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1、 CA6140車床撥叉夾具設計 學 院 專 業(yè) 年級班別 學 號 學生姓名 指導教師 2014年6月 摘 要 撥叉是一類典型零件，在許多變速機構(gòu)中都有應用。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)運動按照工作的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。在了解該零件在產(chǎn)品中的作用、結(jié)構(gòu)特點后，再結(jié)合零件的生產(chǎn)綱領、生產(chǎn)組織等有關信息及工藝規(guī)程

2、和工序的具體技術要求。為了使工件達到規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及位置精度等技術要求，在加工前必須將工件裝好夾牢。本文就是對CA6140車床的撥叉夾具的設計，首先根據(jù)撥叉的加工要求、定位基準和外力的作用狀況等因素，確定定位方式和定位元件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及布置形式等。在機械加工過程中，撥叉會受到切削力、離心力、慣性力和重力等的作用。為了保證在這些外力作用下，撥叉仍然能在夾具中由定位元件確定加工位置，而不至于發(fā)生振動和位移，本文設置一定的夾緊裝置將撥叉可靠夾牢。最后設計出夾具體將夾具上的各種裝置和元件連接成一個整體，并通過它將夾具安裝到機床上。根據(jù)撥叉的加工特點、尺寸大小，各種元件的結(jié)構(gòu)和布局、夾具與

3、機床的連接方式的影響，確定夾具體的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小。 關鍵詞：CA6140車床撥叉，夾具設計，定位，夾緊 Abstract The shifting fork is a kind of typical parts, having been applied in many variable speed gears. CA6140 lathe’shifting fork isinthe speed change mechanism, Its functionmainly is shifting and making thespindle motion work in accor

4、dance with the requirements of the work to obtain the desiredspeed andtorque. In the understanding of the parts’ productfunction and structurecharacteristics, we combine them with thespecificparts’ production program and production organization and other relevantinformation and processprocedures and

5、 processes. In order to make thepartsmeet the requirements ofsize,geometry, positionprecision and other technicalrequirements,before processingthe parts must be installed. This paperis about the design offorkclampof CA6140lathe. According to the processing requirements of fork, positioning, external

6、 force conditions and other factors,we can determine the locationandpositioningelement structure,shape,size andlayout of the form. In the process of machinery,forkwill be affected by thecutting force,centrifugal force,inertial forceand gravity. In order to guarantee the shifting fork in theexternal

7、forcestillbe in the fixtureby the positioningelement withoutvibration and displacement,this paperprovide a clamping deviceofthe fork to be reliable. Finally,we design theclampto connect various devices and componentson the clamp,and through itthe clampis mounted to themachine. According to the proce

8、ssingcharacteristics and size of the fork and the influence of parts’ structure and layout and connection of clampand machine toolclamping structure, we determine concrete shape and size. Key words: CA6140lathe’sfork, Fixture design, Positioning, Clamping 目 錄 1 緒論

9、1 1.1 題目背景及目的 1 1.2機床夾具概述 1 1.2.1機床夾具的功用 1 1.2.2機床夾具的組成 2 1.2.3機床夾具的分類 2 1.3機床夾具研究狀況及發(fā)展 2 2 CA6140車床撥叉零件的分析 4 2.1熟悉零件的圖樣 4 2.2撥叉的作用及結(jié)構(gòu) 5 2.3撥叉的工藝分析 5 2.4撥叉的工藝規(guī)程設計 6 2.4.1基面的選擇 6 2.4.2確定工序流程 6 3 夾具的設計 7 3.1撥叉的定位 8 3.1.1工件定位的基本原理 8 3.1.2工件定位方法及其定位元件 9 3.1.3確定CA6140車床撥叉夾具的定位方案 10 3

10、.1.4定位誤差 13 3.2撥叉的夾緊 15 3.2.1夾緊裝置的組成 15 3.2.2夾緊力 16 3.2.3基本夾緊裝置 17 3.2.4撥叉夾具的夾緊裝置設計 20 3.2.5其他事項 21 4 結(jié)論 23 參考文獻 24 致謝 25 附錄A CA6140車床撥叉夾具的裝配圖 26 附錄B 零件圖 27 1 緒論 1.1 題目背景及目的 CA6140車床的撥叉是一個很重要的零件，因零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復雜，其內(nèi)孔的加工精度要求較高。此外，還有上端面需要加工，對精度要求也很高。操縱槽的側(cè)邊與內(nèi)孔中心軸有垂直度公差要求，上端面與內(nèi)孔軸線有平行度要

11、求。因為其尺寸精度、幾何形狀精度和位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響裝配質(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鍵的。 機床夾具設計得是否合理，直接影響工件的質(zhì)量、產(chǎn)量和加工成本。只有正確應用夾具設計的知識和原理，掌握夾具設計的方法，才能設計出既能保證工件質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率，又能降低成本和減輕工人勞動強度的機床夾具。 使用夾具的首要目的在于保證工件的加工質(zhì)量，具體說來，使用夾具加工時必須保證工件的尺寸，形狀精度和位置精度。 1.2機床夾具概述 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛用于機械制造的切削加工、熱處理、裝配、焊接等工藝過程中。在金屬切削機床上使用的夾具

12、統(tǒng)稱為機床夾具。 1.2.1機床夾具的功用 在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響加工精度、勞動生產(chǎn)率和制造成本等。在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。 1、定位 確定工件在夾具中占有正確位置。定位是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。正確的定位可以保證工件加工面的尺寸精度和位置精度。 2、夾緊 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。由于工件在加工時受到各種外力的作用，如果不將工件固定，工件就會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全可靠的加工條件。 1.2.2機床夾具的組成 雖然不同機床夾具的結(jié)構(gòu)有所

