項目四 叉架類零件加工

學習要點:1.會分析叉架類零件結構；2.掌握叉架類零件加工所用主要機床的特點；3.理解金屬切削過程基本規律及應用；4.了解撥叉加工常用的夾具類型5.理解加工余量的概念及確定方法；6.能進行專用夾具的設計分析；7.理解定位誤差的分析計算。項目四叉架類零件的加工項目四叉架類零件的加工項目四叉架類零件的加工任務一專用機床及專用夾具簡介一、任務描述叉桿類零件屬于雜件，包括叉類和桿類，是叉架類零件中的一種類型。撥叉用于在機床變速箱中撥動滑移齒輪或離合器，鉸鏈叉則用作機構的連接零件；桿類包括連桿和手柄，連桿用于機器或儀表中傳遞運動。叉架類零件加工批量大或結構特殊時，常用到專用機床和專用夾具。要加工圖4-1所示的拔叉，應該用到那些工藝裝備和加工方法呢？二、任務實施（一）認識專用機床及組合機床專用機床是一種專門針對某特定零件或者某零件的特定工序加工的機床，可以單獨設計使用，更是組成自動生產線生產制造系統中，不可缺的機床品種。任務一專用機床及專用夾具簡介二、任務實施組合機床為加工剎車片的專用機床，專用機床加工叉架類零件，效率較高。專用機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍任務一專用機床及專用夾具簡介二、任務實施組合機床是專用機床的一種，是由大量的通用部件和少量的專用部件構成的。最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規定各部件間的聯系尺寸，但對部件結構未作規定。目前，通用部件已經標準化和系列化，可根據生產使用的需要靈活配置，大大縮短專用機床設計和制造周期組合機床未來的發展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節拍；采用數字控制系統和主軸箱、夾具自動更換系統，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統等。隨著綜合自動技術的發展，組合機床可完成的工藝范圍也在不斷擴大，除了上述工藝外，還可完成車外圓、車錐面、車弧面、切削內外螺紋、滾壓孔、拉削內外圓柱面和平面、磨削、拋光、珩磨，甚至還可以進行沖壓、焊接、熱處理、裝配、自動測量和檢查等。（二）認識專用夾具專用夾具就是指生產制作某產品或其中某一零件而設計的夾具，用來保證產品尺寸精度，例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等，其中機床夾具較為常見，常簡稱為夾具。在機床上加工件時，為使工件的表面能達到圖紙規定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術要求，為某種產品零件在某道工序上的裝夾需要，而專門設計制造的，服務對象專一，針對性很強，一般由產品制造廠自行設計，不可以與其他混用，具有獨特性，而且加工前必須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）。此類夾具只適用于該產品或零件的定位或壓緊，不能通用。任務一軸類零件的常用加工設備三、任務實施加工杠桿的專用夾具，它是由夾具體、圓柱銷、削邊銷、對刀塊和定向鍵等構成方便在銑床上快速找正工件，進行安裝，然后加工，專用夾具是一種提高效率和解決定位難題的措施組合夾具是專用夾具中的一種，是采用標準的組合元件、部件，專為某一工件的某道工序組裝的夾具。