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數控車薄片件夾具及加工 李宏 (廣東機電職業(yè)技術學院廣東廣州510515) 摘要:本文就薄片工件在加工中存在的裝夾、車劉方法、面表高光.及車刀選擇的技術問越，就自己在實際加工中的夾具設計，加工方法及刁其選擇解決問題方面，作一敘述。 關健詞:數拉車床;薄片件;夾具;加工;刀具 引言 利用數控車床加工薄片零件，因裝夾問題經常需要設計加工夾具及根據圖紙要求選擇合理的刀具。如(圖一)所示，材料為防銹鋁合金(LFS)，外徑8100毫米，內徑a34毫米.片厚僅4毫米。為音箱裝飾圈， 技術要求:(1)R4的圓弧面、內孔及斜口位高光; (2)表面無刮傷和毛刺; (3)其它面噴細砂氧化香檳金色。 工件的毛坯尺寸，厚度4.5毫米，中間有一直徑為32毫米的孔，外徑為102毫米，在半徑44毫米處均布4個直徑4.5毫米的孔的薄圈，用沖床一次沖出。 2.難度分析及工藝流程分析 2.1從零件圖樣要求及材料來看，主要因為是薄片零件，其厚度僅有4毫米，材料為鋁合金，硬度不高，并且批量較大，既要考慮如何保證工件在加工時的定位精度，又要考慮裝夾方便、可靠、并且不能損傷表面，因此關鍵是解決零件的定位裝夾問題。 2.2根據零件圖樣，經過工藝分析后，制定出以下加工工藝流程: 2.2.1沖床下料 2.2.2銑床銑R4的圈弧深為2毫米 2.2.3數控車床車平一側端面控制厚度4毫米 2.2.4表面噴細砂氧化香檳金色 2.2.5數控車床車R4弧面和直徑88毫米的外圓 2.2.6數控車床惶內孔直徑34毫米和孔口直徑39毫米斜口位。 從上述工藝流程來看，在第S步加工時，如用一般三爪撐著內孔的裝夾方法來加工，因為材料較薄，車削受力點與加緊力作用點相對較遠，剛性不足，引起讓刀和展動，而造成R4的圓弧及直徑88毫米處外圓的表面達不到要求。在第6步加工時，因為以加工了R4的圓弧面，表面不允許劃傷，不可以再裝夾了，就算可以裝夾也會因為剛性不足的原因造成內孔和斜口位表面達不到要求。因此在這兩步加工工序中要考慮如何裝夾定位的問題。 3.夾其設計 如何保證零件定位準確、裝夾方便和加緊可靠呢?根據運動學可知，剛體在空間的任何運動都可看成是相對于三個互相垂直的坐標平面，共有六種運動合成。這六種運動的可能性稱為六個自由度·要使工件在空間處于相對固定不變的位里，就必須限制六個自由度。限制的方法，用相當于六個支承點的定位元件與工件定位基準面接觸來限制。我根據工藝流程的分析經過一番考慮.決定該工件采用一面兩銷的定位方案，因一面兩銷定位具有支承面大，支承鋼度好，定位精度高，裝卸工件方便等優(yōu)點，夾具體平面為第一定位基準，限制了工件的三個自由度;圓銷為第二定位基準，限制了工件的兩個自由度;另一個根據六點定位原理，在實際中我設計了如(圖二)所示夾具。 3.1夾具結構(圖二)在第5步用數控車床車R4弧面和直徑BS毫米的外回時.設計了如(圖二)所示的夾具: 3.1.1件1為夾具主體，材料為A3鋼板.最大直徑為I00趕米的臺階型工件; 3.1.2件2為定位銷，材料為45號鋼，直徑為4.45毫米，4個定位銷圓周均布，剛好與薄片工件上的4個直徑4.5毫米的孔對應配合，使工件在夾具中定位及傳遞切削力; 3.1.3件4,5,6為改裝特制后的壓板組合休，其中件4為軟膠板，直徑80毫米，厚度3毫米，件5用A3鋼板制成，直徑80毫米，厚度l2毫米，件6為活動頂尖，件4與件5用強力貓結劑粘合，然后在與件6的活動頂尖頭聯(lián)接并在聯(lián)接處焊接固定。 3.2零件定位裝夾方法及原理(圖二)件1夾持在數控車床的三爪卡盤上.臺階處靠卡爪，用百分表打表校正夾具體的外圓及端面，本夾具體以右端面為基準定位，限制了三個自由度;工件3的4個直徑4.5毫米的孔與夾具體上的4個定位銷對正套人，一個定位銷限制了兩個自由度，對稱的一個定位銷限制另一自由度，另兩個定位銷重復限制了兩個自由度，從六點定位原理來看，以上定位出現了重復定位，但因為工件上的各定位孔和夾具定位銷的中心距精度很高，為了提高定位支承的穩(wěn)定性，采用了一面四銷定位，通過實踐加工證明，這樣的 重復定位可以相容。工件在夾具中定位后一般應加緊，使工件在加工過程中保持已獲得的定位不被破壞，本夾具通過壓板壓峨(尾座).使工件3得到較好的定位和夾緊。 3.3夾具結構在第6步用數控車床車內孔直徑34毫米和孔口直徑39毫米斜口位時，設計了夾具: 3.3.1件I為夾具的主體，用A3鋼板制成，最大直徑為200毫米，厚度為20毫米的圓餅型工件，右端面有一直徑36毫米，深為7毫米的孔(零件在惶孔時以便鎮(zhèn)孔刀可以徨通孔).左端面有一直徑170毫米，深為IO毫米的孔(可用正爪撐夾); 3.3.2件6為定位銷，材料為45號鋼，直徑為4.45毫米，4個定位銷圓周均布; 3.3.3件4為軟膠板，外回直徑88毫米.內孔直徑勸毫米，厚度1毫米，件5為壓板，用A3鋼板制成，最大直徑為170毫米，厚度為12毫米，中間有一錐孔，小端直徑40毫米，大端直徑70毫米左右.件4與件5用強力貓結劑粘合; 3.3.4件3為螺絲(對稱兩個)中心距120毫米，用于件1夾具主體與件5壓板的聯(lián)接。 3.4零件定位裝夾方法及原理件1夾具主體在數控車床的三卡盤上用反爪夾持，靠卡爪臺階處，用百分表打表校正夾具體的外圈及端面.本夾具體以右端面為基準定位，限制了三個自由度;工件2的4個直徑4.5毫米的孔與夾具體上的4個定位銷對正套人，一個定位銷限制了兩個自由度，對稱的一個定位銷限制另一自由度，另兩個定位銷重復限制了兩個自由度，從六點定位原理來看.