转向节加工工艺及夹具设计--毕业设计

更新时间：2024-01-15 08:05:01 阅读量：教育文库文档下载

说明：文章内容仅供预览，部分内容可能不全。下载后的文档，内容与下面显示的完全一致。下载之前请确认下面内容是否您想要的，是否完整无缺。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 1 页共 35 页

引言

（1）论文研究的背景及意义

转向节是汽车转向桥上的主要零件之一，一般载货汽车多以前桥为转向桥。转向节按装配位置分左、右两种。左置方向盘的汽车（如我国、美国等按右侧行驶的汽车）其左转向节的上、下耳部各有一分别用于安装转向节上臂与下臂的锥孔。而右转向节只在下耳有一个安装下臂的锥孔。左右转向臂与转向横拉杆连接，与前轴构成转向梯形。当汽车沿弯路转向行驶时，使两转型节绕主销偏转不同的角度，让所有车轮绕同一瞬时滚动中心滚动，以减少车轮在转向行驶时的滑擦。转向节的轴颈通过轮毂轴承与轮毂连接，车轮用螺栓与轮毂连接，并绕转向节轴颈回转，实现汽车行走。

转向节的结构形式按节体和轮轴的组合方式，分为整体式和分开式两种。整体式转向节是节体和轮轴合为一个整体，其毛坯一般采用锻造成型分开式转向节是节体和轮轴分成两件．轮轴采用棒形坯料．节体毛坯为锻造或铸造成型，分别加工后再压配成一体。转向节按节体和轮轴的组合方式，分为整体式和分开式两种，整体式主要用于商用车（货车），分开式则主要用于乘用车（轿车）。目前，国外汽车多数采用整体式结构。

转向节的关键加工部位包括：主销大孔、制动器安装孔、轮轴上安装轮彀轴承的配台面和减震器安装孔等。（2）国内外研究现状

国外工业基础好，发展成熟，再加上汽车工业发达，经验也比较丰富，在转向节生产上都有各自的特点。对于主销大孔，国外大多采用卧式双面镗床进行钻、镗加工，且将精镗主销孔和内端面组合为一道工序；有些厂家也采用立式喷射钻一次加工完成单耳主销孔，能加达到较高的精度和表面粗糙度要求。

转向节轮轴国外主要采用可变速的仿型车床车削，并由单刀仿形车削逐渐向多刀仿形车削发展。精加工轮轴国外均采用端面外圆磨床磨削，在磨削过程中采用自动测量装置，进行砂轮的修正和进给量的及时补偿。

国外有些后轮驱动车的转向节是通过压配与焊接相结合的工艺方法连接到减震器上，这种结构的转向节有一个大的减震器安装孔。减震器孔的加工方法，国外以喷射钻加工为主。在转向节外螺纹的加工上，国外除常规的切削工序外，尚有采用滚压和磨削两种高效的工艺方法。这两种加工方法都能大大提高螺纹的精度和表面粗糙度，从而提高螺纹的疲劳强度和耐磨性。

与国外技术相比，国内工业基础薄弱，转向节加工技术起步晚，也缺少相关经验。因此尽管在上世纪末，国内已开始生产转向节加工专机，但在实际加工中，往往难以达到产品图纸的技术要求、也难以保证生产节拍。

例如，天津某厂生产夏利轿车转向节，其结构复杂、刚性差、空间角度多、各部位都不在同一平面上，给制造带来很大的难度。因此最终选择了引进国外技术加工转向节。在2008年，第一条独具中国重汽技术创新特色的全自动、柔性化转向节加工生产线在

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 2 页共 35 页

中国重汽桥箱公司正式投入生产运行。这大大提高了我国的转向节加工能力。尽管如此，我国转向节生产技术与国外先进技术的差距还是很大的。

以美国为例：通用汽车公司凯迪拉克部的新型转向节加工线，其32工位节体加工自动线总长36.6m，由前后两段组成，分别对节体进行粗、精加工。克罗斯公司的“双程”加工自动线，则由8个工位组成，主要特点在于每个被加工的转向节必须在自动线上通过两次才能完成全部加工。这种双程布置形式可减少自动线占地面积。

在德国，转向节生产也有自己的特色。德国Mauser公司的加工自动线上主要采用滚压螺纹、喷射钻削主销孔、拉削节体凸榫面等高效率工艺方法，能极大地提高自动线的生产率。为了满足柔性生产要求，德国AiringKessler专用机床公司的加工自动线，在自动线上采用了4个HFE一40C型三座标数控动力头，取代了传统的可调式钻削、铣削动力，用来加工转向臂凸台面和制动支承面上的安装孔等。（3）研究目的

汽车左右转向节主销孔镗削加工工艺及组合机床选择，在此次毕业设计中要完成大批量转向节加工总体工艺方案设计、主销孔加工工艺装备选择和主销大孔镗削和制动器安装孔钻削加工夹具设计。

