夹具毕业设计论文新

摘要
本论文设计的是CA6140车床变速拨叉的加工工序、设计方案、计算过程、铣槽夹具以及拉刀的设计。

拨叉表面加工方法的选择、加工顺序的安排、工序集中与分散的处理、加工阶段的划分、机床和工艺装备的选择、加工余量与工序尺寸及公差的确定等都是编制工艺规程的主要问题。

而夹具设计所面临的是设计方案的确定、定位元件的选择、定位误差的分析与计算、夹紧力的计算、夹具体毛坯结构及夹具元件配合的确定。

还有零件图和夹具装配图的绘制，如何保证用拨叉的技术条件是加工过程最为重要的问题，而夹具也起着至关重要的作用。

拨叉的合理结构设计、加工工艺性设计，保证拨叉的加工质量，对提高生产效率有着重要意义，它是保证产品质量的关键所在。

通过对拨叉加工过程的设计，可以发现一个产品的设计需要各个加工过程很好的配合才能成功。

关键词：拨叉；工艺；夹具；夹紧；定位；拉刀
ABSTRACT
In this paper, the design of the CA6140 fork processing speed, design, calculation and design of drilling jig. Fork the surface of the choice of processing methods, processing sequence of the arrangement, process centralization and decentralization of treatment, the division stage of processing, machine tools and process equipment selection, allowance and processes determine the size and tolerance of the preparation process are the main point of order problem. Fixture Design and facing the program is designed to identify, locate component selection, positioning errors of analysis and calculation, the calculation of clamping force, the specific folder structure and the rough with the determination of fixture elements. There are fork blank map, fixture assembly parts diagram and mapping how to ensure the technical conditions fork is the most important process, and fixture also plays a vital role.
Fork reasonable structural design, design process to ensure quality processing fork, to improve the productivity of great significance, it is to ensure that the key to product quality. Fork through the design process can be found in a product design process requires a good co-ordination to succeed.
Keywords: fork；technology；fixture；clamping; positioning；broaching cutting tool
目录
1 绪论 (1)
2 拨叉的分析 (3)
2.1拨叉的作用 (3)
2.2拨叉的工艺分析 (4)
2.3拨叉的工艺要求 (4)
2.4毛坯的选择 (6)
3机械加工工艺规程设计 (6)
3.1加工工艺过程的拟定 (6)
3.1.1加工阶段的划分 (6)
3.1.2工序先后顺序的安排 (6)
3.1.3拨叉零件的加工工艺分析 (7)
3.2确定各表面加工方案 (7)
3.2.1选择加工方法时，需考虑的因素 (8)
3.2.2面的加工 (8)
3.2.3 孔的加工 (8)
3.2.4槽的加工 (9)
3.3确定定位基准 (9)
3.3.1粗基准的选择 (9)
3.3.2精基准选择的原则 (10)
3.4工艺路线的拟定 (11)
3.4.1加工阶段的划分 (11)
3.4.2工序的合理组合 (12)
3.4.3工序的集中与分散 (13)
3.4.4加工工艺路线方案的比较 (14)
3.5拨叉偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (17)
3.5.1毛坯的结构工艺要求 (17)
3.5.2拨叉的偏差计算 (17)
3.6确定切削用量及基本工时(机动时间) (19)
3.7 时间定额计算及生产安排 (27)
3.7.1铣侧面 (27)
3.7.2钻预制孔 (28)
3.7.3 拉 25H7内花键 (28)
3.7.4 粗、精铣18H8底槽 (28)
3.7.5粗、精铣上端面 (30)
3.7.6钻、攻2-M8螺纹孔 (30)
4.铣槽夹具设计 (32)
4.1机床夹具的基本概念 (32)
4.1.1机床夹具按夹具使用特点的分类 (32)
4.1.2机床夹具在机械加工中的作用 (32)
4.2铣槽夹具设计 (33)
4.3定位基准的选择 (34)
4.4夹具方案的设计选择 (34)
4.5切削力及夹紧力分析计算 (35)
4.6误差分析与计算 (37)
4.7夹具设计及操作的简要说明 (38)
4.8铣槽夹具整体装配爆炸零件图 (38)
5花键孔H7拉刀设计及Proe 仿真 (39)
5.1 拉刀的结构参数 (39)
5.1.1拉削特点 (39)
5.1.2拉刀类型选择 (39)
5.1.3拉刀材料的选择 (40)
5.1.4拉床类型的选择 (40)
5.2 拉刀切削部分的设计 (40)
5.2.1拉削方式的选择 (40)
5.2.2齿型的确定 (41)
5.2.3拉削余量的确定 (41)
5.2.4刀齿几何参数选择 (41)
5.2.5确定齿升量 ; (42)
5.2.6确定齿距p及同时工作齿数Z。