13、不同，但按主要功能分析，機床夾具的基本組成部分是定位元件、夾緊裝置和夾具體。 1、定位元件 定位元件是機床夾具的主要功能元件之一。當工件定位基準基面的形狀確定后，定位元件的結(jié)構(gòu)也就基本確定。 2、夾緊裝置 夾緊裝置也是夾具的主要功能元件之一。通常，夾具裝置的結(jié)構(gòu)會影響夾具的性能和復雜程度。 3、夾具體 夾具體是夾具的基體骨架，通過它將所有元件與夾具構(gòu)成一個整體。形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座形等多種。定位元件、夾緊裝置等分布在夾具體的不同位置上。 1.2.3機床夾具的分類 機床夾具的種類很多，形狀千差萬別，可以從不同角度對機床夾具進行分類。常用分類方法如下。 1、按夾具使用特點分類

14、 夾具按使用特點可分為通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具、拼裝夾具等。 2、按使用的機床分類 按使用機床可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具等。 3、按夾緊的動力源分類 按夾緊的動力源可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液增力夾具、電磁夾具等。 1.3機床夾具研究狀況及發(fā)展 近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出新的要求： （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特性特征的工件； （3） 能適用于精密加

15、工的高精度機床夾具； （4） 能使用與各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具； （5） 采用以液壓站等位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。 為了適應現(xiàn)代機械工業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展的需要和多品種、小批量生產(chǎn)的特點，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、高效化和柔性化四個方面[1]。 （1） 夾具元件多功能模塊化 能單獨使用也能與其他元件組合在一起使用的多功能模塊化單元體將逐步增多。如現(xiàn)在使用的各種定位夾緊座、定位壓緊支承等模塊式單元體具有定義夾緊以及調(diào)節(jié)的綜合功能。使用這種夾具可以減少機床的停機時間，最大限度地發(fā)揮機

16、床的高性能。 （2） 高強度、高剛度、高精度 為了提高勞動生產(chǎn)率，縮短工件的加工工時，工件的加工已向著高速、大切削量的方向發(fā)展，工序高度集中。 （3） 專用夾具、組合夾具、成組夾具一體化 現(xiàn)代加工設備的多功能化，使工藝過程高度集中，一次定位裝夾工件后能完成多個工序加工，這就需要組合可調(diào)試的夾具系統(tǒng)。它是由一系列統(tǒng)一化、標準化的元件和組件組成。使專用、組合、成組夾具向著一體化、組合化方向發(fā)展，以滿足現(xiàn)代化加工設備的需要。 （4） 工件夾緊快速化、自動化 為縮短加工中的輔助時間，減輕工人的勞動強度，工件的裝夾、拆卸也需要機械化、自動化。工件的夾緊由原來的單一功能發(fā)展成為可以調(diào)整的模塊，

17、以實現(xiàn)快速組裝和快速夾緊。 2 CA6140車床撥叉零件的分析 2.1熟悉零件的圖樣 如圖2.1所示，CA6140車床撥叉零件結(jié)構(gòu)不是很復雜，通過兩個視圖就可將零件的結(jié)構(gòu)表達清楚，零件圖中主要定位尺寸是23mm、134mm、11mm，主要定形尺寸是16mm、Φ25、Φ55。 圖2.1 CA6140車床撥叉零件圖 2.2撥叉的作用及結(jié)構(gòu) CA6140車床的撥叉位于車床變速機構(gòu)中，主要作用是換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動，通過撥叉控制滑套與旋轉(zhuǎn)齒輪的結(jié)合[2]，達到所需的速度和扭矩的作用。 撥叉頭以Φ25孔與操縱機構(gòu)相連，操縱機構(gòu)通過撥叉頭部的操縱槽帶動撥叉與軸一起滑移

18、。變速下方的Φ55半圓孔稱作撥叉腳，它則是與所控制齒輪所在的軸接觸。通過撥叉頭的力的撥動下方的齒輪變速。 2.3撥叉的工藝分析 1、零件材料 零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，為珠光體類灰鑄鐵，其強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性良好，鑄造性能較好，但塑性較差、脆性高。 2、毛坯種類 由于零件的材料為HT200，零件的形狀不規(guī)則，因此選用鑄造毛坯。因為零件的生產(chǎn)量大，屬于大批量生產(chǎn)，零件的輪廓尺寸不大，而且工件上有許多表面不需加工，所以選用砂型機造型。 3、零件的加工表面和技術要求 （1）撥叉的加工表面：Φ25孔及端面、撥叉腳的兩側(cè)面及內(nèi)側(cè)面、操縱槽。 （2）

19、技術要求：撥叉腳表面硬度不小于50HRC，去毛刺、脫棱。 2.4撥叉的工藝規(guī)程設計 由上面的分析可知，此撥叉零件沒有復雜的曲面，在保證位置精度要求的情況下，再根據(jù)機床所能達到的位置精度，采用常規(guī)的加工工藝都可保證上述技術要求。 2.4.1基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一?；孢x擇合理與否，會影響到加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率。若基面的選擇不合理，加工工藝過程中會問題百出，更有可能會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 （1）粗基準的選擇 以Φ40外圓表面為基準粗車撥叉頭左右端面，再以此為基準鉆Φ25的孔。 （2）精基準的選擇 考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確、方便

20、，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的表面為主要定位精基準。 2.4.2確定工序流程 制定工藝路線的出發(fā)點，應該是使零件的幾何形狀、尺寸精度和位置精度等技術要求得到應有的保證。生產(chǎn)綱領已確定為大批量生產(chǎn)，工藝路線需按工序集中原則編制，以提高生產(chǎn)率。此外，還應當考慮經(jīng)濟效益，盡量降低生產(chǎn)成本。 表2.1 CA6140撥叉零件機械加工工序流程 序號 過程內(nèi)容 機床 工裝夾具 1 車撥叉頭端面，鉆、鏜、鉸Φ25孔 CA6140 撥叉頭車夾具 2 校正撥叉腳 3 粗銑撥叉腳兩端面 X6132 撥叉腳端面銑夾具 4 銑撥叉腳內(nèi)側(cè)面

