CA6140车床拨叉夹具设计

CA6140车床拨叉夹具设计 学 院 专 业 年级班别 学 号 学生姓名 指导教师 2014年6月摘 要拨叉是一类典型零件，在许多变速机构中都有应用。CA6140车床的拨叉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的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。在了解该零件在产品中的作用、结构特点后，再结合零件的生产纲领、生产组织等有关信息及工艺规程和工序的具体技术要求。为了使工件达到规定的尺寸、几何形状以及位置精度等技术要求，在加工前必须将工件装好夹牢。本文就是对CA6140车床的拨叉夹具的设计，首先根据拨叉的加工要求、定位基准和外力的作用状况等因素，确定定位方式和定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等。在机械加工过程中，拨叉会受到切削力、离心力、惯性力和重力等的作用。为了保证在这些外力作用下，拨叉仍然能在夹具中由定位元件确定加工位置，而不至于发生振动和位移，本文设置一定的夹紧装置将拨叉可靠夹牢。最后设计出夹具体将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。根据拨叉的加工特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局、夹具与机床的连接方式的影响，确定夹具体的结构形状及尺寸大小。关键词：CA6140车床拨叉，夹具设计，定位，夹紧AbstractThe shifting fork is a kind of typical parts, having been applied in many variable speed gears. CA6140 latheshifting fork isinthe speed change mechanism, Its functionmainly is shifting and making thespindle motion work in accordance 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 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 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 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 processingcharacteristics 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: CA6140lathesfork, Fixture design, Positioning, Clamping目 录1 绪论11.1 题目背景及目的11.2机床夹具概述11.2.1机床夹具的功用11.2.2机床夹具的组成21.2.3机床夹具的分类21.3机床夹具研究状况及发展22 CA6140车床拨叉零件的分析42.1熟悉零件的图样42.2拨叉的作用及结构52.3拨叉的工艺分析52.4拨叉的工艺规程设计62.4.1基面的选择62.4.2确定工序流程63 夹具的设计73.1拨叉的定位83.1.1工件定位的基本原理83.1.2工件定位方法及其定位元件93.1.3确定CA6140车床拨叉夹具的定位方案103.1.4定位误差133.2拨叉的夹紧153.2.1夹紧装置的组成153.2.2夹紧力163.2.3基本夹紧装置173.2.4拨叉夹具的夹紧装置设计203.2.5其他事项214 结论23参考文献24致谢25附录A CA6140车床拨叉夹具的装配图26附录B 零件图271 绪论1.1 题目背景及目的CA6140车床的拨叉是一个很重要的零件，因零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其内孔的加工精度要求较高。此外，还有上端面需要加工，对精度要求也很高。操纵槽的侧边与内孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与内孔轴线有平行度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和位置精度，以及各表面的表面质量均影响装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键的。机床夹具设计得是否合理，直接影响工件的质量、产量和加工成本。只有正确应用夹具设计的知识和原理，掌握夹具设计的方法，才能设计出既能保证工件质量、提高劳动生产率，又能降低成本和减轻工人劳动强度的机床夹具。使用夹具的首要目的在于保证工件的加工质量，具体说来，使用夹具加工时必须保证工件的尺寸，形状精度和位置精度。