《齿轮箱机械加工工艺及夹具设计》11000字（论文）

No.沈阳大学毕业设计（论文）齿轮箱机械加工工艺及夹具设计目录TOC\o"1-2"\h\u32355齿轮箱机械加工工艺及夹具设计 127008摘要 218234引言 341201零件分析 7314031.1零件的作用 7194841.2零件工艺分析 7222052工艺规程设计 11252662.1确定毛坯制造形式 113132.2工件热处理 11196182.3制定工艺路线 11273543确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 15282933.1确定加工余量 15270023.2确定工序尺寸 15173883.3确定毛坯尺寸 15315124加工设备与工艺装备的选择 17186224.1选择机床 17292444.2选择夹具 17150064.3选择刀具 17241474.4选择量具 17231225确定切削用量 18225115.1计算工序30切削用量 18128565.2计算工序40切削用量 20210175.2.1切削用量 20216115.2.2计算基本工时 22136905.3计算工序50切削用量 22202365.4工序60切削用量及基本时间的确定 23230535.5其他工序切削用量 24117686车床夹具设计 25259616.1确定定位方案、设计定位装置 25320466.2确定夹紧方案 26134426.3设计夹具体 27101896.4误差计算 278356.5夹紧力的计算 28139556.5夹具总体结构 30218637钻床夹具设计 3135217.1定位方案及定位装置设计 31104487.2选择导向装置 31168347.3确定夹紧方案 32218237.4设计夹具及夹具整体结构 33270747.5夹紧力的计算 3316759结论 3613322参考文献 37摘要工艺规程的设计是加工生产过程中的重要环节。工艺规程设计的优劣将直接决定零件生产的加工质量、生产效率以及工厂的经济效益。也直接决定了本篇文章所设计的齿轮箱零件的加工是否能够达到规定的精度和质量、是否能够顺利完成生产计划。为了顺利完成本篇文章所设计的齿轮箱零件的生产工作，本文以整体式箱体类零件为出发点开始研究，对整体式箱体类零件做了详细的工艺分析，并对齿轮箱零件开展了工艺分析、计算毛坯尺寸、确定毛坯材料和毛坯的制作方法、合理安排热处理、根据生产规模划分了加工阶段、根据精度和形位公差要求确定了加工基准，并在加工基准选择时，充分考虑了专用夹具设计的复杂程度，有效减少了夹具设计的工作量、解算工艺尺寸链、查询并确定了切削用量，计算了工序工时，并完成了工序卡片的填写。在设计工艺规程时，加工设备的选择和工艺装备的确定也是至关重要的。本篇文章根据工厂现有的生产设备选择，并通过设计专用夹具的方法实现“一机多用”和机床“万能化”。有效降低了加工生产对设备的要求，同时提高了生产效率。文章阐述了进行专用夹具设计时需要具备的相关知识、设计基准和定位基准对夹具设计的影响。明确表达了使用车床进行车孔的注意事项。对齿轮箱的齿轮轴孔进行车削，端面连接孔进行钻孔和攻丝所用的专用夹具设计进行了详细的表述。关键词：齿轮箱；工艺设计；夹具设计引言机械加工工艺规程以及夹具设计的优劣将直接影响产品的加工质量、生产率和经济效益。而在当今这个社会和经济迅猛发展的时代，决定一个企业市场核心竞争力的因素，恰恰就是这些。所以，一个优秀的企业在进行机械生产时，应该根据生产需求提前做好生产计划。而一个优秀的生产计划需要满足一下几点:确定生产纲领，安排生产周期，提前做好下一个周期的生产规划，防止工厂“闲置”。设计工艺规程，工艺规程的优劣将直接影响零件的加工质量。