21、 X6132 撥叉腳內(nèi)側(cè)面銑夾具 5 銑操縱槽 X6132 操縱槽銑夾具 6 去毛刺 7 磨撥叉腳兩平面 M7130 8 清洗 9 檢驗 該工序優(yōu)點是工藝路線短，Φ25孔及其端面在一臺機床上加工完成，減少了工件裝夾的次數(shù)，易于保證加工面的相互位置精度，機床需求數(shù)量少，減少了工件在工序間的運輸，從而提高了工作效率和經(jīng)濟效益[3]。 3 夾具的設計 按要求設計以上工序中銑操縱槽的銑床夾具，本夾具將用于X6132銑床。刀具是：Φ12512mm直齒三面銑刀。 操縱槽的加工要求有：槽寬16mm，槽深8mm，操縱

22、槽的中心平面與Φ25孔軸線的垂直度為0.08mm，操縱槽底面與A面平行，槽側(cè)面與B面的距離為11mm0.2mm，加工表面粗糙度為Ra3.2μm，B面相對于Φ25孔軸線的相對垂直度為0.1mm。 3.1撥叉的定位 撥叉零件在加工前，必須首先使它在機床上占有正確的加工位置。工件在夾具中的定位問題，是夾具設計的首要問題。因為定位問題是夾具設計的出發(fā)點，如果不確定定位方案，那就無法進行夾緊裝置、對刀—導引裝置及整個夾具體的設計。 在確定定位方案時，定位基準的選擇是一個關鍵問題。通常情況下，定位基準就確定了工件的定位方案，同時也確定了夾具的結(jié)構(gòu)和復雜程度。定位方案是否合理直接影響工件的加工精度，與

23、此同時，定位方案也是夾具上其他裝置的重要設計依據(jù)。 3.1.1工件定位的基本原理 1、工件的自由度 一個尚未定位的工件，它的空間位置是不確定的。將未定位的工件房子空間直角坐標系中，工件有沿軸移動的自由度，也有繞軸轉(zhuǎn)動的自由度，未定位的工件有六個自由度。如果要使一個未定位工件有一個確定的位置，就必須設置六個約束，分別約束工件的六個運動自由度。 2、定位支撐點 在夾具結(jié)構(gòu)中，被加工零件的六個自由度都是由定位元件限制的。為研究方便，可將具體的定位元件抽象為相應的定支承點，具體理解如下： （1）在限制工件自由度的過程中，定位支撐點必須始終與工件定位基準保持緊密接觸。如果兩者脫離，則表示定位

24、支承點失去限制工件自由度的功能。 （2）通常情況下，一個定位支承點僅能限制一個自由度，同時，工件在定位過程中，定位支承點的數(shù)目最多不能超過六個。 （3）在分析定位支承點起定位作用的過程中，不能考慮力的影響。 （4）任何定位支承點所限制的自由度，原則上不允許相互矛盾或重復。 （5）定位支承點位置的分布必須合理，同一定位面上的任意兩個定位支承點應該保持等高狀態(tài)，而且，同一定位面上的三個定位支承點不應在一條直線上，盡量分布得遠。否則，六個支承點不能或不能有效地控制工件的六個自由度。 （6）工件在定位時應該采取的定位支承數(shù)目，完全由工件的加工要求所確定。 3.

25、1.2工件定位方法及其定位元件 工件定位方法包括定位元件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及布置形式等，主要是解決工件的加工要求、定位基準和外力作用情況等因素，盡管實際應用中夾具的結(jié)構(gòu)是各式各樣的，但廣泛應用的定位表面和定位方式還是有限的，工件定位表面主要分為三類，即平面、孔—銷和外形輪庫[4]。 1、工件以平面定位 在加工過程中，大部分工件時以平面作為定位基準進行定位的。主要支承是用來限制工件的自由度，是起定位作用的支承。主要支承分為固定支承、可調(diào)支承和自位支承。在實際成產(chǎn)過程中，由于工件的形狀和夾緊力、切削力、工件重力等原因，可能會使工件在裝夾后產(chǎn)生形變或不穩(wěn)定，為了提升工件的裝夾剛度及穩(wěn)定

26、性，常常需要設置輔助支承。輔助支承不限制工件的自由度，即不起定位作用。 2.工件以圓孔定位 在機械生產(chǎn)工程中，常常會有以孔作為基準的零件。此定位方法多屬于定心定位，以圓柱孔軸線為定位基準，內(nèi)孔則為定位基面。常用的定位元件有定位銷、心軸和錐銷。 3、工件以外圓柱面定位 機械生產(chǎn)中有很多工件時以外圓柱面定位的，此時應使其定位軸線與規(guī)定軸線重合。常見的定位方法有以V形塊、半圓套、定位套等作為定位元件，在定心夾緊機構(gòu)中定位并夾緊。 4、工件以特殊表面定位 除了以上幾種典型的表面作定位基準面外，工件有時也采用某些特殊表面定位。生產(chǎn)中常見的有V形導軌面、齒形面、燕尾形面等。 5、組合定位

27、上述定位均為工件以單一表面定位的情形，在實際生產(chǎn)中，往往都是以工件的兩個或兩個以上的表面作為定位基準，即采取組合定位方式。 常見的組合定位方式有：一個孔及其端面、一個平面及其上的兩個圓孔、一個圓柱面及其端面。生產(chǎn)中最常用的是“一面兩空”定位。采用此種定位，容易做到工藝過程中的基準統(tǒng)一，從而保證工件的相對位置精度。 3.1.3確定CA6140車床撥叉夾具的定位方案 從加工要求考慮，在工件上銑通槽應該限制5個自由度，即沿X軸的位置自由度可以不需限制，但是為了承受銑削力，簡化定位裝置的結(jié)構(gòu)，該自由度仍然需要限制，故可采用完全定位。工序基準為：Φ25孔、A面和B面。 所擬用的定位元件的工作特點