它是一套由各種不同形狀、規格和用途的標準化元件和部件組成的機床夾具系統。使用時按照工件的加工要求可從中選擇適用的元件和部件，以搭積木的方式組裝成各種專用夾具，使用過后又可拆卸、清洗，供下次另行組裝使用。組合夾具的應用范圍很廣，不受工件形狀的限制，特別適用于新產品試制和產品經常更換的單件、小批生產以及臨時的加工任務。組合夾具適用于各機械制造部門等制造行業。任務一軸類零件的常用加工設備組合夾具元件按其使用性能分成基礎件、支承件、定位件、導向件、壓緊件、緊固件、其他件和合件八大類。其中基礎件是組合夾具中最大的元件，通常作為組合夾具的基體，通過它將其他各種元件組裝成一套完整的夾具。支承件是組合夾具中的骨架元件，它把其他元件與基礎件連成一體。任務二拔叉的加工工藝設計一、任務描述通過本任務的學習，了解叉架類零件的結構特點及加工方法，編制撥叉的加工工藝。完成圖5-1所示撥叉的加工工藝編制。任務二拔叉的加工工藝設計一、任務描述任務二拔叉的加工工藝設計一、任務描述通過本任務的學習，了解叉架類零件的結構特點及加工方法，編制撥叉的加工工藝。完成圖5-1所示撥叉的加工工藝編制。二、任務實施——擬定加工工藝（一）分析叉架類的結構和技術要求叉架類零件包括叉桿類和支架類兩種，其功能是通過它們的擺動或移動，實現機構的各種不同的動作，如離合器的開合，快慢檔速度的變換、氣門的開關和連接件運動等，主要起操縱（撥動）、連接、支承等作用。叉架類零件一般由三部分構成：支承部分、工作部分和連接部分。支承部分和工作部分細部結構較多，如圓孔、螺孔、油槽、油孔、凸臺和凹坑等。連接部分多為肋板結構，且形狀彎曲、扭斜的較多。任務二拔叉的加工工藝設計二、任務實施任務二拔叉的加工工藝設計二、任務實施一）分析叉架類的結構和技術要求圖5-1為某變速器中的撥叉，從結構上看，屬于叉桿類零件中的叉類零件，工件材料為35，生產綱領為中批生產。叉類零件是形如Y或其變形的零件，是機器中常用的零件，主要應用在變速機構、操縱機構中。叉類零件的結構形狀多樣，差別較大，結構較復雜，精度要求較高，需經多道工序加工。叉架類零件一般主要技術要求項目有：（1）基準孔的尺寸精度為IT7～IT9級，形狀精度一般控制在孔徑公差之內，表面粗糙度值Ra為3.2～0.8μm。（2）工作表面對基準孔的相對位置精度（如垂直度等）為0.05～0.15mm/100mm，工作表面的尺寸精度為IT10～IT5級，表面粗糙度值Ra為6.3～1.6μm。（二）明確毛坯狀況叉架類零件的材料多為鑄件或鍛件。常用的材料為20鋼、30鋼、灰鑄鐵或可鍛鑄鐵；近年來采用球墨鑄鐵代替鋼材，大大降低了材料消耗和毛坯制造成本。叉架毛坯在單件小批生產時，可以采用焊接成形、自由鍛或木模鑄造；大批量生產時，一般采用模鍛或金屬模鑄造。具有半圓孔的叉架類零件，可將其毛坯兩件連在一起鑄造，也可單件鑄造。鑄件在毛坯鑄造、焊接成形后需進行退火處理。用中碳鋼制造的重要叉架零件，如內燃機的連桿、氣門搖臂等，應進行調質或正火處理，以使材料具有良好的綜合力學性能和機械加工性能。本例中的毛坯選擇鍛造毛坯。（三）擬定工藝路線撥叉批量加工的工藝過程，因撥叉的結構形狀、要求的精度等級、以及生產條件的不同而采用不同的方案，但是主要加工表面為叉口和槽及工作面。（1）確定加工方案變速器中的撥叉的叉口兩內側面有加工要求，叉口兩側面為工作表面，壁薄，剛性差，易變形。撥叉內孔尺寸、形狀精度要求較高，且為深孔加工，—般采用鉆、擴、鉸或鉆、鏜方案，

