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叉形件工艺及车床夹具设计

本科毕业设计论文

题目叉形件工艺及车床夹具设计

专业名称机械设计制造及其自动化

学生姓名____刘立____________

指导教师_____邓修瑾_____________

毕业时间___2014.6

设计

论文

论文

毕业任务书

一、题目

叉形件的加工工艺及车床夹具的设计

二、指导思想和目的要求

通过对本课题的研究和训练，培养学生综合应用所学基础理论、基本知识和

专业知识解决生产实际问题的能力；培养学生正确运用工程运算和使用技术文

献、规格资料的能力；培养学生掌握工艺过程设计和工艺装备设计等的设计方法；

培养学生简明精确地表达设计思想的能力以及制图和写论文等的能力。

使学生熟

练应用相关软件进行工程设计与分析，建立工艺文件；培养学生探求未知、开拓

创新的科学精神和从事工程实践的基本能力。

通过毕业设计，使学生初步掌握工程技术的设计能力、解决问题的能力。

三、主要技术指标

1、对指定的零件图进行构造分析和工艺分析，并绘制零件图；

2、制定工艺路线

3、编制全部工艺规程

4、设计车床夹具一套；

5、编写说明书（论文）；

四、进度和要求

1、分析并绘制叉形件零件图1周

2、工艺路线及编制工艺规程4周

3、设计工艺装备（车床夹具）3周

4、编写说明书（论文）2周

5、评阅，答辩1周

五、主要参考书及参考资料

[1]李益民．机械制造工艺设计简明手册．北京：

机械工业出版社，1994

[2]宋宝玉.简明机械设计手册.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社2008年8月

[3]阎光明，侯忠滨，张云鹏．现代制造工艺基础．西安：

西北工业大学出版

社．2007

[4]赵家齐．机械制造工艺学课程设计指导书．北京：

机械工业出版社．2005

[5]韩进宏．互换性与测量技术基础．北京：

北京大学出版社．2006

[6]邓文英，郭晓鹏．金属工艺学．北京：

高等教育出版社．2008

[7]郭纪林，余桂英.机械制图.北京：

清华大学出版社.2004

[8]罗洪涛,万征.中文AutoCAD2007机械设计教程.西安：

西北工业大学出版

社.2007

学生刘立指导教师邓修瑾系主任魏生民

摘要

本次毕业设计的题目是叉形件工艺及车床夹具设计。

主要的设计思路是：

分析零件的特点、拟订合理的工艺规程，选择适当的机床、设计合理的夹具。

在机械加工零件中如果能广泛地使用夹具，就能极大的节省加工时所用的时间，以减轻工人的劳动量，提高劳动生产率和产品的质量。

设计夹具一般先对原始材料进行分析，明确设计的要求和意图，然后提出具体的定位和夹紧方案及车床夹具设计。

本文5号莫氏锥体（锥柄式心轴）和弹簧片自动定心装置来保证设计的可靠,最后还对夹具的精度进行了分析。

本次毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节，通过本次设计对所学专业课程的理论加以综合并增加生产实践知识，经过实际训练，从而培养和提高个人独立工作的能力。

巩固与扩充了相关课程内容，掌握其设计的方法和步骤。

在设计中查阅了大量的机械书籍，在此过程中锻炼并提高了机械设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册；熟悉机械设计标准及其它有关的标准和规范，并在设计中加以贯彻，对今后的工作与学习打下了坚实的基础。

关键词：

叉形件，工艺规程，机床夹具

ABSTRACT

Thisgraduationdesigntopicisforkandlathefixturedesignprocess.ThemaindesignwayofthinkingBE:

thefeatureofthepartsisanalyzedsoastoplanthereasonableprocessandselectthecorrespondingmachineandjig.Machinedpartsiftheycanwidelyusedfixture,youcangreatlysavetheauxiliarytimewhentheprocessinginordertoreducetheamountoflaborofworkers,improvelaborproductivityandproductquality.Designfixturefirstgeneralanalysisoftherawmaterials,designrequirementsandintentionsclear,andthenproposespecificpositioningandclampingprograms,.lathefixturedesignprocess.Positioninganarticleusing5Morseconestructuretoensurethereliabilityofthedesign,butalsoontheaccuracyoftheclampisanalyzed.

Thisgraduationdesignisprofessioncourseoftheoriesstudyandafterpracticeofthelastteachinglink,passthisdesigntolearnprofessioncourseofthetheoriestakeintosynthesizeandincreaseproducetopracticeknowledge,passbytrainingofmachinedesign,developandraisethuspersonalindependenceworkofability.Makestrongerandenlargedtherelatedcoursecontents.Controlthemethodandstepofitsdesign.Checkedagreatdealofmachinebookinthedesign,tougheninthisprocessandraisedthebasictechnicalabilityofmachinedesign,suchascalculation,paint,checkdesigndataandmanual;Acquaintwithstandardandotherofthemachinedesignrelevantofstandardandnorm,andtakeintocarrythroughinthedesign,toaftertime'sworkandstudybeatundersolidfoundation.