(42)
5.2.7确定容屑槽形状和尺寸 (42)
5.2.8设计分屑槽 (43)
5.2.9确定拉刀齿数和直径 (44)
5.3 拉刀其他部分设计 (46)
5.3.1拉刀柄部设计 (46)
5.3.2颈部与过渡锥部设计 (47)
5.3.3前导部、后导部设计 (47)
5.3.4拉刀总长度 (48)
5.3.5拉刀整体结构CAD图 (50)
5.4拉刀强度及拉床拉力校验 (50)
5.4.1拉削力 (50)
5.4.2拉力强度校验 (50)
5.4.3拉床拉力校验 (51)
6.结论 (52)
参考文献 (54)
致谢 (56)
附录 (57)
1 绪论
夹具是工艺装备的主要组成部分，在机械制造中占有重要地位，夹具对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。

随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，各企业迫切需要提高夹具设计的效率夹具设计作为高等工科院校教学的基本训练科目，在毕业设计中占极其重要的位置。

夹具结构设计在加深对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用，而机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。

因此，选择拨叉的夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学专业知识，能够将理论与实践相结合，是对专业知识的综合训练，为以后更好地适应工作岗位打下坚实基础。

本次所选拨叉的加工工艺分析及夹具设计内容主要包括：拨叉加工工艺路线方案的确定，夹具方案的优选，夹具装配图、零件图的绘制，铣床夹具、拉刀设计以及Proe仿真、设计说明书的编写等。

机械制造工业是为现代化建设提供各种机械装备的部门，在国民经济的发展中具有十分重要的地位。

机械制造工业的发展规模和水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志。

刀具行业是一个比较特殊的行业，肩负着为制造业提供关键设备、数控刀具的重任，制造业的水平如何往往会受刀具行业整体水平的较大影响，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展，两者可以说是相互影响相互制约，随着制造业的持续发展，为制造业提供关键装备的刀具行业必将快速、稳步发展，面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须在改进原有的刀具材料、研发新的刀具材料及寻找更合理的刀具结构方面不断改进，以解决制造业面临的越来越多的加工难题。

当前，切削技术快速发展，已经进入了现代切削技术新阶段，刀具材料、刀具结构均取得了全面的进步，加工效率也在成倍提高。

同时，切削技术和刀具也成为制造业开发新产品和新工艺、应用新材料的基础工艺和简历创新体系的关键技术。

本次设计的拉刀常用于加工高精度零件，所以在设计拉刀时要确保各个参数的正确性，为了保证在拉削过程中的高精度，拉刀材料的选择也是设计拉刀的重点，既要保证拉刀的寿命，也要保证拉刀的成本，加工难度小。

毕业设计是本专业培养我们的最后一个综合性的实践教学环节，通过完成一定的生成设计或科研试制任务，获得运用基本理论的工程技术训练达到综合素质和能力的提高。

其目的的培养我们独立分析和处理专业问题的能力。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给于指教。

2 拨叉的分析
2.1拨叉的作用
题目所给的零件是CA6140车床的拨叉零件，它位于车床变速操纵机构中，主要起换挡，改变车床滑移齿轮的位置，实现变速，获得所需的速度和扭矩的作用。

