【文章內(nèi)容簡介】 入，處于其產(chǎn)業(yè)鏈上游的汽車零部件跨國集團均以各種不同的方式，跟著其原有的供應(yīng)渠道，流進了中國市場。 據(jù)有關(guān)權(quán)威部門公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至目前，全球排名前 100 位的汽車零部件供應(yīng)商中，已有 70%來華開展業(yè)務(wù)，在中國大陸進行汽車零部件生產(chǎn)的外資企業(yè)超 過 1200 家。 2020 年全國汽車零部件企業(yè)銷售收入 4035 億元，其中，外資 (控股或獨資 )零部件占據(jù)了大部分市場份額，國產(chǎn)零部件僅占 20%25%。 導(dǎo)致這種狀況出現(xiàn)的原因很多，但最主要的原因就是中國在汽車核心技術(shù)方面的欠缺，因此，我們就應(yīng)該通過技術(shù)的改革來增強企業(yè)的競爭力，提高汽車零部件的生產(chǎn)質(zhì)量就成了一個中國企業(yè)首要攻克的難題，所以改進汽車零部件的生產(chǎn)工藝和制造技術(shù)對于一個即將成為汽車生產(chǎn)大國來說迫在眉睫。 [2] 國內(nèi)外研究狀況 機床夾具的現(xiàn)狀 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種 生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的 85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔 3 ~ 4 年就要更新 50 ~ 80%左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為 10 ~ 20%左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng) (FMS)等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求： 1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以 縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本； 2) 能裝夾一組具有相似性特征的工件； 3) 能適用于精密加工的高精度機床夾具； 2 4) 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具； 5) 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； 6) 提高機床夾具的標準化程度。 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。 (1) 標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準： GB/T2148~T2259－ 91 以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 (2) 精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應(yīng)提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達177。；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為 5μm。 (3) 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾 具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高 5 倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min 的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。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。 (4) 柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批 量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。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。 [3] 研究內(nèi)容和研究方法 主要是研究 汽車撥叉 件 的加工工藝 和 夾 具的設(shè)計。首先對 汽車撥叉 件 零件相關(guān) 3 資料進行收集， 研究出零件的以下分析方法 ： (1) 首先對 零件及其 加工 工藝 進行 分析 ， 并根據(jù) 零 件產(chǎn)品圖 分析 其 形狀特點、尺寸大小、精度要求、原材 料尺寸規(guī)格和力學(xué)性能，并結(jié)合可供選用的 金屬切削 設(shè)備規(guī)格以及制造條件、生產(chǎn)批量等因素，分析零件的 加工 工藝性。良好的 加 工藝性應(yīng)保證材料消耗少、工序數(shù)目少、占用設(shè)備數(shù)量少、 生產(chǎn)效率高、 夾 具結(jié)構(gòu)簡單而壽命高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單。 (2) 確定工藝方案和 主要工藝參數(shù) 的 計算 。 