1.2机床夹具概述 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛用于机械制造的切削加工、热处理、装配、焊接等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。1.2.1机床夹具的功用在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响加工精度、劳动生产率和制造成本等。在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1、定位 确定工件在夹具中占有正确位置。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件的定位面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工面的尺寸精度和位置精度。2、夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变。由于工件在加工时受到各种外力的作用，如果不将工件固定，工件就会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全可靠的加工条件。1.2.2机床夹具的组成虽然不同机床夹具的结构有所不同，但按主要功能分析，机床夹具的基本组成部分是定位元件、夹紧装置和夹具体。1、定位元件定位元件是机床夹具的主要功能元件之一。当工件定位基准基面的形状确定后，定位元件的结构也就基本确定。2、夹紧装置夹紧装置也是夹具的主要功能元件之一。通常，夹具装置的结构会影响夹具的性能和复杂程度。3、夹具体 夹具体是夹具的基体骨架，通过它将所有元件与夹具构成一个整体。形状有回转体形和底座形等多种。定位元件、夹紧装置等分布在夹具体的不同位置上。1.2.3机床夹具的分类机床夹具的种类很多，形状千差万别，可以从不同角度对机床夹具进行分类。常用分类方法如下。1、按夹具使用特点分类夹具按使用特点可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、拼装夹具等。 2、按使用的机床分类按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具等。 3、按夹紧的动力源分类按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具等。1.3机床夹具研究状况及发展近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出新的要求：（1） 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；（2） 能装夹一组具有相似特性特征的工件；（3） 能适用于精密加工的高精度机床夹具；（4） 能使用与各种现代化制造技术的新型机床夹具；（5） 采用以液压站等位动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；（6） 提高机床夹具的标准化程度。为了适应现代机械工业向高、精、尖方向发展的需要和多品种、小批量生产的特点，现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化四个方面1。（1） 夹具元件多功能模块化能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体将逐步增多。如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承等模块式单元体具有定义夹紧以及调节的综合功能。使用这种夹具可以减少机床的停机时间，最大限度地发挥机床的高性能。（2） 高强度、高刚度、高精度为了提高劳动生产率，缩短工件的加工工时，工件的加工已向着高速、大切削量的方向发展，工序高度集中。（3） 专用夹具、组合夹具、成组夹具一体化现代加工设备的多功能化，使工艺过程高度集中，一次定位装夹工件后能完成多个工序加工，这就需要组合可调试的夹具系统。它是由一系列统一化、标准化的元件和组件组成。使专用、组合、成组夹具向着一体化、组合化方向发展，以满足现代化加工设备的需要。（4） 工件夹紧快速化、自动化为缩短加工中的辅助时间，减轻工人的劳动强度，工件的装夹、拆卸也需要机械化、自动化。工件的夹紧由原来的单一功能发展成为可以调整的模块，以实现快速组装和快速夹紧。2 CA6140车床拨叉零件的分析2.1熟悉零件的图样如图2.1所示，CA6140车床拨叉零件结构不是很复杂，通过两个视图就可将零件的结构表达清楚，零件图中主要定位尺寸是23mm、134mm、11mm，主要定形尺寸是16mm、25、55。图2.1 CA6140车床拨叉零件图2.2拨叉的作用及结构CA6140车床的拨叉位于车床变速机构中，主要作用是换档，使主轴回转运动，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的结合2，达到所需的速度和扭矩的作用。