28、及使用說明： 1、支承釘： 屬于工件以平面定位時的定位元件，可用于精基準定位，也可用于粗基準定位。支承釘與夾具體孔的配合為H7/r6或H7/n6。如果支承釘需要經(jīng)常更換時可以加襯套，其外徑與夾具體孔的配合仍然是H7/r6或H7/n6，內(nèi)徑與支承釘?shù)呐浜蠟镠7/js6。使用幾個支承釘時，裝配后應磨平工作表面，一保證等高性。 2、支承板 支承板也屬于工件以平面定位時的定位元件，適用于精基準定位，可用于側(cè)面和頂面定位，也可以用于底面定位，支承板用螺釘緊固在夾具體上。如果受力較大或支承板有移動趨勢，應增加圓錐銷或?qū)⒅С邪迩度電A具體槽內(nèi)。采用兩個以上支承板定位時，裝配后應該磨平工作表面，以保證等

29、高性。 3、定位銷 定位銷屬于工件以圓柱孔定位時的定位元件。當工作部分直徑D<3mm時，采用小定位銷，夾具體上應有沉孔，使定位銷圓角部分沉入孔內(nèi)而不影響定位。大批量生產(chǎn)時應采用可換定位銷。工作部分的直徑，可根據(jù)工件的加工要求和安裝方便，按g5、g6、f6、f7制造，與夾具體配合為H7/r6或H7/n6，襯套外徑與夾具體配合為H7/h6，其內(nèi)徑與定位銷配合為H7/h6或H7/h5。當采用工件上孔與端面組合定位時，應該加上支承板或支承墊圈。 4、定位心軸 定位心軸也屬于工件以圓柱孔定位時的定位元件。如果間隙配合心軸，心軸工作部分按基孔制h6、g6或f7制造，裝卸工件較方便，但定心精度不高。

30、如果過盈配合心軸，引導部分直徑按e8制造，它的基本尺寸為基準孔的最小極限尺寸，它的長度約為基準孔長度的一半。工作部分直徑按r6制造，其基本尺寸為基孔制的最大極限尺寸。 當工件基準孔的長徑比大于1時，心軸的工作部分應該稍帶錐度，非工作部分的直徑按r6制造[5]。心軸上的凹槽供車削工件端面時退刀用。這種心軸制造簡單，定心準確，但是裝卸工件不方便，且易損傷工件定位孔，多用于定心精度要求較高的場合。 如圖3.1所示，為擬定的三個定位方案。 （a）定位方案Ⅰ （b）定位方案Ⅱ （c）定位方案Ⅲ 1—長銷；2—支承釘；3—長條支承板；4—短銷；5—

31、支承板 圖3.1 銑槽定位方案分析 1、方案Ⅰ 如圖3.1（a）所示，撥叉以Φ25孔作為主要定位面，用長銷1限制撥叉的四個自由度，分別為沿X、Z的移動自由度和繞它們轉(zhuǎn)動的自由度。用支承釘2限制沿Y移動的自由度，為了提高工件的裝夾剛度，在上部放一個輔助支承。由于繞X轉(zhuǎn)動的自由度由長銷限制住，定位基準與工序基準重合，這樣有利于保證操縱槽的側(cè)面與Φ25孔軸線的相互垂直度。但這種定位方法不利于工件的夾具，因為輔助支承不能起到定位作用，與工件接觸的輔助支承上的滑柱必須在工件夾緊后才能固定。當對支承釘2施加夾緊力時，由于其端面的面積過小，撥叉極易被擠歪變形，夾緊也不可靠。 2、方案Ⅱ

32、 如圖3.1（b）所示，使用長銷1限制工件四個自由度，分別是沿X、Z的移動自由度和繞它們的轉(zhuǎn)動自由度，用長條支承板3限制工件的兩個自由度，分別是沿Y的移動自由度和繞Z的轉(zhuǎn)動自由度，繞Z轉(zhuǎn)動的自由度被重復限制，屬于重復定位。因為B面與Φ25孔軸線存在垂直度要求，而工件剛性較差，垂直度在工件的彈性變形范圍內(nèi)，所以可以重復定位。 3、方案Ⅲ 如圖3.1（c）所示，撥叉以B面作為主要定位面，用支承板5限制三個自由度，分別為沿Y的移動自由度和繞X、Z的轉(zhuǎn)動自由度，用短銷4與Φ25孔配合限制了沿X、Z的移動自由度，在上部也加一個輔助支承。由于垂直度的工序基準是Φ25孔軸線，而工件繞X軸的轉(zhuǎn)動自

33、由度由B面限制，定位基準與工序基準不重合，這就不利于保證操縱槽側(cè)面與Φ25孔軸線的垂直度。 比較上述的三種定位方案：方案Ⅰ中雖然定位基準與設計基準重合，操縱槽的中心平面與Φ25孔軸線的垂直度要求容易保證，但是這種方法不利于工件的夾緊。由于輔助支承是在工件夾緊后才會起作用，而在施加夾緊力時，支承釘2的面積太小，工件極易擠歪變形，同時夾緊也不可靠。方案Ⅱ雖是過定位，但撥叉加工工藝方案中，安排Φ25孔與正面在一次裝夾中加工，是Φ25孔與正面有較高的垂直度，那么過定位的影響就會很小，在對撥叉施加夾緊力時，撥叉的變形也會很小，而且定位基準與設計基準重合。方案Ⅲ中撥叉繞X軸轉(zhuǎn)動的自由度由B面限制，定位基

