齿轮轴设计专业课程设计.doc

《机械加工工艺规程及工装设计》
课程设计说明书

设计题目：进给箱轴机械加工工艺规程及钻孔
工序专用机床夹具设计

班 级： 机制101班
设 计 者： 韩乾坤
指导老师： 程雪利

河南机电高等专科学校
12月14日

目 录
第一章 计算生产纲领、确定生产类型…………………………………………………………………….2
第二章 零件分析……………………………………………………………………………………………… .3
2.1 零件结构分析……………………………………………………………………………… 3
2.2 零件工艺分析……………………………………………………………………………… 3
第3章 毛坯确实定 ……………………………………………………………………………… 4
3.1 毛坯选择 ……………………………………………………………………………… … 4
3.2外圆尺寸确实定………………………………………………………………………………. 4
3.3外圆表面沿轴线长度方向加工余量及公差确实定……………………………………………4
3.4毛坯图设计……………………………………………………………………………… … 5
第4章 工艺规程确实定……………………………………………………………………………6
4.1 基准概念和分类…………………………………………………………………………… 6
4.2进给箱轴基准选择…………………………………………………………………… …… 6
4.3制订工艺路线 ………………………………………………………………………………….7
第5章确定加工工艺路线方案…………………………………………………………………… 9
第6章选择加工设备及工艺装备…………………………………………………………………11
6.1机床选择………………………………………………………………………………… …11
6.2 刀具选择……………………………………………………………………………… ……11
6.3量具选择…………………………………………………………………………………… 11
第7章 确定工序尺寸…………………………………………………………………………… 13
7.1确定圆柱面工序尺寸……………………………………………………………………… 13
7.2确定轴向工序尺寸…………………………………………………………………………… 13
7.3 确定铣槽工序尺寸 ………………………………………………………………… …… 13
7.4磨外圆至工序尺寸………………………………………………………………………… …13
第8章 切削用量选 ……………………………………………………………………………14
第9章 夹具设计………………………………………………………………………… ……15
9.1专用夹具设计基础要求 ……………………………………………………………… …15
9.2夹具特点…………………………………………………………………………………… 15
9.3夹具设计关键点……………………………………………………………………………… 16
9.4钻床夹具总体设计………………………………………………………………………… 16
9.5夹具工作原理和结构设计………………………………………………………………… 17
9.6夹具装配图总尺寸…………………………………………………………………………… 23
总 结……………………………………………………………………………………………. 25
致 谢………………………………………………………………………………………… … 26
参考文件…………………………………………………………………………………… …… 27

第1章 计算生产纲领、确定生产类型
生产纲领大小对生产组织和零件加工工艺过程起着关键作用，它决定了各个工序所需专业化和自动化程度，决定了所应选择工艺方法和工艺装备。
零件生产纲领能够按以下公式计算：
N=Q n（1+ａ）（1+ｂ）
N:零件年产量（件∕年）；
Q:产品年产量；
a：零件备品率；
b：零件废品率。
依据原始资料得悉该产品产量为8000件/年，每日1班。进给箱轴备用具率为16%，机械加工废品率为2%，现在制订该零件机械加工工艺规程。
产品技术要求以下:
① 锻件应消除内应力。
② 调制处理235HB。
③ 齿部局部淬火硬度54HRC。
④ 未注倒角1×45。
⑤ 材料45Cr，N= Q n（1+ａ）（1+ｂ）=8000×（1+16%+2%）=9440。由《机械制造工艺基础（李长胜 主编）》查出，生产类型属于中批生产。