拨叉头以25孔与操纵机构相连，操纵机构通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与轴一起滑移。变速下方的55半圆孔称作拨叉脚，它则是与所控制齿轮所在的轴接触。通过拨叉头的力的拨动下方的齿轮变速。2.3拨叉的工艺分析 1、零件材料零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，为珠光体类灰铸铁，其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较好，但塑性较差、脆性高。2、毛坯种类由于零件的材料为HT200，零件的形状不规则，因此选用铸造毛坯。因为零件的生产量大，属于大批量生产，零件的轮廓尺寸不大，而且工件上有许多表面不需加工，所以选用砂型机造型。3、零件的加工表面和技术要求（1）拨叉的加工表面：25孔及端面、拨叉脚的两侧面及内侧面、操纵槽。（2）技术要求：拨叉脚表面硬度不小于50HRC，去毛刺、脱棱。2.4拨叉的工艺规程设计由上面的分析可知，此拨叉零件没有复杂的曲面，在保证位置精度要求的情况下，再根据机床所能达到的位置精度，采用常规的加工工艺都可保证上述技术要求。2.4.1基面的选择基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一。基面选择合理与否，会影响到加工质量、生产效率。若基面的选择不合理，加工工艺过程中会问题百出，更有可能会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。（1）粗基准的选择以40外圆表面为基准粗车拨叉头左右端面，再以此为基准钻25的孔。（2）精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确、方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的表面为主要定位精基准。2.4.2确定工序流程制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度和位置精度等技术要求得到应有的保证。生产纲领已确定为大批量生产，工艺路线需按工序集中原则编制，以提高生产率。此外，还应当考虑经济效益，尽量降低生产成本。表2.1 CA6140拨叉零件机械加工工序流程序号过程内容机床工装夹具1车拨叉头端面，钻、镗、铰25孔CA6140拨叉头车夹具2校正拨叉脚3粗铣拨叉脚两端面X6132拨叉脚端面铣夹具4铣拨叉脚内侧面X6132拨叉脚内侧面铣夹具5铣操纵槽X6132操纵槽铣夹具6去毛刺7磨拨叉脚两平面M71308清洗9检验 该工序优点是工艺路线短，25孔及其端面在一台机床上加工完成，减少了工件装夹的次数，易于保证加工面的相互位置精度，机床需求数量少，减少了工件在工序间的运输，从而提高了工作效率和经济效益3。3 夹具的设计按要求设计以上工序中铣操纵槽的铣床夹具，本夹具将用于X6132铣床。刀具是：12512mm直齿三面铣刀。操纵槽的加工要求有：槽宽16mm，槽深8mm，操纵槽的中心平面与25孔轴线的垂直度为0.08mm，操纵槽底面与A面平行，槽侧面与B面的距离为11mm0.2mm，加工表面粗糙度为Ra3.2m，B面相对于25孔轴线的相对垂直度为0.1mm。3.1拨叉的定位拨叉零件在加工前，必须首先使它在机床上占有正确的加工位置。工件在夹具中的定位问题，是夹具设计的首要问题。因为定位问题是夹具设计的出发点，如果不确定定位方案，那就无法进行夹紧装置、对刀导引装置及整个夹具体的设计。在确定定位方案时，定位基准的选择是一个关键问题。通常情况下，定位基准就确定了工件的定位方案，同时也确定了夹具的结构和复杂程度。定位方案是否合理直接影响工件的加工精度，与此同时，定位方案也是夹具上其他装置的重要设计依据。3.1.1工件定位的基本原理1、工件的自由度一个尚未定位的工件，它的空间位置是不确定的。将未定位的工件房子空间直角坐标系中，工件有沿轴移动的自由度，也有绕轴转动的自由度，未定位的工件有六个自由度。如果要使一个未定位工件有一个确定的位置，就必须设置六个约束，分别约束工件的六个运动自由度。2、定位支撑点在夹具结构中，被加工零件的六个自由度都是由定位元件限制的。为研究方便，可将具体的定位元件抽象为相应的定支承点，具体理解如下：（1）在限制工件自由度的过程中，定位支撑点必须始终与工件定位基准保持紧密接触。如果两者脱离，则表示定位支承点失去限制工件自由度的功能。 （2）通常情况下，一个定位支承点仅能限制一个自由度，同时，工件在定位过程中，定位支承点的数目最多不能超过六个。 （3）在分析定位支承点起定位作用的过程中，不能考虑力的影响。 （4）任何定位支承点所限制的自由度，原则上不允许相互矛盾或重复。 （5）定位支承点位置的分布必须合理，同一定位面上的任意两个定位支承点应该保持等高状态，而且，同一定位面上的三个定位支承点不应在一条直线上，尽量分布得远。