多孔零件组合钻模设计论文

1、多孔零件组合钻模设计论文 西安科技大学高新学院毕业设计（论文）系 别：机电信息学院专 业：机械设计制造及自动化学 生 姓 名：翁文豪学 号：1102060239设计(论文)题目：多孔零件组合钻钻模设计起 迄 日 期: 年 月 日 年 月 日设计(论文)地点:指 导 教 师:李国跃老师专业教研室负责人:发任务书日期: 年 月 日摘 要本文主要内容包括设计的必要性分析；通过对设计的多孔组合钻模的功能分解与功能合成，以及对方案的设计从而提出新的加工方案。通过对定位方式的选择和对工件工艺性的分析，以及对零件工序图、加工示意图、的分析，提出对多孔组合钻模的总体设计方案。本文对差速器壳孔的加工工艺进行了详

2、细的分析，就其孔的加工提出了“一次装夹，多工位加工，达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了多孔组合钻模设计。该多孔组合钻模由立柱、立柱底座、中间底座、滑台等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。关键词：多孔组合钻模 ,钻模，差速器壳，多孔零件Abstract The main contents in this text includes the necessity analysis of the design; through the design of the porous combined drilling jig of function decomposition

3、and synthesis of functional, as well as to the design and puts forward the new processing program. Based on the location choice and on the process of analysis, and to spare parts process map, diagram processing, analysis, put forward to the porous combined drilling jig design.In this paper, the diff

4、erential shell holes processing carried out a detailed analysis, the hole processing of "a fixture, multi-site processing, product design to achieve the required accuracy " train of thought. According to this design porous combined drilling jig design.The porous combined drilling jig by co

5、lumn, column base, intermediate base, sliding table. In this paper, on the part of the design of the detailed calculation and verification.Key words: porous combined drilling jig, fixture, differential housing, porous parts目 录摘 要2Abstract3目 录4第1章 绪论61.1 多孔组合钻模的国内、外现状61.1.1 国内多孔组合钻模现状61.1.2 国外多孔组合钻模现

6、状71.2 钻模设计的目的、内容、要求91.2.1 设计的目的91.2.2 设计内容91.2.3 设计要求91.2.4 钻模的设计步骤91） 调查研究92） 拟定方案103） 工作图设计10第2章 多孔组合钻模的总体设计112.1 多孔组合钻模方案的制定112.1.1 制定工艺方案112.1.2 确定多孔组合钻模的配置形式和结构方案。112.2 确定切削用量及选择刀具122.2.1 确定工序间余量122.2.2 选择切削用量132.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率132.2.4 选择刀具结构142.3 多孔组合钻模总设计的编制142.3.1 被加工零件工序图142.3.2 加工示意图15

7、2.3.3 生产率计算卡19第3章 钻模设计213.1 钻模概述213.1.1 钻模分类213.1.2 钻模的现状213.1.3 现代钻模钻模的发展方向223.2 钻模设计任务223.3 零件分析223.4 定位机构233.5 夹紧机构243.6 具体设计253.6.1 定位基准的选择253.6.2 切削力及夹紧力的计算253.6.3 定位误差的分析263.6.4 钻模设计及操作的简要说明26结 论28参考文献29致 谢30第1章 绪论1.1 多孔组合钻模的国内、外现状世界上第一台多孔组合钻模于1908年在美国问世，30年代后多孔组合钻模在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其

8、是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对多孔组合钻模提出了愈来愈高的要求，而多孔组合钻模也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1.1.1 国内多孔组合钻模现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、多孔组合钻模行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，多孔组合钻模行业企业仅多孔组合钻模一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外多孔组合钻模行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企

9、业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化多孔组合钻模行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界钻模进一步接轨，多孔组合钻模行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控钻模与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣多孔组合钻模则有下降趋势，中国钻模工具工业学会的钻模工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控钻模890台，产值16187万元，生产加工中心12.58台，产值5770万元；2004年生产数控钻模985台，产值

10、25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控钻模、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在多孔组合钻模行业企业的50多家多孔组合钻模分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃

11、生机。”多孔组合钻模行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）多孔组合钻模技术装备现状与发展趋势多孔组合钻模及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的多孔组合钻模及多孔组合钻模自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的多孔组合钻模加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。多孔组合钻模的分类繁多，有大型多

12、孔组合钻模和小型多孔组合钻模，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台多孔组合钻模等；随着技术的不断是进步，一种新型的多孔组合钻模柔性多孔组合钻模越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行钻模和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的多孔组合钻模。另外，近年来多孔组合钻模加工中心、数控多孔组合钻模、钻模辅机等在多孔组合钻模行业中所占份额也越来越大。由于多孔组合钻模及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测