培养综合运用所学基本理论，基本知识，基本方法和基本技能，分析问题和解决问题的能力。并且可以通过实地考察，了解在现今工厂中所用到的镗销的组合机床和钻床及其夹具，并确定其发展方向和所要求的精度范围。

毕业设计是高等工业院校学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。（4）课题研究的主要内容

本文的主要任务是设计左转向节主销孔镗削和减震器孔钻削加工的工艺及加工机床选择，主要设计转向节的加工工艺、镗削加工机床选择及镗削加工主销大孔和减震器孔钻削的夹具设计。

本次设计的主要内容如下：

首先完成开题报告：介绍本次设计的背景和意义，关于转向节加工工艺的国内外研究现状，最后分析设计的总体方案及进程安排。

接着是左转向节加工工艺方案的设计。首先进行零件工艺分析，再进行零件的加工工艺分析，最后制定左右转向节批量生产的工艺过程。

左右转向节主销孔镗削加工的机床选择。主要是确定机床的种类和型号（包括规格尺寸）。

左右转向节主销大孔镗削和减震器孔钻削加工工艺的夹具设计。包括定位加紧原理设计分析，镗套设计及其他机构的设计，最后将所有元件进行装配，绘制出装配图及零件图。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 3 页共 35 页

最后对毕业设计论文的主要工作做一个总结。

1 零件工艺方案设计

1.1 零件分析

零件进行工艺分析的一个主要内容就是研究、审查零件的结构工艺性。所谓零件的结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，在现有技术水平和资源约束下，制造的可行性和经济性。

转向节的形状比较复杂，主要由大孔、制动器孔、减震器孔、摆臂四大部分组成如图1-1。转向节的加工分为毛坯制造和成品机加。转向节形状复杂，强度要求高，毛坯一般采用40Cr或40MnB等合金结构钢通过模锻的方法制造。模锻的毛坯制造精度高，加工余量小，生产效率高，而且金属材料经模锻后，纤维组织的分布有利于提高零件的强度。

图1-1 转向节结构简图

减震器

大平面制动器孔制动器孔摆臂

大孔

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 4 页共 35 页

1.1.1 应力分析

对转向节静力学强度分析得到的等效应力云图如图1-2，图1-3，图1-4所示：

图1-2 垂直跳动时转向节的应力云图

图1-3 转向时转向节的应力云图

图1-4 制动时转向节的应力云图

由图1-2中可以看出，在垂直跳动工况下，转向节大应力的区域主要居于上端伸出

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 5 页共 35 页

部分的颈根处，最大应力值为485MPa，QT500-7的屈服极限320MPa，抗拉极限500MPa，其值超过材料屈服应力， 245MPa到485MPa过渡范围很小，集中于少数几个节点，因此可以认为是几何的复杂形状所引起的计算奇异点所造成的。

其余大范围过渡的高应力区都基本在90～245MPa之间，在去掉奇异点之后，整体的转向节的分析得到的应力结果是小于屈服极限的。转向时大应力区位于转向节大孔的根部与上部突出部分相交位置，并且在小孔处形状突变的地方产生应力集中，如图1-3中局部图所示，最大应力值460MPa，同样的，其中259～460MPa的应力范围过渡也很小，因此也属于奇异点。而整体高应力范围在120MPa左右；制动时高应力区位于上部伸出部位的颈部下侧，最大应力值107MPa。可见，在三种极限工况下，去掉奇异点的应力值，转向节的整体应力都在许用应力范围之内。其中垂直跳动工况时转向节的受力条件最为恶劣，可作为设计改进的重点。表1-1给出了在各高应力节点在不同工况下的应力值[1]。

表1-1 高应力节点的等效应力值

节点节点号应力?i/MPa 转向工况 434 201 25 202 103.4 制动工况 79.5 50.5 10.3 107 49.7 垂直跳动工况 A B C D E 111299 117964 111510 115888 113443 485 255 66.2 220 3.56 1.1.2 变形分析

图1-5分别为转向节在三个工况下的变形状况，在三种

图1-5 转向节在垂直跳动、制动、转向工况下的变形图

工况下最大变形量分别为0.9mm，0.2mm ，0.7mm。 1.2 零件加工工艺分析

零件的制造包括毛坯生产、切削加工、热处理和装配等许多的生产阶段。转向节的加工分为毛坯制造和成品机加工。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 6 页共 35 页

1.2.1 毛坯的确定

汽车转向节要求有足够的韧性和强度以保证其工作的稳定，该零件为40Cr调质，生产批量大，但壁厚不均匀，所以毛坯不宜采用铸造，毛坯采用锻造，锻造工艺主要由劈叉、拔杆、预锻、终锻等工序组成。采用模锻有以下优点：

（1）锻件的内部组织结构结实，可获得较高的强度；

（2）锻件的废品少，因为锻件没有疏松、表面杂质、内部裂纹的缺陷；（3）制得的小公差锻件可以减少机加工工时；（4）锻件的表面光洁度高；（5）生产率较高。 1.2.2 粗精基准的选择