否则，六个支承点不能或不能有效地控制工件的六个自由度。 （6）工件在定位时应该采取的定位支承数目，完全由工件的加工要求所确定。3.1.2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结构、形状、尺寸及布置形式等，主要是解决工件的加工要求、定位基准和外力作用情况等因素，尽管实际应用中夹具的结构是各式各样的，但广泛应用的定位表面和定位方式还是有限的，工件定位表面主要分为三类，即平面、孔销和外形轮库4。 1、工件以平面定位在加工过程中，大部分工件时以平面作为定位基准进行定位的。主要支承是用来限制工件的自由度，是起定位作用的支承。主要支承分为固定支承、可调支承和自位支承。在实际成产过程中，由于工件的形状和夹紧力、切削力、工件重力等原因，可能会使工件在装夹后产生形变或不稳定，为了提升工件的装夹刚度及稳定性，常常需要设置辅助支承。辅助支承不限制工件的自由度，即不起定位作用。2.工件以圆孔定位在机械生产工程中，常常会有以孔作为基准的零件。此定位方法多属于定心定位，以圆柱孔轴线为定位基准，内孔则为定位基面。常用的定位元件有定位销、心轴和锥销。3、工件以外圆柱面定位机械生产中有很多工件时以外圆柱面定位的，此时应使其定位轴线与规定轴线重合。常见的定位方法有以V形块、半圆套、定位套等作为定位元件，在定心夹紧机构中定位并夹紧。4、工件以特殊表面定位除了以上几种典型的表面作定位基准面外，工件有时也采用某些特殊表面定位。生产中常见的有V形导轨面、齿形面、燕尾形面等。5、组合定位上述定位均为工件以单一表面定位的情形，在实际生产中，往往都是以工件的两个或两个以上的表面作为定位基准，即采取组合定位方式。常见的组合定位方式有：一个孔及其端面、一个平面及其上的两个圆孔、一个圆柱面及其端面。生产中最常用的是“一面两空”定位。采用此种定位，容易做到工艺过程中的基准统一，从而保证工件的相对位置精度。3.1.3确定CA6140车床拨叉夹具的定位方案从加工要求考虑，在工件上铣通槽应该限制5个自由度，即沿X轴的位置自由度可以不需限制，但是为了承受铣削力，简化定位装置的结构，该自由度仍然需要限制，故可采用完全定位。工序基准为：25孔、A面和B面。所拟用的定位元件的工作特点及使用说明：1、支承钉：属于工件以平面定位时的定位元件，可用于精基准定位，也可用于粗基准定位。支承钉与夹具体孔的配合为H7/r6或H7/n6。如果支承钉需要经常更换时可以加衬套，其外径与夹具体孔的配合仍然是H7/r6或H7/n6，内径与支承钉的配合为H7/js6。使用几个支承钉时，装配后应磨平工作表面，一保证等高性。2、支承板支承板也属于工件以平面定位时的定位元件，适用于精基准定位，可用于侧面和顶面定位，也可以用于底面定位，支承板用螺钉紧固在夹具体上。如果受力较大或支承板有移动趋势，应增加圆锥销或将支承板嵌入夹具体槽内。采用两个以上支承板定位时，装配后应该磨平工作表面，以保证等高性。3、定位销定位销属于工件以圆柱孔定位时的定位元件。当工作部分直径D<3mm时，采用小定位销，夹具体上应有沉孔，使定位销圆角部分沉入孔内而不影响定位。大批量生产时应采用可换定位销。工作部分的直径，可根据工件的加工要求和安装方便，按g5、g6、f6、f7制造，与夹具体配合为H7/r6或H7/n6，衬套外径与夹具体配合为H7/h6，其内径与定位销配合为H7/h6或H7/h5。当采用工件上孔与端面组合定位时，应该加上支承板或支承垫圈。4、定位心轴定位心轴也属于工件以圆柱孔定位时的定位元件。如果间隙配合心轴，心轴工作部分按基孔制h6、g6或f7制造，装卸工件较方便，但定心精度不高。如果过盈配合心轴，引导部分直径按e8制造，它的基本尺寸为基准孔的最小极限尺寸，它的长度约为基准孔长度的一半。工作部分直径按r6制造，其基本尺寸为基孔制的最大极限尺寸。当工件基准孔的长径比大于1时，心轴的工作部分应该稍带锥度，非工作部分的直径按r6制造5。心轴上的凹槽供车削工件端面时退刀用。这种心轴制造简单，定心准确，但是装卸工件不方便，且易损伤工件定位孔，多用于定心精度要求较高的场合。如图3.1所示，为拟定的三个定位方案。（a）定位方案 （b）定位方案 （c）定位方案1长销；2支承钉；3长条支承板；4短销；5支承板图3.1 铣槽定位方案分析1、方案 如图3.1（a）所示，拨叉以25孔作为主要定位面，用长销1限制拨叉的四个自由度，分别为沿X、Z的移动自由度和绕它们转动的自由度。用支承钉2限制沿Y移动的自由度，为了提高工件的装夹刚度，在上部放一个辅助支承。由于绕X转动的自由度由长销限制住，定位基准与工序基准重合，这样有利于保证操纵槽的侧面与25孔轴线的相互垂直度。但这种定位方法不利于工件的夹具，因为辅助支承不能起到定位作用，与工件接触的辅助支承上的滑柱必须在工件夹紧后才能固定。当对支承钉2施加夹紧力时，由于其端面的面积过小，拨叉极易被挤歪变形，夹紧也不可靠。2、方案 如图3.1（b）所示，使用长销1限制工件四个自由度，分别是沿X、Z的移动自由度和绕它们的转动自由度，用长条支承板3限制工件的两个自由度，分别是沿Y的移动自由度和绕Z的转动自由度，绕Z转动的自由度被重复限制，属于重复定位。