多種撥叉的成組加工，更多采用鉆、拉方案。鉆孔常在車床上進行，工件回轉，且首先加工端面，可防止鉆頭產生偏移。叉腳兩側面對φ14的孔有較高的垂直度要求，表面粗糙度值較小；而且叉腳處剛性較差，易變形，應分粗、精銑兩次加工完成，且粗、精銑分開，并在精銑之前將基準內孔精拉修正以提高加工精度。（2）選擇定位基準1）粗基準的選擇

選擇基準孔Φ14H9的外圓Φ24作為粗基準，可保證不加工的外圓與內孔壁厚均勻。選擇叉腳H面為粗基準限制移動自由度，可使不加工的叉腳面（厚度5mm）與叉腳加工面兩側對稱。（3）加工順序的安排遵循加工分階段粗、精加工分開的原則（原因是零件結構復雜、壁厚不均）。成批生產以工序分散較為有利，使工件在各工序之間能充分變形，以確保各表面相互位置精度。2）精基準的選擇內孔Φ14H9是撥叉零件的設計基準和裝配基準，應選擇內孔為精基準，限制四個自由度，符合基準重合原則。

撥叉零件結構復雜，壁薄剛性差，加工面多，選擇左端面限制移動自由度，符合基準統一原則，且定位可靠，操作簡單方便。（四）設計工序尺寸、選擇加工設備及工藝裝備、填寫工藝卡片任務拓展——新工藝連桿大頭是由連桿體和瓦蓋組成的，兩者之間需要非常高的精度才能保證正常工作。傳統的連桿多采用分體加工，都會產生一些誤差。而漲斷連桿在加工之前瓦蓋和連桿是一個整體，精加工之后才會將它倆強行分開。這個“分開”的過程其實就是“漲斷”，連桿大頭內圓加工完成之后，用激光在需要斷開的位置蝕刻出一道很淺的傷痕，然后由內向外用機械設備給連桿大頭施加一個強大的膨脹力，此時連桿瓦蓋就會從事先已經蝕刻好的位置斷開。漲斷連桿瓦蓋和連桿體的接觸面是非常粗糙的，它是漲斷時自然形成的斷面。任務拓展——新工藝任務拓展——新工藝由于連桿漲斷后，斷裂分離面凸凹不平，增大了接合面的面積，同時可以保證大頭孔具有較高的圓度，增強連桿的承載能力和抗剪切能力，裝配質量提高，對提高發動機整體生產技術水平具有重要作用。六工位激光漲斷機任務三專用夾具設計一、任務描述通過本任務的學習，了解專用夾具的設計流程及夾緊方案。二、任務實施（一）工件的定位方法1.工件以平面在支承上定位工件以平面作為定位基準，是生產中常見的定位方法之一，在分析和設計定位方案時，應根據定位基準面與定位元件工作表面接觸面積的大小、長短或接觸形式，來判斷定位元件所相當的支承點數目及其所限制工件的自由度。任務三專用夾具設計二、任務實施1.工件以平面在支承上定位當接觸面積較大時，相當于三個支承點，限制工件三個自由度；窄長的接觸面，相當于二個支承點，限制工件二個自由度；當接觸面積較小時，只相當于一個支承點，限制工件一個自由度。工件以平面定位時，常用的定位元件有固定支承、可調節支承、浮動支承和輔助支承等。除輔助支承外，其余的支承均對工件起定位作用。在生產中以圓柱孔定位的零件很多，如連桿、套、盤以及—些殼體類零件等。常用的定位元件是定位銷和定位心軸。2.工件以圓柱孔在支承上定位（1）定位誤差產生的原因3.工件以圓柱面在支承上定位以圓柱面定位的工件有：軸類、套類、盤類、連桿類以及殼體類等。常用定位元件有：套筒、半圓孔、V形塊等。（二）定位誤差的分析計算1．定位誤差產生原因及類型工件按六點定位規則并選擇相應的定位元件定位后，它在夾具中的位置就已被確定，即解決了工件在夾具中位置“定與不定”的問題。但是能否滿足加工精度要求，還需要進一步討論影響加工精度的因素，如夾具在機床上裝夾誤差，工件在夾具中的裝夾誤差都會影響加工精度，為了保證加工質量，應滿足eZ≤T將其進行分解為夾具設計有關的定位方法所引起的誤差，用eD

表示，其余其他因素引起的誤差總和用ω表示，可用經濟精度查表確定，則

產生定位誤差的原因就是一批工件定位時由定位引起工件的工序基準在工序尺寸（加工尺寸）方向上發生了變動，因此定位誤差就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。產生加工誤差的因素很多，定位誤差僅是加工誤差的一部分，為了保證工件的加工精度，一般規定定位誤差不得超過工件公差的1/5～1/3

（2）定位誤差的類型1）基準不重合誤差由于工件的定位基準和工序基準不重合而造成的工序基準在工序尺寸方向上的最大位置變動量，稱為基準不重合誤差，以eB表示。

因此而得出一個基本的結論：工件定位中應盡量使工序基準和定位基準重合，以消除基準不重合誤差。（2）定位誤差的類型2）基準位移誤差由于定位基準（定位基面）和定位元件的制造誤差或定位副的配合間隙造成定位基準在工序尺寸方向上最大位置變動量，稱為基準位移誤差，以eY表示。不同的定位方式，基準位移誤差的計算方法也不同。工件以加工過的精基準（面）在平面支承中定位時，其基準位移誤差可忽略不計，如右圖中可以認為定位基準D的位置在工序尺寸方向上沒有任何變動的可能，因此，工序尺寸的基準位移誤差為零。（3）典型的基準位移誤差分析1）平面支承定位主要是定心定位，常用的定位元件為各種定位銷及心軸，定位基準為工件圓孔中心線。如果一批工件內孔直徑及定位銷制造得完全一致，且兩者無間隙配合，即孔的中心線（定位基準）與定位銷的中心線位置重合，則定位基準相對定位銷的中心線不會發生位置變動，也不會產生基準位移誤差。但實際上，一批工件的內孔尺寸不可能制造得完全一致，而且工件內孔與定位銷也不是無間隙配合，因此，孔和銷的中心線不會時時重合，從而就會產生基準位移誤差。（3）典型的基準位移誤差分析2）圓孔表面定位時的基準位移誤差圓孔表面定位時，定位元件是圓柱銷，圓柱銷的放置位置有兩種特殊的位置（也是常見的位置），一為圓柱銷水平放置，一為圓柱銷垂直放置。圓柱銷垂直放置時的基準位移誤差計算：基準位移誤差是單向的，這時基準位移誤差為