例如，合理安排热处理，可以有效的消除加工过程产生的内应力，防止零件开裂报废、基准选择的合理与否将直接决定零件加工的尺寸精度和形位公差能否达到规定要求。加工阶段的划分不但可以控制零件加工的表面粗糙度，还能确定工序是“集中”或是“分散”，有效提高生产效率，减少资源浪费。加工设备的选择也是机械生产过程中的必要环节，在确定切削用量之前，需要根据不同的机床性能进行数据选择。而加工机床则必须根据实际工厂所具备的机床进行选择。当工厂的具备的机床不足以直接安排零件进行加工时，需要根据零件和现有机床进行专用夹具的设计来保证零件能够顺利生产。例如本文所加工的齿轮箱零件，齿轮轴所在孔的加工，进行镗床夹具的设计，使用镗床加工会更为简单便捷，但工厂没有镗床时，也可以选择设计车床夹具，保证齿轮轴所在孔的轴线和车床主轴轴线同轴，即可通过车床对零件进行切削内孔的加工。优秀的工艺规程必须充分考虑加工余量，计算毛坯的尺寸，并进行工艺尺寸链的解算，加工余量过小时，无法进行加工阶段的划分，不能确保零件的加工精度达到规定要求。加工余量过大时，可能会导致走刀次数增加，增加工序工时，加大工人的劳动量，降低生产效率，同时，由于加工余量过大导致的毛坯尺寸过大，也会导致毛坯制作的成本增加，对于本文所设计的齿轮箱零件的毛坯制作形式输出机械模砂型铸造，不但制作毛坯的材料需要增加，铸造毛坯的砂型模具也要跟着增大，导致需要的材料增加，造成不必要的浪费，降低工厂的经济效益。夹具的设计，随着社会和经济的发展，人们对产品质量的需求，生产企业对生产效率的需求都在不断提高。同时，生产企业想要充分利用和保障人力资源，需要尽量降低工人的劳动强度，做到由机器生产机器。而能够保障加工质量、提高生产效率、降低工人劳动强度的夹具也就成为了生产制作行业的必然产物，并收到制作行业的广泛关注。夹具从出现至今，根据不同的使用场景，发展出了5钟不同类型的夹具：专用夹具，结构复杂或大批大量生产使用通用夹具，小批量生产使用可调夹具，批量生产，特殊结构使用组合夹具，多品种生产使用随行夹具，特定条件下使用夹具由一下5个主要部分组成：定位元件，使零件拥有正确的位置导向元件，使刀具拥有正确的位置夹紧装置，使零件维持在正确的位置连接元件，连接全部的夹具零件夹具体，夹具主体所以专用夹具的设计主要包括：定位方法的选择定位元件的设计夹紧机构的设计导向元件的设计夹具体结构设计确保夹紧力大于切削力保证定位误差在合理范围随着夹具的发展，夹具与人的配合形式也在不断转变。初期，是单纯的辅助工具，如果夹子，虎钳等。随着机床的出现，夹具也发展成了人与机床之间的桥梁，通过机床进行加工，夹具负责定位和夹紧。现今，夹具已经和机床相结合，成为机床的一部分，是机械生产过程中不可或缺的装备。由此可见，随着社会和经济的发展、科技的进步，自动化设备将逐步成为机械生产的主要装备。在这个过程中同样离不开各种夹具的发展。因此，夹具的发展也推动着机械制造行业发展。

1零件分析1.1零件的作用齿轮箱零件是绝大部分机器都具备的基础零件，它将各零部件，如齿轮，轴，轴承等连接在一起，形成一个整体，并保证各零部件之间获得并维持正确位置关系，同时起到支承轮轴、固定轴承和封闭的作用[1]。1.2零件工艺分析1.2.1零件形状零件的实际形状、尺寸、形位公差如图1所示，从零件图上不难看出，该零件是整体式箱体类零件。图1齿轮箱零件图1.2.2结构分析本说明书所设计的齿轮箱零件主要加工表面为：两端面，表面粗糙度6.3Φ125内孔及Φ150内孔装配孔Φ165外圆1.2.3工艺路线分析(1)毛坯的制造方法常用的毛坯方法有：铸造、冲压、锻造和焊接等。选择毛坯制作方法时，要考虑以下因素：零件的材料零件的尺寸零件的使用性能零件的结构，结构较为复杂的多采用铸造生产类型车间的生产设备(2)热处理的安排箱体类零件结构较为复杂，尺寸较大，多采用铸造的毛坯制作方法进行制造。