因为B面与25孔轴线存在垂直度要求，而工件刚性较差，垂直度在工件的弹性变形范围内，所以可以重复定位。3、方案 如图3.1（c）所示，拨叉以B面作为主要定位面，用支承板5限制三个自由度，分别为沿Y的移动自由度和绕X、Z的转动自由度，用短销4与25孔配合限制了沿X、Z的移动自由度，在上部也加一个辅助支承。由于垂直度的工序基准是25孔轴线，而工件绕X轴的转动自由度由B面限制，定位基准与工序基准不重合，这就不利于保证操纵槽侧面与25孔轴线的垂直度。比较上述的三种定位方案：方案中虽然定位基准与设计基准重合，操纵槽的中心平面与25孔轴线的垂直度要求容易保证，但是这种方法不利于工件的夹紧。由于辅助支承是在工件夹紧后才会起作用，而在施加夹紧力时，支承钉2的面积太小，工件极易挤歪变形，同时夹紧也不可靠。方案虽是过定位，但拨叉加工工艺方案中，安排25孔与正面在一次装夹中加工，是25孔与正面有较高的垂直度，那么过定位的影响就会很小，在对拨叉施加夹紧力时，拨叉的变形也会很小，而且定位基准与设计基准重合。方案中拨叉绕X轴转动的自由度由B面限制，定位基准与设计基准不重合，这不利于保证操纵槽的中心平面与25孔轴线的垂直度。所以，综上可选出方案为较优方案。按照机械加工要求，拨叉绕Y的转动自由度必须加以限制，限制办法如图3.2所示。如果挡销放在图（a）所示位置时，由于A面与25孔轴线的距离较近，尺寸公差又大，所以防转效果不好，定位精度低。如果挡销放在图（b）所示位置，因为距离25孔轴线较远，因而防转效果较好，并且定位精度高，能承受切削力所引起的转矩。（a） （b）图3.2挡销的位置确定3.1.4定位误差六点定位原理解决了约束工件自由度的问题，但是由于一批工件依次在夹具中定位时，每个工件占据的位置不会完全一致。如果工件在夹具中占据的位置不准确，加工后每个工件的尺寸必然不会一样，形成误差，因为只和工件定位有关，所以称为定位误差，用D表示。1、定位误差产生的原因 （1）由于定位基准与设计基准（工序基准）不重合，由此产生的误差称为基准不重合误差，用B表示； （2）由于定位副制造误差造成定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差Y。2、定位误差分析方法定位误差主要发生在按调整法加工一批工件时，如果按逐件试切法加工，则根本不存在定位误差6。定位误差D的常用计算方法如下： （1）合成法基准不重合误差B和基准位移误差Y组成了工件在夹具中的定位误差。当基准不重合误差产生时，设计基准相对于定位基准发生位移；当基准位移误差产生时，定位基准本身又发生位移。所以，定位误差应该是基准不重合误差与基准位移误差的合成。 （2）极限位置法这种方法是直接计算由于定位而引起的加工尺寸的最大变动范围。在组合定位时，用这种方法计算直观、简便。 （3）尺寸链分析计算法这种方法对包含多误差因素的复杂定位方案的定位误差分析计算比较方便。3、拨叉定位误差的计算除了槽宽16mm由铣刀保证外，这个工序的主要加工要求是操纵槽的侧面与B面的距离11mm0.2mm和操纵槽侧面与25孔轴线的垂直度0.08mm，因此只要计算这两项加工要求的定位误差。 （1）加工尺寸11mm0.2mm的定位误差采用图3.1（b）所示的定位方案时，又已知尺寸11mm0.2mm的工序基准为B面，定位基准B面和25孔都会影响该项误差。当考虑B面为定位基准时，定位基准与设计基准重合，基准不重合误差B =0，基准位移误差Y =0，因此定位误差D 1=0。当考虑25为定位基准时，定位基准与设计基准不重合，基准不重合误差为B面相对25孔的垂直度误差，即B =0.1mm；因为长销与定位孔之间存在最大配合间隙Xmax，会引起拨叉绕Z轴的角度偏差。取长销配合长度为40mm，直径为250.0090.025mm，定位孔为25+0.025 0mm，定位孔单边转角偏差为：tan=Xmax/（240）=（0.025+0.025）/（240）=0.000625mm这个偏差将会引起操纵槽侧面对B面的偏斜，而产生尺寸11mm0.2mm的基准位移误差，因为槽长度为40mm，故Y =240 tan=2400.000625mm=0.05mm因为设计基准与定位基准没有相关公共变量，故D2 =Y +B =（0.050.1）=0.15mm （2）操纵槽侧面与25孔轴线的垂直度的定位误差。因为定位基准与设计基准重合所以基准不重合误差B =0。因为孔轴配合存在最大配合间隙Xmax，所以存在基准位移误差。定位基准可以绕X轴产生两个方向的转动。tan= Xmax /（240）=（0.025+0.025）/（240）=0.000625mm 操纵槽深为8mm，故基准位移误差Y =28tan=280.000625mm=0.01mmD3 =Y +B =（0.010）=0.01mm 因为定位误差只有垂直度要求的1/8，所以此装夹方案的定位精度足够。3.2拨叉的夹紧在加工过程中，拨叉会受到切削力、离心力等外力的作用。为了保证在外力的作用下，拨叉仍能在夹具中保持定位元件已经确定的加工位置，而不会发生振动或位移，所以，夹具结构中要设置夹紧装置将拨叉可靠夹牢。