以上定位出現了重復定位，但因為工件上的各定位孔和夾具定位銷的中心距精度很高，為了提高定位支承的穩(wěn)定性，采用了一面四銷定位，通過實踐加工證明，這樣的重復定位可以相容。工件在夾具中定位后一般應加緊，使工件在加工過程中保持已獲得的定位不被破壞，本夾具通過螺絲將壓板連接夾具主體，用壓板壓緊，使工件2得到較好的定位和夾緊。 4.實際操作 4.1切削用盤及走刀路線選擇 4.1.1外圓粗車時，主軸轉速每分鐘1100-1200轉，進給速度F200-F350，反偏刀橫裝與刀架上，采用橫向走刀一次加工完成，留梢車余量0.1-0.2毫米。 4.1.2外圓精車時，主軸轉速每分鐘1100-1200轉，為取得較好的表面粗糙度選用較低的進給速度F30-F45，采用縱向走刀一次加工完成。 4.1.3內孔及斜口粗車時，主軸轉速每分鐘1100-1200轉，進給速度F200-F350,采用橫向走刀由里向外一次加工完成.留精車余量0.1-0.2毫米。 4_1.4內孔及料口精車時.主軸轉速每分鐘1100-1200轉。進給速度F30-F45，采用縱向走刀由外向里一次加工完成。 4.2零件加工時的特殊處理 4.2.1見(圖一)中A,B兩處的倒角去毛刺利用刀具的固有幾何形狀輕碰0.3-0.5毫米。 4.2.2所有刀具均無卷屑植，切屑能順前刀面排離工件，以防切屑纏繞工件而刮傷加工表面。 4.3加工時的注意事項 4.3.1工件要夾緊，以防在車削時打滑飛出傷人和扎刀; 4.3.2在車削時要加注柴油潤滑冷卻，以防沮度過高燒壞刀具，使加工表面大不到要求; 4.3.3遵守安全文明生產。 5.結束 通過實際加工生產.證明加工生產工藝流程、夾具設計、刀共及切削用量選用合理.減少了裝夾校正的時間.減輕了操作者的勞動雙度，提高效率.保證了加工后零件的質f,平均兩臺數控車床每周可加工成品五千件左右。 .考文欲 [1]張恩生主編:《車工實用技術手冊》，江蘇科學技術出版社.1999. f2〕白成軒主編:《機床夾具設計新原理》，機械工業(yè)出版社.1997. 目 錄 前 言 .1 1 概述發(fā)展 2 1.1 機床夾具簡介 2 1.1.1 機床夾具的主要功能 2 1.1.2 機床夾具的組成 2 1.1.3 夾具設計的步驟和基本要求 2 2 加工工藝規(guī)程設計 8 2.1 零件的作用 8 2.2 零件的工藝分析 8 2.3 基面的選擇 8 2.3.1 粗基準的選擇原則 8 2.3.2 精基準選擇的原則 9 2.4 制定工藝路線 9 2.5 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 .10 2.6 確定切削用量及基本工時 .11 3 專用夾具設計 .17 3.1 專用夾具的提出 .17 3.2 定位元件及夾緊元件的選擇 .17 3.3 切削力和夾緊力的計算 .17 3.4 定位誤差分析 .18 3.5 定向鍵與對刀裝置設計 .19 3.6 夾具設計及操作簡要說明 .21 結束語 .21 謝辭 .22 參 考 文 獻 23 0 前 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產品，并把它們裝備成 機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè) 的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品。我們的生活 離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展 的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家 國民經濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 高低檔變速叉及銑高低檔變速叉叉腳內側面的夾具設計是在學完了機械制圖、 機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行畢業(yè)設計之后的下一個教學 環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸 確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己 的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設 計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論 與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 本設計選用高低檔變速叉來進行工藝編制與夾具設計，以說明書、繪圖為主， 設計手冊與國家標準為附來進行詳細說明。 1 1 概述發(fā)展 1.1 機床夾具簡介 1.1.1 機床夾具的主要功能 機床夾具已成為機械加工時的重要裝備，同時是機械加工不可缺少的部 件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾 具技術也正朝著高精、高效、模塊、組合、通用 、經濟方向發(fā)展。