基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，可以使加工质量得到保证。否则，会是加工困难，甚至造成报废。 ⑴ 粗基准的选择

选择粗基准主要是选择的一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何合理分配各加工表面的余量，二要考虑怎样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置要求，一般应按下列原则选择：

① 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应优先该表面为粗基准； ② 若工件每个表面都有加工要求，为了保证各表面都有足够的余量，应选加工量最小的表面为粗基准；

③ 若工件必须保证某个加工表面的尺寸或位置要求，则应选该加工表面为粗基准； ④ 选作粗基准的表面应尽可能平整，没有飞边、浇口、冒口或其他缺陷。粗基准一般只允许使用一次。 ⑵ 精基准的选择

选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并使用起来方便可靠，一般应按下列原则选择：

① 基准重合原则

应选用设计基准作为定位基准。 ② 基准统一原则

应尽可能在多数工序中选用一组统一的定位基准来加工其他各表面。采用基准统一原则可以避免基准转换所产生的误差，并可使各工序所用夹具的某些结构相同或相似，简化夹具的设计和制造。

③ 自为基准原则

有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，应该选择加工表面本身作为定位基准。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 7 页共 35 页

④ 互为基准原则

对于相互位置精度要求高的表面，作为精基准，可以采用互为基准，反复加工的方法。

⑤ 可靠、方便原则

应选定位可靠，装夹方便的表面作基准。此处主要考虑基准重合原则[2]。因此，该转向节为大批量生产，再考虑到以上各因素，为了方便地加工出精基准，使精基准面获得所需加工精度，本工序选用工件的制动孔加工表面、主大孔端面以及φ60H7孔作为精基准。

1.2.3 零件加工表面加工方法的确定

转向节分为大孔、制动器孔、减震器孔、摆臂孔四大部分加工。大孔作为设计基准，也是所有加工面的测量基准。因此，在加工过程中，大孔端面作为定位基准。

（1）大孔部加工以大孔端面定位，镗和磨为主，镗用于粗加工和半精加工，磨用于精加工。

（2）制动器孔加工是钻削达到粗糙度要求。制动器安装孔的加工，采用两面一销定位，要保证其位置精度。

（3）减震器孔加工是端面加工，接着采用两面一销定位加工减震器孔，要保证位置精度。

（4）摆臂孔加工是钻削达到粗糙度要求。摆臂孔的加工，采用两面一销定位，要保证其位置精度。

通常平面的加工精度较易保证，而精度要求较高的孔轴线和端面的垂直度，孔的轴线与轴的轴线的角度则较难保证，往往成为生产中的关键。所以制定本工序工艺过程时，应将如何保证这两个位置精度作为重点来保证。加工路线制定与批量是有密切关系的，但是不同批量转向节生产工艺路线是有共同性的。加工阶段粗、精分开

（1）避免粗加工产生的变形破坏已加工过的表面的精度；

（2）便于及时发现缺陷，否则在表面已精加工完之后再发现毛胚得缺陷时，就大大浪费了精加工工时和成本；

（3）有利于保证加工精度，也有利于保护机床精度和合理利用机床。

工序中安排实效热处理，分离叉毛胚复杂，铸造内应力较大。为了消除内应力，减小变形，保证精度的稳定性，铸造之后要安排实效处理，加热到500～550度，加热速度≤30度，出路温度≤200度。除了对铸造进行实效处理，往往在粗加工之后，再进行一次实效处理，以清除内应力。

制定工艺路线的出发点，应当考虑精度及位置精度等技术要求，能得到合理保证。在生产纲领已经确定位大批量生产的前提下，使工序尽量简单合理。

在安排加工顺序时，应遵循以下原则：

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 8 页共 35 页

（1）先基准后其他

作为精基准的表面应在工艺过程一开始就进行加工，因为后续工序中加工其他表面要用它来定位；

（2）在加工精基准面时，需要用粗基准定位；（3）先主要后次要，先粗后精。

精基准加工好后，接着应对精度要求较高的各主要表面进行粗加工、半精加工和精加工，精度要求特别高的表面还需要进行光整加工。主要表面的精加工和光整加工一般放在最后阶段进行，以免受其他工序的影响。次要表面的加工可穿插在主要表面加工工序之间。

（4）在重要表面加工前，对精基准应进行一次修整，以利于保证重要表面的加工精度。当位置精度要求较高，而加工是由一个统一基准面定位，分别在不同工序中加工几个有关表面时，这个统一的基准面本身的精度须采取措施予以保证。