拨叉头孔套在变速叉轴上。

拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。

当需要变速时，操纵变速杆，变换操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨插脚拨动双联变换齿轮在花键上滑动一改变档位，从而改变速度。

该拨叉在改换档位时要承受很大的弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度和刚度以及韧性，以适应拨叉的工作条件。

1-拨叉；2-曲柄；3-凸轮；4-轴；5-杠杆；6-轴；7-螺钉
图2.1 拨叉应用于机床变速机构中
2.2拨叉的工艺分析
拨叉是应用在变速箱的换档机构中的一个很重要的零件，该拨叉零件尺寸比较小，结构形状较复杂，为实现换档变速的功能，其内花键与变速叉轴有配合要求，其加工内花键的精度要求较高，此外上端面加工精度要求也较高，其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。

因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工时非常关键和重要的。

图2.2 拨叉零件图
2.3拨叉的工艺要求
一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使
加工的劳动量小，而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的，设计者要考虑加工工艺问题，工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

其加工有五组加工：铣侧面；拉25H7内花键孔；粗精铣上端面；粗精铣18H8底槽；钻、较2-M8通孔，并攻丝。

1、侧面的加工主要是为了后续工序中能有更好的定位面，确保后续加工所要求的精度，粗超度在6.3即可。

2、以Ø22为主要加工面，拉内花键槽Ø25H7，槽数为6个，其粗超度要求是底边Ra=1.6，侧边Ra=3.2, Ø22内孔粗超度Ra=6.3。

3、粗精铣上端面，表面粗超度要求为Ra=3.2。

4、粗精铣18H8底槽，该槽的表面粗超度要求是两槽边Ra=3.2，槽底的表面粗超度要求是Ra=6.3.
5、钻并攻丝2-M8，保证两螺纹孔中心距为25mm。

图2.3 拨叉三维实体模型
2.4毛坯的选择
拨叉毛坯选择金属型浇注，零件毛坯结构紧密，能承受较大压力。

因为生产效率很高，所以可以免去每次造型。

工件尺寸较小单边余量一般在1～2mm，结构细密，能承受较大的压力，占用生产面积较小，因其年产量是5000件，查参考文献【5】表2.1-3,机械加工生产类型为中批量生产。

3机械加工工艺规程设计
3.1加工工艺过程的拟定
3.1.1加工阶段的划分
1、零件的机加工过程最多划分四个加工阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整或超精加工阶段。

2、机构阶段的划分，依据零件的技术要求、结构形状、尺寸大小、刚性好坏和重量、生产类型等而定。

刚性差或重量大的零件因不便搬运而仅划分少的加工阶段，甚至不划分加工阶段。

3.1.2工序先后顺序的安排
1、安排切削加工顺序的原则：
（1）先粗后精各表面的加工工序按照由粗到精的加工阶段交叉进行；
（2）先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，将次要表面（如键槽、紧固用的光孔和螺纹底孔等）的加工穿插进行；
（3）先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工主要表面、定位基准平面和孔的端面，然后加工孔；
（4）基准先行优先考虑精基准面的加工，按基面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面和主要加工表面的加工。

在安排加工顺序时，还要注意退刀槽、倒角、去毛刺等工序
的安排。

2、热处理及表面处理工序的安排
热处理工序的安排，主要决定于零件的材料与热处理的要求，通常有以下几种情况：
（1）改善加工性能和金属组织的热处理如退火和正火应安排在机械加工之前进行。