而铸造的毛坯，在铸造过程中会产生较大的铸造应力，使强度变小，加工时会造成零件变形甚至是开裂。对于铸造的零件进行机械加工前，为消除其铸造应力，在铸造完成后通常会进行人工时效，再开始机械加工。防止出现零件变形、开裂等问题。如果此批零件的生产效率及加工精度要求不高，且工厂内有其他零件待产，铸造应力亦可以通过自然时效消除，但自然时效会导致生产周期增长、且占地面积较大，恐造成资源浪费。当需要获得高精度的箱体时，也需要在粗加工后再进行一次人工时效，因为粗加工会使零件产生切削应力，切削应力会对精加工造成影响。工艺路线安排工艺路线的设计要符合“基准先行”的方针。当加工零件上有较大平面时，应该用其作为定位基准，先加工该平面，然后再用该平面进行定位加工其他表面。大平面限制自由度较多，与其他定位元件的配合种类更多，作为主要定位基准时，容易做到“基准统一”，其他定位面的误差也更小，会使定位更稳定，加工精度更高。通常以大平面定位也便于装夹工件。并且对于齿轮箱部件来说，可以作为定位基准面的往往是一个较大的平面。还需根据先加工主要表面，后加工次要表面的原则，优先安排精度较高的加工表面。做到先加工平面后加工平面内的孔的原则，以齿轮箱为例，应以端面为定位基准，先加工端面，后加工内孔，最后加工外圆和装配孔。加工阶段划分根据生产纲领和零件的加工精度要求，确定工序集中或工序分散，针对大批大量生产和精度要求较高的零件，如果采用工序集中原则，安排同一道工序连续进行加工面的粗加工、半径加工和精加工，就很难保证零件的加工精度，并造成人力资源以及物力资源的浪费。所以，对精度要求较高的零件，往往会在工艺过程上分阶段：粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段选择定位基准对于齿轮箱类零件，定位基准选择的是否合理直接决定了齿轮箱零件上的孔系和端面、端面和端面、平行孔系之间，垂直孔系之间、平行孔系和垂直孔系之间的形位公差能否满足加工需求，尺寸精度能否满足加工需求。基准的选择要符合一下五点“基准选择”原则：基准重合原则基准统一原则互为基准原则自为基准原则便于装夹原则遵循五点原则的同时，还需要要考虑到加工设备，大批大量生产时要考虑是否会导致设计专用夹具时过于复杂，还需考虑是否基准重合，基准不重合时，误差是否过大等。进行粗基准选择时，只需保证各加工表面相互位置正确，加工余量分配合理即可。进行精基准的选择时，则要考虑零件的加工精度，装夹是否便捷等问题。

2工艺规程设计2.1确定毛坯制造形式齿轮箱的材料是HT200，最低抗拉强度为200MPa的灰口铸铁。该材料虽然抗拉强度和塑性较低，但铸造性能很好的同时，减震性能也不错，所以通常用来制作汽车气缸、机床床身、齿轮箱体等零件。根生产纲领、零件结构和零件材料进行选择，其生产型是大规模的，其结构形式也比较复杂，所以使用机械模砂型铸造方法。该方法生产成本低廉、是铸造最基础的方法。2.2工件热处理该齿轮箱零件和绝大部分整体式箱体类零件类似，都是结构相对复杂，且箱体外壁很薄的同时壁厚并不均匀，机械加工时很容易由内应力引起零件的变形，甚至开裂，影响之后的切削加工甚至导致零件报废而耽误生产效率，造成浪费。所以，在铸造完成之后，进行人工时效，消除铸造应力，避免工件变形，报废等问题。该箱体的材料为HT200，材料的硬度，抗拉强度不大，切削时需要的切削力较小。表面粗糙度要求不超过Ra3.2，精加工足以满足加工需求。由于要求精度较低，粗加工和半精加工产生的切削应力对精加工造成的影响不会导致零件的加工精度不合格。所以该齿轮箱只需要在铸造之后，进行人工时效即可，无需再安排人工时效。