第2章 零件分析
2.1零件结构分析
2.1.1工艺特点
齿轮轴类件工艺特点首先是它形面特征多，在基于特征零件信息描述中能够把它分为主特征：内外圆柱面、圆锥面、齿轮表面等；辅助特征：键槽、小平面、花键、螺纹等。另外，齿轮轴类件加工所使用机床多，材料及热处理种类也较多。它工艺特征如尺寸精度、形位公差、表面质量也要求较高。在机械加工中，每一个零件全部有多个加工工艺方法和之对应，依据生产规模、零件整体形状和轮廓尺寸、制造资源等，针对每一特征加工精度、表面粗糙度及不一样材料选择不一样加工方法。
2.1.2基础工艺过程
1、粗车----车床
2、热处理----箱式炉
3、精车----车床
4、铣键槽----铣床
5、滚齿-----滚齿机
6、齿面淬火---高频淬火机床
7、磨---外圆磨床
8、成品检验
2.1.3 零件功用
本零件为机械设备进给箱轴，功用是传输动力和改变输出轴运动方向。
2.2 零件结构工艺分析
28、49、37.5、26.5、33、25圆柱面及35齿面。其关键加工面有28、25外圆柱面及齿面，1个12内孔。因为传动和装配要求较高，对于28、25圆柱面有较高同轴度要求，对于28、49、37.5、26.5圆柱面及35齿面全部有径向圆跳动要求。粗糙度方面表现在：对于28、 25圆柱表面、49 、37.5 、28、33端面有较高要求为Ra0.8,其中齿底圆粗糙度为Ra2.5，要求较高。其它为Ra3.2，这些在安排加工工艺时也需给注意。工件上大量圆角为r=5，加工过程中应该主意。

第3章 毛坯确实定
3.1毛坯选择
毛坯选择和确定毛坯图是制订工艺规程最初阶段工作之一，也是一个比较关键阶段，毛坯形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工难易，工序数量多少有直接影响，所以，合理选择毛坯在生产占相当关键位置，一样毛坯加工余量确实定也是一个很关键问题。
毛坯种类选择决定和零件实际作用，材料、形状、生产性质和在生产中取得可能性，毛坯制造方法关键有以下多个：1、型材2、铸造3、铸造4、焊接5、其它毛坯。依据零件材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中棒料，加工余量太大，这么不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，本零件关键功用是传输动力，其工作时需承受较大冲击载荷，要求有较高强度和韧性，以使金属纤维尽可能不被切断。因为直径差较大阶梯轴，为了节省材料和降低机械加工劳动量，铸造使零件粗略成型，改善纤维组织提升零件强度。对于中等精度而转速较高轴类零件多选择45Cr合金结构钢，这类钢经调质处理和高频淬火后，含有较高综合机械性能，能满足使用要求，毛坯尺寸要求高。又因为年产量为8000件，达成了批量生产水平，且零件形状较简单，尺寸也不大，故应采取模锻。
3.2外圆表面尺寸确实定
加工长度为332毫米，和其连接最大外圆表面直径为Φ49，为简化模锻毛坯外形，现直接取外圆表面直径为Φ56，Φ49表面粗糙度为R0.8，需要半精加工和精加工即可此时直径余量为7已能满足加工要求Φ49×47、Φ28×135、Φ25×30、Φ26.5×44。
3.3外圆表面沿轴线长度方向加工余量及公差确实定
查《机械制造工艺设计简明手册》锻件复杂形状复杂系数为S1锻件材质系数为M1，锻件轮廓尺寸（长度方向）大于180-315毫米，故长度方向偏差为+1.9—-0.9毫米。
长度方向余量查表2.2-25其它量要求值为8-12毫米，取10毫米Φ26.5处外圆加工余量为11 mmΦ33处外圆加工余量为10 mm，Φ25处外圆加工余量为10 mm，Φ35处外圆加工余量为11 mm，Φ28处外圆加工余量为10 mm，Φ49处外圆加工余量为7 mm。因为铸造长轴时，有可能出现不在同一轴线上，故流余量稍大些，预防毛坯报废。查《工艺手册》粗车外圆后半精车余量单边留1.2 mm即可，半精车后外圆磨削余量0.5 mm.因为毛坯及以后各道工序加工全部有加工公差，所以所要求加工余量其实只上只是名义上加工余量。实际上，加工余量有最大最小之分。
因为本设计要求零件为大批生产，应该采取调整法加工，所以在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方法给予确定，但轴类零件通常以两中心孔定位，加工精度就可确保，所以不用调整法加工即可。
3.4毛坯图设计
毛坯（锻件）图是依据产品零件设计，经查《机械加工工艺手册》 、《机械零件工艺手册》，再考虑到其所要加工次数，知磨削余量，精车----粗车各余量,粗车余量可选择1mm，精车余量可选择0.5mm，传动轴磨削余量可取0.25mm 。毛坯图见附图。