機床夾具的主 要功能是使工件定位夾緊，使工件相對于刀具及機床占有正確的加工位置，保證 其被加工表面達到工序所規(guī)定的技術要求，工件定位后，經夾緊裝置施力于工件， 將其固定夾牢，使其在加工過程中不致因切削力、重力、離心力等外力作用而發(fā) 生位置改變。為了適應不同行業(yè)的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同 檔次的精度標準供選擇。 安裝方法有找正法和用專用夾具，找正法用于單件、小批生產中，而專用夾 具用于生產批量較大或特殊需要時。 1.1.2 機床夾具的組成 1）定位支承元件 確定工件在夾具中的正確位置并支承工件。 2）夾緊裝置 將工件夾緊不發(fā)生移動。 3）對刀或導向元件 保證刀具與工件加工表面的正確位置。 4）夾具體 將夾具的所有組成部分組成一體，并保證它們之間的相對位置關 系。 1.1.3 夾具設計的步驟和基本要求 一：夾具設計的基本要求 夾具在機械加工中起著重要的作用，它直接影響機械加工的質量、工人的勞 動強度、生產率和加工成本。因此對設計的夾具，提出以下幾點基本要求。 1）能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術要求。若工件達不到加工技術要求，成 為廢品，則夾具設計是失敗的，該夾具不能用與生產。 2）操作簡單，便于工件安裝，減輕工人的勞動強度，節(jié)省工件安裝時間，降 低輔助工時，保證高的生產效率。 3）具有良好的工藝性，便于制造，降低夾具制造成本，從而降低分攤在工件 2 上的加工成本。 為保證上述基本要求，夾具的生產過程應按下面程序進行：夾具生產任務書 —夾具的結構設計—使用、制造部門會簽——夾具制造——夾具驗收——生產使 用。 夾具生產任務書是由工藝人員在編制工藝規(guī)程時，根據生產需要而提出的。 任務書中包含內容有設計理由、使用車間、使用設備，該夾具所使用工件工序的 工序圖并在工序圖上要標明工序要求、加工表面、尺寸精度要求及定位定位基準、 夾緊點。這是設計夾具的依據，也是驗收制造夾具的依據。夾具結構設計是設計 人根據夾具設計任務書的加工要求，提出幾種可行方案、分析比較、進行誤差計 算，以確定出合理方案，進行設計。夾具結構設計完成后，要會同使用部門、制 造部門就夾具的結構合理性、結構工藝性和經濟性進行審核、會簽、交付制造。 制成的夾具要同設計人員。工藝人員、使用部門、制造部門共同進行驗證。當確 認夾具可保證工件該工序加工要求，能保證生產率、操作方便、安全，就可交付 生產車間使用。 二:夾具的設計步驟 當接到夾具設計任務書后，按下面 6 個步驟，逐步設計。 1）明確設計任務，收集研究設計的原始資料。原始資料包括如下內容。 A：加工零件的零件圖、毛坯圖及加工工藝過程，所設計夾具應有的工序圖， 并了解該工序所使用的設備、刀具、量具、其他輔具以及該工序的加工余量、切 削用量、加工要求、生產節(jié)拍等參數。 B：了解零件的生產類型，就是決定夾具采用簡單結構或復雜結構的依據。 若屬大批量生產，則力求夾具結構完善、生產率高 或是單件小批量生產或急于應 付生產，則夾具結構應簡單，以便迅速制造交付使用。 C：收集該夾具所用機床的資料，主要指與夾具連接部分的安裝尺寸。如銑床夾 具要安裝在工作臺上，要收集工作如大小，工作如 T 形槽及槽距，以及機床的技 術參數。 D：收集所使用刀具的資料如刀具的精度、安裝方式、使用要求及技術條件等。 E：收集國內外同類型夾具資料，吸收其中先進而又能結合本廠情況的合理部分。 F：了解本廠制造夾具的能力和使用的條件，如夾具制造的條件及精度水平，有 3 無壓縮空氣壓值等。 G：收集有關夾具部件的標準（包括國標、部標、企標、廠標），典型夾具結構 圖冊等。 2）確定夾具結構方案，繪制結構草圖，其主要內容如下。 A：根據工件加工尺寸、要求和開關，確定工件的定位方式，選擇或設計定位元 件，計算定位誤差。 B：確定刀具的引導方式及引導元件（指鉆夾具、銑夾具）。 C：確定工件夾緊方式 ，選擇或設計夾緊機構，計算夾緊力。 D：確定其他裝置（如分度裝置、頂出裝置）的結構型式。 E：確定和設計其他結構，如銑床夾具與機床的連接裝置、對刀裝置。 在確定夾具結構的各組成部分時，可提出幾種不同方案，分別畫出草圖，進行分 析比較，從中選擇出合理方案。 3）繪制夾具總圖。應注意以下幾點。 A：繪制夾具總圖，盡量按 1：1 繪制，以保證直觀性。 B：主視圖盡量符合操作者的正面位置。 C：工件輪廓用雙點畫線繪制，并視為假想透明體，不影響其他元件的繪制。 D：繪圖順序為：工件——定位元件——引導元件——夾緊裝置——其他裝 置——夾具體。 4）標注總圖上的尺寸、公差與配合和技術條件。夾具總圖結構繪制完成后， 需標注五類尺寸和四類技術條件。 5）編寫零件明細表。明細表應包括零件序號、名稱、代號（指標準件代號或 通用件代號 ）、數量、材料、熱處理、質量等。 6）繪制總圖中非標準件的零件圖。 三：夾具總圖上尺寸、公差與配合和技術條件的標注 在夾具設計中，對于初設計者，在夾具總圖上如何標注尺寸及技術條件，往 往是難點之一，以下對此作簡要闡述。 1）夾具總圖上應標注的五類尺寸 A：夾具外形輪廓尺寸——指夾具在長、寬、高三個方向上的最大極限尺寸。 若有可動部分，則指運動部件在空間達到的極限位置的尺寸。標注夾具外形尺寸 的目的是避免夾具與機床或刀具在空間發(fā)生干涉。 4 B：工件與定位元件間的聯(lián)系尺寸——主要指工件定位面與定位元件工作面的 配合尺寸或各定位元件的位置尺寸，它們直接影響工件加工精度，是計算工件定 位誤差的依據。 