对含碳量超过0.5%的碳钢用退火来降低其硬度；对于含碳量小于0.5%的碳钢，一般用正火改善材料的切削性能。

（2）消除内应力的热处理如人工时效、退火等，一般安排在粗加工后，精加工前进行。

对精度要求很高的精密丝杠、主轴等零件，应安排多次时效处理。

对于结构复杂的铸件，如机床床身、立柱等，则在粗加工前后都要进行时效处理。

（3）提高零件表面硬度的热处理
（4）提高零件的抗腐蚀能力、耐磨性和导电等的表面处理如表面发蓝处理、表面镀层处理，一般安排在机械加工完毕之后进行。

3.1.3拨叉零件的加工工艺分析
该拨叉零件需要加工的主要加工表面是平面、内花键和槽系，一般来说，保证平面的加工精度要比保证内花键的加工精度容易。

因此，该拨叉零件加工过程中的主要问题是保证内花键的尺寸精度及位置精度，处理好内花键和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。

保证内花键高精度是本次设计的重点、难点。

3.2确定各表面加工方案
一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工
的劳动量最小。

设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

对于设计拨叉的加工工艺来说，应选择能够满足内花键加工精度要求的加工方法及设备。

除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，还要适当考虑经济因素，在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较低的机床。

3.2.1选择加工方法时，需考虑的因素
1、根据各加工表面技术要求，选择加工方法及分几次加工；
2、零件材料及热处理要求；
3、考虑加工方法能够达到的经济精度和经济粗超度；
4、考虑工厂或车间的实际生产条件以及国内外新技术、新工艺等；
5、此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。

选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法，再选择前面各工序的加工方法。

3.2.2面的加工
侧面的加工主要是为后续加工做准备，因此，在选择加工方法上可以选用一次性铣面，表面粗糙度Ra=6.3，上端面的查参考文献【5】表 2.1-12可以确定，上端面的加工方案为：粗铣——精铣（IT7～IT9）,粗糙度为Ra=6.3～0.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。

3.2.3 孔的加工
1、加工内花键前的预制孔φ22H12加工
查参考文献【5】表2.3-47，由于预制孔的精度为H12，确定预制孔的加工方案为：一次钻孔，由于在拉削过程中才能保证预制孔表面精度，所以，在加工内花键前预制孔的精度可适当降低。

2、内花键的加工
通过拉刀实现花键的加工，由于拉削的精度高，所以能满足花键表面粗糙度，同时也能保证预制孔表面精度。

3、2xM8螺纹孔的加工
加工方案为：钻孔，攻丝。

3.2.4槽的加工
查参考文献【5】表2.1-12，可以确定槽的加工方案为：粗铣然后精铣（IT7～IT9），粗糙度为Ra=6.3～0.8，设计要求为6.3和3.2，因此，粗铣时精度可适当降低。

3.3确定定位基准
3.3.1粗基准的选择
当零件上某一不加工面与加工面之间有距离或相互位置度要求时，可选用该不加工面为粗基准。

粗基准的选择应保证能合理分配各加工表面的加工余量：
1、粗基准的选择应以不加工表面为粗基准。

如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应该以不加工表面作为粗基准。

如果有很多不加工表面，则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。

2、选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。

因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。

这样就能保证均匀的去掉较小的余量，使表层保留细致的组织，以增加耐磨性。

3、应选择加工余量最小的表面作为粗基准，以保证各加工面有足够加工余量。

4、应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证
定位准确夹紧可靠。

有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经粗加工。

5、粗基准应避免重复使用，以免产生较大的位置误差。

要从保证孔与孔、孔与面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位，从零件图分析可知，选择加工拨叉底面的装夹定位面作为拨叉加工粗基准。

3.3.2精基准选择的原则
1、基准重合原则，选择加工表面的设计基准为其定位基准，以便直接获得加工表面的设计要求（加工表面与设计基准间的距离、相互位置精度）、减少基准不重合带来的定位误差。

2、基准统一原则，在多数工序中选用同一组基准定位，便于夹具的设计制造。

3、互为基准的原则。

两个重要的加工面互为定位基准反复加工，以满足其较高的相互位置精度和较小且均匀的加工余量。

例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，在以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