3.2.1夹紧装置的组成夹紧工件的方式是多种多样的，所以夹紧装置的结构形式也会种类繁多。根据结构特点及公用，典型夹紧装置由力源装置、中间递力机构和夹紧元件。 1、力源装置力源装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧是所用的液压、电动、气动、磁力等动力装置。手动夹紧的力源来自于人力，它是没有力源装置的。2、中间递力结构中间递力机构是介于力源和夹紧元件之间的递力机构，通过中间递力机构将力源产生的夹紧力穿给夹紧元件，然后有夹紧元件最终完成对工件的夹紧。依据夹具总体布局和工件夹紧的实际需要，通常中间递力机构在传递夹紧力的过程中起到以下作用： （1）改变夹紧力的大小 （2）改变夹紧力的方向 （3）保证夹紧机构的功能安全可靠并且具有一定的自锁性，为了在夹紧力意外消失后，仍然能够使整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态。3、夹紧元件夹紧元件是实现夹紧的最终执行元件，通过夹紧元件和工件受压面的直接接触而完成夹紧工作。对于手动夹紧装置，夹紧机构由中间递力机构和夹紧元件组成。夹紧装置个组成部分直接的关系可以用框图表示，如3.3所示。机动夹紧装置力源装置夹紧元件中间递力机构工件夹紧机构手动夹紧装置图3.3 夹紧装置组成方框图3.2.2夹紧力1、夹紧力方向的确定 （1）夹紧力应该朝向主要的定位基准面。对工件只施加一个夹紧力几个方向相同的夹紧力时，夹紧力的方向应该尽可能的朝向主要定位面。 （2）夹紧力的方向应该尽可能与工件重力和切削力同方向。当夹紧力的方向与工件的重力和切削力的方向均相同是，机械加工过程中所需要的夹紧力就会小，从而会简化夹紧装置的结构，并便于操作，减小工人劳动强度。但是在实际生产中，很难达到最理想的状态，因此在选择夹紧方向时，应该在满足夹紧要求的条件下，尽量减小夹紧力。2、夹紧力作用点的选择（1）夹紧力的作用点应该落在定位元件的支承范围内。如果夹紧力的作用点落到定位元件的支承范围外，夹紧时将会破坏工件的定位，使工件易于翻到。（2）夹紧力的作用点应该落在工件刚性较好的位置。这样可以防止或减少工件变形对加工精度的影响。（3）夹紧力的作用点应该尽量靠近加工表面。在机械加工过程中，切削力一般容易引起工件的振动和转动。如果作用点靠近加工表面，会使切削力对夹紧作用点的力矩变小，由此减少工件转动或变形的趋势。3、夹紧力大小的估算从理论上来说，确定夹紧力的大小必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、惯性力、离心力及重力等，然后利用夹紧力的作用应该与各外力或力矩的作用平衡而计算出。但是，实际上夹紧力的大小还与夹紧机构的传递效率、工艺系统的刚性等有关。而且切削力的大小在机械加工过程中是不断变化的，所以，夹紧力的计算是一个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。夹紧力估算的方法是：只考虑主要因素在力系中的影响，忽略次要因素在力系中的影响；找出对夹紧状态最不利的瞬时状态，估计这种状态下所需的夹紧力。 估算的步骤：（1）建立理论夹紧力F理与主要最大切削力FP的静平衡方程；（2）实际需要的夹紧力F需，应考虑安全系数K，F需=KF理；（3）校核夹紧机构产生的夹紧力F是否满足：FF需。 4、工件在夹具中的夹紧误差对工件进行夹紧时，夹紧力时通过工件传到夹具上的定位系统，会造成工件和夹具的变形，从而使加工表面产生形状误差和位置误差，这就是夹紧误差7。工件在夹紧时发生的变形包括两个方面。 （1）工件的弹性变形。这种变形主要造成加工表面的形状误差。 （2）工件定位基面与夹具定位面之间的接触变形。接触变形是因为两个接触表面的形状误差和粗糙度。因为在施加夹紧力之后，少数凸起可是凹陷，随着压力的不断增加，凹陷数量越来越多，与此同时，两个表面的接触面积也逐渐扩大，接触状态才趋向稳定。 由于工件的弹性变形的计算很复杂，在一定条件下，工件在夹紧力作用下所产生的接触变形垂直于工件加工尺寸方向时，夹紧误差是可以不计的8。所以在设计夹具时，对夹紧误差一般不作定量计算，而是采用各种措施来减少夹紧误差对加工精度的影响。3.2.3基本夹紧装置夹具的各种夹紧机构中，应用最为普遍的是以斜楔、螺旋、偏心、铰链机构以及由它们组合而成的夹紧装置9。1、斜楔夹紧机构斜楔主要是利用其斜面移动时产生的压力来夹紧工件。由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力很小，而且操作费时，所以很少用于实际生产中，多数情况都是将斜楔与其他机构结合起来使用。斜楔夹紧机构的结构特点如下： （1）斜楔的自锁性：一旦外加的夹紧作用力消除或撤除后，夹紧机构只在摩擦力的作用下，仍然能够保持处于夹紧状态。（2）斜楔具有改变夹紧力方向的特点：当外加一个夹紧作用力时，斜楔会产生一个与夹紧力方向垂直的对工件的夹紧力。（3）斜楔具有增力作用。（4）斜楔的夹紧行程很小。 斜楔夹紧机构主要用于机动夹紧装置中，而且毛坯的质量要高。