C：夾具與刀具的聯(lián)系尺寸——主要指對刀元件或引導元件與夾具定位元件之 間的位置尺寸、引導元件之間的位置尺寸或引導與導向部分的配合尺寸。 D：夾具與機床的連接部分尺寸——這類尺寸主要指夾具與機床主軸或工作如 必須固定連接的平俱。如車床夾具要安裝在車床主軸上，要標注與車床主軸的連 接尺寸，銑床夾具要安裝在工作臺上，要標注與工作如 T 形槽相配的定位鍵尺寸。 E：夾具內容的配合尺寸——中心軸與夾具體孔的配合尺寸，鉆套與襯套、襯 套與夾具體的配合尺寸，此類尺寸必須標注尺寸、配合性質及配合精度，否則夾 具精度無法保證。 2） 夾具總圖上應標注的四類技術條件 夾具中的技術條件主要指夾具裝配好后，各表面之間的位置精度要求。 A：定位元件之間的相互位置要求——這是指組合定位時多個定位元件之間的 相互位置要求或多件裝夾時相同定位元件之間的相互位置要求。如兩端頂尖頂軸 兩端中心孔，要求兩頂尖軸線同軸度，兩 V 形塊對稱線的同軸度。 B：定位元件與連接元件或夾具體底面的相位置要求——夾具的連接元件或夾 具體底面是夾具與機床的連接部分，它決定了夾具與機床的相對位置，也就是決 定了定位元件相對機床，或刀具的位置，即決定了工件相對機床或刀具的位置。 C：引導元件與連接元件或夾具體底面的位置要求 D：引導元件與定位元件之間的相互位置要求 3）五類尺寸、四類技術條件的分類 五類尺寸、四類技術條件根據是否與工序加工要求相關而分為兩類，其精度 值大小和取法不同。 A：與工件加工要求無直接關系的 ① 尺寸公差與配合 這類尺寸公差與配合應按照元件在夾具中的功用和裝配 要求，根據公差與配合國家標準或參閱有關資料來制定。 ② 技術條件 與工件加工要求無直接關系的夾具上技術條件。 B： 與加工要求直接相關的 這類尺寸和技術條件與工件上相應尺寸和技術 5 條件直接對應，直接根據工件相應尺寸公差和相互位置允差的（1/5～1/2）的值 選取。一般工件允差小，取大系數，工件允差大，則取小系數。 制定這類夾具尺寸公差時，要注意下列問題。 ① 應經工件的平均尺寸作為夾具相應尺寸的基本尺寸，極限偏差按對稱雙向 標注。 ② 應以工序尺寸（不一定是工件最終尺寸）作為夾具基本尺寸的設計依據。 4）夾具調刀尺寸的標注 當夾具設計完成，按要求標注尺寸后，對有些夾具如銑夾具，往往還要標注 調刀尺寸（調刀尺寸一般是指夾具的調刀基準到對刀元件工作表面的位置尺寸）， 即刀具相對基準的尺寸，它與工件加工尺寸直接相關，也是夾具總圖上關鍵尺寸 要求。 四：夾具體設計 夾具總體設計中最后完成的主要元件是夾具體。夾具體是夾具基礎件、組成 夾具的各種元件、機構、裝置都要安裝在夾具體上。在加工過程中，它還要承受 切削力、夾緊、慣性力及由此而產生的振動和沖擊。所以，夾具體是夾具中一個 設計、制造勞動量大，耗費材料多，加工要求高的零部件。在夾具成本中所占比 重較大，制造周期也長，設計時，應給以足夠的重視。 （1） 夾具體和毛坯結構 實際生產中所用夾具體常用的有三種結構。 A：鑄造結構 鑄造結構夾具體的優(yōu)點如下： ① 可鑄出復雜的結構形狀。 ② 鑄件抗壓強度大、抗振性好，特別適用于加工時振動大、切削負荷大的場 合。 ③ 鑄件易于加工，價格低廉，成本低。但鑄件生產周期長，因存在鑄內應力， 易引起變形，影響夾具精度的保持性，因此，夾具體必須進行時效處理。 B：焊接結構其優(yōu)點如下： ① 容易制造，周期短。 ② 采用鋼板、型材，如結構合理，布置得當，可減小質量。由于上述兩優(yōu)點， 特別適用于新產品試制或臨時急用的場合，以縮短生產周期。此外，一些結構簡 6 單的小型夾具，如翻轉式鉆模、蓋板式鉆模、可缷式鉆模，采用焊接式結構十分 有利，因為這些夾具要頻繁拆缷翻轉，力求結構輕巧耐磨。 但焊接結構夾具體在焊接過程中的熱變形和殘余應力對夾具精度會有不得影 響，因此，焊完后要進行退火處理；另外，為提高剛性需加加強筋。 C：裝配結構 裝配夾具體是選用夾具專用標準毛坯或標準零件，根據使用要求組裝而成， 可得到精確的外形和空間位置尺寸。標準毛坯和標準零件可組織專業(yè)化生產，這 樣不但可以大大縮短夾具體的生產周期，還可降低生產成本。要使裝配夾具體在 生產中得到廣泛使用，必須實行夾具零部件的標準化、系列化。 （2）對夾具體的基本要求 A：一定的形狀和尺寸 夾具的外形，取決于安裝在夾具上的各種元件、機構、裝置的形狀及它們之 間的布置位置。設計時，只要將組成該夾具的所有元件、機構和裝置的結構尺寸 都設計好并布置好它們在圖紙上的位置，就可以由此勾畫出夾具體的大致外形輪 廓尺寸。因為是單件生產，一般不作復雜計算設計。通常參照類似的夾具結構， 按經驗類比法估計確定。 確定夾具體尺寸時，可參考下面數據。 ① 鑄造結構的夾具體，壁厚取 15～40mm，過厚處挖空。 ② 焊接結構用鋼板取 10～15mm，剛度不夠時加筋板。 ③ 夾具體上不加工表面與工件表面之間應有一定間隙，以保證工件與夾具體 之間不發(fā)生干涉。間隙大小按以下規(guī)定選?。?a:夾具體、工件都是毛面，間隙取 8～15mm. b:夾具體是毛面，工件是光面，間隙取 4～10mm. B：足夠的強度和剛度 目的是減小在加工過程中因受切削力、夾緊力等而發(fā)生變形或振動。當剛度 不夠時，可增設加強筋或用框形結構。若用加強筋，其壁厚取 0.7～0.9 倍壁厚， 高度不大于壁厚 5 倍。 C：良好的結構工藝性 以便于制造、裝配、并減少加工工時。如夾具體上大平面上要局部加工，可 鑄出 3～5mm 凸臺；各加工表面，最好在同一平面內或在同一回轉表面上，以便于 7 加工；盡量減少加工表面面積。