2.3制定工艺路线工艺路线的安排还需要遵循以下原则：基准先行先粗后精先面后孔先主后次工艺路线方案一10 铸造 20 热处理 30 粗铣、精铣前端面40 粗铣、精铣后端面50 粗铣、精铣Φ165端面60 钻孔9-M8钻底孔并进行攻丝70 钻6-Φ16孔，6-Φ26孔80 钻2-Φ8孔90 粗车Φ125内孔100 精车Φ125内孔110 粗车另外一端Φ150内孔，Φ120内孔120 精车另外一端Φ150内孔，Φ120内孔130 去毛刺，清洗140 终检入库工艺路线方案二10 铸造20 热处理30 粗铣、精铣前端面40 粗铣、精铣后端面50 粗铣、精铣Φ165端面60 粗车Φ125内孔70 钻孔9-M8钻底孔并进行攻丝80 钻6-Φ16孔，6-Φ26孔90 钻2-Φ8孔100 粗车精车Φ125内孔110 粗车另外一端Φ150内孔，Φ120内孔120 精车另外一端Φ150内孔，Φ120内孔130 去毛刺，清洗140 终检入库两个方案各有特点：方案一的定位、夹紧方便，但不符合先加工主要平面后加工次要平面的原则，也需要多次更换机床。方案二减少了机床更换的次数，降低了反复装夹带来的误差，但需反复的更换刀具且需要使用专用夹具。故综合两个工艺路线，择优选择。具体工艺路线如下：10 铸造 20 热处理 30 粗铣、精铣前端面40 粗铣、精铣后端面50 粗铣、精铣Φ165端面60 钻孔9-M8钻底孔并进行攻丝70 钻6-Φ16孔，6-Φ26孔80 钻2-Φ8孔90 粗车Φ125内孔100 精车Φ125内孔110 粗车另外一端Φ150内孔，Φ120内孔120 精车另外一端Φ150内孔，Φ120内孔130 去毛刺，清洗140 终检入库

3确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸3.1确定加工余量加工余量需要根据零件的公差等级进行查询，铸件的公差等级是CT1~CT16。加工余量等级是A~H、J、K已知铸造方式为机械模砂型铸造，零件材料为HT200，现查询文献[2]整理汇总，绘制表1加工余量选择汇总表。表1加工余量选择汇总表制作方法铸件材料公差等级加工余量等级砂型铸造机器造型和壳型灰铸铁8~12E~G根据表1，选择公差等级为10级，加工余量等级为F，现根据加工余量等级查询表2（文献[2]中截取），确定铸件机械加工余量。表2铸件机械加工余量表mm最大尺寸要求的加工余量等级大于至ABCDEFG-400.10.10.20.30.40.50.540630.10.20.30.30.40.50.7631000.20.30.40.50.711.41001600.30.40.50.81.11.52.21602500.30.50.711.422.82504000.40.70.91.31.423.54006300.50.81.11.52.234由表2查得，尺寸在250-400之间的加工余量等级为F的，机械加工余量为2mm。3.2确定工序尺寸齿轮箱零件毛坯为铸件，前端面、后端面、Φ120、Φ150孔、Φ165外圆都是加工表面，根据工艺路线确定粗加工的加工余量为2mm,精加工的加工余量为0.5mm。3.3确定毛坯尺寸将零件图纸上的各尺寸加上2mm的余量即为毛坯的尺寸。通过计算得出毛坯尺寸，如图2毛坯尺寸图所示。图2毛坯尺寸图

