毕业设计（论文）--汽车换挡杆钻铣专用机床工作台及液压夹具设计

四川理工学院毕业设计（论文）

汽车换挡杆钻铣专用机床工作台

及液压夹具设计

学 生： 学 号：

专 业：机械设计制造及其自动化

班 级：机电20124 指导教师：

四川理工学院机械工程学院

二O一六年六月

摘 要

本文设计的钻铣专用机床工作台及液压夹具是针对换挡杆钻、铣工序的特点，提出将钻、铣加工进行工序集中，完成定位装夹，从而提高加工效率。设计的工作台及液压夹具包括定位、夹紧、放松等三个动作。液压夹具采用V型块和侧面可调支撑作为定位元件，采用4个液压缸实现8个工件的夹紧，一次装夹便能完成钻削和铣削两道工序。夹具中的对刀装置和钻套用于铣刀对刀和引导钻头，以便完成加工。工作台为直线运动工作台，当工件装夹到位后，先完成钻削加工，然后工作台向左运动，左边的铣刀就能完成铣削加工。液压夹具能装夹工艺相同、尺寸不同的相似零件，完成加工，扩大了机床的加工范围。实践表明：采用该专业机床工作台及液压夹具的机床，能够提高加工效率3倍以上。

关键词：汽车换挡杆；专用机床；工作台

I

ABSTRACT

In this paper, the design of drilling and milling machine working table and hydraulic clamp is for shifting rod drilling, milling process characteristics, put forward the drilling, milling process for centralized, complete the positioning of the clip, thereby improving the processing efficiency. The design of the working table and hydraulic clamp including positioning, clamping, relaxation and other three actions. Hydraulic clamp using V type block and the side of the adjustable support as a positioning element, the 4 hydraulic cylinders to achieve the 8 workpiece clamping, a clamping can complete drilling and milling two processes. The knife device in fixture and drill sleeve milling cutter for tool and guide drill, so as to complete the machining. When the workpiece is clamped in place, the working table is a straight movement working table, the drilling process is finished first, and the working table is left to move, and the left side milling cutter can finish the milling process. The hydraulic clamp can clamp the similar parts with the same size and different size, complete the processing, and expand the processing range of the machine tool. Practice shows that the use of the professional machine tools and hydraulic clamp machine tool, can improve the processing efficiency of more than 3 times.

Keywords: Automobile gear shift lever; Special purpose machine tool; workbench

II

目 录

摘 要 ............................................................................................................................. I ABSTRACT ..................................................................................................................... II 第1章 绪论 ................................................................................................................... 1

1.1 1.2 1.3

选题依据和意义 ............................................................................................ 1 研究现状和时代背景 .................................................................................... 1 研究的主要内容及研究方法 ........................................................................ 1

第2章 总体方案的设计 ............................................................................................... 3

2.1 2.2 2.3

夹具体设计的总体方案 ................................................................................ 3 工作台设计的总体方案 ................................................................................ 4 本章小结 ........................................................................................................ 4

第3章 夹具的设计 ....................................................................................................... 5

3.1 3.2

零件的分析 .................................................................................................... 5 零件的加工工艺性分析 ................................................................................ 6 3.2.1 钻削工艺分析 ......................................................................................... 6 3.2.2 铣削工艺分析 ......................................................................................... 6 3.3

零件的自由度分析 ........................................................................................ 6 3.3.1 定位基准的选择 ..................................................................................... 7 3.4 3.5 3.6

定位方法的选择 ............................................................................................ 7 定位元件型号的选择 .................................................................................... 8 定位误差的分析与计算 ................................................................................ 8 3.6.1 钻孔加工的定位误差的分析 ................................................................. 8 3.6.2 铣槽加工的定位误差的分析与计算 ..................................................... 9 3.7

对刀装及导向装置的设计 ............................................................................ 9 3.7.1对刀装置的设计 ....................................................................................... 9 3.7.1 导向装置的设计 ................................................................................... 10 3.8

夹紧装置的设计 .......................................................................................... 11 3.8.1 夹紧力的确定 ....................................................................................... 11 3.8.2 夹紧方案的总体设计 ........................................................................... 13 3.8.3 夹紧元件的设计 ................................................................................... 14 3.9

