机械设计制造及其自动化-拨叉加工工艺及（一道工序）夹具设计

拨叉加工工艺及（一道工序）夹具设计

摘要：本论文完成了对机床拨叉加工工艺及加工孔夹具的设计。在设计的前一部分，主要进行工艺卡的填写。首先，分析零件的性能、用处和工作条件，明确零件的装配位置及其作用，找出其主要技术要求和关键技术问题，对零件进行工艺审查。然后，确定毛坯，拟定工艺路线，选择定位基面，确定加工所采用的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具，确定各主要工序的技术要求及检验方法。最后，确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差，确定切削用量和工时定额，然后填写工艺文件。

关键词：拨叉；机械加工；工艺；切削；夹具设计

叉形加工技术是指使用计算机控制的设备和技术在制造环境中加工和操纵材料。该技术可应用于多种材料，包括金属、塑料和复合材料，并可用于多种任务，例如切割、弯曲和整形。可以从叉形加工技术中获益的一种工艺是夹具设计。夹具是用于在机械加工或其他加工操作过程中夹持和固定工件的装置。夹具是制造中必不可少的组成部分，用于确保一致和准确的结果。借助叉形加工技术，可以更精确地设计和制造夹具，减少手动调整的需要，并将出错的风险降至最低。使用计算机辅助设计 (CAD) 软件可以对夹具进行精确和详细的设计，并能够在制造前模拟和测试夹具的性能。这可以显着减少开发和制造夹具所需的时间和资源，并提高生产的准确性和可重复性。总之，叉形加工技术可用于增强夹具的设计和制造，从而提高制造过程中的精度、效率和成本效益。

1  设计任务说明

1.1  拨叉的功用

设计机床拨叉零件的机械加工工艺规程及其机床夹具。拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴^[1]。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。在机械系统中，拨叉是用于连接、支撑或引导其他部件的部件。拨叉的具体功能取决于其设计和在系统中的位置。以下是机械零件中叉的一些常见功能：①连接：拨叉可用于将两个或多个部件连接在一起，例如手动变速器中的换档拨叉，它将换档杆连接到同步器环上；②支撑：拨叉也可用于支撑其他部件，如将自行车车轮固定到位的叉状支撑；③导向：拨叉可用于引导其他部件运动，如将链条固定到位的拨叉导向器；④夹紧：拨叉可用于零件夹紧或固定到位，如用于固定一段管道或电线的叉式夹具。拨叉在机械部件中的功能可以根据其设计和在系统中的位置而变化很大^[2]。一般情况下，叉用于连接、支撑、引导或夹紧其他部件，以确保机械系统正常运行。本设计拨叉零件如图1.1所示：

图1.1 拨叉零件图

1.2  设计任务

本次设计任务需完成毛坯选择、编排加工工艺、工装夹具设计、撰写产品说明书，以及图纸绘制等工作，图纸说明如下：

1．毛坯—零件综合图        1张

2．工艺过程卡片         1套

3．夹具装配图              1张

4．夹具体零件图         1张

5．说明书              1张

2  零件工艺规程设计

2.1  产量的确定

2.1.1  生产类型的确定

按照生产类型分类可以将零件分为单件生产、成批成产和大量成产[3]。每种类型的具体特点如下：

（1）单件成产

单件生产的每一个零件都是定制设计和独特的。该部件的设计专门针对客户和应用的要求。由于每个零件都是单独制造的，因此在生产过程中具有高精度，确保成品零件符合客户的确切规格。单件生产过程耗时耗力，零件成本较高。但是，单件生产具有高度灵活性，能够适应设计或生产过程中的变化。单件生产非常适合精度要求高和定制的零件，单件生产足以满足需求。虽然它比其他制造方法更昂贵，但它提供了高度的灵活性和定制性，这是大规模生产技术难以实现的。

（2）成批生产

小批生产的部件可能具有更为定制的设计，生产过程更加灵活，可以适应更多的定制设计。由于生产规模较小，通常更注重精度和质量控制。小批生产更依赖人工，生产过程自动化程度较低。大批生产的零件相比，每个零件的成本更高。小批生产非常适合于需要有限数量的定制零件。

中批生产的零件可以有标准化或自定义设计，具体取决于具体的生产要求。生产过程可以达到中等精度，精度介于单个生产和大量成产之间。可以实现部分自动化，可以使用专用工具和设备来优化效率。中批生产适合需要一些定制，但是生产量低于大批生产的零件，成本水平适中。

