拨叉夹具设计

一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。

它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。

零件上方的φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ55半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。

通过上方的力拨动下方的齿轮变速。

两件零件铸为一体，加工时分开。

（二）零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔
2大头半圆孔Ф55
3小头孔端面、大头半圆孔上下Ф73端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。

由上面分析可知，可以粗加小头孔端面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。

再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求
采用常规的加工工艺均可保证。

二工艺规程设计
一确定生产类型
已知此拨叉零件的生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

二，确定毛坯的制造形式
确定毛坯种类：零件材料为HT200。

考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。

查《机械制造工艺及设备设计指导手册》324页表15-5（后称《指导手册》）选用铸件尺寸公差等级CT9级。

三，基面的选择
定位基准是影响拨叉零件加工精度的关键因素。

基准选择得合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工过程中将问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

（一）粗基准的选择
在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余量，及保证不加工表面与加工表面间的尺寸，位置符合零件图样设计要求，粗基准的选择原则：
（1）重要表面余量均匀原则必须首先保证工件重要表面
具
有较小的加工余量，应选择该表面为粗基准
表面间的相互位置要求原则必须保工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，应以不加工表面作为粗基准，如果在工件上有很多不加工表面，应以其中与不加工表面相互位置要求较高的不加工表面作为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等
（2）定位可靠性原则作为粗基准的表面，应选用比较可靠，平整光洁的的表面，以便定位准确，夹紧可靠。

在铸件上不应该选择有浇冒口的表面，分型面，有毛刺或夹砂的表面作为粗基准；在锻件上不应该伴有飞边的表面作为粗基准，若工件上没有合适的表面作为粗基准，可以先铸出或焊上几个凸台，以后再去掉
（3）不重复使用原则粗基准的定位精度低，在同一尺寸方向上只允许使用一次，不能重复使用。

对于一般类的叉杆类零件而言，以孔和端面作为粗基准，是完全合理的。

对于本零件而言，尽可能选择不加工便面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与不加工表面要求要求相对位置精度较高的不加工表面为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等。

根据这个基准选择原则，现选取Φ22孔的不加工外轮廓作为粗基准，利用俩个V型块支撑Φ22俩个外轮廓表面作为粗基准的定位面，限制5个自由度在利用一个销钉限制
一个自由度达到完全定位然后进行铣削。

对于拨叉零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与不加工表面为粗基准，根据这个基准选择原则，现选取拨叉俩个φ22孔德下端面为粗基准，利用俩个φ22的外轮廓作为主要定位面，再以一个销钉限制最后一个自由度，达到完全定位。

（二）精基准的选择
精基准的选择原则主要考虑如何减少误差，保证加工精度和安装方便以及以及设计基准和工序基准重合问题。

当二者不重合时，应该进行换算。

（1）基准重合原则应尽可能选择零件的设计基准作为定位基准，以避免产生基准不重合原则。

（2）基准统一原则应尽可能选用精基准定位加工各表面，以保证各表面之间的位置精度。

采用统一基准的好处在于：可以在一次安装中加工几个表面，减少安装次数和安装误差，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度；有关工序所采用的夹具结构比较统一，简化夹具的设计与制造，缩短生产准备时间，便于采用高效率的专用设备，大幅度的提高生产率。

（3）自为基准原则有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面为精基准。

（4）互为基准反复加工原则有些相互位置精度要求较高
的表面，可以采用互为基准反复加工的原则来保证（5）定位可靠性原则精基准应凭整光洁，具有相应的精度，确保定位简单准确，便于安装，夹紧可靠。

（6）如果工件上没有能作为精基准选用的恰当表面，可以在工件专门加工出定位基面，这种精基准成为辅助基准，辅助基准在零件的的工作中不起任何作用它仅仅是为加工的需要而设计的。

考虑保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准统一和基准重合”原则,以粗加工底面为定位粗基准
四，加工阶段的划分
该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。

五，工序的集中和分散
本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。

该拨叉的生产类型为成批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。

六，加工原则:
1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——拨叉下端面
2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。