传力部件П的设计 ..................................................................................... 16

III

3.10

传力部件?的设计 ....................................................................................... 16 3.10.1 传力部件?的尺寸设计 ...................................................................... 16 3.10.2 传力部件?的尺寸校核 ...................................................................... 17 3.11 3.12

液压缸的设计与选择 .................................................................................. 17 各部件连接形式和尺寸的设计 .................................................................. 18 3.12.1 夹紧元件与传力部件П的连接设计 ................................................ 18 3.12.2 传力部件П与传力部件?的连接设计 ............................................. 19 3.12.3 液压缸与传力部件?的连接设计 ...................................................... 20 3.13 3.14 3.15 3.16

液压缸基座的设计 ...................................................................................... 21 支承板的设计 .............................................................................................. 21 夹具体的设计 .............................................................................................. 22 本章小结 ...................................................................................................... 23

第4章 工作台的设计 ................................................................................................. 24

4.1 4.2

工作台传动方案设计 .................................................................................. 24 电动机的设计选择 ...................................................................................... 24 4.2.1 电动机类型的选择 ............................................................................... 24 4.2.2 电动机型号的选择 ............................................................................... 24 4.3

丝杠的设计 .................................................................................................. 25 4.3.1 丝杠的参数设计 ................................................................................... 25 4.3.2 丝杠的支承设计 ................................................................................... 25 4.4

工作台结构的设计 ...................................................................................... 26 4.4.1 工作台与导轨间的结构设计 ............................................................... 26 4.4.2 三角形导轨尺寸设计 ........................................................................... 26 4.4.3 工作台与丝杠的传动设计 ................................................................... 27 4.4.4 工作台与导向板的连接设计 ............................................................... 27 4.4.5 工作台与夹具的连接设计 ................................................................... 28 4.5

本章小结 ...................................................................................................... 29

第5章 夹具体及工作台的仿真 ................................................................................. 30

5.1 5.2 5.3

夹具的仿真 .................................................................................................. 30 工作台的仿真 .............................................................................................. 30 夹具和工作台整体的仿真 .......................................................................... 31

IV

5.4

本章小结 ...................................................................................................... 31

第6章 结论 ................................................................................................................. 32 参考文献 .......................................................................................................................... 33 致 谢 .............................................................................................................................. 34

V

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第1章 绪论

1.1 选题依据和意义

本文所研究汽车换挡杆专用机床工作台及液压夹具目的是为了针对换挡杆钻、铣工序的特点，提出将钻、铣加工进行工序集中，完成定位装夹，从而提高加工效率、降低企业生产成本。在以往的换挡杆零件加工中，换挡杆加工工艺复杂，不同厂家所设计换挡杆尺寸也有些许不同，本文设计的工作台及液压夹具可以装夹工艺相同、尺寸不同的相似零件，以完成加工。本文结合多本参考文献的具体设计实例，分析其中设计的优缺点，完成最终的设计，希望能够设计出较为实际有效的成果。

1.2 研究现状和时代背景

随着我国机械制造业的高速发展，各种机械加工对零件加工的要求也越来越高。汽车产业在我国的工业生产总值的占有比例越来越大[1]。汽车在我国的需求量也越来越大，在汽车的生产过程中，换挡杆是汽车机械手动变速器上实现换挡的重要零件。换挡杆需求量大，加工批量大，不同厂家和车型的换挡杆在结构和工艺上具有很大的相似性。目前，换挡杆的加工都是采用通用机床完成，加工工艺复杂，需要多次装夹才能完成零件加工，影响零件的加工精度和加工效率，同时需要大量的操作工人，因此严重制约了企业的生产效率和成本。企业为了解决这一难题，一般的解决办法有采用数控机床加工零件、采用专用机床加工零件等方法。采用数控机床加工零件的方法确实能够提高加工效率和工件的加工质量，但数控机床成本较高对生产人员的要求也更高；而采用专用机床加工零件的方法也能达到提高加工效率和加工质量的作用，专用机床是为某一零件在某一道工序上的装夹而专门设计和制造的夹具的机床[2]。同时较前一种加工方法的所需要的成本底，能大大减小企业的成本。