4加工设备与工艺装备的选择4.1选择机床工序30、40、50是铣端面，齿轮箱零件端面尺寸不大，加工精度不高，采用X52k机床进行加工。工序60、70、80是钻孔。装配孔的加工任务为钻孔和攻丝，加工精度要求不高，采用Z525机床进行加工。工序100、110、120是车孔，设计专用车床夹具，需要选取卧式车床进行加工、采用CA6140机床进行加工。4.2选择夹具本文设计的齿轮箱零件的生产纲领为大批大量。设计专用夹具能降低对加工设备的性能要求，提高加工精度，增加安全系数，同时使CA6140型机床生产范围得到有效扩展[3]。设计专用夹具的内容在后文详解。4.3选择刀具使用车床进行机械加工的工序,选用硬质合金车刀。加工刀具选用YG6、YG8、YG15类硬质合金车刀，它使用各类金属的粗加工和精加工。为了生产方便，提高生产效率，通常使用四方刀架配合可转位车刀进行加工。钻床所用刀具采用高速钢麻花钻。4.4选择量具本文设计的齿轮箱零件的生产纲领为大批大量，对于箱体类零件大批量生产，通常采用通用量具测量。

5确定切削用量确定切削用量主要是查询并计算切削深度（背吃刀量）、进给量及切削速度。计算切削用量通常采用先根据工艺规程确定切削深度通过查询初步确定进给量和主轴转速，再通过各类系数和机床的性能确定主轴转速，后通过刀具齿数计算进给量和切削速度。5.1计算工序30切削用量5.1.1计算切削用量本工序为粗铣和精铣前端面。零件材料为HT200，铸造；加工设备是X52k机床，专用夹具装夹。(1)选择刀具。选择YT15硬质合金铣刀，根据文献[4]和本道工序齿轮箱零件的切削宽度选择直径为110mm的面铣刀，齿数Z=8。确定铣刀几何形状（文献[4]）如表3所示：表3铣刀几何形状表γ0α0α’0λskrkrεk’r5°10°10°-10°60°30°5°(2)选择切削用量切削深度ap：由工艺规程可知，加工余量为2mm，通过一次走刀完成加工，留0.5mm为精加工余量，所以粗加工时选择ap=1.5mm，精加工时ap=0.5mm。每齿进给量fz：不对称端铣。由文献[4]可知，当刀具材料为YT15时，fz=0.1mm/z。刀具磨顿标准：查文献[4]得，后刀面最大磨损限度1.2mm；寿命为200min。计算切削速度υc和每分钟进给量υf：由文献[4]查得，当d0=110mm，Z=8,ap≤1.5mm，fz=0.1mm/z时，υc=73m/min，n=210r/min，υf=240mm/min。根据X52k型铣床技术参数确定主轴转速为n=300r/min，切削速度υ=264mm/min。因此实际切削速度和每齿进给量为υc=π*d0*n/1000（5-1）=3.14*110*300/1000=103.6m/min校验机床：由文献[4]查得，切削宽度ae=60mm，切削深度ap=1.5mm，刀具宽度d0=110mm，刀具齿数Z=8，υf=264mm/min，所需功率近视为Pcc=3.3kw查X52k型机床说明书可知，主轴功率为PcM=7*0.75=5.25kwPcc＜PcM，因此上述计算的切削用量可以使用，即粗铣：切削深度ap=1.5mm，υf=264mm/min，主轴转速n=300r/min，切削速度υc=103.6m/min，进给量f=0.8mm/r。精铣：切削深度ap=0.5mm，υf=264mm/min，主轴转速n=300r/min，切削速度υc=103.6m/min，进给量f=0.8mm/r。5.1.2计算基本工时（5-2）式中：t机动时间，min；L加工长度，mm；L1切入长度，mm；L2超出长度，mm；n铣刀转速，r/min；z铣刀齿数；fm工作台的进给量，mm/min。fz每齿进给量，mm；i--行程次数。其中、L2=3~5、i=3。计算求出基本工时≈2.21min辅助时间为总时间的15%，即工步工时T≈2.54min。由于粗加工和精加工的切削用量相同，都是一次走刀，所以工序工时T总=2T=5.08min。5.2计算工序40切削用量5.2.1切削用量本工序为粗铣和精铣后端面。零件材料为HT200，铸造；加工设备是X52k机床，专用夹具装夹。(1)选择刀具。选用YT8硬质合金端铣刀。