（5）对于和主要表面有位置要求的次要表面，加工这些次要表面时，切削力、夹紧力大小，一般不影响主要表面的精度。

（6）对于容易出现废品的工序，精加工和光整加工可适当放在前面，某些次要小表面的加工可放在其后。 1.3 零件加工工艺规程

根据转向节的零件图知，大孔的表面粗糙度为0.8，精度要求比较高，所以除了镗削加工外，我们还需要磨削。需要先在车床上镗，然后在卧式磨床上加工，如磨削杆

-0.032?68部在同一个磨床上操作。最后达到-0.062尺寸公差要求。对于法兰盘上的制动器安装孔、

减震器孔和摆臂孔，其表面粗糙度都为6.3，我们在钻削制动器安装孔时主要是要保证其位置度。所以需要安装面作为定位基准面，同时采用两面一销的定位原理。

工艺过程和生产线的形式取决于生产纲领的大小。本任务中转向节大批量生产。选择机床时要考虑生产的经济性。转向节加工工艺过程见表1-2。

表1-2 转向节的工艺过程

工序号 1 2 3 4 5 6 7 8 工序名称镗大孔车轴颈、台肩及端面铣上下制动器端面钻削制动器孔铣左右减震器两侧端面钻减震器孔铣左右摆臂两侧端面钻铰摇臂孔设备改装车床车床铣床立式钻床卧式铣床卧式钻床铣床立式钻铰机床

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 9 页共 35 页

9 10 11 12 13 14 15 16 中频淬火清洗精磨大孔内表面铣平台探伤退磁清洗最终检验入库专用清洗机磨床立式铣床专用探伤机专用清洗机钳工台 2 转向节加工机床的选择

组合机床是根据工件加工需要以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床的主要组成部分为：滑台、夹具、多轴箱、动力箱、中间底座、侧底座以及辅助部件等组成。加工时，刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动做旋转主体运动，并通过滑台带动做直线运动。

组合机床总体内容和步骤与普通机床相同，但由于组合机床纸加工一种或数种工件的特定工序，工艺范围窄，主要技术参数已知；且工艺方案一旦确定，就确定了结构布局；因而总体选择的侧重点不同，主要是通过共建分析等掌握机床设计的依据，画出详细的加工零件工序；通过工艺分析，画出加工示意；然后进行总体布局，给出机床联系尺寸。

2.1 绘制加工零件工序

被加工零件工序是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容、被加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹紧部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。 2.1.1 被加工零件工序

（1）在图纸上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间向导时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便于检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性。

（2）在图纸上应表示出加工用基面和夹紧的方向机位置，以便依此进行夹具的支承，定位及夹紧系统的设计。

（3）在图纸上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度、位置尺寸及精度和技术条件（包括对上到工序的要求及本机床保证的部分）。

（4）图纸中还应该注明那个被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部件的余量。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 10 页共 35 页

本次加工零件的图纸是老师给的，根据图纸上要求，可以得出左右转向节大孔镗削加工的加工部件材料、尺寸、精度、表面粗糙度、零及技术要求。而该工序的定位基准、加紧部位则需设计。 2.1.2 定位加紧部位设计

转向节零件结构较复杂，由于镗削加工为精加工，所以定位基准选择时尽量选择精基准。初定两个定位方案。钻削加工是半精加工。

首先以转向节回转面定位，转向节内孔面加工精度较高。采用减震器孔端面、制动器孔端面和减震器孔端面定位。而制动器孔钻削则是大孔端面、大孔端颈，减震器孔端面定位。在工件大孔镗削加工夹紧时只能夹紧制动器安装孔端面，为了保证加紧力的作用点正对支承元件从而提高工件刚度、减少加工变形只能采用制动器安装孔端面定位。而制动器钻削加工夹紧时则是夹紧大孔的上端面和减震器一端面，防止在钻削过程中由于垂直方向上的力和切削力。夹紧定位如图2-1、图2-2所示。

图2-1 镗削孔加工定位夹紧

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 11 页共 35 页

图2-2 制动器钻削加工定位夹紧

2.1.3 绘制被加工零件工序的规定

（1）本工序的加工部位用粗实线绘制，其余部位用细实线绘制。定位基准、夹紧部位、夹紧方向等需用符号表示；本道工序保证的尺寸、角度等，均在尺寸下用横线标出；

（2）加工部位的位置尺寸应有定位基准算起。但有时也可将工件某一主要孔定位置尺寸从定位基准算起，其余各孔的位置尺寸再从该基准算起。当定位基准与设计基准不重合时，要进行换算；

（3）注明零件对机床加工提出的某些特殊要求，如对精镗孔机床应注明是否允许留有退刀痕迹；

（4）对简单的零件，可直接在零件图上作必要的说明，而不需要另行绘制被加工零件工序。

根据以上内容及规定可绘制出转向节大孔镗削加工的工序[3]。 2.2 绘制加工示意

加工示意图是被加工零件工艺方案在图纸上的反应，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局的原始要求，也是调

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 12 页共 35 页

整机床和刀具所必须的重要技术文件。

2.2.1 加工示意上内容标注

（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。

（2）工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。如工件端至多轴箱端面间的距离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等。

（3）主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。刀具应按终了位置绘制。 2.2.2 绘制加工示意的注意事项