1.3 研究的主要内容及研究方法

本文具体内容包括五大部分，即绪论、总体方案设计、夹具的设计、工作台的设计、夹具及工作台的仿真。

第一章绪论部分阐述了本文设计的选题依据和意义、研究现状、时代背景及主要内容研究方法，此部分是对本次设计大体情况的概括和总结。

1

第1章绪论

第二章是对换挡杆专用机床夹具及工作台总体设计过程进行综述，主要介绍了夹具和及工作台的结构形式，结合图片，表示了具体设计步骤。

第三章是对换挡杆专用机床夹具的设计过程进行综述，主要介绍了夹具各个零部件的设计和选择的过程。通过具体分析换挡杆零件，明确换挡杆零件加工要求，逐一对各个夹具零部件及其连接形式进行设计，并充分利用了机械专业的知识使夹具零部件的设计更加的合理。

第四章是对换挡杆专用机床工作台的设计过程进行综述，主要介绍了与工作台相关零件的设计，通过确定它们之间的连接形式与要求，最后确定工作台的结构。

第五章是对换挡杆专用机床夹具及工作台的仿真过程进行综述，主要分别介绍夹具及工作台仿真的过程；以及通过仿真，最后确定本次设计的结果能够满足使用要求。

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第2章 总体方案的设计

本文的研究的夹具及工作台为汽车换挡杆钻铣专用机床上的部件，其机床的针对汽车换挡杆钻、铣工序的特点，提出将它们进行工序集中，采用自动化钻铣专用机床来提高加工效率。设 计的自动化钻铣专用机床包括上料和钻孔、铣槽、卸料等3 个工位，采用 “上料→装夹→钻孔→铣槽→卸料”工艺流程完 成换挡杆钻铣加工。上料装置由分料装置和送料装置组成，实现 “分料→送料”的上料过程。液压夹具采用 V 形块和侧面 支撑板作为定位元件，采用4 个液压缸实现8 个工件的夹紧。钻削头和铣削头调节装置可用来调节钻头、铣刀与工件之间 的相对位置，因此该机床可用来实现工艺相同、尺寸不同的相似零件的钻、铣加工，扩大了机床的加工范围。采用该专用机床大大缩短了生产辅助时间，钻、铣加工效率可提高3 倍以上; 加工过程全自动化，一个工人可以同时看管 多台专用机床，可减少劳动力需求75%以上，从而大大降低换挡杆加工成本。

本文设计包括两个内容，即机床的夹具和工作台，则总体设计分为两个部分。在本文的最后对夹具和工作台进行仿真调试，使其满足使用要求。

2.1 夹具体设计的总体方案

夹具体主要包括：夹具体、支承元件、定位元件、夹紧元件、传力部件、液压缸、钻模板等组成，其总体示意图如图2-1所示。图2-1中，1为钻模版，2为V形块，3为支承板，4为夹紧元件，5为液压缸，6为夹具体，7为传力部件。零件整个夹紧过程如下：夹具体及支承元件支承着这些夹紧和导向机构，液压油通入液压缸，液压缸产生压力通过传力部件传送到夹紧元件上，零件通过定位元件定位后，被夹紧元件夹紧。

图2-1 夹具总体示意图

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第2章总体方案的设计

夹具设计过程方案示意图，如图2-2所示

图2-2 夹具设计过程示意图

2.2 工作台设计的总体方案

工作台主要包括：工作台、丝杠、导向板、轴承、端盖等组成。其总体示意图如图2-3所示，图2-3中，1为丝杠，2为工作台，3为导向板，4为轴承，5为端盖。工作台移动过程如下：电动机带动丝杠转动，丝杠的转动通过导向板变为工作台的移动。

图2-3 工作台总体示意图

工作台计过程方案示意图，如图2-4所示

图2-4 工作台设计过程示意图

2.3 本章小结

本章对本次设计过程进行总体布置，首先明确了整个专用机床的使用要求，然后分阐述夹具和工作台设计过程，从而对设计过程深入的了解。

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第3章 夹具的设计

3.1 零件的分析

换挡杆是汽车机械手动变速的重要零件，其加工批量大。本次设计液压夹具及工作台的所夹持的零件尺寸不固定，但由于结构和工艺具有很大相似性，所以本次设计按照图3-1所示零件进行设计，设计结果可以夹持各尺寸零件。