此外，因其夹紧行程小，对工件的夹紧尺寸的偏差要求比较严格，否则可能会发生夹紧不牢靠或无法夹紧的状况。 2、螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构是由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构。螺旋夹紧机构简单，制造方便，夹紧行程不受限制，且夹紧可靠，所以被广泛用于手动夹紧装置中。 螺旋夹紧机构的结构特点如下：（1）螺旋夹紧机构有很大的增力作用，夹紧力和夹紧行程都较大。（2）结构简单、容易制造。（3）因为缠绕在螺钉表面的螺旋线很长，升角又很小，所以自锁性能较好。（4）其不足之处是夹紧速度慢，工件装卸费时，增加了辅助时间。 3、偏心夹紧机构 偏心夹紧机构是用偏心件直接或间接与其他元件组合来实现夹紧工件的机构。偏心件有圆偏心和曲线偏心，曲线偏心制造困难，应用较少；实际生产中广泛使用圆偏心。 圆偏心轮夹紧后，自锁性较差，因此只使用于切削符合比较小、又没有很大振动的场合。又因为机构尺寸不能太大，为了满足自锁条件，夹紧行程会相应受到限制，所以对工件的夹紧面的尺寸公差要求严格。同时，圆偏心的回转轴中心至定位表面间的距离应有严格公差或者设计成可调结构。 4、铰链夹紧机构 铰链夹紧机构是由铰链杠杆组合而成的一种增力机构，它的机构简单，增力倍数大，且摩擦损失小，但是没有自锁性。因此常常与动力装置连用，所以在机械化装置中得到广泛应用。铰链夹紧机构适用于多件、单件多点夹紧机构和气动夹紧机构中。 5、联动夹紧机构 联动夹紧机构是利用一个原始作用力实现单件或多件的多点、多向同时夹紧的机构。（1）多点联动夹紧机构。多点夹紧是利用一个原始作用力，使工件在同一方向上，同时获得多点均匀的夹紧力的夹紧机构。（2）多向联动夹紧机构。多向联动夹紧机构是利用一个作用力在不同方向同时夹紧工件的机构。（3）多件联动夹紧机构。多件联动夹紧机构是利用一个夹紧作用力将若干个工作同时并且均匀夹紧的机构。多件联动夹紧机构一般有多件平行联动夹紧机构和多件依次连续夹紧机构两种基本形式。（4）夹紧与其他动作联动的机构。此联动夹紧主要有定位元件与夹紧件间联动、夹紧件与夹紧件间联动、夹紧件与锁紧辅助支承联动等形式。 6、定心夹紧机构 定心夹紧机构是一种能够同时实现定位和夹紧的特殊夹紧机构。它的定位元件也是夹紧元件，将工件定位并夹紧后，能使它的定位基面的中心或对称中心固定在规定的位置。定心夹紧机构在装夹回转体的夹具中得到广泛应用。3.2.4拨叉夹具的夹紧装置设计1挡销；2长圆柱销；3长条支承板图3.4 拨叉定位方案如图3.4所示，由于长条支承板3离加工表面A较远，铣操纵槽时的切削力又大，所以需要在靠近加工表面A的地方再增加一个夹紧力。 （a）夹紧方案 （b）夹紧方案1钩形压板；2螺母；3开口垫片图3.5拨叉夹紧方案分析夹紧方案：夹紧力作用位置如图3.5（a）时，因为拨叉该部位的刚性差，夹紧变形大。夹紧方案：夹紧力作用位置如图3.5（b）时，用螺母与开口垫圈压紧在拨叉头的右端面。拨叉此处的刚性较好，夹紧力更靠近加工表面，工件变形小，夹紧可靠。所以选择方案。对着支承板的夹紧机构采用钩形压板，可以使结构紧凑，操作方便。由上述分析，CA6140车床的拨叉铣槽的装夹方案如图3.6所示。装夹时，先拧紧钩形压板1，然后固定滑柱5，再插上开口垫片3，最后拧紧螺母2。1钩形压板；2螺母；3开口垫片；4长销；5滑柱；6长条支承板；7挡销；8夹具体图3.6拨叉夹紧方案确定3.2.5其他事项1、对刀方案夹具在机床上安装完成，在进行机械加工之前，仍需要进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。对刀通常有三种方法：适切法对刀、调整法对刀、用样件或对刀装置对刀。无论采用哪种对刀方法，都涉及到对刀基准和对刀尺寸。通常是以与工件定位基准重合的定位元件上的定位面作为对刀基准，为了减少基准变换带来的误差。铣床夹具的对刀尺寸是从对刀基准到刀具切削表面之间的尺寸，和对刀块位置尺寸差一个塞尺厚度10。影响对刀块位置尺寸的因素主要有对刀需要保证的工件上的加工尺寸，定位基准在加工尺寸方向的最小位移量和塞尺的厚度。加工操纵槽的铣刀需两个方向对刀，所以采用直角对刀块。2、夹具体与定位键为了保证夹具在工作台上稳定安装，应该按照夹具体的高宽比不大于1.25的原则确定它的宽度11，并在两端设置耳座，以便固定。为了使夹具在机床工作台的位置准确，并且保证操纵槽的中心平面与25孔轴线的相互垂直度要求，夹具体底面应该设计定位键，定位键的侧面应该与长销的轴线垂直。定位零部件、夹紧零部件、对刀与对刀零部件、定位键及操作件的技术设计参数12。3、绘制拨叉夹具装配图13见附录A。4、绘制拨叉夹具零件图选择夹具体和支承板两个零件绘制零件图，见附录B。4 结论本文主要进行了CA6140车床拨叉夹具的设计。文章首先简要介绍了夹具设计及夹具设计国内外研究的现状，之后对研究的思路和内容进行了规划，在规划的基础上完成了以下工作，分析CA6140车床拨叉并确定了其加工工艺流程；介绍定位方案，综合分析后，确定了拨叉夹具的定位方案；基于定位方案，确定较优的夹紧方案；最后用AutoCAD作所设计的夹具的装配图。