3）遵循“先主后次”原则.
4）遵循“先面后孔”原则.
三，制定工艺路线
制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案一:
工序1 铣φ40上平面，保证表面粗糙度3.2
工序2 钻绞孔φ22，保证表面粗糙度1.6
工序3 粗镗半精镗孔φ55，保证表面粗糙度3.2
工序4 铣φ55上端面，保证表面粗糙度3.2
工序5 φ55下端面，保证表面粗糙度3.2
工序6 锥孔φ8及M8底孔螺纹M8 精绞锥孔φ8，保证表面粗糙度1.6
工序7 切断
工序8毛刺清洗
工序9终验入库
工艺路线方案二:
工序1 铣φ40上平面，保证表面粗糙度3.2
工序2 粗镗半精镗孔φ55，保证表面粗糙度3.2
工序3 钻绞两孔φ22，保证表面粗糙度1.6
工序4 铣φ55上端面，保证表面粗糙度3.2
工序5 铣φ55下端面，保证表面粗糙度3.2
工序6 钻锥孔φ8及M8底孔，攻丝，精绞锥孔φ8，保证表面粗糙度1.6
工序7 切断
工序8毛刺清洗
工序9检验入库
工艺路线方案三
工序1 铸造毛坯，φ55孔以铸出
工序2 粗铣φ40上端面（以φ40下端面为粗基准）
工序3 半精铣，精铣φ40上端面
工序4 钻两孔φ22（孔采用钻——粗铰，粗铰就能达到要求）
工序5加工φ55孔，（采用：钻——扩——铰就能达到要求）
工序6 采用一面两孔制，以上端面定位，铣φ73下端面
工序7以φ55下端面为基准加工φ73上端面
工序8 加工φ8锥销孔
工序9 加工M8的螺纹孔，先打底孔φ6
工序10攻螺纹M8
工序11粗铰，精铰两孔φ22
工序12切断
工序13去毛刺清洗
工序14检验入库
工艺方案比较分析
上述两方案:方案一：是先加工内孔φ22, 再以φ22孔为基准加工φ55内孔,而方案二：先镗孔φ55,以底面及φ22外圆面为基准，再以φ55内孔及上平面加工φ22孔。

方案三，按原理应先加工φ55孔，因为φ55孔的中心线为设计基准，那样加工不易于夹具夹紧，给加工带来麻烦，生产效率低，方案三加工路线同样可以满足要求。

故方案三较为合理。

最终方案路线
工序1 铸造毛坯，φ55孔以铸出
工序2 粗铣φ40上端面（以φ40下端面为粗基准）
工序3 半精铣，精铣φ40上端面
工序4 钻两孔φ22（孔采用钻——粗铰，粗铰就能达到要求）
工序5加工φ55孔，（采用：钻——扩——铰就能达到要求）
工序6 采用一面两孔制，以上端面定位，铣φ73下端面
工序7以φ55下端面为基准加工φ73上端面
工序8 加工φ8锥销孔
工序9 加工M8的螺纹孔，先打底孔φ6
工序10攻螺纹M8
工序11粗铰，精铰两孔φ22
工序12切断
工序13去毛刺清洗
工序14检验入库
四确定机床及夹具
（一）机床的选择：
工序2，3，6，7采用X6140卧式铣床。

工序4，5，8，9，10，11采用摇臂钻床
工序12铣断机床
（二）选择夹具：该拨叉的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。

（三）选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣
刀即可保证加工质量。

在铰孔5513
，由于精度不高，可采
H
用硬质合金铰刀。

（四）选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。

（五）其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺
寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。

五机械加工余量，工序尺寸及公差
（一）保证设计尺寸在工序6 -----工序9应进行尺寸链换
算.
（1）确定自由公差等级（查《机械制造工艺设计简明手册》
P27页表1.4——24）
（2）确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图
列竖式：计算工序尺寸A：
增环： 50 0 -0.1
减环： -25 0.084 0
-20 0.21 0.07
封闭环： 5 0.294 -0.03 由计算可得A的基本尺寸为5，上偏差.为0.294，下偏差为
0.03时，才能保证设计尺寸。