大批生产的产量小于大量生产，生产成本介于中批生产和大量生产之间。但是与大量生产相比，可以生产的产品更多，产品更新是速度较快。

（3）大量生产

大量生产的零件通常具有标准化设计，用于该批次中的所有零件，允许高效生产，并有助于确保所有零件的一致质量。由于零件是大量生产的，因此每个零件的准确尺寸或规格可能会有所不同，生产过程优化了速度和效率，而不是精度。大量生产非常适合需要大量零件的较大生产运行，过程高度自动化，可以很容易地扩大规模。大量生产通常需要专用工具和设备来优化生产过程，前期设备投入大，但随着时间的推移，由于生产过程的效率提高，会显著的节约生产成本。大量生产非常适合于效率和一致性至关重要且需要大量零件的应用。虽然生产过程可能不如单件制造精确，但可以节约成本。

表2.1为各类零件的生产类型划分：

表2.1 生产类型的划分

已知零件质量m约为2.2kg，由表2.1即可确定零件的生产性质。该零件的生产类型为中批生产的小型零件。

2.1.2  日生产量的确定

（1）零件生产的年产量计算公式如下：

               （2.1）

其中：

——年产量，单位：件；

——零件的年产纲领，单位：件/年；

——每台产品中该零件的数量，单位：件/台；

——备品率，单位：%；

——废品率，单位：%。

（2）零件成产的年工作日计算公式如下：

           （2.2）

（3）综上，可得零件生产的日产量计算公式如下：

                       （2.3）

其中：——日产量，单位：件。

本设计中，零件的年产纲领N=2000件/年，每台产品中该零件的数量n=1，备品率a=2%，废品率b=2%。带入上述公式计算可得：

零件日产量取整数，通过计算可知，本设计中零件的日产量件。

2.2  毛坯的选择及毛坯图的绘制

2.2.1  毛坯的选择

本设计使用的材料是HEB180，HEB180是根据欧洲标准EN 10025-2生产的一种特殊类型的H型钢。HEB代表“欧洲宽翼梁”，HEB180表示梁的高度，为180毫米。以下是HEB180欧洲标准H型梁的一些特点和优点：

高承载能力：HEB180欧洲标准H型梁具有高承载能力，这使得它们适用于各种应用，包括建筑、工程和制造。

结构强度：HEB180欧洲标准H型梁的设计为建筑物和结构提供了结构强度和稳定性，使其更耐弯曲、屈曲和变形。

耐久性：HEB180欧洲标准H型钢由优质钢制成，使其经久耐用。它们可以承受极端天气条件和重载，而不会受到任何损坏或变形。

易于安装：HEB180欧洲标准H型梁易于安装，节省了施工期间的时间和人力成本。

通用性：HEB180欧洲标准H型梁具有通用性，可用于广泛的应用，包括桥梁、建筑物、塔楼和其他结构。

经济高效：HEB180欧洲标准H型梁具有成本效益，它们由优质钢制成，设计用于提供最大强度和耐久性。

总体而言，HEB180欧洲标准H型梁在承载能力、结构强度、耐久性、易于安装、多功能性和成本效益方面具有许多优势，使其成为建筑、工程和制造业的热门选择。

2.2.2  毛坯-零件综合图的绘制方法

毛坯-零件综合绘图的绘图方法包括创建包括毛坯（或原材料）和成品零件的单个绘图^[3]。这种方法通常用于制造业，以可视化整个制造过程，并确保最终产品符合要求的规范。从成品零件的详细图纸开始，包括所有尺寸、公差和表面光洁度。坯料应包括所有必要的尺寸，如厚度、宽度和长度，以及任何加工余量。使用不同的线型或颜色来区分空白和成品零件特征。在图纸上包括任何必要的信息，如材料规格、加工说明和公差^[4]。

综合图的绘制方法是：

（1）以实线表示毛坯表面的轮廓、以点划线画出零件的轮廓；在剖面图上用交叉线表示加工余量，加工余量为3～5mm。

（2）标注毛坯尺寸和公差，毛坯的基本尺寸包括机械加工的余量在内，毛坯的尺寸公差参照有关资料。

（3）标注机械加工的粗基准符号和有关技术要求。毛坯尺寸是根据工艺规程，机械加工各工序的加工余量与毛坯制造方法能到的精度决定的，因此毛坯图绘制和工艺规程的制订是反复交叉进行的。

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