【文章內(nèi)容簡介】 精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產(chǎn)品生產(chǎn)在保證精度的前提下提高效率，降低成本。在當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化要求下，滿足企業(yè)對夾具的設(shè)計制造的更高要求。 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 2 CA6140 車床 撥叉 銑、鉆等工序使用的專用夾具 設(shè)計應(yīng)針對加工零件，應(yīng)達到 結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、生產(chǎn)率高。 所以對 CA6140 車床撥叉加工工藝及夾具設(shè)計，不但是我們對大學所學的知識的一個整合，而且是對結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計方面的一次訓練。 夾具設(shè)計 研究概述 夾具 的定義 夾具是一種裝夾工件的一種工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工，熱處理裝配，焊接和檢測等工藝過程中。 在金屬切削機床工件是使用的夾具稱為機床夾具，在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機床夾具不可缺少 。 它直接影響著加工的精度，勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，故機床夾具的設(shè)計在企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)裝備中占有極其主要的地位。機床夾具設(shè)計是一項重要的技術(shù)工件 [3 ]。 夾具 發(fā)展概況 隨著科學技術(shù)的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工 藝 裝備 。 改革開放以來，機械工業(yè)充分利用國內(nèi)外兩方面技術(shù)資源，有計劃的進行企業(yè)的技術(shù)改造，引導(dǎo)企業(yè)走依靠科技進步的道路，使制造技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟效益有了很大的提高，為繁榮國內(nèi)市場，擴大出口創(chuàng)匯，推動國民經(jīng)濟的發(fā)展起了重要作用 。 夾具最早出現(xiàn)在 1787 年，至今經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結(jié)合。在工業(yè)發(fā)展初期。機械制造的精度較低，機械產(chǎn)品工件的制造質(zhì)量主要依賴勞動者個人的經(jīng)驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助工具；第二階段是隨著機床、汽車、飛機等制造業(yè)的發(fā)展，夾具的門類才逐步發(fā)展齊全 。夾具的CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 3 定位、夾緊、導(dǎo)向（或?qū)Φ叮┰慕Y(jié)構(gòu)也日趨完善，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一；第三階段，即近代由于世界科學技術(shù)的進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具在系統(tǒng)中占據(jù)相當重要的地位。這一階段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機床的緊密結(jié)合。 我國的機械制造業(yè)經(jīng)過 50 多年，特別是近 20 年的發(fā)展，已形成了品種繁多、門類齊、布局合理的機械制造工業(yè)體系。許多科研院所、大專院校和企業(yè)研制出了一大批成套技術(shù)裝備和多種高精尖產(chǎn)品，有些已接近或達到國際先進水平。 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展為了適應(yīng)現(xiàn)代機械工業(yè)向高、精，尖方向發(fā)展的需要和多 品種、中小批生產(chǎn)的特點，機床夾具的主要發(fā)展方向表現(xiàn)為精密化 [4 ]。 目前中國制造業(yè)發(fā)展迅猛，以前的我國制造業(yè)普遍使用剛性專機加工各種各樣的零部件，導(dǎo)致改型和生產(chǎn)個零部件周期較長。隨著我國制造業(yè)發(fā)展和各種各種零件的需求與日俱增，加工設(shè)備和工藝也向著柔性化的方向轉(zhuǎn)變。 目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應(yīng)的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。 為適應(yīng)現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性 化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當前夾具發(fā)展的主要方向 ，使機械產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，品種型號越來越多．質(zhì)量 越來越高，更新周期越來越短 [5 ]。 夾具設(shè)計 要解決的主要問題 夾具設(shè)計最關(guān)鍵是要求對工件定位正確，且滿足定位精度要求。首先得了解影響定位精度的因素， 然后采取措施解決具體的問題。如定位基準與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。 