圓柱銷水平放置時的基準位移誤差計算：可能的最大位移量就是出現最大配合間隙的時候，此即是基準位移誤差：當工件用長心軸定位時，定位副的配合間隙還可能會使工件發生歪斜，并影響工件的平行度要求。如圖所示，工件除了孔距公差外，還有平行度要求，定位配合的最大間隙同時會造成平行度誤差，即3）圓柱表面定位時的基準位移誤差圓柱表面定位的方式也是定心定位，常用的定位元件為定位套、V形塊等，定位基準為工件圓柱表面中心線。用定位套定位的基準位移誤差產生的原因，與上述圓孔定位相同。以外圓定位時的定位誤差計算。一般是V形塊定位工序尺寸以H1標注，其定位誤差為：工序尺寸以H2標注3）圓柱表面定位時的基準位移誤差以外圓定位時的定位誤差計算。一般是V形塊定位工序尺寸以H3標注，其定位誤差為：（4）定位誤差的計算1）定位誤差只在采用調整法加工一批工件的條件下才會產生，若一批工件逐個按試切法加工，則不會產生定位誤差。（4）定位誤差的計算

3）當兩者都不等于零時，定位誤差可采用兩種方法計算：①極限位置法。畫出一批工件在定位時可能引起工序基準變化的兩個極限位置，根據幾何關系求出這兩個位置的距離，將其投影到工序尺寸方向（加工尺寸方向）上，即可求出定位誤差。此法相對麻煩，應用不多。②單項計算合成法。如何設計基準不在定位基面上，則eD=eB+eY

（4-13）如何設計基準在定位基面上，eD=eB±eY

（4-14）“+”、“-”的判斷方法如下：首先分析定位基面尺寸由大變小（或由小變大）時，定位基準的變動方向；其次設定位基準不動，當定位尺寸做同樣的變化時，分析設計基準（工序基準）的變動方向；最后兩者變化方向相同時取“+”號，變化方向相反時取“-”號。

（三）夾緊力的工作原理1.夾緊裝置的組成

根據力源不同可分為手動和機動夾緊裝置。

手動夾緊的力源來自人力，使用時效率較低，但夾具的成本也較低。

機動夾緊裝置通常在大批量生產中使用，它一般由三部分組成：動力源裝置（通常指機動夾緊裝置中產生夾緊作用力的裝置，常用的有氣動、液壓和電動等動力裝置）、傳力機構（是將動力裝置產生的原動力傳遞給夾緊元件的機構。傳力機構的作用是：改變夾緊力的方向和大小；具有自鎖性能）、夾緊元件（是夾緊裝置的最終執行元件，直接作用在工件上完成夾緊作用）。（1）夾緊過程中，既不應破壞工件的定位，又要有足夠的夾緊力，同時又不應使工件產生加工精度所不允許的夾緊變形，不允許產生振動和損傷工件已加工表面。（2）夾緊動作迅速，操作方便、安全、省力。（3）手動夾緊機構要有可靠的自鎖性能；機動夾緊裝置要統籌考慮其自鎖性和產生穩定的原動力。（4）夾緊裝置的復雜程度和自動化水平要與生產綱領相適應，在保證工件加工質量的前提下，其結構應力求簡單，便于制造、維修，工藝性要好；操作方便、省力，使用性能好。2.夾緊裝置的設計要求3.確定夾緊力的基本原則確定夾緊力包括正確地選擇夾緊力的方向、作用點及夾緊力的大小。（1）夾緊力方向的確定——確定夾緊力的方向必須遵守以下準則：夾緊力的作用方向不應破壞工件的定位；夾緊力作用方向應使工件的夾緊變形盡量小；為了使定位可靠，如果工件較大，切削力也較大，工件用幾個表面作為定位基準時，各朝向均要布置夾緊力；如果工件小，切削力也小，只在垂直于主要定位面方向有夾緊力，保證主要定位面與定位元件之間有較大的接觸面積，即可保證定位可靠。夾緊力作用方向應使所需夾緊力盡可能小（2）選擇夾緊力作用點的原則（2）選擇夾緊力作用點的原則夾緊力作用點是指夾緊元件與工件接觸的一小塊面積。選擇夾緊力作用