转向节钻十字孔工序自动工装设计毕业设计.doc

山东英才学院 毕 业 论 文（设 计）题目：转向节钻十字孔工序自动工装设计学生姓名 许永强 学 院 机械制造及自动化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 201101020004 校外指导教师 张 昂 校内指导教师 周春梅 2015年 月 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）论文作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录摘 要iabstractii1 绪论11.1 转向节简介11.2 国内外发展现状11.3 选题目的和意义22自动工装分析32.1 设计任务书32.2 转向节整体加工工艺分析32.2.1 转向节的毛坯材料和加工制造方法32.2.2 转向节结构32.2.3 转向节的机械加工部分32.3 自动工装方案的确定43 工装总方案设计63.1 机床的选择63.2 伺服回转工作台的选择63.3 工艺装备的选择73.4 定位元件的选择73.4.1 定位原则73.4.2 v形块的设计83.4.3 定位插销的设计94夹紧方案设计124.1 夹紧装置的选择原则124.2 液压夹紧夹具的特点124.3 夹具液压夹紧系统的构成部分及功能124.4 加工零件刀具的选用及相关刀具切削力的计算134.5 夹紧力的计算164.6 液压缸的设计174.7 液压油路连接及控制194.8 夹具连接件和紧固件的选用194.9 钻十字孔、铣扁工序内容194.10 整个夹具体的三维装配图20结论21参考文献22致 谢24山东英才学院2015届本科生毕业设计(论文)转向节钻十字孔工序自动工装设计摘 要：转向节是重型卡车的关键部件零件，在卡车行驶转向过程中起着很重要的作用。针对重型卡车转向节结构比较复杂，加工精度要求高，生产批量大等特点,对重型卡车转向节加工工艺问题进行了分析探究。针对加工转向节过程中钻十字孔和铣扁这两道工序设计了一套在立式加工中心上实现自动工装的夹具，改变目前原有的传统加工内容，实现自动工装的效果。另外， 为了达到企业生产实际需要的安全高效、高稳定性、高精度的要求，需要对夹具的夹紧力以及定位误差进行计算。所设计出的夹具能够节约劳动时间，提高了该转向节的生产效率，降低工人的劳动强度，为企业节约成本。关键词：转向节；十字孔；自动工装the design of one automatic fixture of drilling cross hole process on knuckleabstract: knuckle is a key component parts for heavy trucks, it plays an important role in steering the process of driving the truck. for heavy-duty truck knuckle structure is more complex, high-precision machining, production volume. and other characteristics of heavy trucks knuckle processing problems were analyzed to explore. for processing knuckle during cross hole drilling and milling flat two processes to design a set of automatic tooling fixture in the vertical machining center, change the current contents of the original traditional processing, and automatic tooling effects. in addition, in order to achieve the practical needs of safety production efficiency, high stability, high accuracy requirements, the need for clamping force and fixture positioning error is calculated. the design of the fixture can save labor time and improve production efficiency of the knuckle, reduce labor intensity, cost savings for businesses.keywords: knuckle; phillips; automatic fixture241 绪论1.1转向节简介转向节是重型卡车的关键部件零件，车辆在行驶转向过程中起着很重要的作用。