KEYWORDS:

Fork,Processplanning,Machinetoolfixtures

前言

机械制造加工工艺与机床夹具设计主要是对零件的加工工艺设计和针对某

个工序进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工

时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好地保证精度，提高劳

动生产效率。

就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高生产效率，精度，降低成

本等，还可以扩大机床的适用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率，

降低成本。

在本次设计中，就针对叉形件的工艺进行分析，制定和比较加工工艺

路线，选择一种较好的加工工艺路线进行加工，并对叉形件的孔

10mm进行车床专用夹具的设计，在这过程中，对夹具的定位误差和精度进行分析计算。

通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，

它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。

机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低成本的重要

手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，生产安全，技术检测和健全

劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高

经济效益的技术保证，然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造

还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。

因此，好的夹具设计可以提高产品加

工精度，降低生产成本等。

毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进

行的。

这是我们在毕业之前对所学各课程的基础知识、研究能力、自学能力以及

综合运用能力的培养和检验，也是一次理论联系实际的训练，就我个人而言，我

希望能通过这次毕业设计对自己将来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼

自己分析问题、解决问题的能力。

由于能力所限，设计中尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指正，谢谢。

第一章零件的分析

1.1零件的作用

叉形件零件是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一。

从整体上来看，

飞机液压助力器是安装在飞机副翼操纵机构中或方向舵操纵系统中，用于不可逆

的液压助力器操纵。

当飞机液压系统损坏或压力下降时，液压助力器外筒左右两

腔沟通，即助力器当一拉杆使用，以实现人力应急操纵。

每架飞机上装有两台液

压助力器。

分别操纵左右副翼或方向舵。

叉形件零件在产品中内孔φ10H7和外圆φ9h6与叉形件组件中的外圆和内

孔配合，起到一个连接的作用。

1.2零件的结构与工艺分析

从叉形件的结构特征来看（下图1-1），它是长度大于直径的回转体零件，其被加工表面有外圆柱面、外圆锥面、螺纹、沟槽、孔等。

根据它的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法。

叉形件的技术要求是根据零件的主要功用以及使用条件确定的，通常有以下几个方面：

（1）加工精度。

叉形件的加工精度主要包括结构要素的尺寸精度、形状精度和位置精度。

1）尺寸精度。

主要指结构要素的直径和长度的精度。

2）形状精度。

主要指轴颈的圆度、圆柱度等，因轴的形状误差直接影响与之配合的零件接触质量和回转精度，因此限制在直径公差范围内。

3）位置精度。

包括两叉内、外端对表面C的垂直度，孔对表面A的垂直度及位置度要求，具体参阅零件图。

（2）表面粗糙度。

轴类零件的主要工作表面粗糙度根据其运转速度和尺寸

精度等级决定。

本零件中主要表面的表面粗糙度Ra为1.6-0.4，次要表面的表面

粗糙度Ra为12.5-3.2。

（3）其他要求。

为改善轴类零件的切削加工性能或提高综合力学性能及其使用寿命等，还必须根据轴的材料和使用条件，规定相应的热处理要求。

图1-1叉形件零件图

设计基准是φ9的中心线；配合表面是外圆φ9，内孔φ10，叉形件在装配过程中，内孔φ10H7和外圆φ9h6在叉形组件中是配合表面，因此配合部分的尺寸公差、形位公差要求比较高，表面粗糙度要求较高，外圆φ10H7是设计基准表面；M5-6h螺纹上有一个φ1.5的小孔起漏气漏油作用，因此这部分的精度要求不高；