根据文献[4]和零件加工表面的切削宽度选取端铣刀直径d0=220mm，齿数Z=6。铣刀几何形状如表4所示：表4铣刀几何形状表γ0α0α’0λskrkrεk’r10°10°15°-15°60°40°5°(2)选择切削用量切削深度：由工艺过程可知，粗加工时ap=1.5mm，精加工时ap=0.5mm。每齿进给量fz：不对称端铣。选择fz=0.20mm/z。铣刀磨顿标准：最大磨损限度粗加工为1.0mm，精加工为0.5mm。刀具寿命为200min。计算切削速度、进给量：当d0=220mm，Z=6,ap≤1.5mm，fz=0.2mm/z时，υc=50m/min，n=70r/min。由X52k型机床技术参数数确定n=100r/min。因此实际切削速度为υc=πd0n/1000=3.14*220*100/1000=69.1m/min实际每分钟进给量为fMz=fzznw=0.2*6*100=120mm/minX52k型机床技术参数书确定fmz=130mm/min则实际每齿进给量为：（5-3）校验机床：由文献[4]查得，所需功率近视为Pcc=3.2kwX52k型机床说明书，主轴功率为（文献[7]）PcM=7.5*0.75=5.625kwPcc＜PcM，上述切削用量可以使用，即粗铣：切削深度ap=1.5mm，υf=130mm/min，主轴转速n=100r/min，切削速度υc=69.1m/min，进给量f=0.22mm/r。半精铣：切削深度ap=0.5mm，υf=130mm/min，主轴转速n=100r/min，切削速度υc=69.1m/min，进给量f=0.22mm/r。5.2.2计算基本工时通过公式计算求得粗加工和精加工基本工时为计算辅助时间的15%，粗加工和精加工的总工序工时为T≈10.2min。5.3计算工序50切削用量5.3.1切削用量本工序为粗铣、精铣Φ165端面。零件材料为HT200，铸造；机床为X52k型机床，专用夹具装夹。(1)选择刀具所选刀具为YT15硬质合金铣刀，根据切削宽度和文献[4]确定，刀具直径D=110mm齿数Z=8。铣刀几何形状和工序30相同，既表3所示。选择切削用量铣削深度：由工艺规程可知，粗加工时ap=1.5mm，精加工时ap=0.5mm。由文献[4]查得，切削速度为υc=73.2m/min，进给量为f=0.1mm/r。由υc=πd0n/1000得n=1000υc/πd0=212r/min。根据X52k型机床技术参数确定主轴转速n=300r/min。则实际铣削速度进给量。每分进给量。铣削宽度取。刀具切出长度取。走刀次数为1。5.3.2计算基本工时计算机动时间=249/(37.5×3)=2.21min计算辅助时间15%，即粗加工和精加工的基本时间皆为T≈2.54min。则工序工时为5.08min。5.4工序60切削用量及基本时间的确定本道工序为钻9-M8孔并进行攻丝。刀具材料选择高速钢。根据表5确定麻花钻类型。表5高速钢麻花钻的类型和用途标准号类型直径范围（mm）GB1436直柄麻花钻2.0～20.0GB1437直柄长麻花钻1.0～31.5GB1438锥柄麻花钻3.0～100.0GB1439锥柄长麻花钻5.0～50.0由工艺规程可知，加工设备为Z525摇臂钻床，文献[3]查的麻花钻钻头的磨钝标准及耐用度为4500，螺旋角=30，锋交2=118，后角a=10,横刃斜角=50，L=197mm,l=116mm。后刀面最大磨损限度为0.4～0.8mm，刀具寿命T=60min。确定进给量由文献[3]可知使用高速钢麻花钻钻孔的进给量为f=0.25～0.65mm/z,取f=0.60mm/r。确定切削速度查文献[3]高速钢麻花钻在零件材料为HT200上钻孔时的切削速度为V=12m/min,当钻扩铰的条件发生变化时修正系数为K=1.0，R=0.85。则V=12x0.85=10.32m/min （5-4）根据机床的参数，取n=150r/min。则实际切削速度5.5其他工序切削用量其他工序的切削用量及工序工时的确定方法和工序30、工序40、工序50的确定方法一致，其计算的结果可通过工序卡片查询，其他工序的切削用量确定过程不再说明书中赘述。