转向节主要是实现前轮的支撑和转向作用，在整个转向桥部件中，它的负载主要来源于卡车整个卡车前部。另外，转向节由于卡车的震动和其他因素，在卡车行驶状态下会受到受到很大而且随时变化的冲击载荷，在卡车行驶过程中的安全性能显得极其重要，所以在转向节加工材料强度方面具有较高的要求。目前的汽车行业按照不同节体和轮轴的组合方式，可以分为例如重型卡车上的整体式和例如轿车上的的分体式转向节1。由于转向节的结构相对复杂，生产制造时的精度很高，加工的时候难以精确的定位，所以需要设计的自动工装可以实现在加工工件时的能够准确定位和自动夹紧。本次课题主要是重型卡车的转向节，设计在加工转向节工序中集钻十字孔、铣扁为一体的自动工装。如图1.1所示。 图1.1 整体式转向节1.2 国内外发展现状对于汽车转向节来说，国外汽车工业基础好，自动化成程度发达，在转向节生产中普遍都有一套自动化生产工序。在转向节钻十字孔工序中，国外自动化程度高，摆脱了传统的手工操作，采用自动化程度较高，精度较高的液压夹具。国外某些公司加工转向节采用组专机与自动线相结合而且加上先进检测手段。 在国内，例如目前国内较为领先的中国重汽集团在钻转向节十字孔工序中仍然采用传统的手工操作，利用v形块、固定钻套、钻模板压板、拔插销以及支撑钉进行定位安装，由人工在摇臂钻床上进行钻孔加工，钻好一个孔再通过人工翻转工件90钻孔，钻孔完毕之后再卸下工件到铣床上进行铣扁操作，共计装夹工件三次，耗时耗力，劳动效率低下，这样进行精度也不会太高，不符合当今自动化程度高的时代要求。1.3 选题目的和意义以科学发展观，改变经济发展方式的角度考虑，我国转向节钻十字孔主要是以人工手动操作，劳动效率低下，所以设计一套自动化程度高劳动效率高的夹具是很有必要的，将传统的手工加工转变为半自动或者全自动的加工。我们初步设计一套液压夹具，实现自动夹紧，但钻十字孔工装设计没有统一标准，其设计方案仍需进一步深入研究分析。通过本次毕业设计，可以使我们应届毕业生将理论知识和企业的实际情况结合起来，为以后的工作打下基础。2自动工装分析2.1 设计任务书1）加工件材料成分：42crmo-gb3077，力学性能：抗拉强度880-1030 mpa；2）加工设备：立式加工中心；3）要求夹具能实现十字孔、铣扁的加工，夹具能实现自动夹紧；4）产品结构及加工内容：见图纸；5）年生产纲领：根据企业实际的要求，3万件。2.2 转向节整体加工工艺分析2.2.1 转向节的毛坯材料和加工制造方法由于转向节的空间结构比较复杂，对于它所承受的强度要求很高，一般企业都会采用40crmn合金结构钢通过模锻的加工方法进行制造。模锻毛坯从加工精度来说精度比较高，在进行粗加工时所要切削的余量较小，企业生产时的生产效率也比较高。并且一些金属在进行模锻之后，工件的材料纤维的紧密排列使得工件的强度增大，使转向节能够在车辆行驶状态下达到足够的强度，保证安全、稳定。转向节毛坯的加工锻造工艺主要由劈叉、拔杆、预锻、终锻等工序组成，重汽铸造就是采用该锻造工艺进行转向节的锻造生产。2.2.2 转向节结构重型卡车的结构为整体式。整体式顾名思义，就是节体和轮轴组成为一个整体，它的毛坯也是通过锻造工艺进行制造的。2.2.3 转向节的机械加工部分转向节的主要加工部分为：转向节的杆部、法兰盘以及叉部的加工2。1）转向节杆部加工以中心孔定位，主要是车削和磨削加工，磨削是加工转向节杆部的关键工序。2）对于法兰盘加工工序主要是制动器安装孔的加工，目的是要要保证它的位置度，于此同时还要将加工效率考虑在内。3）叉部部分是加工转向节的重要工序，通常情况下采取两销一面的进行定位，在加工过程中确保主销孔的同轴度，以及主销孔与内端面的垂直度3，是选择机床型号的关键。绝大部分转向节在此部位还有横拉杆装配用的锥孔，这又加大了加工叉部难度，锥孔加工难度较大，是许多国内企业难以达到100%合格率的工序内容，早期的转向节失效类型就是在此工序内发生的。4）转向节杆部的热处理主要目的是增加杆部的强度，从而提高转向节的使用寿命。对于绝大多数类型的转向节都有这方面的技术要求，通常采用的热处理方式为滚压和中频淬火，可以消除杆部表面的残余压应力，提高产品疲劳强度。在国内，对滚压工序要求不高，中频淬火是热处理中的重点步骤，尤其是感应器的设计和制造，显得格外重要。目前，国内一些企业针对此问题已经有了解决的方法。5)主销孔压装衬套后的加工，转向节压装后要不要求加工取决于企业各自的实际生产模式。但是从装配角度来说，压装后加工更有利于装配，否则影响转向的灵活性。例如中国重汽对于压装衬套的加工是有的。