实验机床，即在其最差的状态下得出相应的夹紧力，此时得出的参数值为最佳参数值。通过研究发现这时的夹紧最为可靠。然而在其他情况下，需要按最坏的情况，求解不同的动力头的进给阻力不相等和液压系统工作的储能差异性，同时还要求出其他相关参数的值，以保证后期研究的顺利进行。切削力作用的坐标位置的计算，结合相关资料，可进行如下计算：(6.9)(6.10)各力的作用的坐标位置。根据零件图和加工示意图，可展开进一步的研究：图6.2零件加工示意图（1）端面孔的位置如图端面孔位置加工端面孔1：端面孔2：端面孔3：端面孔4：端面孔5：端面孔6：端面孔7：端面孔8：端面孔9：端面孔10：端面孔11：端面孔12：端面孔13：右动力头所钻之端面孔的坐标换算如下：各端面孔的位置见前图端面孔1：根据余弦定理：端面孔2：端面孔3：端面孔4：端面孔5：端面孔6：端面孔7：端面孔8：端面孔9：端面孔10：端面孔11：端面孔12：端面孔13：端面孔14：基于前文的分析，已将各端面孔的坐标保留两位小数点后有效数字。本文对作动力头以及右动力头的相关参数进行了汇总并编制成表，具体情况如下：表6.1左动力头孔号孔径（公斤）P（公斤）5Φ8102104.751-4Φ17285292.706-13Φ8.5115118.11表6.2右动力头孔号孔径（公斤）P（公斤）1Φ26550564.852Φ29.2710729.173Φ8102104.754Φ8.598100.655-14Φ8.5100102.7右边各主轴的总切削力P具体为：P（左）=1162.58P（右）=1345.37为避免工件出现相对位移，此处所需夹紧力Wk为：(6.11)将数据带入以上公式，可得出其具体的值，即Wk（左）＝4262.79NWk(右)=4933.02N通过查阅相关资料中的公式油缸的推力：(6.12)经过计算，可以确定出油缸直径为D=13.59cm=135.9mm基于前文的分析，此处选取油缸的直径为150mm数据代入计算得，液压油缸的推力为589MPa.（3）横梁的强度校核这一环节的设计中，可首先确定出输送带步距t,350~1700mm，步距的选择需要结合各方面的情况考虑，比如排屑的需要、主轴箱尺寸等，故而步距为