6车床夹具设计在制造企业生产大批量的零部件时，夹具的设计和使用具有非常重要的意义。使用夹具装夹，不用对待加工零件划线定位找准，有效的节省了辅助工作时间，显著提高了操作工的工作效率[6]。设计车床专用夹具用于车削Φ125内孔。而使用车床进行车孔加工时，必须保证零件的被加工孔的轴线和车床主轴轴线同轴。也是齿轮箱零件车床专用夹具的主要设计难点。6.1确定定位方案、设计定位装置6.1.1确定定位方案根据工序100、工序110和工序120的加工要求，想要顺利进行加工生产，保证加工质量达到规定要求，保证加工的安全系统，就需要限制六个自由度，达到完全定位。现采用“一面两孔”的定位方式定位，该方法有利于实现“基准统一”和“基准重合”，确保相对位置精度。同时也符合箱体类零件采用较大平面作为定位基准的方法。该齿轮箱采用大端面作为定位基准限制最多的自由度，采用两个装配孔作为次要定位基准。端面作为大平面定位，限制X轴的转动、Y轴的转动和Z轴的移动三个自由度；其中一个装配孔采用圆柱销限制X的移动和Y轴的移动两个自由度；另一个装配孔采用菱形销配合圆柱销限制了Z轴的转动自由度，此定位方案符合六点定位原理，实现完全定位。如果两个装配孔同时采用圆柱销，则会导致限制7个自由度，造成过定位，影响零件加工刚度。该定位方案为“一面两孔”定位，其中箱体端面限制的自由度最多，为主要定位基准，定位误差为零。两工艺孔为次要定位基准，相对与齿轮箱端面，存在一定的定位误差。但根据工序100、工序110和工序120的要求，需要在零件定位完成后，先找正端面后进行夹紧。6.1.2定位装置设计使用两个条形支撑板作为大平面定位，使用1个圆柱销和一个菱形销实现完成定位。该方案工件装配方便。支撑板、圆柱销和菱形销的尺寸根据零件尺寸确定。定位方案如图3所示。图3车Φ125孔定位方案6.2确定夹紧方案常用的夹紧方式有：螺旋夹紧偏心夹紧斜楔夹紧根据齿轮箱零件的定位方案，螺旋夹紧更为合适。夹紧方向的选择应尽量和重力方向相同，减少需要的夹紧力应尽量垂直主定位基准应指向齿轮箱零件刚度较高的位置，防止零件加工过程中产生变形工件夹紧方式的确定夹紧动力：手动夹紧夹紧机构：螺旋压板加紧方案如图4所示。图4车孔夹具加紧方案6.3设计夹具体车床使用的专用夹具，夹具体应为一个较大的圆盘，考虑经济性，制作方式采用铸造，根据文献[7]，确定夹具体的尺寸。6.4误差计算齿轮箱零件在车床上使用专用夹具进行加工时，加工误差受到齿轮箱零件在专用夹具上的装夹误差、夹具自身的误差、夹具在机床上的安装误差和加工方法自身的误差等影响[8]。计算中心距和公差基本尺寸Ld公差根据划线等级取0.3mm。尺寸公差TLd＝（1/3～1/5）TLD=1/4*0.3=0.075mm。尺寸标注：Ld±δLd/2=134.3±0.075mm。计算圆柱销的尺寸及公差直径基本尺寸d1等于最小极限尺寸等于12mm。按g6制造（T=0.01mm），即=Φmm。查询菱形销尺寸b=4mm、B=8.5mm计算菱形销的直径尺寸及公差δ==0.189mm（6-1）按h6级确定公差：=Φ16。计算定位误差由于尺寸公差要求较低，表面粗糙度要求为Ra12.5很容易达到，所以仅进行边角误差计算即可。（6-2）转角误差满足定位需求。6.5夹紧力的计算在计算车削内孔需要的夹紧力时，只需计算各工步中需要的最大的夹紧力即可，通过切削力公式和工艺规程，算出在对Φ125内孔进行车削加工时，需要的夹紧力最大。