第4章 工艺规程设计
4.1 基准概念和分类
零件是由若干表面组成，各表面之间全部有一定尺寸和相互位置要求。用以确定零件上点、线、面间相互位置关系所依据点、线、面称为基准。基准按其作用不一样，可分为设计基准和工艺基准。
4.1.1 设计基准
设计图样上所采取基准称为设计基准。如零件图上轴心线是各外圆和孔设计基准。
4.1.2 工艺基准
在工艺中采取基准称为工艺基准。按用途可分为定位基准、测量基准和装配基准。
定位基准 加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所使用基准。如零件在精车时，中心孔就是定位基准。
测量基准 零件检验时，用于测量已加工表面尺寸及位置基准。
装配基准 装配时用已确定零件在部件或产品中位置基准。零件图中25、 28即为装配基准。
4.1.3 定位基准选择
选择工件定位基准，实际上是确定工件定位基面。依据选定基面加工是否，又将定位基准分为粗基准和精基准。在起始工序中，只能选择未经加工毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过表面作为定位基准，则称为精基准。在选择定位基按时，是从确保精度要求出发，所以分析定位基准选择次序就应为精基准到粗基准。
4.2进给箱轴基准选择
4.2.1粗基准选择
选择标准是：（1）非加工表面标准（2）加工余量最小标准（3）关键表面标准（4）不反复使用标准（5）便于装夹标准。依据以上选择标准，在加工时：（1）车左端时，以两端端面中心孔作为粗基准。（2）车右端时，以两端端面中心孔作为粗基准。
4.1.2精基准选择
选择标准是：
（1）基准重合标准
（2）基准统一标准
（3）自为基准标准
（4）互为基准标准
（5）便于装夹标准
依据以上选择标准，我们就能够选择端面中心孔作为精基准。
因为该传动轴多个关键配合表面，轴肩面对基准轴线A-B全部有径向圆跳动要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采取双顶尖装夹方法，以确保零件技术要求。 
依据零件图纸和使用要求分析Φ25、Φ28圆跳动要求为0.020mm。基准选择是工艺规程设计中关键工作之一。基面选择正确和合理，能够使加工质量得以确保，生产率得以提升，不然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，使生产无法进行。
（1）粗基准选择对于通常轴类零件而言以外圆作为粗基准是完全合理。
（2）精基准选择，以两顶尖孔作为轴类零件定位基准既符合基准重合标准又能使基准统一。所以以两顶尖为定位基准。两顶尖孔质量好坏对加工精度影响很大，应尽可能做到两顶尖孔轴线重合，顶尖接触面积大，表面粗糙度底，不然，将会因工件和顶尖间接触刚度改变而产生加工误差作为定位基准中心孔经过数次使用可能磨埙或拉毛或因热处理和内应力发生位置变动或表面产生氧化皮。所以，常常注意保持两顶尖孔质量是轴类零件加工关键问题之一。
4.3制订工艺路线
4.3.1 加工阶段划分
工件加工质量要求较高时，全部应划分加工阶段，通常可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。假如加工精度和表面质量要求尤其高，则还可增设光整加工和超密加工阶段。
4.3.2 各加工阶段关键任务
（1）粗加工阶段任务是切除毛坯大部分余量，使毛坯靠近成品形状和尺寸。
（2）半精加工阶段任务是留下精加工余量后使关键表面达成一定精度，为精加工做好准备并完成部分次要表面加工。
（3）精加工阶段任务是确保各关键表面达成要求精度和表面粗糙度。
4.3.3加工次序安排
（1）切削加工安排标准：A.基准先行B.先粗后精 C.先主后次 D.先面后孔
（2）热处理工序安排：
A.预备热处理目标改善工件加工性能，消除残余内应力，改善金相组织，为最终热处理做好准备，如正火、退火和调质等。预备热处理通常安排在粗加工前，但调质常安排在粗加工后进行。
B.消除残余应力处理目标是消除毛坯制造和切削加工过程中产生残余应力，如时效和退火。