除此之外，選擇夾具的類型與結(jié)構(gòu)型式必須與零件生產(chǎn)批量大小相適應(yīng)，夾 具結(jié)構(gòu)與零部件應(yīng)具有足夠的剛度和強度，從而保證夾CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 4 具操作方便、夾緊可靠、使用安全、并有合理的裝卸空間 [ 6]。 夾具 的功能 機床夾具的主要功能是定位和加緊。定位是確定工件在夾具中占有正確位置的過程。通過工件定位基準面與夾具定位元件的定位面接觸或配合實現(xiàn)的，而夾緊則是工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。 機床夾具的特殊功能是對刀和導(dǎo)向，通過調(diào)整工件切削刃相對工件或夾具的正確位置。而導(dǎo)向則是如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套，能迅速的確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進行鉆削。 機床夾具能夠 降低對操 作工人的技術(shù)要求和工人的勞動強度 。 由于多數(shù)專用夾具的夾緊裝置只需廠人操縱按鈕、手柄即可實現(xiàn)對工件的夾緊，這在很大程度上減少了工人找正和調(diào)整工件的時間與難度 [7]。 夾具組成 夾具的基本組成部分 雖然各類機床夾具的結(jié)構(gòu)有所不同但按主要功能加以分析。機床夾具的基本組成部分是定位元件，夾緊裝置和夾具體三個部分，這也好似夾具體的主要內(nèi)容。 定位元件是夾具的主要功能元件之一 ，通常當工件定位基準面的形狀確定后，定位元件的結(jié)構(gòu)也就確定了。夾緊裝置也是夾具的主要元件之一，一般鉸鏈壓板、螺釘、夾緊裝 置等。通常夾具作為鑄件的結(jié)構(gòu)、鍛件結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)，形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座等多種定位元件，夾緊裝置等分布在夾具體不同的位置上。 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 5 夾具的其他組成部分 1． 連接元件 根據(jù)機床的工作特點，夾具在機床上的安裝。連接常有的兩種方式：一種是安裝在機床工作臺上，另一種是安裝在機床主軸上，連接元件用于確定夾具本身在機床上的位置。 2． 對刀與導(dǎo)向裝置 對刀裝置常見在銑床夾具中，用以對刀塊 。 調(diào)銑刀對刀前的位置，對刀時，銑刀不能與對刀塊直接相連，以免碰傷銑刀的切削刃和對刀塊工作表面。 導(dǎo)向裝置鉆模板、鉆套、鏜模的鏜 模支架。鏜套，它們能確定刀具的位置，并引導(dǎo)刀具進行切削。 3． 其他元件和裝置 根據(jù)加工的需要，有些夾具分別采用分度裝夾，靠模裝置上下料加工工藝機器人等 [ 8]。 夾具的分類 按夾具的通用特性分類 這是一種基本的分類方法，主要反應(yīng)夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，故也是選擇夾具主要依據(jù)。目前，我國常用的夾具有通用夾具、專用夾具和自動化生產(chǎn)夾具等五大類。 按夾具使用的機床分類 這是專用夾具設(shè)計使用的分類方法，如車床、銑床、刨床、鉆床、數(shù)控車床等夾具 ，如圖 11,12,13 所示： CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 6 圖 11 鉆床夾具 圖 12 銑床夾具 圖 13 工裝夾具 設(shè)計專用夾具時機床的類別、組別、型別主要參數(shù)均以確定。它們不同點是機床切削成型運動不同、故夾具與機床的連接方式不同它們的加工精度要求也各不相同 [9 ]。 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 7 夾具 使用優(yōu)點 夾具的使用一般包括兩個過程， 其一是夾具本身在機床上的安裝和調(diào)整， 其二是被加工工件在夾具中的安裝 。加工過程中，工件與刀具的相對位置容易得到保證，并且不受各種主觀因素的影響，因而工件的加工精度穩(wěn)定可 靠。 1． 所保證加工精度 用夾具裝夾工件時工件相對刀具及機床的位置由夾具保證不受工人技術(shù)的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。 2． 提高勞動生產(chǎn)率 使用夾具裝夾工件方便、快速工件不需劃線找正，可顯著的減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率，工件在夾具裝夾后提高了工件的剛性，因此可加大切削用量，提高勞動生產(chǎn)率 ，可使用多工位夾具，并可采用高小夾緊機構(gòu)，進一步提高勞動生產(chǎn)率 。 3． 能擴大機床的使用范圍 4． 能降低成本 在批量生產(chǎn)后使用夾具后，由于勞動生產(chǎn)率的提高，使用技術(shù)等級較低的工人以及廢品率下降等原因，明顯的 降低了成本夾具制造成本分攤在一批工件上，沒個工件制造的成本是極少的，遠遠小于由于提高勞動生產(chǎn)率而降低的成本，元件批量越大使用夾具所取得的經(jīng)濟效應(yīng)就越大。 5． 改善工人的勞動條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全 [1 0]。 夾具 設(shè)計要求 夾具設(shè)計基本要求 設(shè)計夾具時，應(yīng)滿足下列四項基本要求 ： 1． 保證工件的加工精度 。 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 8 2． 保證工人的造作安全 。 3． 達到加工的造作生產(chǎn)率要求 。 4． 滿足夾具一定的使用壽命和經(jīng)濟效應(yīng) 。 生產(chǎn)對其提出的新要求 現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品 品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場激烈競爭，現(xiàn)代生產(chǎn)對夾具提出了如下新的要求 ： 1． 