13、量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国多孔组合钻模及其多孔组合钻模自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平多孔组合钻模及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”钻模结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.1.2 国外多孔组合钻模现状80年代以来，国外多孔组合钻模技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。多孔组合钻模的加工精度、多品种加工的柔性以及钻模配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，

14、实现了钻模工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。多孔组合钻模技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的多孔组合钻模生产厂家都有自己的系列化完整的数控多孔组合钻模通用部件,在多孔组合钻模上不仅一般动力部件应用数控技术,而且钻模的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了多孔组合钻模的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱多孔组合钻模组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和钻模的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量

15、生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的多孔组合钻模;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使钻模配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投

16、入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面多孔组合钻模、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少钻模数量,节省占地面积,对多孔组合钻模这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。

17、如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成钻模或在钻模部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.2 钻模设计的目的、内容、要求1.2.1 设计的目的通过钻模主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.2.2 设计内容(1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定钻模的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和

18、传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书1.2.3 设计要求评价钻模性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。钻模设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经

19、济效益和人机关系等方面进行分析。1.2.4 钻模的设计步骤1） 调查研究研究市场和用户对设计钻模的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证钻模的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。2） 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现

20、矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。3） 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定钻模配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：被加工零件工序图、加工示意图、生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定轮廓尺寸，才能确定钻模各部件间的相互关系。然后，整理钻模有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类

21、零件明细表，编写钻模说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。第2章 多孔组合钻模的总体设计2.1 多孔组合钻模方案的制定2.1.1 制定工艺方案零件加工工艺将决定多孔组合钻模的加工质量、生产率、总体布局和钻模结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工被零件（差速器壳）的零件图（图2-1），加工四个通孔的工艺过程：(1)

22、加工孔的主要技术要求。12个孔通孔直径12.5。孔的位置度公差为0.5mm。工件材料为45。 要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量3万件，大批量生产(2) 工艺分析加工该孔时，根据多孔组合钻模用的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔径为12.5。 (3) 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的孔，底面限制三个自由度，断面限制三个自由度，位于中间的方孔起到了很好的定位作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产，钻模在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。2.1.2 确定多孔组合钻模的配置形式和结构方案。(1)被加工零件的

23、加工精度被加工零件需要在多孔组合钻模上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造钻模方案的主要依据。差速器壳钻孔的精度要求不高，可采用多孔组合钻模。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um的孔，采取提高钻模原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，钻模通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统. (2) 被加工零件的特点这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对钻模工艺方案制度有着重要的影响。此差速器壳的材料是45、硬度HB12.50241、孔的直径为12.5。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不

24、计。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式钻模，立式钻模适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位钻模加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位钻模加工。此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是平行的，并且定位基准面是水平的，工件较小，其孔分布较密集，多轴箱体积较大，所以分两次钻孔，选择卧式钻床。(3) 零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计多孔组合钻模的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为2万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用

25、多轴头，为了减少钻模台数，此工序尽量在一台钻模上完成，以提高利用率。(4) 钻模使用条件根据使用多孔组合钻模对对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的多孔组合钻模。综合以上所述：通过对差速器壳零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响钻模的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计多工位同步钻床。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的多孔组合钻模对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。12.5mm的孔在钻

26、孔时，直径上工序间余量均为0.2mm。2.2.2 选择切削用量确定了在多孔组合钻模上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的多孔组合钻模为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用钻模单刀加工低30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 2.1式中： 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（

27、mm/min）由于差速器壳钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：孔钻头直径D=5.8mm，进给量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min.2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：切削力： =262.2 =26×12.5××=2185.19 N切削扭矩： =102.3 =10

28、××× =8924.96N·mm切削功率： =2.4 =8924.96×18/(9740×3.12.5×12.5)=0.38kw 式中： HB布氏硬度 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(N·mm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.2.4 选择刀具结构差速器壳的布氏硬度在HB12.50-241，孔径D为12.5mm刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准12.5的麻花钻。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾

29、端与导向套之间有3050mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。2.3 多孔组合钻模总设计的编制总体设计方案的图纸表达形式设计，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、编制生产率卡。2.3.1 被加工零件工序图1、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台多孔组合钻模完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、钻模部位及被加工零件的材料、硬度等状况的图纸。它是在原零件图基础上，突出本钻模的加工的内容，加上必要的说明绘制成的，是多孔组合钻模设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整钻模的重要技术文件。差速器

30、壳多孔组合钻模的被加工零件工序图如2.2所示。图上主要内容：（1）被加工零件的形状，主要外廓尺寸和本钻模要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本钻模的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与钻模、钻模设计有关部位（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用粗实线标记

31、。如图2.2中定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。图2.2 被加工零件工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。2.3.2 加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在钻模上的加工过程，刀具的布置以及工件、钻模、刀具的相对位置关系，钻模的工作行程及工作循环等，是刀具、钻模、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台多孔组合钻模布局形式的原始要求，也是调整钻模和刀具所必需的重要文件。图2.3为差速器