C.最终热处理目标是提升零件力学性能（如强度、硬度、耐磨性等），如调质、淬火、回火和多种表面处理，通常安排在精加工前。
本零件关键功用是传输动力，其工作时需承受较大冲击载荷，要求有较高强度和韧性，故需要进行渗碳淬火回火热处理。此零件为配合件，配合部位精度要求比较高，为了达成图纸精度要求，应该安排磨削工序，来达成精度要求和提升表面性能。
（3）辅助工序安排：辅助工序包含检验、去毛刺、清洗、防锈等检验。除了工序中自检外，还需在下列场所单独安排检验工序：a.关键工序前后；b.送往外车间加工之前；c.全部加工工序完成、去毛刺以后。有些特殊去毛刺常安排在下列场所进行：a.淬火工序之前；b.全部加工工序结束以后。
4.3.4 粗加工阶段
(1)毛坯处理、毛坯备料、铸造和正火。
(2)粗加工，锯去多出部分、铣端面大中心孔和车外圆。
这个阶段关键目标是：用大切削用量切除大部分余量，把毛坯加工至靠近工件形状和尺寸，只留下少许加工余量。经过这个阶段还可立即发觉锻件裂缝及缺点，做处对应方法。
4.3.5 半精加工阶段
(1)半精加工前热处理 对于45Cr通常采取调质处理达成HB235。
(2)半精加工外圆
这个阶段关键目标是：为精加工做好准备，尤其为精加工做好基面准备。部分要求不高表面，在这个阶段达成图纸要求要求。
4.3.6 齿轮加工阶段磨削加工阶段：
(1)粗磨削加工前热处理，低温时效。
(2)精加工前多种加工、铣槽、研中心孔、磨外圆、粗磨齿、二次时效。
(3)精磨齿，确保关键表面精度。
第5章 确定加工工艺路线方案
该零件是批量生产，能够采取机床配以专用夹具，工序以分散为主，一些工序能够合适集中应划分加工阶段，将粗加工和精加工分开，工艺路径确实定，为确保达成零件几何形状尺寸精度，位置精度及各项技术要求，必需制订合理工艺路线。在生产纲领已确定为中批生产条件下，能够采取通用机床配一专用工夹量具，并考虑工序集中，以提升生产率和降低机床数量使生产成本降低。工序以下：
(1)备料：45Cr Φ56×342
(2)铸造：为了零件粗略成型，到节省原材料，降低切削用量，改善纤维组织要严格控制铸造温度，最好能一火锻成，外圆铸造余量8-10毫米，始锻温度1200度，终锻 温度800度，空冷。
(3)退火处理：目标是降低硬度，改善切削加工性能。消除铸造应力和细化晶粒和消除组织不均匀，退火温度840-870℃保温5小时，炉冷至550℃空冷。
(4) 钻中心孔B2 GB145-，铣端面至尺寸。
(5)粗车：夹Φ56粗车Φ26.5、Φ35、Φ33、Φ28、Φ25均留余量3毫米，调头车Φ28
留余量3毫米。
(6)调质热处理：目标是为了提升零件机械性能，取得均匀回火奥氏体，为表面硬化作好纤维组织上准备，是轴能取得高强度心部和高硬度表层。同时有一个良好硬度阶梯，避免应力集中。调质淬火温度830-850℃保时1-1.5分/毫米回火温度600-640℃2-4小时 调质硬度HB220-250。
(7)研磨中心孔。
(8)半精车：半精车外圆各步，留余量0.5毫米，Φ49车至尺寸。
(9)滚齿：齿数18 模数1.75 精度等级7。
(10)齿表面淬火: 不改变钢表层成份，仅改变表层组织且心部组织不发生改变。目标是保持工件心部韧性和使表面得到很好耐磨性，提升其冲击韧性和疲惫强度等力学性能。感应加热表面淬火零件宜选择中碳非合金钢和低碳合合金结构钢。经感应加热表面淬火工件，表面不易氧化，脱碳变形小，淬硬层深度易于控制，通常高频感应加热淬硬层深度为1-2毫米，表面硬度比一般淬火高2-3HRC。另外，该热处理方便生产率高，易于实现机械化，多用于大批大量生产形状简单零件，符合要求。
(11)铣键槽: 确保尺寸。
(12)研磨中心孔。
(13)齿端面到角。
(14)磨外圆：Φ26.5、Φ33两外圆虽无尺寸精度，因为进给箱齿轮轴在高速运转中工作，进给箱齿轮轴所产生微小不平衡全部全影响内磨质量，所以，两外圆需经磨削加工。
(15)粗磨齿。
(16)二次时效：加热到160℃保温10小时空冷。
(17)精磨齿。
(18)终检。
(19)入库。