另外，對于切削量大的工件所使用夾具，要注意 應能方便排屑，以免影響安裝精度；對于大而重的夾具體，要考慮起吊裝置，如 吊環(huán)螺釘或起重螺栓。 2 加工工藝規(guī)程設計 2.1 零件的作用 高低檔變速叉主要用于離合器換檔。汽車變速箱上的部件，與變速手柄相連， 位于手柄下端，撥動中間變速輪，使輸入/輸出轉速比改變。 如果是機床上的高低檔變速叉是用于變速的，主要用在操縱機構中 就是把 2 個咬合的齒輪撥開來再把其中一個可以在軸上滑動的齒輪撥到另外 一個齒輪上以獲得另一個速度。即改變車床滑移齒輪的位置，實現變速。 或者應用于控制離合器的嚙合、斷開的機構中，從而控制橫向或縱向進給。 2.2 零件的工藝分析 對該零件的平面和孔進行加工，具體要求如下： 1.Φ24 右端面 2.Φ24 左端面 3.Φ15 孔 4.叉腳兩側面 5.叉腳內側面 6.Φ5 孔 2.3 基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇的正確、合理，可 以保證質量，提高生產效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會 8 造成零件大批報廢，使生產無法進行。 2.3.1 粗基準的選擇原則 1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面 之間的位置要求，應以 不加工表面作為粗基準。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應以其中與加 工面位置精度要求較高的表面作粗基準。 2）如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應選擇該表面作精基 準。 3）如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應選加工余量較小的表面作粗 基準。 4）選作粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。 5）粗基準一般只能使用一次，特別是主要定位基準，以免產生較大的位置誤 差。 2.3.2 精基準選擇的原則 選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現以及裝夾準 確、可靠、方便。 精基準選擇應當滿足以下要求： 1） 用設計基準作為定位基準，實現“基準重合”，以免產生基 準不重合誤差。 2） 當工件以某一組精基準定位可以較方便地加工很多表面時， 應盡可能采用此組精基準定位，實現“基準統(tǒng)一”，以免生產基準轉換誤 差。 3） 當精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應 選擇加工表面本身作為精基準，即遵循“自為基準”原則。該加工表面與 其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。 4） 為獲得均勻的加工余量或較高 的位置精度，可遵循“互為基 準”、反復加工的原則。 5） 有多種方案可供選擇時應選擇定位準確、穩(wěn)定、夾緊可靠， 可使夾具結構簡單的表面作為精基準。 9 2.4 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精 度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領以確定為大批生產的條件下， 可采用通用機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產效率。除此 以外，還應考慮經濟效果，以便降低生產成本。 最終工藝方案如下： 最終工藝路線方案： 工序 01：金屬性澆鑄 工序 02：時效處理以消除內應力 工序 03：銑 Φ24 右端面 工序 04：銑 Φ24 左端面 工序 05：鉆、鉸 Φ15 孔 工序 06：銑叉腳兩側面 工序 07：銑叉腳內側面 工序 08：鉆 Φ5 孔 工序 09：鉗工去毛刺 工序 10：檢驗至圖紙要求 工序 11：包裝、入庫 2.5 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 工件毛坯為鑄件，查相關資料知，采用金屬模機械砂型鑄造，鑄造精度等級 IT8，加工余量等級 MA-G。 1、Φ24 右端面面的加工余量 由上述知，鑄造等級 IT8，加工余量等級 MA-G，查《機械制造工藝 設計簡明手冊》表 2.2-4 知，單邊加工余量 Z=2.0mm，再由零件圖知，Φ24 右端面表面粗糙度 Ra12.5，根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8 知， 一步銑削即可滿足其精度要求。 2、Φ24 左端面的加工余量 由上述知，鑄造等級 IT8，加工余量等級 MA-G，查《機械制造工藝設 計簡明手冊》表 2.2-4 知，單邊加工余量 Z=2.0mm，再由零件圖知，Φ24 左 10 端面表面粗糙度 Ra12.5，根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8 知， 一步銑削即可滿足其精度要求。 