32、壳钻孔的加工示意图在图上应标注的内容：（1）钻模的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、钻模、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 在多孔组合钻模上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于钻模导向。因此正确选择导向装置的类型，合理

33、确定其尺寸、精度，是设计多孔组合钻模的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度v=18m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表2.1 固定导向装置的标准尺dd1d2d3d4L0l1l2l3l4L513.813.822303412.50103012.53646固定装置的配合如下表：表2.2 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或F8）H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图2.4所示图2.4 固定导向装置的布置（3）初定主轴类

34、型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取14（0）m,所以B取2.316，根据刚性条件计算主轴的直径为： dB2.5式中： d轴直径（mm）(22.51) T轴所承受的转矩（N·mm）B系数本设计中主轴直径d=25mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为40/28。（4）选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在多孔组合钻模上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图2.5所示， 图2.5 可调连接杆

35、连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表2.3所示：表2.3 可调接杆的尺寸dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度28Tr28×2莫氏1号12.0612512.5551425012（5）确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图2.3所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离（图中的尺寸380mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。（6）工作进给长度的确定 如图2.6工作进给长度应

36、等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值，因此取=5mm，切出长度=1/3d+(38)= x13.8 +610mm，所以=30+7+10=45mm.（7）快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至钻模导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为120mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度120-45=75mm. 图2.6 工作进给长度2.3.3 生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计钻模的工作循环过程、动作时间、切削用量

37、、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下：切削时间： T切= L/vf+t停2.7 = 45/7510/415 =0.624 min式中： T切机加工时间（min） L工进行程长度（mm） vf 刀具进给量（mm/min） t停死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转510 r所需要时间。这里取10r辅助时间 T辅 = +t移+t装2.8 = （75120）/1000+0.1+2= 2.295min 式中： L3、L4 分别为动力部件快进、快退长度（mm） vfk 快速移动速度（mm/min） t移 工作台移动

38、时间（min）,一般为0.050.13min,取0.1 min t装 装卸工件时间（min）一般为0.51.5min,取2min钻模生产率 Q1 = 60/T单2.9 = 60/（T切+T辅） =60/（0.624+2.295） =14.76 件/h钻模负荷率按下式计算 = Q1/Q×100%2.10 = Q1tk/A×100% =14.12×1950/20000×100% =64.08% 式中：Q钻模的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件） tk年工作时间，单班制工作时间tk =1950h表2.5 生产率计算卡第3章 钻模设计3.1 钻模概述3.1.

39、1 钻模分类由机械制造工艺系统的组成钻模、工件、刀具和钻模可以看出钻模在机械加工中占有很重要的地位，是制造系统的重要组成部分。无论是传统制造还是现代制造系统，钻模都是十分重要的。尤其在成批生产时更是大量的采用钻模钻模，它们是钻模和工件之间的连接装置，使工件相对与钻模或刀具获得正确的位置。钻模钻模的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，好的钻模设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大钻模的使用范围。钻模钻模按其通用特性划分可分为：通用钻模、专用钻模、可调钻模、成组钻模、组合钻模、随行钻模。按所使用的钻模划分可分为：车床钻模、钻床钻模、铣床钻模、磨床钻模、镗床钻模

40、等。钻模钻模的组成元件一般包括：定位元件及定位装置，夹紧元件及夹紧装置，导向元件，对刀元件及定向元件，钻模体，其它元件及装置。3.1.2 钻模的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用钻模，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用钻模；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用钻模，而钻模的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控钻模、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技

41、术的应用，对钻模钻模提出了如下新的要求：(1) 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； (2) 能装夹一组具有相似性特征的工件； (3) 能适用于精密加工的高精度钻模钻模； (4) 能适用于各种现代化制造技术的新型钻模钻模；(5) 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； (6) 提高钻模钻模的标准化程度。 3.1.3 现代钻模钻模的发展方向现代钻模钻模的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面：(1) 标准化：钻模钻模的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有钻模零件及部件的国家标准以及各类通用钻模、组

42、合钻模标准等。钻模钻模的标准化，有利于钻模的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。(2) 精密化：随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对钻模的精度要求。精密化钻模的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m 。(3) 高效化：高效化钻模主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化钻模有自动化钻模、高速化钻模和具有夹紧力装置的钻模等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试

43、验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。(4) 柔性化：具有高度柔性的钻模，能实现多种工艺要求的、具有一定相似性的不同零件的定位夹紧，缩短零件加工的准备时间和辅助时间，稳定性好，可靠性强。3.2 钻模设计任务为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，故需设计专用钻模。根据设计任务书的要求为设计专用钻模。所用钻模为前面章节所设计的多孔组合钻模，生产规模为大批生产。3.3 零件分析本设计是要为钻孔的钻模，最终实现将工件定位，更加精确和方便的完成钻孔工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适中，不要使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。零件图标出了工件的尺寸、