第6章 选择加工设备及工艺装备
6.1机床选择
本零件在粗加工阶段所使用是C616型一般车床，这是一个小型车床，床身最大工件回转半径为160mm，最大加工长度为550mm。适合批量较小，精度要求不高零件加工。在精加工阶段使用是CJK6132型数控车床，床身上最大工件回转直径：ф320mm,最大加工长度：600mm。精加工阶段使用数控车床加工优势在于：数控车床加工精度比一般车床高，能满足零件设计要求，而一般车床难以达成要求。再者数控车床本身精度高、刚性大，可选择有利加工用量，生产率高，是一般车床 3～5 倍。但数控车床投资大，使用费用高，生产准备工作复杂。因为整个加工过程采取程序控制，数控加工前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。综合考虑这些原因，所以在粗加工阶段所使用是C616型一般车床来加工，精加工阶段使用是CJK6132型数控车床来加工。
6.2 刀具选择
在车床上加工工序，通常全部选择硬质合轫。加工钢质零件采取YT类硬质合金粗加工用YT5，精加工用YT15。为提升生产率和经济性，可选择可转位车刀。（GB5343.1-85，GB5343.2-85）滚齿依据《金属切削原理和刀具》采取A级单头滚刀能达成8级精度。滚刀选模数为3mmⅡ型A级精度滚刀（GB6083-85）。铣刀按直柄键槽铣刀（GB1112-85）零件要求铣切深度为4mm，槽宽为8mm，所以所选铣刀=铣刀直径d=8mm,L=50mm,l=14mm,d1=8用硬质合金顶尖研磨中心孔，把硬质合金顶尖60度圆锥体修磨成角锥形状，使圆锥面留下4-6条均匀分布刃带。不带护锥A型中心孔，d=4,D=8.5,L2=3.9,t=3.5。外圆磨削：200×20×75—AF60L5v—35m／s 。