图3-1 换挡杆零件示意图

图1-1中零件材料为经过退火处理的45号刚。直径为12mm，零件对称中心距离右端面21mm处为本次工序中需要铣削的槽，距离槽左边47mm处为本次工序中需要钻削的孔，孔径为5mm。考虑到需要加工的孔和槽在零件侧面的同一条母线上，采用工序集中的原理，让钻孔和铣槽在同一道工序中完成，从而提高加工效率。零件材料45号钢的力学性能由参考文献[3]查得如下表3-1所示。

表3-1 45号钢力学性能表

材料性能 数值 屈服极限?s 355N/mm2 抗拉强度?b 600N/mm2 抗弯强P 弯400 N/mm2 布氏硬度 229 HB 密度? 7.85g/cm3 零件毛坯的体积估算：

V零?A零?H零?6?6??181?20470.61mm3

零件毛坯重量计算：

g零?V零???20470.61?10?3?7.85?10?3?0.16kg

零件毛坯重力计算：

G零?mg零?9.81?0.16?1.57N

由于零件毛坯的重力较小，不同尺寸的零件毛坯的重量差异对夹紧力的影响不大，所以可采用此毛坯对夹紧力经行计算。

5

第3章夹具的设计

3.2 零件的加工工艺性分析

首先，拿到的零件毛坯为一光轴，在此之前经过外圆和两端面的车削加工，当工件夹持好后，先经行钻孔的加工，然后经行铣削的加工。

钻削工艺分析

钻削加工时由于孔的精度要求不高，孔一次钻削而成，加工时加入切削液。钻头选用钻头直径d钻 为5mm的高速钢钻头。

钻孔进给量f钻 由参考文献[3]查得f钻=0.06mm/r。

钻孔深度H钻 应多余工件的直径，取H钻=15mm。由于H钻<3d钻，所以不采用钻孔深度修正系数修正进给量。

钻削切削速度V钻 由参考文献[3]选得V钻=0.37m/s。 钻削背吃刀量ap钻=d钻/2=2.5mm。

铣削工艺分析

铣削加工时铣刀采用圆柱成形铣刀，直径d铣 为50mm，为了提高加工质量，采用顺铣的加工方法。铣刀材料采用硬质合金，牌号为YT15。由于在加工中，切削下的金属较少，铣刀采用细齿，齿数Z铣 为8。

铣削每齿进给量af铣 由参考文献[3]查得af铣=0.12mm/z。 铣削进给量计算：

f铣=af铣?Z铣=0.12?8=0.96mm/r

铣削切削速度V铣 由参考文献[3]取得V铣=7m/min。

铣削进给量ap铣 由于一次铣削完成，由零件图纸中量出ap铣=2mm。由于ap铣<30mm，所以铣削进给量不用减少。

铣削宽度由零件图纸中量出ae铣=6mm。

3.3 零件的自由度分析

零件定位示意图如图3-2所示。在定位时，孔和槽对于右端面有尺寸要求，所以X方向的移动自由度需要限制；零件毛坯不能沿着Y、Z方向移动和转动，所以Y、Z方向的移动和转动自由度需要限制。综合以上可知，零件在定位过程中，只有X方向的转

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动自由度不用限制。

图3-2 零件定位示意图

定位基准的选择

定位基准是零件在加工中起定位作用的基准。零件在本道工序之前，已经进过了外圆和两个端面的粗加工。所以只用选择精基准。结合“基准重合”原则，选择零件的轴线为零件径向精基准，选择零件的右端面为零件轴向精基准。

3.4 定位方法的选择

零件需要限制X、Y、Z方向的移动自由度和Y、Z方向的转动自由度。定位反方从参考文献[4]选择出以下三个定位方案。

第一种定位方案两个短V形块和一个支承钉子定位的示意图如图3-3所示

图3-3 两个短V形块和一个支承钉定位示意图

第二种定位方案一个长V形块和一个支承钉定位的示意图如图3-4所示

图3-4 一个长V形块和一个支承钉定位示意图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5wmo.html