3、Φ15 孔的加工余量 因孔的尺寸不大，故采用實心鑄造，由零件圖知，Φ15 孔的表面粗 糙度 Ra3.2，根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表 2.3-9 知，需經鉆、鉸 方可滿足其精度要求。首先鉆孔至 Φ14，后再鉸 Φ14 孔至 Φ15。 4、叉腳兩側面的加工余量 由上述知，鑄造等級 IT8，加工余量等級 MA-G，查《機械制造工藝設 計簡明手冊》表 2.2-4 知，單邊加工余量 Z=2.0mm，再由零件圖知，叉腳兩 側面表面粗糙度 Ra6.3，根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8 知， 一步銑削即可滿足其精度要求。 5、叉腳內側面的加工余量 由上述知，鑄造等級 IT8，加工余量等級 MA-G，查《機械制造工藝設 計簡明手冊》表 2.2-4 知，單邊加工余量 Z=2.0mm，再由零件圖知，叉腳內 側面表面粗糙度 Ra12.5，根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8 知， 一步銑削即可滿足其精度要求。 6、Φ5 孔的加工余量 因加工表面的尺寸不大，故采用實心鑄造，由零件圖知，Φ5 孔的表 面粗糙度 Ra12.5，根據《機械制造工藝設計簡明手冊》表 1.4-8 知，一步鉆 削即可滿足其精度要求。 2.6 確定切削用量及基本工時 工序 01：金屬性澆鑄 工序 02：時效處理以消除內應力 工序 03：銑 Φ24 右端面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金端面銑刀，刀片采用 YG8, ， ， ， 。map0.2?d30?min/45v4?z 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 11 因為加工余量不大，且表面粗糙 Ra12.5，要求不高，故可在一次走刀內銑完， 則 map0.2? 2）決定每次進給量及切削速度 根據 X52K 型立式銑床說明書，其功率為為 7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則齒/25.0mfz?in478310rdvns ???? 按機床標準選取 ＝475wn/min/8.4105vw?? 當 ＝475r/min 時nrzfwm /47525.?? 按機床標準選取 mf 3）計算工時 切削工時： ， ，l241?l0.2ml3? 則機動工時為 in45.i125.047321 ????fnltwm 工序 04：銑 Φ24 左端面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金端面銑刀，刀片采用 YG8, ， ， ， 。map0.2?d30?min/45v4?z 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，且表面粗糙 Ra12.5，要求不高，故可在一次走刀內銑完， 則 map0.2? 2）決定每次進給量及切削速度 12 根據 X52K 型立式銑床說明書，其功率為為 7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則齒/25.0mfz?in478310rdvns ???? 按機床標準選取 ＝475wn/min/8.4105vw?? 當 ＝475r/min 時nrzfwm /47525.?? 按機床標準選取 mf 3）計算工時 切削工時： ， ，l241?l0.2ml3? 則機動工時為 in45.i125.047321 ????fnltwm 工序 05：鉆、鉸 Φ15 孔 工步一：鉆孔至 Φ14 選用 高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表 3.1－6）14? 由《切削》表 2.7 和《工藝》表 4.2－16 查得 0.28/fmr?機 （《切削》表 2.15）min/25v? 569r/minin/142501rD??? 按機床選取 n=545r/min mi/01dnvw? 切削工時： ， ， 則機動工時為l31l0.72?l3in6.i8.0547321 ?????ifnlltwm 13 工步二：鉸 Φ14 孔至 Φ15 孔 選用 高速鋼錐柄鉸刀（《工藝》表 3.1－6）m15? 由《切削》表 2.7 和《工藝》表 4.2－16 查得 rmf/17.0?機 （《切削》表 2.15）in/3v? 743r/minmin/15301rD??? 按機床選取 n=680r/min i/.20681dnvw? 切削工時： ， ， 則機動工時為l31l10?ml3in287.i7.680321 ????ifnltwm 工序 06：銑叉腳兩側面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金三面刃銑刀，刀片采用 YG8, ， ， ， 。map0.2?d80?min/120v4?z 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，且表面粗糙 Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀內銑完， 則 map0.2? 2）決定每次進給量及切削速度 根據 X62 型臥式銑床說明書，其功率為為 6.