（1）加工示意图中的位置，应按加工终了时的状况绘制，且其方向应与机床的布局吻合；

（2）工件的非加工部位用细实线绘制，其余部分一律按机械制图标准绘制；（3）同一多轴箱上，结构、尺寸完全相同的主轴，不管数量多少，允许只绘制一根，但应在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号；

（4）主轴见的分布可不按真实的中心距绘制，但加工孔距很近或需设置径向尺寸较大的导向装置时，则应按比例绘制，以便于检查相邻主轴、刀具、导向装置等是否产生干涉；

（5）对于标准通用结构，允许只绘制外形，标上型号，但对于一些专用结构如导向、专用接杆等应绘出剖视图，并标注尺寸、精度及配合。 2.2.3 绘制加工示意的计算（1）选择刀具结构及镗杆

镗杆的设计对镗孔精度影响很大。所以在设计镗模前应确定镗杆的尺寸。镗杆的主要尺寸是直径和长度。直径受到加工孔径的限制，在可能的情况下应尽量取的大些，以增加其刚度。一般取d=（0.6-0.8）D（D为工件镗孔直径）。在本道工序中D=41mm，所以d=24.6-32.8mm。镗刀不宜在镗杆外悬伸过长，以免刚性不足。镗孔直径D、镗杆直

[4]

B?B=8?8。径d、镗刀截面B?B之间的关系，参照《机床夹具设计》表4-5选取d=30mm，

初定镗刀装在镗杆上的几何参数为：主偏角Kψ=50°，前角Ψ。=5°，刃倾角λs＝0°，刀尖圆角半径Υε=1（mm）。（2）导向套的设计

组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证。导向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向。当加工孔径不大于40mm或摩擦表面的线速度小于20m/min时，一般采用固定式导向，刀具或刀杆的导向部分，在导向套内即转动又作轴向移动。加工孔径较大或线速度大于20m/min时，一般采用旋转式导向装置。旋转式导向装置将旋转副和直线移动副分别设置，按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 13 页共 35 页

为了保证主销孔的同轴度，在这次加工中采用双镗刀同时加工前后主销孔的方案。由于精加工切削速度大于30m/min，所以采用滚动镗套。镗套的具体设计过程。（3）初定切削用量

组合机床往往采用多轴、多刀、多面同时加工。且组合机床的刀具要有足够的使用寿命，以减少频繁换刀。因此，组合机床切削用量一般比通用机床的单刀加工要低30%以上。同一多轴箱上的刀具由于采用同一滑台实现进给，所以，各刀具（丝锥除外）的每分钟进给量应该相等。因此，应按工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定；对于其他刀具，在此基础上进行调整。使用液压滑台时，所选的每分钟进给量一般比滑台的最小进给量大50%，以保证进给稳定[5]。

查《机床夹具设计》，用高速钢精镗合金钢的切削用量为：v=20-35m/min, f=0.10-0.30mm/r。由

v?得n=233.03~388.38r/min

1000?dn

取n=300r/min,v=34m/min; f=0.3mm/r。（4）确定切削力、切削扭矩和切削功率

轴向力、切削扭矩和切削功率是为了分别选择滑台及设计夹具、确定主轴及其他传动件尺寸、选择主电动机（一般是选择动力箱的驱动电动机）提供依据[4]。

工件的材料为40Cr,调质钢，硬度为HB330-380，?a?980MPa，d0?41mm。切削力：

Fc?CFzapFzfXYFznFzVKz

其中CFz=2306；nFz=-0.15；XFz=1.0；YFz=0.75；Kz=1.0。

Fc?2306?0.51.0?0.30.75?34?0.15 =15820.8N

切削功率：

4Pm?FVc/6?10

=9 kw （5）选取刀具接杆

多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值。因此，为保证多轴箱上的刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节。这个可调环节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的。

组合机床主轴与刀具之间通常有两种连接。一是接杆连接，也称刚性连接，用于单导向进行钻、扩、铰、锪孔及倒角加工。二是浮动卡头连接，也称浮动连接，用于长导

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 14 页共 35 页

向、双导向和多导向进行镗、扩、铰孔，以减少主轴位置误差及主轴径向跳动对加工精度的影响，避免主轴与夹具导向不同轴而产生“别劲”现象。通用的标准浮动卡头有小浮动量及大浮动量两种，绘制加工示意图时可以根据有关的组合机床标准选择。（6）主轴选择

主轴型式主要取决于进给抗力和主轴—刀具系统结构上的需要。而对于精镗一类精加工主轴，则不能按切削转矩来选择主轴。这是因为，镗孔时，一般余量很小，转矩也很小，由此决定镗轴直径往往刚性不足。因此这类主轴尺寸的决定程序是：工件加工部位尺寸—镗杆直径—浮动卡头规格尺寸—主轴尺寸。（7）确定加工示意图的联系尺寸

最重要的联系尺寸是工件端面到多轴箱端面之间的距离。它等于刀具悬伸长度+螺母厚度+主轴外伸长度+接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深（非通孔）。本设计中即为尺寸362mm。（8）工作进给长度的确定