6.3量具选择
本零件属成批生产，通常均采取通用量具。选择量具方法有两种：一是按计算器具不确定度选择；二是按计算器具测量方法极限误差选择。选择时，采取其中一个方法即可。
6.3.1 径向测量工具
选择各外圆加工面量具
加工面尺寸
尺寸公差
量 具
49
0.016
分度值为0.01mm， 测量范围为25--50mm外径百分尺 （GB1216-85）
35
|
28
0.06
33
|
25
0.06
26.5
|
分度值为001mm， 测量范围为25--50mm外径百分尺 （GB1216-85）

6.3.2工具轴向测量
尺寸及公差
量具
135
分度值为0.02， 测量范围为0—150游标卡尺。（GB1214-85）
47
10
44
30
50
35
分度值为0.02， 测量范围为0—150游标卡尺。（GB1214-85）
332
分度值为0.02， 测量范围为0—500游标深度尺。（GB1215-87）
6.3.3选择加工槽所用量具
槽经粗铣、半精铣两次加工。槽宽及槽深尺寸公差等级为：粗细是均为IT14；半精铣时，槽宽为IT9级、槽深为IT12均可选择分度值为0.01测量范围0—10百分表（GB1219-85）.
D选择滚齿工序所用量具
滚齿工序在加工时测量公法线长度即可。依据《公差配合和测量技术》【3】，选分度值为0.01，测量范围0—25公法线百分尺（GB1217-86）
第7章 确定工序尺寸
确定工序尺寸通常方法是，由加工表面最终工序往前推算，最终工序工序尺寸按需零件图样要求标注。
7.1确定圆柱面工序尺寸
圆柱面即轴表面工序尺寸只和加工余量相关。前面依据相关资料已查处零件各表面总加工余量（毛坯余量），应将总加工余量分为各工序加工余量，然后再由后往前计算工序尺寸。查表修正法是以生产实践和试验研究积累相关加工余量资料数据为基础，并按具件生产条件加以修正来确定加工余量方法，该方法应用比较广泛。加工余量数值可在多种机械加工工艺手册中查找，其步骤以下：
1.依据各工序加工性质，查表得它们工序余量。
2.确定各工序尺寸公差及表面粗糙度。由各工序加工性质查相关经济加工精度和经济表面粗糙度。
3.依据查余量计算各工序尺寸。
4.确定各工序上下偏差。按“单向入体”标准，对于孔基础尺寸值为公差带下偏差，上偏差取正值；对于毛坯尺寸偏差应取双向对称偏差。
7.2确定轴向工序尺寸
确定各加工表面工序加工余量，本零件各端面台阶工序加工余量。因为用顶尖顶紧工件进行加工，径向又没有标注公差尺寸，只选择两端面为测量基准，故不用确定工序尺寸，每次工序加工中只选测量出要求尺寸即可。所以轴向工序尺寸可略。
7.3 确定铣槽工序尺寸
半精铣可达成零件图样要求，则该工序尺寸：槽宽为8mm，槽深4mm。粗铣时，为半精铣留有加工余量：槽宽双边余量为2mm,槽深余量为2mm。则粗铣工序尺寸：槽宽为6mm，槽深2mm。
7.4磨外圆至工序尺寸
磨齿到表面粗糙度。

第8章 切削用量选择
粗车工序:已知加工材料为45Cr钢，Eb700Mpa，锻件，有外皮，坯件D=60mm，车削后d=56mm,加工长度为342mm，机床为c616，工件两端支承在顶尖上。因为工件是铸造毛坯，加工余量达5mm，而加工要求较高，故分两次走刀完成，粗车加工余量为4mm，半精车加工余量为0.75mm。
粗铣槽工序:所选刀具为高速钢直柄槽铣刀，铣刀直径=6，立铣刀可直接加工到图纸要求，不用确定切削用量
(1)确定铣削宽度 立铣刀=6mm
确定每齿进给量，依据X52型铣床说明书，其功率为75KW，中等系统刚度，根听说明书 v=0.12-0.20
(2)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4mm，刀具寿命T=60min
(3)确定切削速度，切削速度可依据查得公式计算
Vc=21.5×8×0.45/60×4×0.1×0.5×8×0.54 ×1.0=95m/min
(4)检验机床功率：根听说明书， Vf≤75，Pct=1.1KM
切削功率修正系数为=1，故实际切削功率为Pcc=Pct=1.1KW
机床主轴许可功率为：
Pcm=7.5×0.75KW=5.63KW
故，所确定切削用量能够采取。
进给箱用来改变进给量，主轴经挂轮箱传入进给箱运动，经过移动变速手柄来改变进给箱中滑动齿轮啮合位置，便可使光杆或丝杆取得不一样转速。进给箱齿轮轴是进给箱内关键轴，应用广泛。本设计针对它加工工艺过程进行了一系列分析，关键从毛坯选择，基准选择，加工阶段划分，工艺路径确实定，机床、夹具、刀具、量具、切削用量确实定和工序尺寸方面进行研究，制订出了机械加工工艺规程，在实际中含有一定可行性。