总结本文所做的工作主要有以下几点：1.熟悉拨叉零件的图样，了解拨叉的作用及结构，分析拨叉的工艺，最终设计拨叉的工艺规程。2.针对铣操纵槽这道工序，进行夹具设计，首先确定CA6140车床拨叉夹具的定位方案为：心轴与25孔的配合为主要定位，再用支承板与拨叉脚侧面的紧贴作为另一定位，最后在拨叉脚内侧放一个挡销，以防止拨叉的转动。还要进行定位误差的分析。3.设计拨叉夹具的夹紧装置，确定对刀方案，确定夹具体及定位键机床夹具设计是一个复杂庞大的过程，由于时间及本人能力的限制，本课题还有很多要完善的地方。针对夹具设计的规划问题，最优的定位与夹紧，从而设计最优的CA6140拨叉的夹具。参 考 文 献1 李名望机床夹具设计实例教程M北京：化学工业出版社，2009：7-82 徐勇军机床拨叉工艺编排及夹具设计J机电工程技术，2012（06）：1-33李钢CA6140拨叉时基本加工工序的设计与计算J才智，2014（10）：5-64 白海清，李志峰基于SolidWorks的机床夹具定位设计J机械与电子，2007（01）：79-805 王丹机械加工夹具及选用M北京：化学工业出版社，2009:28-386 徐小龙机床夹具设计方案的分析与研究D太原：太原理工大学，20137 Kostyantyn Malukhin , Hankyu Sung , Kornel EhmannA shape memory alloy based tool clamping deviceJournal of Materials Processing Tech., 2011, Vol.212 (4): 735-7448 温兆海，徐学礼机床夹具夹紧误差的分析和计算J机械工艺师，1983（08）：18-209 Wan Neng, Gou Yuan-jie, Mo RongNew method for flexiblefixture designbased on smartfixtureunit(2)JEditorial Department of CIMS, Nov. 2012（18）：3-510 曹同生铣床夹具对刀块位置尺寸的确定J机床与液压，1999（03）：1-211 李存霞，姬瑞海机床夹具设计与应用M北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2011：219-22112 曹岩，白瑀机床夹具手册与三维图库（Catia版）北京：化学工业出版社，2010：1-3，64-73，357-35913 冯开平，左宗义画法几何与机械制图M广州：华南理工大学出版社，2007：4-8，281-288 致 谢本论文是在我的指导教师李志的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从题目的选择到最终完成，李志老师都始终给予我耐心的指导和不懈的支持。同时也要感谢研究生师兄罗仁蔚对我的督促与指导。其次我要感谢身边同学对我的帮助，没有他们的帮助和资料提供，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利完成。还要感谢长期以来一直默默支持我的父母，他们在生活上给予我无私的爱和最大的包容，他们是我永远向前奋斗的懂了。最后，感谢这篇论文所涉及到的各位学者，本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本这次毕业设计。毕业设计是我大学学习中用时最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用一句话概括就是“毕业设计相当于是把以前的课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个课程设计的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难。” 我的毕业设计任务是设计CA6140车床拨叉的夹具。虽然老师说此次的毕业设计没有那么难，但是当我真的开始着手时，却发现困难重重。每次遇到不懂得问题时，我都会自己查阅书籍或者上网解决，解决不了的问题就会向老师和同学求助。为了方便，老师还特意建立一个群，以便大家第一时间接收到毕业设计的最新消息和资料。老师不仅在学业上给我以悉心指导，同时还在思想上给我以潜移默化的指引，除了敬佩老师们的专业水平外，他治学严谨、科学的精神也是我永远值得我学习地，并积极影响我今后的学习和工作。在此谨向李志老师致以诚挚的感谢和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始选择课题到论文的顺利完成，有太多可敬的师长、同学、朋友给了我莫大的帮助，在这里请接受我诚挚的感谢！最后我要感谢我的母校和机电工程学院对我四年的栽培。附录A CA6140车床拨叉夹具的装配图图A 拨叉夹具的装配图附录B 零件图图B1 夹具体零件图图B2 支承板零件图