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則齒/25.0mfz?in478110rdvns ???? 按機床標準選取 ＝475wn/min/3.190581vw?? 3）計算工時 14 切削工時： ， ，ml023.18?l0.2?ml3 則機動工時為 in76.i425.047.21 ????fnltwm 工序 07：銑叉腳內側面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金三面刃銑刀，刀片采用 YG8, ， ， ， 。map0.2?d780?min/120v4?z 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，且表面粗糙 Ra12.5，要求不高，故可在一次走刀內銑完， 則 map0.2? 2）決定每次進給量及切削速度 根據 X62 型臥式銑床說明書，其功率為為 6.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則齒/25.0mfz?in4978110rdvns ???? 按機床標準選取 ＝475wn/min/4.16051vw?? 3）計算工時 切削工時： ， ，l71l0.2?l3 則機動工時為 min.i25.047321 ????fnltwm 工序 08：鉆 Φ5 孔 選用 高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表 3.1－6）5? 由《切削》表 2.7 和《工藝》表 4.2－16 查得 0.28/fmr?機 15 （《切削》表 2.15）min/8v? 510r/minin/5810rD??? 按機床選取 n=545r/min mi/6.104dnvw? 切削工時： ， ， 則機動工時為l5.l52?l3in1.0i28.043321 ?????ifnlltwm 工序 09：鉗工去毛刺 工序 10：檢驗至圖紙要求 工序 11：包裝、入庫 16 3 專用夾具設計 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 有老師分配的任務，我被要求設計工序 07：銑叉腳內側面 3.1 專用夾具的提出 本夾具主要用于銑叉腳內側面，表面粗糙度 Ra12.5，精度要求不高，故設計 夾具時主要考慮如何提高生產效率 。 3.2 定位元件及夾緊元件的選擇 選擇已加工好的 Φ24 右端面、Φ15 孔、左端面和工件一側定位，所以相應 的夾具上的定位元件應是心軸及 A 型固定式定位銷和浮釘銷。因此進行定位元件 的設計主要是對心軸及 A 型固定式定位銷和浮釘銷，夾緊則是在心軸上的螺桿上 用帶肩螺母進行夾緊。 1、Φ24 右端面與心軸相配合，限制三個自由度，即 X 軸移動、Y 軸轉動和 Z 軸轉動。 2、Φ15 孔與心軸相配合，限制兩個自由度，即 Y 軸移動和 Z 軸移動。 3、工件一側與 A 型固定式定位銷相配合，限制一個自由度，即 X 軸轉動。 4、右端面與浮釘銷相配合，起到一個浮動支承的作用， 工件六個自由度被完全限制，屬于完全定位，故設計合理。 3.3 切削力和夾緊力的計算 查表 4 得切削力計算公式： ppf Kfa7.031F? 式中 ，f=1mm/r,查表得 75.0)36/(??p =736MPa, 即 = =1547N?1p pf Kfa.137F117.03.? 17 所需夾緊力，查表 5 得， ，安全系數 K=WK?k 6543210K 式中 為各種因素的安全系數，查表得：60~K K= =1.872，當計算 K2.5 時，取 K=2.50.13.121?? 孔軸部分由 M6 螺母鎖緊，查表得夾緊力為 12360N = =30900NWK?k5.60 由上計算得 》 ，因此采用該夾緊機構工作是可靠的。kfF 3.4 定位誤差分析 1、基準位移誤差 Y? 由于定位副的制造誤差或定位副配合同間所導致的定位基準在加工尺寸方向 上最大位置變動量，稱為基準位移誤差，用 表示。Y? 工件以 Φ24 左端面、Φ15 孔、左端面和工件一側來定位，銑叉腳內側面， 如果工件內孔直徑與軸外圓直徑做成完全一致，做無間隙配合，即孔的中心線與 軸的中心線位置重合，則不存在因定位引起的誤差。但實際上，軸和工件內孔都 有制造誤差，于是工件套在軸上必然會有間隙，孔的中心線與軸的中心線位置不 重合，導致這批工件的加工尺寸 H 中附加了工件定位基準變動誤差，其變動量即 為最大配合間隙。按下式計算 )(21minaxminaxYdD???? 式中 ——基準位移誤差，mm ——孔的最大直徑，mmmaxD ——軸的最小直徑，mmind =0.017mmm14.98-0.52)(21minaxY ）（????? 2、基準不重合誤差 B 加工尺寸 h 的基準是外圓柱面的母線上，但定位基準是工件圓柱孔中心線。 這種由于工序基準與定位基準不重合導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位 置變動量，稱為基準不重合誤差，用 表示?；鶞什恢睾险`差為 =B?B?d?21 18 式中 ——基準不重合誤差，mmB? ——工件的最大外圓面積直徑公差，mmd? =Bm09.18.021??? 3.5 定向鍵與對刀裝置設計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠 些。