第9章 夹具设计
9.1专用夹具设计基础要求
1)夹具设计应满足零件加工工序精度要求
2)应能提升加工生产率
3)操作方便、省力、安全
4)含有一定使用寿命和较低夹具制造成本
5)含有良好结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修
9.2夹具特点
1）确保工件加工精度
专用夹具应有合理定位方案，适宜尺寸，公差和技术要求，并进行必需精度分析，确保夹具能满足工件加工精度要求。
2）提升生产效率
专业夹具复杂程度要和工件生产纲领相适应，应依据工件生产批量大小选择不一样复杂程度高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提升生产效率。
3）工艺性好
专用夹具结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具生产属于小批量生产。
4）使用性好
专用夹具操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必需时可设置排屑机构。
5）经济型好
除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应依据生产纲领对夹具方案进行必需经济分析，以提升夹具在生产中经济效益。
9.3夹具设计关键点
确定各表面加工方案，在选择各表面孔加工方法时，需综合考虑以下原因：
（1）要考虑各表面精度和质量要求，依据各加工表面技术要求，选择加工方法及分几次加工。
（2）依据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用高效率设备；在单件小批量生产中则使用常见设备和通常加工方法。
（3）要考虑被加工材料性质。
（4）要考虑工厂或车间实际情况，同时也应考虑不停改善现有加工方法和设备，推广新技术，提升工艺水平。
（5）另外，还要考虑部分其它原因，如加工表面物理机械性能特殊要求，工件形状和重量等。
9.4钻床夹具总体设计
9.4.1设计任务
设计关键任务是设计一个钻床夹具，在零件端面上钻孔，为了使钻孔位置正确，必需对零件进行固定定位，提升加工精度，使之满足使用要求。专用夹具设计，方便加工及装卸，节省时间，提升工作效率。
被加工零件材料为45Cr，孔深度为34mm，零件总长为332mm，在进给箱轴左端面上钻孔，孔直径为ø12mm。
9.4.2 夹具设计步骤
1）明确设计任务书和搜集设计材料
夹具设计第一步是在已知生产纲领前提下，研究被加工零件零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容关键是了解工件特点、材料；确定本工序加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用机床、刀具、量具等。
其次是依据设计任务书搜集相关材料。
2）确定夹具结构方案和绘制夹具图
A）确定工件定位方案，设计定位装置。
B）确定工件夹紧方案，设计夹紧装置。
C）确定夹具和机床连接方法，设计连接元件及安装基面。
D）绘制夹具图，并标注尺寸。
3） 进行必需分析计算
工件加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置夹具，需计算夹紧力当有多个夹具方案时，可进行经济分析，选择经济效益很好方案。
4） 绘制夹具装配总图
夹具总装配图应按国家标准绘制。绘图百分比采取1:1。总图应把夹具工作原理、多种装置结构及其相互关系表示清楚。
夹具总图绘制次序以下：
A） 用双点划线将工件外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图适宜位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具线条。
B） 依次绘出定位装置、夹紧装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。
C） 标注必需尺寸、公差和技术要求。
D） 编制夹具明细表及标题栏
6） 绘制夹具零件图
夹具中非标准零件均要画零件图，并按夹具总图要求，确定零件尺寸、公差及技术要求。
9.5夹具工作原理和结构设计
9.5.1对定位元件基础要求
1) 足够精度
因为工件定位是经过定位副接触（或配合）实现，定位元件上限位基面精度直接影响工件定位精度，所以，限位基面应有足够精度，以适应加工要求。
2) 足够强度和刚度
定位元件不仅限制工件自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力作用，所以，因有足够强度和刚度，以免使用中变形或损毁。
3) 耐磨性好
工件装卸会磨损定位元件限位基面，造成定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必需更换，不然，夹具不能继续使用。为了延长定位元件更换周期，提升夹具使用寿命，定位元件应有很好耐磨性。
4) 工艺性好
定位元件结构应努力争取简单、合理，便于加工、装配和更换。
9.5.2定位方案和定位元件
工件在夹具中定位任务是：使同一工序中一批工件全部能在夹具中占据正确位置，工件位置正确是否，用加工要求来衡量，能满足加工要求为正确，不能满足加工要求为不正确。一批工件逐一在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据位置不可能完全一致，也无须要求它们完全一致，但各个工件位置变动量必需控制在加工误差所许可范围之内。
该设计为了满足钻孔需要，在定位过程中需要确保零件上下表面和水平面平行，轴中心线和水平面垂直，确保ø12mm孔位置。因为定位基准为零件中心线，采取V形块定位，满足了定位基准要求。同时下面采取水平面定位，水平面和零件外圆面线接触，配合起来使零件不会发生移动或左右偏转情况，满足加工要求。
9.5.3对夹紧装置基础要求：
1） 夹紧过程中，不改变工件定位后占据正确位置。
2） 夹紧力大小合适，一批工件夹紧力要稳定不变。既要确保工件在整个加工过程中位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。
3） 夹紧装置复杂程度应和工件生产纲领相适应。工件生产批量越大，许可设计越复杂、效率越高夹紧装置。
工艺性好，使用性好。其结构努力争取简单，便于制造和维修。夹紧装置操作应该方便、安全、省力。
在夹紧工件过程中，夹紧作用效果会直接影响工件加工精度、表面粗糙度和生产效率。所以，设计夹紧装置应遵照以下标准：
（1） 工件不移动标准
夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据正确位置。
（2） 工件不变形标准
夹紧力大小要合适，既要确保夹紧可靠，又应使工件在夹紧力作用下不致产生加工精度所不许可变形。
（3） 工件不振动标准
对刚性较差工件，或进行断续切削，和不宜采取气缸直接压紧情况，应提升支承元件和夹紧元件刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统振动。
（4） 安全可靠标准
夹紧传力机构应有足够夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以确保夹紧可靠。
（5） 经济实用标准
夹紧装置自动化和复杂程度应和生产纲领相适应，在确保生产效率前提下，其结构应努力争取简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。
夹紧机构---传输夹紧力，它是直接和工件接触完成夹紧作用最终实施元件。要使动力装置所产生力或人力正确地作用到工件上，需有合适传输机构。在工件夹紧过程中起力传输作用机构，称为夹紧机构。
夹紧机构在传输力过程中，能依据需要改变力大小、方向和作用点。手动夹具夹紧机构还应含有良好自锁性能，以确保人力作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。
9.5.4夹紧方案选择
因为是轴用两个V形块夹住齿轮轴，为了使其快速夹紧使用类似台虎钳夹紧机构（见零件图和装配图）。限制5个自由度。
9.5.41钻削切削力
需要钻孔零件材料为45Cr，含碳量为0.42~0.49,属于。
45Cr力学性能：抗拉强度≥1030Mp；屈服强度≥835 Mp；伸长率 δ≥9%；断面收缩率 ψ ≥40%；硬度：调制处理≤235HB。
钻削切削力计算公式以下表：