能迅速方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)以縮短生產(chǎn)準備周期 。 2． 能裝夾一組相似性特征的工件 。 3． 用于精密加工的高精度的機床 。 4． 適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型技術(shù) 。 5． 采用液壓汞站等為動力源的高效夾緊裝置，進一步提高勞動生產(chǎn)率 [11 ]。 夾具設(shè)計特點 機床夾具設(shè)計與其他裝備設(shè)計比較有較大的差別，主要表現(xiàn)在以下五個方面： 1． 要有較短的設(shè)計和制造周期，一般沒有條件對夾具進行原理性實驗和復(fù)雜的 計算工作。 2． 夾具的精度一般比工件的精度變了三倍 。 3． 夾具在一般情況下是單體制造的，重復(fù)制造的機會通常要求夾具在投產(chǎn)時一次成功。 4． 夾具和操作工人的關(guān)系非常的密切，要求夾具與生產(chǎn)條件和操作密切結(jié)合。 5． 夾具的社會協(xié)作制造條件較差，特別是商品化的元件較少，設(shè)計者要熟悉夾具的制造方法，以滿足設(shè)計的工藝要求。 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 9 現(xiàn)代夾具的發(fā)展發(fā)向 現(xiàn) 代夾具的發(fā)展方向表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標準化等四個方面。 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高， 精密化夾具 勢必也相應(yīng)提高 。 高效化夾具主要用來減少工 件加工的機動時的和輔助時的，以 提高勞動生產(chǎn)率，減少工人勞動強度。 夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是通過調(diào)組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力 [1 2]。 夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。在制造典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件 。 舍棄一些功能低劣的結(jié)構(gòu)，通用化方法包括：夾具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夾具的標準化階段是通用化的深入并為工作圖的審查創(chuàng)造了良好的條件 [13]。 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 10 第 2 章 工藝規(guī)程的編制 零件的分析 零件的作用 題目給 的是 CA6140 車床主軸箱撥叉的工藝規(guī)程編制和夾具設(shè)計。 CA6140 車床的撥叉位于車床變速機構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用 [ 14 ]。零件圖如圖 21 所示： 圖 21 撥叉零件圖 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 11 零件上方的 ?? mm 孔與操縱機構(gòu)相連， 而 下方的 ?? mm 半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪 實現(xiàn) 變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開 。 零件的工藝分析 零件的 材料為 HT200， 為了滿足其性質(zhì)要求，由 參考文獻 [15]表 23 鑄件制造方法選取 金屬型鑄造方法， 由 參考文獻 [16]表 灰鑄鐵件的硬度分級 可知 灰鑄鐵的硬度為 190~210HBS，具有較高的強度和耐磨性，適于承受較大應(yīng)力和耐磨性的要求。 CA6140 車床 撥叉有多處加工面，其中 有兩處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下： 1． 以 ?? mm 孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括： ?? mm 的孔，以及 ? 40mm 的圓柱上表 面，其中主要加工表面為 ? ? mm 通孔 ，其粗糙度要求為 。 2． 以 ? ? mm 孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括： ? ? mm 的孔，以及 ? 75mm 的兩個端面。 其中 ? ? mm 內(nèi)孔的粗糙度要求為 ， ? 75mm 的兩端面有垂直度 的要求 。 3． 將兩件銑斷 這一組加工表面包括：銑斷面的粗糙度要求為 。 4． 銑 ? mm 的槽 CA6140 車床撥叉 831006 加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 12 這一組加工表面包括：此槽 端面 的粗糙度要求為 ，槽的底面的粗糙度要求為 。 5． 銑 ? 40mm 外圓柱面上的平臺 這一組加工表面包 括： 粗糙度要求 ，其余為尺寸要求，精度不高 。 該零件 加工表面之間有著一定的位置要求，主要是： ? ? mm 孔的中心 與 ? ? mm 孔 的 中 心 有 位 置 要 求 ?? mm。 ? mm 的槽與 ? ? mm 的 孔 內(nèi)表面 有 垂直度公差為 。 C、 D 兩端面之間相對于的 ? ? mm 的 孔 內(nèi)表面有 垂直度公差為 。 由以上分析 :對于以上加工表面，根據(jù)加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，可先加工其中某一重要表面，然后借助于專用夾具加