34、準與設計基準不重合，這不利于保證操縱槽的中心平面與Φ25孔軸線的垂直度。所以，綜上可選出方案Ⅱ為較優(yōu)方案。 按照機械加工要求，撥叉繞Y的轉(zhuǎn)動自由度必須加以限制，限制辦法如圖3.2所示。如果擋銷放在圖（a）所示位置時，由于A面與Φ25孔軸線的距離較近，尺寸公差又大，所以防轉(zhuǎn)效果不好，定位精度低。如果擋銷放在圖（b）所示位置，因為距離Φ25孔軸線較遠，因而防轉(zhuǎn)效果較好，并且定位精度高，能承受切削力所引起的轉(zhuǎn)矩。 （a） （b） 圖3.2擋銷的位置確定 3.1.4定位誤差 六點定位原理解決了約束工件自由度的問題，但是由于一批工件依

35、次在夾具中定位時，每個工件占據(jù)的位置不會完全一致。如果工件在夾具中占據(jù)的位置不準確，加工后每個工件的尺寸必然不會一樣，形成誤差，因為只和工件定位有關，所以稱為定位誤差，用△D表示。 1、定位誤差產(chǎn)生的原因 （1）由于定位基準與設計基準（工序基準）不重合，由此產(chǎn)生的誤差稱為基準不重合誤差，用△B表示； （2）由于定位副制造誤差造成定位基準與限位基準不重合，由此產(chǎn)生基準位移誤差△Y。 2、定位誤差分析方法 定位誤差主要發(fā)生在按調(diào)整法加工一批工件時，如果按逐件試切法加工，則根本不存在定位誤差[6]。定位誤差△D的常用計算方法如下： （1）合成法 基準不重合誤差△B和基

36、準位移誤差△Y組成了工件在夾具中的定位誤差。當基準不重合誤差產(chǎn)生時，設計基準相對于定位基準發(fā)生位移；當基準位移誤差產(chǎn)生時，定位基準本身又發(fā)生位移。所以，定位誤差應該是基準不重合誤差與基準位移誤差的合成。 （2）極限位置法 這種方法是直接計算由于定位而引起的加工尺寸的最大變動范圍。在組合定位時，用這種方法計算直觀、簡便。 （3）尺寸鏈分析計算法 這種方法對包含多誤差因素的復雜定位方案的定位誤差分析計算比較方便。 3、撥叉定位誤差的計算 除了槽寬16mm由銑刀保證外，這個工序的主要加工要求是操縱槽的側(cè)面與B面的距離11mm0.2mm和操縱槽側(cè)面與Φ25孔軸線的垂直度0.08

37、mm，因此只要計算這兩項加工要求的定位誤差。 （1）加工尺寸11mm0.2mm的定位誤差 采用圖3.1（b）所示的定位方案時，又已知尺寸11mm0.2mm的工序基準為B面，定位基準B面和Φ25孔都會影響該項誤差。當考慮B面為定位基準時，定位基準與設計基準重合，基準不重合誤差△B =0，基準位移誤差△Y =0，因此定位誤差△D 1=0。 當考慮Φ25為定位基準時，定位基準與設計基準不重合，基準不重合誤差為B面相對Φ25孔的垂直度誤差，即△B =0.1mm；因為長銷與定位孔之間存在最大配合間隙Xmax，會引起撥叉繞Z軸的角度偏差△α。取長銷配合長度為40mm，直徑為Φ25－0.009－

38、0.025mm，定位孔為Φ25+0.025 0mm，定位孔單邊轉(zhuǎn)角偏差為： tan△α=Xmax/（240）=（0.025+0.025）/（240）=0.000625mm 這個偏差將會引起操縱槽側(cè)面對B面的偏斜，而產(chǎn)生尺寸11mm0.2mm的基準位移誤差，因為槽長度為40mm，故 △Y =240 tan△α=2400.000625mm=0.05mm 因為設計基準與定位基準沒有相關公共變量，故 △D2 =△Y +△B =（0.05＋0.1）=0.15mm （2）操縱槽側(cè)面與Φ25孔軸線的垂直度的定位誤差。 因為定位基準與設計基準重合所以基準不重合誤差△B =0。因為孔軸配合存

39、在最大配合間隙Xmax，所以存在基準位移誤差。定位基準可以繞X軸產(chǎn)生兩個方向的轉(zhuǎn)動。 tan△α= Xmax /（240）=（0.025+0.025）/（240）=0.000625mm 操縱槽深為8mm，故基準位移誤差 △Y =28tan△α=280.000625mm=0.01mm △D3 =△Y +△B =（0.01＋0）=0.01mm 因為定位誤差只有垂直度要求的1/8，所以此裝夾方案的定位精度足夠。 3.2撥叉的夾緊 在加工過程中，撥叉會受到切削力、離心力等外力的作用。為了保證在外力的作用下，撥叉仍能在夾具中保持定位元件已經(jīng)確定的加工位置，而不會發(fā)生振動或位

40、移，所以，夾具結(jié)構(gòu)中要設置夾緊裝置將撥叉可靠夾牢。 3.2.1夾緊裝置的組成 夾緊工件的方式是多種多樣的，所以夾緊裝置的結(jié)構(gòu)形式也會種類繁多。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及公用，典型夾緊裝置由力源裝置、中間遞力機構(gòu)和夾緊元件。 1、力源裝置 力源裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機動夾緊是所用的液壓、電動、氣動、磁力等動力裝置。手動夾緊的力源來自于人力，它是沒有力源裝置的。 2、中間遞力結(jié)構(gòu) 中間遞力機構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間的遞力機構(gòu)，通過中間遞力機構(gòu)將力源產(chǎn)生的夾緊力穿給夾緊元件，然后有夾緊元件最終完成對工件的夾緊。依據(jù)夾具總體布局和工件夾緊的實際需要，通常中間遞力機構(gòu)在傳遞夾緊力