主要技术要求：

1.表面A的中心线对内孔φ10H7轴线的垂直度公差为0.05，位置度公差不大于0.1；

2.槽与外形的轴线对内孔φ10H7的内壁的垂直度公差都为0.05；

3.表面A与铰链衬套ZL-19461R的配套间隙为0.006-0.01；

4.允许表面B上有孔深2.5,φ1的中心孔；

5.磁力探伤；

6.L段和表面C发兰，其余表面镀镉8-12μ,钝化；

7，叉形件从构形来看，基本属于轴类件，各个表面并不复杂。

叉形件从精度上

看，主要工作表面的精度是IT6级，孔φ10H7工作表面的粗糙度为0.8，非配合

表面的粗糙度为1.6-3.2，位置精度：

φ10H7的孔中心线对A的位置度为0.1，

垂直度公差为0.05；

第二章工艺规程设计

2.1确定毛坯的制造形式

零件材料30CrMnSiA，为高级优质合金结构钢，并要求进行淬火后回火，保持硬度为HRC=36-41,考虑到零件受力情况，批量的大小等因素，因此应该选用棒料。

以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。

由于零件属于大批量生产，应保证尺寸的精确。

这对提高生产率、保证加工质量也是有利的。

2.2基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以使加工质量得到保证。

生产率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。

在选择基面时有两个基本要求：

（1）各加工表面有足够的加工余量（至少不留下黑斑），使不加工表面的尺寸、位置符合图纸要求，对一面要加工、一面不加工的壁，要有足够的厚度。

（2）定位基面有足够大的接触面积和分布面积。

基础面积大就能承受大的切削力；分布面积大可使定位稳定可靠。

必要时，可在工件上增加工艺搭子或在夹具上增加辅助支撑。

2.2.1粗基准的选择

在选择粗基面时，考虑的重点是如何保证各加工面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置复合图纸要求。

因此选择粗基面的原则有以下几个方面：

（1）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，就应该选择该表面作为粗基准。

（2）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，则应该以不加工表面为粗基准。

（3）应该用毛坯制造中尺寸和位置比较可靠，平整光洁的表面作为粗基准。

（4）应该注意，由于粗基面的定位精度很低，所以粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。

根据以上原则，粗基准选择毛坯的外圆表面径向基准，以端面作为轴向基准

下料，这样选择可以保证在粗加工时零件精度。

2.2.2精基准的选择

对于精基面考虑的重点是如何减少误差，提高定位精度，因此精基准的选择原则有以下几个方面：

（1）应尽可能选用设计基准作为定位基准，这称为基准重合原则。

（2）所选的定位基准，应能使工件定位基准精准，稳定，刚性好。

变形小和夹具结构简单。

（3）应尽可能选择统一的定位基准加工表面，以保证各表面的位置精度，这称为统一基准原则。

（4）有时还要遵循互为基准，反复加工原则。

（5）有些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基面。

结合上述原则与零件图纸的要求，又因为该零件工艺基准与设计基准重合，故而我们以设计基准φ9的中心线为零件的径向精基准，这样定位不仅满足上述原则，同时也是多次装夹和定位中精度最高的。

2.3加工阶段的划分

2.3.1零件加工阶段的划分

零件的加工质量要求较高时，必须把整个加工过程划分为以下几个阶段：

（1）粗加工阶段：

在这一阶段中要切除较大量的加工余量，因此主要问题是

如何获得较高的生产效率。

用切断刀下料长度为72，车端面打中心孔做好轴向

基准的精度要求，粗车外圆半锥度，铣平面铣槽等等为后边的精加工做好工作。

（2）半精加工阶段：

在这一阶段中应为主要表面的精加工做好准备（达到一

定的加工精度，保证一定的加工余量），并完成一些次要表面的加工，一般在热

处理之前进行。

细车外圆，钻孔，铣外形，铣平面打标记进一步提高精度要求。

（3）扩大机床工艺范围

（4）改善工人劳动条件

车床夹具所具有如下设计特点：

（1）车床加工中切削力较大，振动也较大，故需要较大的夹紧力，夹具刚性也要好。

（2）借助对刀装置确定刀具相对夹具定位元件的位置，此装置一般固定在夹具体上。

（3）借助定位键确定夹具在工作台上的位置。

（4）由于车削加工中切削时间一般较短，因而单件加工时辅助时间相对长，故在车床夹具设计中，需特别注意降低辅助时间。

专用夹具通常由定位件、夹紧件、导向对刀元件、连接元件、夹具体、其他

装置和元件，几部分组成。

在上述组成部分中，定位件、夹紧件和夹具体是必需

的，其他不是所有夹具都需要的。

3.2工件自由度分析

如上图3-1所示，在115工序中，要求限制Y、Z方向的移动和转动，X方向的旋转，根据零件的定位基准和工艺要求，X方向定位是叉形件外圆柱表面采用定位板，由于定位板结构简单，易于制造，可用两三个螺钉固定在本体上，为了提高定位板的稳定性，可加圆柱销定位，是它不致于因受力而滑动。