在 機械加工 工藝性分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與 夾 具設(shè)計的特點與難點，根據(jù)實際情況提出各種可能的 加工 工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式等。同一種零件可能存在多個可行的 加工 工藝方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè) 備占用情況、 夾 具制造的難易程度和壽命高低、生產(chǎn)成本、操作方便與安全程度等方面進行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案。此外，了解零件的作用及使用要求對零件 加工 工藝與 夾 具設(shè)計是有幫助的。 工藝參數(shù)包括機床的轉(zhuǎn)速、加工的刀具及其尺寸、加工余量和加工時間。 (3) 選擇 加工 設(shè)備 。 選擇機床時應(yīng)考慮以下幾個方面： 機床的加工尺寸范圍與零件的外廓尺寸相適應(yīng)； 機床的工作精度應(yīng)與工序的精度要求相適應(yīng)； 機床的生產(chǎn)效率應(yīng)與零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)； 機床的選擇應(yīng)考慮車間現(xiàn)有設(shè)備條件，盡量采用現(xiàn)有設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有 設(shè)備進行改裝。 [4] (4) 夾 具結(jié)構(gòu)形式的選擇與設(shè)計 。 根據(jù)擬定的工藝方案，考慮 零 件的形狀特點、零件尺寸大小、精度要求、生產(chǎn)批量、加工條件、操作方便與安全的要求等選定與設(shè)計 夾 具 結(jié)構(gòu)形式。 在單件小批生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用通用夾具和組合夾具，在大批、大量生產(chǎn)中應(yīng)安工序加工要求設(shè)計制造專用夾具。 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有 :定位裝置的設(shè)計、夾緊裝置的設(shè)計、對刀及引導(dǎo)裝置的設(shè)計和夾具體的設(shè)計。 (5) 夾 具結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 。 確定 夾 具結(jié)構(gòu)形式后，需計算或校核 夾 具結(jié)構(gòu)上的有關(guān)參數(shù)，如 定位元件的尺寸、極限偏差和定位元件間位置尺寸及其極限 偏差，定位誤差的計算、夾緊力的計算等 。 (6) 繪制 夾 具圖 。 夾 具圖是 加工 工藝與 夾 具設(shè)計結(jié)果的最終體現(xiàn)，一套完整的夾 具圖應(yīng)該包括 夾 具和使用 夾 具的完備信息。 夾 具圖的繪制應(yīng)該符合國家制定的制圖標準，同時考慮 夾 具行業(yè)的特殊要求與習(xí)慣。 夾 具圖由總裝圖和非標準件的零件圖組成?？傃b配圖主要反映整個 夾 具各個零件之間的裝配關(guān)系，同時 要 在 夾具圖中 4 用雙點畫線繪制出工件圖 ， 工件圖應(yīng)畫為實際加工的位置。 右下方列出 夾 具零件的明細表，寫明技術(shù)要求等。零件圖一般根據(jù) 夾 具總裝配圖測繪，應(yīng)該有足夠的必要的剖面、剖視圖以將零件結(jié)構(gòu)表達清楚。此外 ，要標注零件加工所需的所有結(jié)構(gòu)尺寸、公差、表面粗糙度、熱處理及其他技術(shù)要求。 [5] 對于一個完整的生產(chǎn)過程， 加工 工藝與 夾 具設(shè)計是密不可分的，二者相互聯(lián)系，相互影響，因此前述 方法 可能需要交叉、反復(fù)進行。若方案有變化，則需重新進行設(shè)計計算。 課題研究的意義和目的 在汽車零部件的生產(chǎn)過程中，企業(yè)看重零件的生產(chǎn)工藝及其夾具的設(shè)計方案，達到提高汽車零部件質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，提高國內(nèi)汽配市場占有率的目的。通過對課題的分析與設(shè)計能夠 縮短 產(chǎn)品 生產(chǎn)周期 ， 降低生產(chǎn)成本， 對增強企業(yè)的競爭力有重大的意義。 論文正文的結(jié)構(gòu) 本文共分六章，內(nèi)容包括：緒論 (簡述了該課題的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究方法以及意義和目的 )； 汽車撥叉零件的分析 (包括零件材料的分析和工藝 的分析等 )；工藝 規(guī)程 設(shè)計計算 (主要 設(shè)計各道加工工序、 計算各工序的工藝參數(shù) )； 定位銷孔夾具 的設(shè)計。 5 第 2 章 零件的工藝總體設(shè)計 汽車撥叉 的作用 變速叉是典型的叉桿類零件。工作時，操縱變速操縱桿，通過叉型撥桿、變速導(dǎo)塊、變速叉軸，帶動變速叉撥動滑動齒套改換擋位，實現(xiàn)汽車行駛的各種速度。 變速箱在改換擋位時，變速叉撥動滑動齒套與同 步錐半齒嚙合。在嚙合過程中，滑動齒套一直在做旋轉(zhuǎn)運動，變速叉叉爪和滑動齒套撥叉槽產(chǎn)生摩擦，使叉爪部位產(chǎn)生磨損，叉桿同時受彎曲應(yīng)力的作用。因此，變速叉結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)選擇、熱處理方式及硬度指標，均以增強耐磨性和剛度為基點，以適應(yīng)變速 叉 的工作條件。 [6] 圖 21 汽車撥叉 照片 汽車撥叉 的 工藝分析 汽車 撥叉是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，其 軸孔 的 加工 精度要求較高，此外還有 撥叉腳上下 端面 要求加工，對精度要求也較 高。 其 撥叉腳端面 與 軸 孔中心軸有垂直度公差要求， 定位 銷孔 與 軸孔中心軸垂直 度要求 。因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機器或部件的裝配質(zhì)量，進而影響其性能與工作壽命，因此它 們 的加工是非常關(guān)鍵和重要的。 6 汽車撥叉工藝要求 圖 22 汽車撥叉 零件圖 7 一個好的結(jié)構(gòu)不但要應(yīng)該達到設(shè)計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質(zhì)量，同時使加工的勞動量最小。而設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。設(shè)計者要考慮加工工藝問題。工 藝師要考慮如何從工藝上保證設(shè)計的要求。 撥叉零件圖如圖 22，其加工有 六 組加工： (1) 粗銑 軸孔 上 下 端面，表面粗糙度要求為 aR =； (2) 鉆軸孔φ ?? ，表面粗糙度要求為 aR =； (3) 粗精 撥叉腳上下 端面，表面粗糙度要求為 aR =； (4) 粗精銑 撥叉腳內(nèi)側(cè) 面，表面粗糙度要求為 aR =； (5) 鉆軸孔 216。 ?? ，表面粗糙度要求為 aR =； (6) 磨撥叉腳上下 端面，表面粗糙度要求為 aR =。 毛批的選擇及制造方法 汽車撥叉零件材料為 45鋼，為了獲得纖維組織，增強其強度，采用模鍛方法制造，其拔模斜度為 07 ，模鍛成型后切邊，并進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)硬度為 220~260HV，并進行酸洗、噴丸處理。噴丸處理可提高 表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脫碳而對機械加工帶來的不利影響。為提高耐磨性，對叉爪部位需進行高頻淬火，淬火硬度為 600~750HV。 [7] 生產(chǎn)綱領(lǐng) 依設(shè)計題目知： N=30000 臺 /年 。 撥叉重量 約 為 1kg， 屬輕型零件； 由 《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 表 知，該撥叉的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。 所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主，大量采用專用工裝。 8 第 3 章 工藝規(guī)程設(shè)計 加工工藝過程 由以上分析可知。該 撥叉零件的主要加工表面 是平面和孔 。一般來說，保證平面的加工精度要比保證 孔 的加工精度容易。因此，對于 撥叉 C 來說，加工過程中的主要問題是保證 軸孔和定位銷孔 的尺寸精度及位置精度，處理好 軸孔和定位銷孔與平面之間的相互關(guān)系。 由上章工藝分析得知，撥叉腳端面與 軸孔 有位置度公差， 定位銷孔與軸孔有位置度公差， 所以，保證 撥叉軸孔 高精度是本次設(shè)計的重點、難點。 確定各表面加工方案 一個好的結(jié)構(gòu)不但應(yīng)該達到設(shè)計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保證加工的質(zhì)量，同時是加工的勞動量最小。設(shè)計和工藝是密切相 關(guān)的，又是相輔相成的。對于設(shè)計汽車撥叉的加工工藝來說，應(yīng)選擇能夠滿足撥叉軸孔加工精度要求的加工方法及設(shè)備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當考慮經(jīng)濟因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價格較底的機床。 [8] 各表面加工注意事項 (1) 要考慮加工表面的精度和表面質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。 (2) 根據(jù)生產(chǎn)類型選擇，在大批量生產(chǎn)中可專用的高效率的設(shè)備。在單件小批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法。 (3) 考慮被加工材料的性質(zhì)。 (4) 考慮工廠或車間的實際情況，同時也應(yīng)考慮不斷改進現(xiàn)有加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。 (5) 此外，還要考慮一些其它因素，如加工表面物理機械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。 [9] 選擇加工方法一般先按這個零件主要表面的技術(shù)要求選定最終加工方法。再選擇前面各工序的加工方法。 9 軸孔端面加工 查《機械 制造 工藝 設(shè)計簡明 手冊 》 表 可以確定， 上端面 的加工方案為：粗銑 ( 1412 ITIT ? )，粗糙度為 ~，一般不淬硬的平面。 