41、的過程中起到以下作用： （1）改變夾緊力的大小 （2）改變夾緊力的方向 （3）保證夾緊機構(gòu)的功能安全可靠并且具有一定的自鎖性，為了在夾緊力意外消失后，仍然能夠使整個夾緊系統(tǒng)處于可靠的夾緊狀態(tài)。 3、夾緊元件 夾緊元件是實現(xiàn)夾緊的最終執(zhí)行元件，通過夾緊元件和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊工作。對于手動夾緊裝置，夾緊機構(gòu)由中間遞力機構(gòu)和夾緊元件組成。 夾緊裝置個組成部分直接的關系可以用框圖表示，如3.3所示。 機動夾緊裝置 力源裝置 夾緊元件 中間遞力機構(gòu) 工件 夾緊機構(gòu) 手動夾緊裝置 圖3.3 夾緊裝置組成方框圖 3.2.2夾緊力 1、夾緊

42、力方向的確定 （1）夾緊力應該朝向主要的定位基準面。對工件只施加一個夾緊力幾個方向相同的夾緊力時，夾緊力的方向應該盡可能的朝向主要定位面。 （2）夾緊力的方向應該盡可能與工件重力和切削力同方向。當夾緊力的方向與工件的重力和切削力的方向均相同是，機械加工過程中所需要的夾緊力就會小，從而會簡化夾緊裝置的結(jié)構(gòu)，并便于操作，減小工人勞動強度。但是在實際生產(chǎn)中，很難達到最理想的狀態(tài)，因此在選擇夾緊方向時，應該在滿足夾緊要求的條件下，盡量減小夾緊力。 2、夾緊力作用點的選擇 （1）夾緊力的作用點應該落在定位元件的支承范圍內(nèi)。如果夾緊力的作用點落到定位元件的支承范圍外，夾緊時將會破壞工件

43、的定位，使工件易于翻到。 （2）夾緊力的作用點應該落在工件剛性較好的位置。這樣可以防止或減少工件變形對加工精度的影響。 （3）夾緊力的作用點應該盡量靠近加工表面。在機械加工過程中，切削力一般容易引起工件的振動和轉(zhuǎn)動。如果作用點靠近加工表面，會使切削力對夾緊作用點的力矩變小，由此減少工件轉(zhuǎn)動或變形的趨勢。 3、夾緊力大小的估算 從理論上來說，確定夾緊力的大小必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、慣性力、離心力及重力等，然后利用夾緊力的作用應該與各外力或力矩的作用平衡而計算出。但是，實際上夾緊力的大小還與夾緊機構(gòu)的傳遞效率、工藝系統(tǒng)的剛性等有關。而且切削力的大小在機械加工過程中是不斷變化

44、的，所以，夾緊力的計算是一個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。 夾緊力估算的方法是：①只考慮主要因素在力系中的影響，忽略次要因素在力系中的影響；②找出對夾緊狀態(tài)最不利的瞬時狀態(tài)，估計這種狀態(tài)下所需的夾緊力。 估算的步驟： （1）建立理論夾緊力F理與主要最大切削力FP的靜平衡方程； （2）實際需要的夾緊力F需，應考慮安全系數(shù)K，F(xiàn)需=KF理； （3）校核夾緊機構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力F是否滿足：F＞F需。 4、工件在夾具中的夾緊誤差 對工件進行夾緊時，夾緊力時通過工件傳到夾具上的定位系統(tǒng)，會造成工件和夾具的變形，從而使加工表面產(chǎn)生形狀誤差和位置誤差，這就是夾緊誤差[7]。 工件在夾緊時

45、發(fā)生的變形包括兩個方面。 （1）工件的彈性變形。這種變形主要造成加工表面的形狀誤差。 （2）工件定位基面與夾具定位面之間的接觸變形。接觸變形是因為兩個接觸表面的形狀誤差和粗糙度。因為在施加夾緊力之后，少數(shù)凸起可是凹陷，隨著壓力的不斷增加，凹陷數(shù)量越來越多，與此同時，兩個表面的接觸面積也逐漸擴大，接觸狀態(tài)才趨向穩(wěn)定。 由于工件的彈性變形的計算很復雜，在一定條件下，工件在夾緊力作用下所產(chǎn)生的接觸變形垂直于工件加工尺寸方向時，夾緊誤差是可以不計的[8]。所以在設計夾具時，對夾緊誤差一般不作定量計算，而是采用各種措施來減少夾緊誤差對加工精度的影響。 3.2.3基本夾緊裝置

46、 夾具的各種夾緊機構(gòu)中，應用最為普遍的是以斜楔、螺旋、偏心、鉸鏈機構(gòu)以及由它們組合而成的夾緊裝置[9]。 1、斜楔夾緊機構(gòu) 斜楔主要是利用其斜面移動時產(chǎn)生的壓力來夾緊工件。由于用斜楔直接夾緊工件的夾緊力很小，而且操作費時，所以很少用于實際生產(chǎn)中，多數(shù)情況都是將斜楔與其他機構(gòu)結(jié)合起來使用。 斜楔夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點如下： （1）斜楔的自鎖性：一旦外加的夾緊作用力消除或撤除后，夾緊機構(gòu)只在摩擦力的作用下，仍然能夠保持處于夾緊狀態(tài)。 （2）斜楔具有改變夾緊力方向的特點：當外加一個夾緊作用力時，斜楔會產(chǎn)生一個與夾緊力方向垂直的對工件的夾緊力。 （3）斜楔具有增力作用。 （4）斜楔的夾

47、緊行程很小。 斜楔夾緊機構(gòu)主要用于機動夾緊裝置中，而且毛坯的質(zhì)量要高。此外，因其夾緊行程小，對工件的夾緊尺寸的偏差要求比較嚴格，否則可能會發(fā)生夾緊不牢靠或無法夾緊的狀況。 2、螺旋夾緊機構(gòu) 螺旋夾緊機構(gòu)是由螺釘、螺母、墊圈、壓板等元件組成的夾緊機構(gòu)。螺旋夾緊機構(gòu)簡單，制造方便，夾緊行程不受限制，且夾緊可靠，所以被廣泛用于手動夾緊裝置中。 螺旋夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點如下： （1）螺旋夾緊機構(gòu)有很大的增力作用，夾緊力和夾緊行程都較大。 （2）結(jié)構(gòu)簡單、容易制造。 （3）因為纏繞在螺釘表面的螺旋線很長，升角又很小，所以自鎖性能較好。 （4）其不足之處是夾緊速度慢，工件裝卸費時，增