44、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了工件在钻模钻模中的放置方法，是设计钻模钻模总体结构的依据,本工件放置方法应如图4-1所示。装配图给出了零件本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面决定了钻模钻模的方位方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的钻模加工方法，定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。工件的待加工表面是选择钻模、刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。3.4 定位机构定位支承系统主要由定位支承、辅助支承和一些限位元件组成。定位支承是指

45、在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件，辅助支承是仅用作增加被加工零件在加工过程中刚度及稳定性的一种活动式支承元件。由于定位支承元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被加工零件的精度。因此设计时应该注意以下几点：(1)合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承平面。最好使夹压力的位置对准定位支承元件。(2) 提高刚性，减少定位支承系统的变形。(3) 提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性，以便长期保持钻模的定位精度。(4) 可靠地排除定位支承部件的切屑。此外，选择工艺基面应该遵循下面的原则：1、应当尽量选用设计基面作为在多孔组合钻模上加工用的定位基面，这样能

46、减少累积误差，有利于保证加工精度。但在某些情况下却必须改用其他面作为定位基面。2、选择的定位基面应确保工件稳定定位。定位的支撑面应该大一些，力求已加工面做为定位基面，在本次的加工中，顶面是已经加工过的，而且满足一定的技术要求，面积也比较大，因此选择顶面做为定位基面符合要求。3、选择基面应该考虑夹紧方便，钻模结构简单。常见定位元件有支承钉、支承板、定位销、锥面定位销、V型块、定位套、锥度心轴等。在钻模设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是钻模设计中首先要解决的问题。设计钻模是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准，均应符合六点定位原理。由于该零

47、件的加工是钻12-12.5孔并以底面和底面上的底面和端部定位，因此本次设计采用的定位机构为定位支承板和浮动式的调整结构定位。定位支承板限制三个自由度，浮动式的调整结构限制两个自由度，实现六点定位，完全限制自由度。3.5 夹紧机构1、夹紧力的方向的确定：(1)夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。(2)夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。(3)夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。2 、夹紧力的作用点的选择：(1)夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成

48、较大的夹紧变形。(2)夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。(3)夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。(4)夹紧力的反作用力不应使钻模产生影响加工精度的变形。3、夹紧机构的基本要求(1) 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。(2)夹紧力的大小要适当、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。(3)夹紧装置应操作安全、方便、省力。夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。基本要求4、选择夹紧机构：设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：(1)夹紧必须保证定位准确

49、可靠，而不能破坏定位。(2)工件和钻模的变形必须在允许的范围内。(3)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构(4)必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。(5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。(6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应3.6 具体设计3.6.1 定位基准的选择由零件图可知，12孔中，1212.5在圆周上均匀分布,对称分布，尺寸精度为自由尺寸精度要求。其设计基准为两对称孔中心距，由于难以使工艺基准与设计基准统一，只能以190外圆面作为定位基准。为了提高加工效率及方便加工，决定钻头材料

50、使用高速钢，用于对12孔进行加工。同时，为了缩短辅助时间，准备采用液压夹紧。3.6.2 切削力及夹紧力的计算刀具：高速钢麻花钻头，尺寸为12.5。 则轴向力：见工艺师手册表28.4F=Cdfk3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中 K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1;K断续切削系数, 1.1则 F=KF=1.5选用。当压缩单位压力P=0.6MP,夹紧拉杆。N

51、= N>F钻削时 T=17.34 N切向方向所受力: F=取F=4416F> F所以,钻削时工件不会转动,故本钻模可安全工作。3.6.3 定位误差的分析 定位元件尺寸及公差的确定。本钻模的主要定位元件为止口，而该定位元件的尺寸公差为，而孔径尺寸为自由尺寸精度要求，可满足加工要求。3.6.4 钻模设计及操作的简要说明 如前所述，在设计钻模时，为提高劳动生产率，应首先着眼于机动钻模，本道工序的钻床钻模选用液动夹紧方式。本工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大气缸直径，而这将使整个钻模过于庞大。因此，应设法降低切削力。目前采取的措施有两个：一是提高毛坯精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是在可能的情况下，适当提高液压系统的工作压力（由0.5M增至0.6 M）以增加油缸推力。结果，本钻模结构比较紧凑。结 论本课题开发研制的多孔组合钻模，用于加工差速器壳的12个孔。在开发过程中，针对加工过程中存在的难点进行了攻关。在钻床的设计上采取了一系列的措施，保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：1、对差速器壳的12个孔的加工工艺进行了分析研究，明确了12个孔加工的技术要求和工艺要点。2、恰当地选择了钻模的切削参数，动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。3、设计了稳定可靠的钻模，从而保证了被加工孔的精度要求。4、根据通用