工作进给长度按加工长度最大的孔来确定，进给长度等于刀具切入值+加工孔深+切出值（非通孔无），本设计中切入值与切出值都取8mm加工孔深为69.5mm，所以工作进给长度为85.5mm。 2.3 机床联系尺寸

机床的联系尺寸是用来表示机床的配置型式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。它的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数，工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。

绘制机床联系尺寸之前应进行如下计算： 2.3.1 滑台的选用

根据滑台的驱动方、所需进给力、进给速度、最大行程和加工精度等因素来选用合适的滑台。

（1）驱动方式的确定

机械滑台和液压滑台的用途、工作循环和导轨型式完全一样。液压滑台与机械滑台的主要区别是：液压滑台的进给速度属于无级调速，变换进给量方便。液压系统看安装压力继电器，机床运行安全，机床较易实现加工自动循环。且液压滑台应用广发，所以选用液压滑台。（2）确定轴向进给力

滑台所需进给力

F进??Fi?2?15820.8N?31641.6N

式中Fi为各主轴加工时所产生的轴向力（N）。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 15 页共 35 页

（3）确定进给速度

液压滑台的工作进给速度规定在一定范围内无级调节。对液压滑台，确定刀具切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.5～1倍。本次设计采用1HY32G型液压滑台，工进速度20～650mm/min,.快速移动速度为10m/min。（4）确定滑台的行程

滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是使动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及道具磨损后能向前调整，前备量一般大于10～20mm。本设计中取为20mm；后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便的装卸刀具，后备量一般不小于40~50mm，所以后备量取为50mm。滑台的总行程应大于工作行程、前备量、后备量之和。本设计中选用1HY32G，行程为630mm。查《机床夹具设计手册》[6]16页表2-4，与1HY32G配套滑台侧底座为1CC322M，查《机床夹具设计手册》179页附表18得1CC322标准尺寸，其标准高度为560mm。

2.3.2 动力箱的选用

动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率来选用。

P切?9kw=7.2kw ?P主?0.8其中，动力箱的切削功率：

P切?0.2?7.2kw?1.44kw，

多轴箱传动效率??0.7~0.9，取0.8。

动力箱的电动机功率应大于计算功率。查《机床夹具设计手册》24页表2-15选用动力箱1TD32IA，电动机型号Y100L1-4，电动机功率7.5kw，电动机转速3000r/min，驱动轴转速1500r/min。 2.3.3 确定装料高度

装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离。装料高度在850～1060mm范围内选取，本设计中取为1060mm。 2.3.4 确定夹具轮廓尺寸

工件的尺寸和形状是确定夹具底座尺寸的基本依据。确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的需求空间，并应满足排屑和安装的需要。镗模架体厚度为150～300mm。由于夹具较复杂，所以在绘制出夹具的结构草图后，再确定夹具轮廓尺寸。

3 镗大孔夹具设计

本次设计的任务一为转向节大孔镗削加工夹具设计，由于任务要求大批量生产，所以采用专用夹具。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 16 页共 35 页

镗床夹具也称镗模。主要用于加工箱体、支架等类工件上的孔或孔系。镗床夹具具有引导镗杆的导套称为镗套，及安装镗套的镗模架。用镗模镗孔时，工件的加工精度可以不受镗床精度的影响，而由唐末的精度来保证。机床的主轴和镗杆采用浮动联接，机床只提供镗杆的转动动力。镗模的结构类型主要取决于导向的设置，导向的设置不仅是考虑加工孔的位置精度，更主要的是考虑加工时镗杆的刚度。镗床夹具的设计，主要包括工件的定位方案设计、工件的加紧方案设计以及夹具的其他元件的结构设计。最后将以上元件合理布置，确定夹具的形式及夹具的总体结构。 3.1 定位元件设计

定位装置包括包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置。如前所述，本次设计夹具采用的定位原理为一面三支承钉定位。 3.1.1 平面定位

⑴ 以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。

⑵ 以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。

⑶ 以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。

⑷ 以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。

⑸ 当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。

在本次设计中需采用两个支承块分别支承工件的制动器孔端面。支承块的工作面，装配后在一道工序中精磨，保证等高。一组支承块，与精基准面接触形成平面定位副，相当于三个支承钉或三个点定位副，限制三个自由度。 3.1.2 支承钉定位

本次是设计采用以转向节减震器孔端面两个支承钉定位，限制工件的两个自由度。摆臂端面一个支承钉定位，限制工件的一个自由度。支承钉规格如图3-1所示。

图3-1 六角支承钉（JB/T 8026.1-1999）

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 17 页共 35 页

3.2 误差分析

造成零件加工误差是由多种因素构成的, 这里仅验算工件的安装误差, 它包括定位误差和夹紧误差,因夹紧力不大, 且夹紧力与支撑面垂直, 夹紧变形误差很小, 因此只对定位误差进行讨论。大孔与其他部分的位置误差主要是与轴心线之间9°角度误差。角度误差要求为±30′。由工件定位面的位置度而引起角度误差