叉腳端面加工 查《機 械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 表 、 可以確定， 叉 端面 的加工方案為：粗銑 —— 粗 磨 ( 87 ITIT ? )，粗糙度為 ~， 垂直度公差等級 ( 108 ITIT ? )，淬硬 金屬 平面， 磨削 的粗糙度可以較 大 。 叉腳內(nèi)側(cè)面加工 查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 表 可以確定， 叉腳內(nèi)側(cè)面 的加工方案為：粗銑 —— 半精銑 ( 1211 ITIT ? )，粗糙度為 ~， 一般不 淬硬 的 平面， 半精銑銑 的粗糙度可以較 小 。 軸孔加工 查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 表 可以確定， 軸孔 的加工方案為： 鉆—— 擴 —— 鉸 —— 锪 ( 98 ITIT ? )，粗糙度為 ~， 加工未淬火鋼及鑄鐵的實心毛坯，也可同時加工有色金屬 (但表面粗糙度較大 )，孔徑 15mm。 定位銷孔加工 查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 表 可以確定， 軸孔 的加工方案為： 鉆( 1312 ITIT ? )，粗糙度為 ， 加工未淬火鋼及鑄鐵的實心毛坯，也可同時加工有色金屬 (但表面粗糙 度較大 )，孔徑 15mm。 [10] 確定定位基準 粗基準的選擇 選擇粗基準時，考慮的重點是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表面與加工表面間的尺寸、位子符合圖紙要求。 粗基準選擇應(yīng)當滿足以下要求： (1) 粗基準的選 擇應(yīng)以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 10 (2) 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如 ：機床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導(dǎo)軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。 (3) 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。 (4) 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。 (5) 粗基準應(yīng)避免重復(fù)使用，因為粗基準的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證 表面間的位置精度。 [11] 要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證 汽車 撥叉在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從 汽車 撥叉零件圖分析可知， 其加工 粗基準 為叉軸孔上端面和與其共面的叉爪端面 。 精基準選擇的原則 (1) 基準重合原則。即盡可能選擇設(shè)計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的基準不重合誤差。 (2) 基準統(tǒng)一原則，應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準。基準的統(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而 可減少夾具設(shè)計和制造工作。例如：軸類零件常用頂針孔作為定位基準。車削、磨削都以頂針孔定位，這樣不但在一次裝夾中能加工大多書表面，而且保證了各外圓表面的同軸度及端面與軸心線的垂直度。 (3) 互為基準的原則。選擇精基準時，有時兩個被加工面，可以互為基準反復(fù)加工。例如：對淬火后的齒輪磨齒，是以齒面為基準磨內(nèi)孔，再以孔為基準 磨齒面，這樣能保證齒面余量均勻。 (4) 自為基準原則。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準。例如：磨削機床導(dǎo)軌面時，是以導(dǎo)軌面找正定位的。此外，像拉孔在無心磨 床上磨外圓等，都是自為基準的例子。 [12] 此外，還應(yīng)選擇工件上精度高。尺寸較大的表面為精基準，以保證定位穩(wěn)固可靠。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設(shè)計簡單等。 11 要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證 汽車 撥叉 在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從 撥叉 C 零件圖分析可知，它的 軸孔下端面 適于作精基準使用 。 選擇精基準的原則時，考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準。 工藝路線的擬訂 對于大批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準。 汽車撥叉 的加工的第一個工序 也就是加工統(tǒng)一 的基準。具體安排是： 先以叉軸孔上端面為粗基準， 加工 叉軸孔下端面 ，再加 工叉軸孔 ，最后以 差軸孔下端面為精基準， 精加工撥叉上端面和 定位銷 孔 。 后續(xù)工序安排應(yīng)當遵循粗精分開和先面后孔的原則。 工序的合理組合 確定加工方法以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技