表1 钻削切削力计算公式
工件
材料
加工
方法
刀具
材料
切削扭矩
计算公式
切削力
计算公式
结构钢和铸钢
=736MPa
钻

高速钢

扩钻

耐热钢
（HB141）

钻

灰铸铁
（HB190）

硬质合金

扩钻

高速钢

可锻铸铁（HB120）

钻

硬质合金

铜合金
高速钢

钻削时进给量
f：0.15~0.32mm/r，取f=0.2mm/r
由表可知，切削扭矩计算公式
（式3-1）
为修正参数，它计算公式
因为45Cr抗拉强度 σb (MPa)：≥1030，σb (MPa)=1030
（3-2）
孔，带入式3-1得：
（式3-3）
由表3-3可知，切削力计算计算公式以下，其中f=0.2mm/转
（式3-3）
计算孔切削力，带入式3-4得：
（式3-4）
9.5.4.2实际所需夹紧力计算
计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。依据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动工件还应考虑惯性力等）作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最终为确保夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力数值，即：
（式3-5）
式中 —实际所需夹紧力（N）；
—在一定条件下，由静力平衡计算出理论夹紧力（N）；
—安全系数。
安全系数K可按下试计算：
（式3-6）
式中，为多种原因安全系数，如表3-1。
表2 安全系数数值
符号
考虑原因
系数值

考虑工件材料及加工余量均匀性安全系数
1.2~15

加工性质
粗加工
1.2

精加工
1.0

刀具钝化程度（详见表3）
1.0~1.9

切削特点
连续切削
1.0
断续切削
1.2

夹紧力稳定性
手动夹紧
1.3
机动夹紧
1.0

手动夹紧手柄位置
操作方便
1.0
操作不方便
1.2

仅有力矩使工件回转时，工件和支撑面接触情况
接触点稳定
1.0
接触点不稳定
1.5
若安全系数K计算结果小于2.3时，取K=2.5。
钻孔时，依据表2、表3，带入式3-5，计算对应安全系数得：