α = arctgΔ/ a = ±0.94′

式中Δ———定位面的位置度公差,Δ = 0.03 mm；

a ———定位面宽度, a = 55 mm。

因定位轴与定位轴套之间存在间隙,造成转角

δ = arctg( D - d) / L = ±7.53′

式中D —定位轴套最大值, D = φ55 + 0. 25 ； d —定位轴套最小值, d = φ55 - 0. 35； L —定位轴长, L = 53 mm。

由工件定位误差引起的最大转角误差

A = 0.94′+ 7.53′= 8.43′< 30′/ 3

因转角误差小于公差的1/ 3 , 所以满足定位要求。

综上所述,此夹具实现了正确的定位,满足了加工尺寸及位置要求,因此是合理的。 3.3 夹紧装置的设计

在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。 3.3.1 夹紧装置的组成

夹紧装置的组成由以下三部分组成。第一部分：动力源装置

它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。第二部分：传力机构

它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重要。第三部分：夹紧元件

它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 18 页共 35 页

3.3.2 夹紧装置的设计原则

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则： ⑴ 工件不移动原则

夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。 ⑵ 工件不变形原则

夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。 ⑶ 工件不振动原则

对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

⑷ 安全可靠原则

夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。 ⑸ 经济实用原则

夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好[7]。 3.3.3 定位夹紧力的基本原则

设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则：

⑴ 力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。 ⑵ 紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。 ⑶ 力的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。

夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：

⑴ 力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。如夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。

⑵ 力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。

⑶ 力可的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 19 页共 35 页

稳定性和靠性。

3.3.4 减小夹紧变形的措施

有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。这时可以采取以下措施减少夹紧变形。

⑴ 均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。）增加辅助支承和辅助夹紧点。若高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力，就可以使工件获得满意的夹紧状态。

⑵ 分散着力点，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。

⑶ 增加压紧件接触面积，在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。

⑷ 利用对称变夹具的夹紧设计，应保证形状在加工薄壁套筒时，采用加宽卡爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹紧力外，工件能产生。

⑸ 其它措施对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。

夹紧装置一般由力源装置、中间传力机构、夹紧原件和夹紧机构所组成。设计夹紧装置时一般应满足一下基本条件。

① 夹紧过程中不改变工件定位时所占据的正确位置。

② 夹紧力的大小适当，既要保证加工过程中工件不会产生位移和振动，又要使工件不产生不允许的变形或损伤。

③ 夹紧装置的自动化程度，应与工件的生产批量相适应。

④ 结构要简单，力求体积小、重量轻、并有足够的强度；工艺性好便于制造与维修。

⑤ 使用性能好、操作方便、省力、安全可靠。 3.3.5 夹紧力的确定

计算夹紧力时，通常将夹具与工件看成是一个刚性系统。根据工件所受的切削力、夹紧力（大型工件应考虑工件重力、惯性力等）的作用状况，找出在加工中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力。即

由于镗削加工的切削力不大，所以采用一个移动压板同时夹紧两个工件的制动器安装孔端面。

对移动压板进行有限元分析如图3-2；3-3；3-4所示。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 20 页共 35 页

图3-2 移动压板x方向上的变形

图3-3 移动压板y方向上的变形量

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 26 页共 35 页

表4-1安全系数K0～K6的取值

系符考虑的因素号考虑工件材料及加工余K0 量均性的基本安全系数加工 K1 性质精加工 1.0 接触点确1.0 K2 刀具钝化程度 1.0?1.9 定仅有力矩使得工件K6 回转时工件与支承接触点不切削特点 K3 切削特点断续切削 1.2 表4-2安全系数K2

K2 加工方法切削分力或切削力矩铸铁 mk 钻削 mz 1.0 1.0 1.15 钢 1.15 连续切削 1.0 面的接触情况确定 1.5 粗加工 1.2 K5 手动夹紧时的手柄位置 1.0 1.2?1.5 K4 夹紧力的稳定性机动夹紧 1.0 系数值号值手动夹紧 1.3 符考虑的因素数（2）夹紧元件

它是实现夹紧的最终执行元件，通过它和工件的之间接触来确定工件在加工中保持位置的不改变，本夹具中采用的手动夹紧装置，夹紧机构由中间传力机构（斜楔）和夹紧元件所组成。

（3）夹紧装置的工作原理

① 夹紧时的工作原理：当手柄处于下位时，把工件放到夹紧装置中的一个正确位置，再把支承钉从右端插入，再扳动摆动压板，使得压板和支承钉连接在一起，并对工件起定位作用；再把手柄往上扳动，使得对夹具体产生一个向下的作用力（夹紧力），端面斜楔自动往右运动，促使滑柱和定位销同时往下运动，当弹簧接触到支承钉时，在夹紧力的作用下，使得弹簧压缩，当手柄搬到上端极限位置时，工件夹紧。由于斜楔能