-0.01
（二）为保证加工M8螺纹时，工序基准与定位基准重合，进行尺寸链换算.
（1）确定自由公差等级（查《机械制造工艺设计简明手册》P27页表1.4——24）
（2）确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图。

列竖式：计算工序尺寸A：
增环： 30 -0.36 -0.52
减环： 10 +0.36 0
封闭环：20 0 -0.52
只有A的基本尺寸为30，上偏差为-0.36，下偏差为-0.52
是才的保证M8螺纹的位置。

（三）、圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：
(四）平面工序尺寸
六夹具设计
（一）机床夹具的功用
1、稳定保证工件的加工精度
用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，是一批工件的加工精度趋于一致。

2、减少辅助工时，提高生产率
使用夹具装夹工件无需划线找证，可显著地减少辅助工时，方便快捷；可提高工件刚性，使用较大的切削用量；可实现多件、多工位同时装夹，可采用高效夹紧机构，提高劳动生产率。

3、扩大机床使用范围，实现一机多能
根据加工机床的成形运动，附以不通类型的夹具，可扩大机床的工艺范围，为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低
劳动强度，需要设计专用夹具。

（二）问题的提出：
本夹具是用来钻φ22孔，对φ22孔的加工有一定的技术要求，但在加工本工序时，φ22孔尚未加工，而且在扩φ22孔后，需要精绞，以达到所要求的精度。

（三）夹具设计：
1，定位基准的选择：
由零件图可知，φ22孔的轴线与φ40的外圆的上表面有垂直度的要求，所以采用φ40的外圆的下表面作为主要的定位面，用一个固定V型块和一个活动V型块进行夹紧，夹紧方式采用手动夹紧。

2 ，夹紧设计及操作的简要说明：
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高生产率，为此，采用手动夹紧，此夹具的工作原理：利用零件的上表面作为主要定位面，用一个固定V型块和一个活动V型，采用手动螺纹夹紧。

3，定位误差分析
定位元件尺寸及公差的确定。

夹具的主要定位元件为一个平面、和一个固定V型块和活动V型块定位。

所谓定位误差，是指由于定位造成的加工面相对于工序基准的位置误差，因为对于一批工件而言，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误
差就是工序基准的最大变动量。

4 ，造成定位误差的原因：
（1）由于定位基准与工序基准不一定重合引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准对定位基准在加工方向上的最大变动量，用ΔB表示。

（2）由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称为基准定位误差，即定位误差的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量。

4 夹紧装置的设计要求
夹紧装置是夹具的重要组成部分，合理设计夹紧装置有利于保证工件的加工质量。

提高生产率和减轻工人的劳动强度，因此对夹紧装置提出以下要求：
（1）工件在夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所获得的正确位置
（2）夹紧力的方向应可靠、适当。

也就是即要保证工件在加工过程中不产生移动或震动，同时又必须使工件不产生不适当的变形和表面损伤
（3）夹紧动作要准确迅速，以便提高生产效率
（4）操作简便，省力，安全，以改善工人的劳动条件，减轻劳动强度
（5）结构简单，易于制造
5、夹紧力的方向
（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件的准确性和可靠性，一般要求夹紧力的方向应指向主要定位基面，把工件压向定位元件的主要定位表面上。

（2）夹紧力方向应使工件变形尽可能变小，使工件的夹紧部分属于套筒零件，显然轴向夹紧要比要比径向夹紧使工件变形要小。

（3）夹紧力方向应使所需夹紧力可能小，在保证夹紧可靠的前提下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便，紧凑以及减少工件变形，，为此，应使加紧力Q的方向最好与切削力下，工件重力G的方向，这时所需夹紧力为最小。

6、夹紧力的作用点
（1）夹紧力作用点应靠近支撑元件的几何中心，或几个支撑元件所形成的支撑面内
（2）夹紧力的作用点应落在工件刚度较好的部位上（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面，这样可以减小切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支撑并施加附加夹紧力。