Z方向定位是采用弹簧自动定心装置，是利用压板受力后产生弹性形变来将工件定心并加紧，但要对压板的轴向移动量加以限制，以防弹簧受压过大而发生卡死或压伤工件的现象。

Y方向采用螺钉夹紧机构，用扳手旋紧螺杆把工件夹紧，但是夹紧力集中，易压伤工件和引起工件变形。

所以主要定位元件限制五个自由度：

Y和Z方向的移动和转动，圆柱面支撑限制了X轴的旋转，保证镗孔的深度，实际定位键限制了五个自由度。

、

、

、

、

3.3定位基准的选择

本夹具主要是用来在叉形件上镗孔.并且对孔φ10.0mm也有一定的技术要求（垂直度的偏移不能大于0.05mm，圆柱度的偏移不能大于0.1mm），由于孔还没有加

工，所以在本道工序加工时，主要应考虑如何保证加工质量、提高劳动生产率和降低劳动强度，故定位基准应选择A和端面如图3-1。

3.4车床夹具结构

参考了一些车床类专用夹具的设计，最终确定下图所示的车床夹具：

图3-2：

车床夹具设计图

3.5夹具精度分析

在夹具结构方案确定及总图设计完成之后，还应该对夹具精度进行分析和计算，以确保设计的夹具能满足工件的加工要求。

1.影响精度的因素（造成误差的原因）

在加工工序所规定的精度要求中，与夹具密切相关的是被加工表面的位置精度——位置尺寸和相互位置关系的要求。

影响该位置精度的因素可分为δ定基δ安

装，δ加工三部分，夹具设计者应充分考虑估算各部分的误差，使其综合影响不致超过工序所允许的限度。

δ定基是指由于定位基准与原始基准（亦称工序基准）不重合而引起的原始

尺寸（工序尺寸）的误差，它的大小已由工艺规程所确定，夹具设计者对它无法

直接控制，如果要减少或消除δ定基，则可建议修改工艺规程，另选定基准，最

好采用基准重合的原则。

在25工序里基准重合，所以定基误差为零

δ安装是指与工件在夹具上以及夹具在机床上安装的有关误差，它包括以下因素：

（1）工件在夹具上定位所产生的定位误差δ定位，夹具设计者可以通过合理

（2）工件因夹紧而产生的误差，是指在夹紧力作用下，因夹具和工件的变形而引起的原始基准或加工表面在原始尺寸方向上的位移。

在成批生产中，如果这一变形量比较稳定，则可通过调整刀具与工件之间的位置等措施，将它基本消除。

（3）夹具在机床上的安装误差δ夹安，是指由于夹具在机床上的位置不正确而引起的原始基准的原始尺寸方向上的最大位移。

造成δ夹安的主要因素有二：

其一是夹具安装面与定位件之间的位置误差，这可在夹具总图上作出规定；其二是夹具安装面与机床配合间隙所引起的误差或安装找正时的误差。

δ夹安的数值一般都很小。

在安装夹具中可以采用仔细校正或精修定位面等办法来减小δ夹安。

δ加工是指在加工中由于工艺系统变形、磨损以及调整不准确等而造成的原始尺寸的误差，它包括下列因素：

（1）与机床有关的误差δ机床。

如车床主轴的跳动、主轴轴线对溜板导轨的平行度或垂直度误差等。

（2）与刀具有关的误差δ刀具。

如刀具的形状误差、刀柄与切削部分的不同轴线以及刀具的磨损等。

（3）与调整有关的误差δ调整。

如定距装刀的误差、钻套轴线对定位件的位置误差等（这项可在夹具总图中予以限定）。

（4）与变形有关的误差δ变形。

这取决于工件、刀具和机床受力变形和热变形。

以上诸因素都是造成被加工表面位置误差的原因，它们在原始尺寸方向上的

总和应小于该尺寸的公差δ，即应满足不等式

δ≥δ定基+δ定位+δ夹安+δ加工+δ夹紧

此式称为计算不等式，各符号分别代表各误差在原始尺寸方向上的最大值。

当原始尺寸不只一个时，应分别计算。

当然，这些误差也不会都按最大值出现，在校核计算中，应该按上述因素分析后，对总误差的合成宜按概率法计算，使其小于工件的允差δ。

2．精度的分析

a.定位元件尺寸及公差的确定。

本夹具的主要定位元件为压块，一次加工一个零件。

工件因定位而出现的误差，根据其产生的原因，可分为性质不同的两部分：

一是工序基准与定位基准不重合引起的基准不重合误差或称定基误差；二是定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。

当工序基准与定位基重合时，这时δ定基=0，δ定位是工件沿着压块中心线的定位误差，它垂直于对称轴线方向上的位移并无影响（即在此方向上的δ定位＝0）。

所以用压块定位能很好的保证工件的对称性要求。

b.设计夹具的总误差计算：

（1）由于基准重合，所以定基误差δ定基＝0

（2）这里采用定位块定位，压块定位能很好的保证工件的对称性要求，它对

垂直对称轴线方向上的位移并无影响，因此定位误差δ定位＝0