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 27 页共 35 页

自锁，故松开手柄后工件就不会偏离原来的位置。此过程也就是工件的夹紧过程。

② 卸载时的工作原理：先把手柄往下扳动，使之对夹具体产生一个向上的作用力（夹紧力），使得夹具体整体向上运动，同时带动被连接在一起的几个机械部件（非标准定位销，滑柱），斜楔自动往左运动，同时也会对夹具体产生一个向上的作用力，使得夹具体、定位销、滑柱这几个被连接在一起的元件整体向上运动，弹簧也恢复到原始的状态，直到手柄扳动到下端极限位置时，再松开手柄；再从右端扳开摆动压板，取下支承钉，变可拆下工件，此过程也就是工件的卸载过程。 4.4 夹具的零部件设计

夹具体的各零部件的设计，具体如下：

（1）被钻得孔径是?12.5mm，大于了?10mm，而且孔的加工精度在个方面也有要求，所以宜采用固定式钻模。

（2）工件与夹具所产生的总重力超过了150N，宜采用摇臂钻床或立式钻床，由于该工件是中批量生产，则采用立式钻床。

（3）考虑到被加工孔的精度，该夹具采用固定式钻模，钻模板采用固定式结构。（4）机床夹具装在机床上后，应还应使刀具切削刃相对于工件或夹具定位元件能处于正确位置，这里我们可以采用钻床夹具的钻套(导向元件)，钻套是引导加工刀具的元件，其作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，引导钻头等孔加工刀具，提高其刚性，防止在加工中发生偏斜。钻套安装在钻模板中，其配合为H7/n6或H7/r6。采用固定式钻套，因为它结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序，如图4-1所示[9]。

图4-1固定钻套（GB/T2262—91）

4.5 钻套的尺寸、公差、材料

一般钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大尺寸，采用基轴制间隙配合，钻孔时其公差取F8。查表得麻花钻的尺寸为?12.5 0?0.043mm。

钻套的导向高度H增大，则导向性能就越好，刀具刚度也会越高，但钻套与刀具的磨损就会加剧。一般取H?1~2.5d（d为钻孔直径），对于加工精度越高的孔，或被加工孔较小其钻头刚度较差，应取小，所以取较小值。被加工孔直径d为?14mm，综合考虑上述情况取H?20mm最合适。

在加工过程中，钻套与刀具产生摩擦，故钻套必须有很高的耐磨性。该钻套孔径d=?12.5mm

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 28 页共 35 页

4.6 钻模板设计

钻模板式装配在夹具体或之架上，或与夹具上的其他元件相连接，有固定式、悬挂式、铰链式、可卸式这四种类型，每个类型都有它各自的应用范围。该零件适合采用固定式钻模板，采用两圆锥销和两个螺钉装配连接；采用整体的铸造结构。固定式钻模板的特点，钻孔精度高，不妨碍工件的装夹。 4.7 支脚设计

为了减少夹具底面与机床工作台的接触面积，使夹具放置平稳。根据需要，支脚的断面可采取矩形或圆柱形，支脚可和夹具体做成一体，也可以做成装配式的，但要注意以下几点：

支脚必须为四个角，因为四个支脚能立即发现夹具是否放歪，如图4-2所示。

图4-2 钻床夹具的支脚

无论是矩形还是圆柱形支脚直径都必须大于机床工作台T型槽的宽度，以免陷入槽中。夹具的重心，钻削压力必须落在四个支脚所形成的支撑面内。钻套轴线应与支脚形成的支撑面垂直或平行，使钻头能正常工作，防止其折断，同时还能保证加工孔的定位置精度。装配式支脚已标准化，标准中规定了螺纹规格为M4～M20mm的低支脚（GB/T2234-91）和螺纹规格为M8～M20mm的高支脚（GB/T2235-91）。该夹具采用铸造结构，做成支脚和夹具体一体的形式，支脚采取低支脚式，支脚的样式设计为矩形脚，螺纹规格采用M10。

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书第 29 页共 35 页

4.8 钻模夹具的误差分析

用钻模加工时，被加工孔的位置精度主要受定位误差△D和导向误差△T的影响。钻模上的导向装置和定位元件的位置不准确，将导致刀具位置发生变化，由此而造成的加工尺寸误差即为导向误差△T。采用如图4-3所示的导向装置时，导引孔的轴线位置误差受下列因素的影响[10]：

?l—钻模板底孔至定位元件的尺寸公差；

e1—固定钻套内、外圆的同轴度公差；

e2—钻模板内、外圆的同轴度公差； x1—固定钻套和钻模板的最大配合间隙。

刀具引导部位的直径误差，也是刀具偏离规定的位置。因此，应一并考虑其对加工尺寸的影响，即

x2—刀具引导部位与钻套的最大配合间隙

x3—刀具在钻套中偏斜量，其值为x3?式中B、h、H代表的意义见图4-3。

x2H(B?h?H2)

图4-3与导向装置有关的加工误差

因各项误差不可能同时出现最大值，故对于这些随机性变量按概念法合成为