4、自为基准原则。

有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身作为基准。

例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。

此外，像拉孔在无心磨床磨外圆等，都是自为基准。

此外，还应该选择工件上精度高，尺寸较大的表面为基准，以保证定位稳定可靠。

并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位，从拨叉零件图分析可知，它的φ25H7内花键槽，适于作为精基准使用，选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹简单。

3.4工艺路线的拟定
拟定加工工艺路线是工艺规程设计中的关键性工作，其不仅影响加工质量和加工效率，还影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等；其主要任务是解决表面加工方法的选择、加工顺序的安排以及整个工艺过程中工序的数量。

拨叉加工的第一个工序是加工统一的基准。

具体安排是：先加工预制孔，再加工花键槽，最后以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔，后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。

3.4.1加工阶段的划分
对于加工质量要求较高或比较复杂的零件，整个工艺路线常划分为几个阶段来进行:
1、粗加工阶段
粗加工的主要任务是切除各加工表面的大部分加工余量，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，其关键问题是提高生产率。

粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。

一般粗加工的公差等级为IT11～IT12。

粗糙度为Ra=80～100um。

2、半精加工阶段
半精加工阶段任务是减少粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做好准备（控制精度和适当余量），并完成一些次要表面的加工（如钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工的公差等级为TT9～TT10。

表面粗糙度为 Ra=10～1.25um。

3、精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保证零件的形状位置几精度，尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面达到图纸要求，另外精加工工序安排在最后，可防止或减少工件精加工表面损伤。

精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度.精加工的加工精度一般TT6～TT7，表面粗糙度为Ra=10～1.25um。

4、光整加工阶段
对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。

一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5～IT6,表面粗糙度为Ra=1.25～0.32um
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。

由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。

但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。

在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。

必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。

例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。

3.4.2工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。

确定工序数的基本原则:
1、工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。

便于采用通用设备。

简单的机床工艺装备。

生产准备工作量少，产品更换容易。

对工人的技术要求水
平不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

2、工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。

使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率，采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。

结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。

清洗是在80～90℃的含0.4%～1.1%苏打及0.25%～ 0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。

清洗后用压缩空气吹干净。

保证零件内部基本无杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留物。

3.4.3工序的集中与分散
确定了加工方法和划分加工阶段以后，需将加工表面的全部加工内容，按不同加工阶段组合成若干个工序，拟定的整个加工路线，组合工序时有工序集中或工序分散两种方式。

1、工序分散
工序分散就是将零件的加工内容分散到很多工序内完成，其特点是：（1）由于每台机床完成的工序简单，可采用结构简单的高效单一功能的机床，工艺装备简单、调整容易，易于平衡工序时间，组织流水生产；
（2）生产准备工作量少，容易适应生产的转换，对操作工人技术要求低；
（3）有利于采用最合理的切削用量，减少机动时间；
（4）设备数目多，操作工人多，生产面积大，物料运输路线长。

2、工序集中
工序集中就是将零件的加工内容集中在少数几道工序中完成，其特点是：
（1）有利于采用高效的专用设备和工艺装备，可大大提高劳动生产率；
（2）工序少，减少了机床数量，操作工人人数和生产面积，简化了生产计划管理；
（3）工件装夹次数减少，缩短力辅助时间，由于在一次装夹中加工较多的表面，容易保证它们的相互位置精度；
（4）设备和工艺装备复杂，生产准备工作量和投资都较大，调整、维修费时费事，故转换新产品比较困难。

工序集中与分散各有优缺点，在制定工艺路线时应根据生产类型，零件的结构特点及工厂现有设备等灵活处理。

一般情况下，单件小批量生产能简化生产作业计划和组织工作，常采用工序集中，成批生产和大批生产中，多采用工序分散，也可采用工序集中。

从生产发展来看，尤其是柔性加工技术的使用，一般趋于工序集中方式组织生产。

3.4.4加工工艺路线方案的比较
拟订两个加工工艺路线方案。

方案Ⅰ、Ⅱ主要区别在于在加工上端面及以下工序时，所选定位基准不同。