通過定向鍵與銑床工作臺 T 形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于 工作臺的送進方向具有正確的位置。 根據 GB2207—80 定向鍵結構如圖所示：×o 圖 3.3 夾具體槽形與螺釘圖 根據 T 形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結構尺寸如下： 表 3.1 定向鍵數據表 夾具體槽形尺寸 B 2B 2h 公稱 尺寸 允差 d 允差 4 L H h D d1 公稱 尺寸 允差 D 14 -0.013 -0.033 20 8 2 10 5.5 14 +0.077 4 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 對刀塊選用圓形對刀塊，其結構如下圖所示： 19 圓形對刀塊的規(guī)格及主要尺寸： 塞尺選用平塞尺，其結構如下圖所示： 標 記×四 周 倒 圓 圖 3.5 平塞尺圖 塞尺尺寸為： 表 3.2 平塞尺尺寸表 公稱尺寸 H 允差 d C 20 1 -0.014 0.5 3.6 夾具設計及操作簡要說明 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產率避免干涉。應使 夾具結構簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為銑床 夾具選擇由螺母、圓墊圈、心軸、快換墊圈和帶肩螺母組成夾緊機構夾緊 工件。本工序為銑削余量小，銑削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本 工序的要求。 21 結束語 本設計中是對撥叉加工工藝的編制和專用夾具的設計，使對零件的加工 過程和夾具的設計有進一步的提高。在這次的設計中也遇到了不少的問題，如在 編寫加工工藝時，對所需加工面的先后順序編排，對零件的加工精度和勞動生產 率都有相當大的影響。在對某幾個工序進行專用夾具設計時，對零件的定位面的 選擇，采用什么方式定位，夾緊方式及夾緊力方向的確定等等都存在問題。這些 問題都直接影響到零件的加工精度和勞動生產率，為達到零件能在保證精度的前 提下進行加工，而且方便快速，以提高勞動生產率，降低成本的目的。通過不懈 努力和指導老師的精心指導下，針對這些問題查閱了大量的相關資料。最后，將 這些問題一一解決。 通過做這次的設計，使對專業(yè)知識和技能有了進一步的提高，為以后從 事本專業(yè)技術的工作打下了堅實的基礎。 22 謝辭 這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。 但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數據存在大量的重復和重疊，由 于經驗不足，在選取數據上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地 幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了 畢業(yè)設計。 這次設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感 謝我的指導老師，特別是每次都放下她的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的 一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地 感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，她都始終給予我細心的指導 和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思 想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，她的治學 嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工 作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 23 參 考 文 獻 [1] 李 洪．機械加工工藝手冊[M] ．北京出版社，1996．1． [2] 陳宏鈞．實用金屬切削手冊[M] ．機械工業(yè)出版社，2005．1． [3] 上海市金屬切削技術協(xié)會．金屬切削手冊[M]．上?？茖W技術出版社， 2002． [4] 楊叔子．機械加工工藝師手冊[M]．機械工業(yè)出版社，2000． [5] 徐鴻本．機床夾具設計手冊[M] ．遼寧科學技術出版社，2003．10． [6] 都克勤．機床夾具結構圖冊[M] ．貴州人民出版社，1983．4． [7] 胡建新．機床夾具[M] ．中國勞動社會保障出版社，2001．5． [8] 馮 道．機械零件切削加工工藝與技術標準實用手冊[M] ．安徽文化音 像出版社，2003． [9] 王先逵．機械制造工藝學[M]．機械工業(yè)出版社，2000． [10] 馬賢智．機械加工余量與公差手冊[M]．中國標準出版社，1994．12． [11] 劉文劍．夾具工程師手冊[M]．黑龍江科學技術出版社，1987． [12] 王光斗．機床夾具設計手冊[M]．上海科學技術出版社，2002．8．