48、加了輔助時間。 3、偏心夾緊機構(gòu) 偏心夾緊機構(gòu)是用偏心件直接或間接與其他元件組合來實現(xiàn)夾緊工件的機構(gòu)。偏心件有圓偏心和曲線偏心，曲線偏心制造困難，應用較少；實際生產(chǎn)中廣泛使用圓偏心。 圓偏心輪夾緊后，自鎖性較差，因此只使用于切削符合比較小、又沒有很大振動的場合。又因為機構(gòu)尺寸不能太大，為了滿足自鎖條件，夾緊行程會相應受到限制，所以對工件的夾緊面的尺寸公差要求嚴格。同時，圓偏心的回轉(zhuǎn)軸中心至定位表面間的距離應有嚴格公差或者設計成可調(diào)結(jié)構(gòu)。 4、鉸鏈夾緊機構(gòu) 鉸鏈夾緊機構(gòu)是由鉸鏈杠桿組合而成的一種增力機構(gòu)，它的機構(gòu)簡單，增力倍數(shù)大，且摩擦損失小，但是沒有自鎖性。因此常常與動力裝

49、置連用，所以在機械化裝置中得到廣泛應用。鉸鏈夾緊機構(gòu)適用于多件、單件多點夾緊機構(gòu)和氣動夾緊機構(gòu)中。 5、聯(lián)動夾緊機構(gòu) 聯(lián)動夾緊機構(gòu)是利用一個原始作用力實現(xiàn)單件或多件的多點、多向同時夾緊的機構(gòu)。 （1）多點聯(lián)動夾緊機構(gòu)。多點夾緊是利用一個原始作用力，使工件在同一方向上，同時獲得多點均勻的夾緊力的夾緊機構(gòu)。 （2）多向聯(lián)動夾緊機構(gòu)。多向聯(lián)動夾緊機構(gòu)是利用一個作用力在不同方向同時夾緊工件的機構(gòu)。 （3）多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)。多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)是利用一個夾緊作用力將若干個工作同時并且均勻夾緊的機構(gòu)。多件聯(lián)動夾緊機構(gòu)一般有多件平行聯(lián)動夾緊機構(gòu)和多件依次連續(xù)夾緊機構(gòu)兩種基本形式。 （4）夾緊與其

50、他動作聯(lián)動的機構(gòu)。此聯(lián)動夾緊主要有定位元件與夾緊件間聯(lián)動、夾緊件與夾緊件間聯(lián)動、夾緊件與鎖緊輔助支承聯(lián)動等形式。 6、定心夾緊機構(gòu) 定心夾緊機構(gòu)是一種能夠同時實現(xiàn)定位和夾緊的特殊夾緊機構(gòu)。它的定位元件也是夾緊元件，將工件定位并夾緊后，能使它的定位基面的中心或?qū)ΨQ中心固定在規(guī)定的位置。定心夾緊機構(gòu)在裝夾回轉(zhuǎn)體的夾具中得到廣泛應用。 3.2.4撥叉夾具的夾緊裝置設計 1—擋銷；2—長圓柱銷；3—長條支承板 圖3.4 撥叉定位方案 如圖3.4所示，由于長條支承板3離加工表面A較遠，銑操縱槽時的切削力又大，所以需要在靠近加工表面A的地方再增加一個夾緊力。 （a）

51、夾緊方案Ⅱ （b）夾緊方案Ⅱ 1—鉤形壓板；2—螺母；3—開口墊片 圖3.5撥叉夾緊方案分析 夾緊方案Ⅰ：夾緊力作用位置如圖3.5（a）時，因為撥叉該部位的剛性差，夾緊變形大。 夾緊方案Ⅱ：夾緊力作用位置如圖3.5（b）時，用螺母與開口墊圈壓緊在撥叉頭的右端面。撥叉此處的剛性較好，夾緊力更靠近加工表面，工件變形小，夾緊可靠。 所以選擇方案Ⅱ。對著支承板的夾緊機構(gòu)采用鉤形壓板，可以使結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。 由上述分析，CA6140車床的撥叉銑槽的裝夾方案如圖3.6所示。裝夾時，先擰緊鉤形壓板1，然后固定滑柱5，再插上開口墊片3，最后擰緊螺母2

52、。 1—鉤形壓板；2—螺母；3—開口墊片；4—長銷；5—滑柱；6—長條支承板；7—擋銷；8—夾具體 圖3.6撥叉夾緊方案確定 3.2.5其他事項 1、對刀方案 夾具在機床上安裝完成，在進行機械加工之前，仍需要進行夾具的對刀，使刀具相對夾具定位元件處于正確位置。對刀通常有三種方法：適切法對刀、調(diào)整法對刀、用樣件或?qū)Φ堆b置對刀。無論采用哪種對刀方法，都涉及到對刀基準和對刀尺寸。通常是以與工件定位基準重合的定位元件上的定位面作為對刀基準，為了減少基準變換帶來的誤差。銑床夾具的對刀尺寸是從對刀基準到刀具切削表面之間的尺寸，和對刀塊位置尺寸差一個塞尺厚度[10]。影響對刀塊位置尺寸的因

53、素主要有對刀需要保證的工件上的加工尺寸，定位基準在加工尺寸方向的最小位移量和塞尺的厚度。 加工操縱槽的銑刀需兩個方向?qū)Φ?，所以采用直角對刀塊。 2、夾具體與定位鍵 為了保證夾具在工作臺上穩(wěn)定安裝，應該按照夾具體的高寬比不大于1.25的原則確定它的寬度[11]，并在兩端設置耳座，以便固定。 為了使夾具在機床工作臺的位置準確，并且保證操縱槽的中心平面與Φ25孔軸線的相互垂直度要求，夾具體底面應該設計定位鍵，定位鍵的側(cè)面應該與長銷的軸線垂直。 定位零部件、夾緊零部件、對刀與對刀零部件、定位鍵及操作件的技術設計參數(shù)[12]。 3、繪制撥叉夾具裝配圖[13] 見附錄A。 4、繪制撥叉夾具