圆周切削分立公式：（6-3）式中：Fc圆周切切分立，N;ap切削深度，mm；f进给量，mm/r；KP修正系数。已知：ap=1.25mm、f=0.7mm/r、取KP=1.2，则（6-4）径向切削分力（6-5）式中Fp径向切削分力，N。轴向切削分力为（6-6）式中Ff轴向切削分力，N。安全系数（6-7）式中：K1基本安全系数，取1.5K2加工性质系数，取1.2K3刀具钝化系数，取1.2K4断续切削系数，取1.0所以夹紧力的方向满足夹紧力方向选择原则，与重力方向相同且垂直于切削力方向。夹紧力在齿轮箱精度和表面粗糙度要求较低的位置，对夹紧力没有较高的要求。由文献[9]可知，单个直径为12mm的螺母的夹紧力为12000N，由图4不难看出，齿轮箱零件由两个螺旋压板进行夹紧，则实际的夹紧力为24000N，远超过切削时各切削分力以及总切削力，夹紧方案可靠。6.5夹具总体结构夹具整体设计的基本要求结构应该紧凑夹紧工件后应使重心在被加工孔的轴线上用有较大的强度和较高的刚度应便于排除切屑确定夹具体的结构尺寸，绘制夹具总图，如图5所示。图5车孔夹具装配图

7钻床夹具设计7.1定位方案及定位装置设计7.1.1确定定位方案根据工序60、工序70和工序80的加工要求，需要限制除切削孔轴转动方向以外的其他自由度。现采用一矩形平面限制X轴的转动、Y轴的转动和Z轴的移动三个自由度；一个短圆柱销限制X轴的移动和Y轴的移动两个自由度；一个螺旋压紧块限制Z轴的转动自由度，实现完全定位。定位方案如图6所示。图6钻孔夹具定位方案7.1.2定位装置设计采用一个较大的矩形平面定位齿轮箱端面，在平面上布置一个短圆柱销，实现定位。圆柱销和矩形平面之间的相对位置根据齿轮箱的齿轮孔和顶缪按的位置关系决定，圆柱削的尺寸根据齿轮箱的齿轮孔直径确定。7.2选择导向装置根据钻床夹具导向装置的选择原则，综合考虑选用固定钻套作为导向装置。如图7所示，压入钻模板即可。图7钻套钻模板与钻套装配时的关系为H7/h6。由于钻套的工作性质，需要高耐磨性，所以钻套的材料选择耐磨性能较高的20Mn2。7.3确定夹紧方案考虑定位方案，使用螺旋夹紧方式进行夹紧。使用一个螺旋压板配合圆柱销实现夹紧。由于夹紧位置在端面上，刚度较高，同时，精度和质量要求不高。对夹紧力没有过多的要求，夹紧机构简单便于加工。夹紧方案如图8所示。图8钻床夹紧方案7.4设计夹具及夹具整体结构钻床夹具涉及钻模板、钻套等导向元件，且根据定位方案可知，夹具整体结构复杂，尺寸偏大，综合考虑，夹具体采用铸造的方式进行制造。7.5夹紧力的计算刀具：钻头Φ8。查文献[10]可知轴向力为；F=Cdfk（7-1）式中：C=420，Z=1.1，y=0.7，f=0.35F=420*8*0.350.8*1.05=2219N转矩：T=Cdfk（7-2）式中:C=0.206,Z=2.0,y=0.7T=0.206*0.72*0.350.8*1.05=17.34N·M功率（7-3）安全系数：K=KKKK（7-4）式中：K—基本安全系数，1.5K—加工性质系数，1.1K—刀具钝化系数,1.1K—断续切削系数,1.1则F1=KF=1.5*1.1*1.1*1.1*2219=4156N钻削时T=17.34N·M切向方向所受力:F1=17.34/（65*10-3）=267N取f=0.1F=4416*0.1=441.6NF>F，既工件不会转动。理论上的夹紧力是根据静力平衡原理计算出来的，再乘上安全系数作为实际所需夹力的数值，才能保证夹紧力的可靠。即：（7-5）安全系数K可按下式计算（7-6）式中：K0-K6为安全系数，由文献[5]可得： 所以有：轴向力：F夹＝KF(N)。扭距：安全系数：切削力公式：（7-7）式中，查得：