54、零件圖 選擇夾具體和支承板兩個零件繪制零件圖，見附錄B。 4 結(jié)論 本文主要進行了CA6140車床撥叉夾具的設計。文章首先簡要介紹了夾具設計及夾具設計國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，之后對研究的思路和內(nèi)容進行了規(guī)劃，在規(guī)劃的基礎上完成了以下工作，分析CA6140車床撥叉并確定了其加工工藝流程；介紹定位方案，綜合分析后，確定了撥叉夾具的定位方案；基于定位方案，確定較優(yōu)的夾緊方案；最后用AutoCAD作所設計的夾具的裝配圖。 總結(jié)本文所做的工作主要有以下幾點： 1.熟悉撥叉零件的圖樣，了解撥叉的作用及結(jié)構(gòu)，分析撥叉的工藝，最終設計撥叉的工藝規(guī)程

55、。 2.針對銑操縱槽這道工序，進行夾具設計，首先確定CA6140車床撥叉夾具的定位方案為：心軸與Φ25孔的配合為主要定位，再用支承板與撥叉腳側(cè)面的緊貼作為另一定位，最后在撥叉腳內(nèi)側(cè)放一個擋銷，以防止撥叉的轉(zhuǎn)動。還要進行定位誤差的分析。 3.設計撥叉夾具的夾緊裝置，確定對刀方案，確定夾具體及定位鍵 機床夾具設計是一個復雜龐大的過程，由于時間及本人能力的限制，本課題還有很多要完善的地方。針對夾具設計的規(guī)劃問題，最優(yōu)的定位與夾緊，從而設計最優(yōu)的CA6140撥叉的夾具。 參 考 文 獻 [1] 李名望．機床夾具設計實例教程[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2

56、009：7-8． [2] 徐勇軍．機床撥叉工藝編排及夾具設計[J]．機電工程技術，2012（06）：1-3． [3]　李鋼．CA6140撥叉時基本加工工序的設計與計算[J]．才智，2014（10）：5-6． [4] 白海清，李志峰．基于SolidWorks的機床夾具定位設計[J]．機械與電子，2007（01）：79-80． [5] 王丹．機械加工夾具及選用[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2009:28-38． [6] 徐小龍．機床夾具設計方案的分析與研究[D]．太原：太原理工大學，2013． [7] Kostyantyn Malukhin , Hankyu Sung , K

57、ornel Ehmann．A shape memory alloy based tool clamping device．Journal of Materials Processing Tech., 2011, Vol.212 (4): 735-744． [8] 溫兆海，徐學禮．機床夾具夾緊誤差的分析和計算[J]．機械工藝師，1983（08）：18-20． [9] Wan Neng, Gou Yuan-jie, Mo Rong．New method for flexiblefixture designbased on smartfixtureunit(2)[J]．Editorial D

58、epartment of CIMS, Nov. 2012（18）：3-5． [10] 曹同生．銑床夾具對刀塊位置尺寸的確定[J]．機床與液壓，1999（03）：1-2． [11] 李存霞，姬瑞海．機床夾具設計與應用[M]．北京：清華大學出版社；北京交通大學出版社，2011：219-221． [12] 曹巖，白瑀．機床夾具手冊與三維圖庫（Catia版）．北京：化學工業(yè)出版社，2010：1-3，64-73，357-359． [13] 馮開平，左宗義．畫法幾何與機械制圖[M]．廣州：華南理工大學出版社，2007：4-8，281-288． 致 謝 本論文是在我的指導

59、教師李志的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的教學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到最終完成，李志老師都始終給予我耐心的指導和不懈的支持。同時也要感謝研究生師兄羅仁蔚對我的督促與指導。其次我要感謝身邊同學對我的幫助，沒有他們的幫助和資料提供，沒有他們的鼓勵和加油，這次畢業(yè)設計就不會如此的順利完成。還要感謝長期以來一直默默支持我的父母，他們在生活上給予我無私的愛和最大的包容，他們是我永遠向前奮斗的懂了。最后，感謝這篇論文所涉及到的各位學者，本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本這次畢業(yè)設計。 畢業(yè)設計是我

60、大學學習中用時最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設計。用一句話概括就是“畢業(yè)設計相當于是把以前的課程設計綜合在一起的過程，只要把握住每個課程設計的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強邏輯，那么這次的任務也就不難?！? 我的畢業(yè)設計任務是設計CA6140車床撥叉的夾具。雖然老師說此次的畢業(yè)設計沒有那么難，但是當我真的開始著手時，卻發(fā)現(xiàn)困難重重。每次遇到不懂得問題時，我都會自己查閱書籍或者上網(wǎng)解決，解決不了的問題就會向老師和同學求助。為了方便，老師還特意建立一個群，以便大家第一時間接收到畢業(yè)設計的最新消息和資料。 老師不僅在學業(yè)上給我以悉心指導，同時還在思想上給我以潛移默化的指引，除了敬佩老師們的專業(yè)水平外，他治學嚴謹、科學的精神也是我永遠值得我學習地，并積極影響我今后的學習和工作。在此謹向李志老師致以誠摯的感謝和崇高的敬意。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始選擇課題到論文的順利完成，有太多可敬的師長、同學、朋友給了我莫大的幫助，在這里請接受我誠摯的感謝！最后我要感謝我的母校和機電工程學院對我四年的栽培。 附錄A CA6140車床撥叉夾具的裝配圖 圖A 撥叉夾具的裝配圖 附錄B 零件圖 圖B1 夾具體零件圖 圖B2 支承板零件圖 26