6)如果细化转向节的加工内容主要有：半精车外圆及端面粗车外圆及端面锻造转向节毛坯钻中心孔粗锻镗孔及铣端面精车外圆及端面钻主销孔钻眼睛孔探伤铣扁、钻十字孔以上就是转向节基本的加工步骤，但是企业实际的转向节的结构不完全一样，在某些工艺上会有不同程度的区别4。在企业实际生产中，加工设备的选择对整个工艺的影响还是比较大，因为加工设备牵扯到加工零件的精度和效率等因素。所以，具体工艺内容应改根据企业规定的生产纲领和可供选择的设备来制订。本文是针对杆部加工工艺过程中钻十字孔和铣扁两道工序内容设计一套符合实际生产的一套自动化夹具。所设计的夹具将改变现有的重汽传统手动装夹，将在摇臂钻床和普通立式铣床的加工内容综合到自动化程度较高、精度较高立式加工中心上。针对目前状况，本文通过探索设计出通过一次装夹，自动加紧，能够实现完成钻十字孔、铣扁两道工序的自动化程度较高的液压夹具5。2.3 自动工装方案的确定在对转向节空间结构和所要加工的内容进行分析后，我们将改变传统的手动加工模式，采用自动化技术进行加工生产。首先考虑的夹具方案，是利用两个杠杆支架支撑整个夹具体和工件，在机床上钻好一个直径为6.5mm的孔之后，再通过杠杆之间的转轴使工件和夹具体翻转90，完成钻十字孔的工序要求。机床进行换刀操作之后，在完成铣扁的工序。通过研究分析，该装置需要有多个传感器进行配合控制，传感元件的选择和安装难度较大。再者，此方案整个夹具体稳定性较差，精度较为难以控制，所以考虑下面的另一种方案。第二种方案，采用两个短v形块限制零件的四个自由度，在主销孔插入定位销限制剩下的自由度，使零件实现全定位。再利用夹紧液压缸带动压板，从而工件被夹紧。在立式加工中心上选用直径为80mm的端铣刀进行铣扁加工。铣扁工序完成之后，按下立式加工中心进行换刀按钮，将铣刀切换成麻花钻。麻花钻钻好一个直径6.5mm的孔之后，按下回转工作台旋转按钮，使整个夹具体和加工零件翻转90，再进行另一个孔的加工，从而完成钻十字孔工序。在铣扁和钻十字孔两道工序之间，只有一次工件装夹操作，从企业长远角度来看，减少了不必要的劳动时间，提高了劳动效率，也确保了工件的精度要求。3 工装总方案设计3.1 机床的选择机床的选择原则：1）所选机床的尺寸符合所加工的零件的尺寸原则；2）所选机床的精度要符合加工零件精度；3）如果所加工的零件没有现有的设备选取时，可以对现有的机床进行改造；4）从成本考虑，如果能满足生产效率和精度，选用价格便宜的机床。目前，例如中国重汽的国内企业还在使用着摇臂钻床传统加工机床。我们需要在自动化程较高，加工精度较高的立式加工中心上完成钻十字孔和铣扁的工序操作。经过研究分析，考虑到企业成本和精度要求，我们采用c0v850立式加工中心。3.2 伺服回转工作台的选择对于伺服回转工作台的选择主要考虑到回转精度满足加工要求和转动速度。数控立卧式回转工作台可以和是许多数控镗、铣床和加工中心配套使用，可以主轴采取水平方式安装在机床工作台上。回转工作台的相关参数如表3-1所示。表3-1 回转工作台的相关参数序号内 容尺寸参数1工作台直径3154005002工作台垂直时中心高2102602903工作台总厚度2102502904中心孔定位孔直径40h72550h72860h7255定位键宽度1818226工作台t型槽宽度6-146-146-187涡轮副传动比1:901:1201:1508总传动比1:1809工作台最高转速11.111.111.110设定最小分度单位0.00111伺服电机带2000脉冲编码器功率（kw）1.02.12.1扭矩n.m6121212分度精度25202013重复精度66614水平承载35050060015立式承大允许驱动力7001200170017转台重量200325650经过综合对比，考虑到成本和实际加工要求，我们选用skt13400e型号的数控立式回转台，它的转速为11.1r/min,那么它完成90的翻转大约需要1.35s,所以采用自动翻转装置，节约了时间，确保了加工精度。工作台的基本结构如图3.1所示。图3.1工作台基本结构3.3 工艺装备的选择 1)夹具的选择：依照加工零件形状结构选取夹具，夹具的精度必须满足实际加工零件的精度。 2)刀具的选择：选用刀具主要根据工件加工时的工序、工艺，以及它的成本进行选择 ，力争使用通用的标准刀具，为了提高企业的实际所需要的生产效率率、确保零件的精度可以选择一些复合刀具 、特殊刀具6。3.4定位元件的选择3.4.1定位原则1)按照工件完全定位的六点准则，从而避免过定位和欠定位情况的产生。2)要选择适当的定位基准，争取做到和工艺精准重合，并且最大可能的和设计基准重合，来减少定位误差，获得最大加工允许误差，从而降低了夹具制造精度。当定位基准和工艺或者是设计的基准不重合时，需要对加工尺寸允许误差进行计算。3)力求使定位支撑元件紧挨着夹紧压力力的作用线，保证夹紧压力处在定位支撑面范围以内7。4)确保支撑元件的的强度和刚性，从而减少定位系统的变形，力求使定位元件（定位销）不受力。5)确保排除干净支撑部位的切屑，从而确保定位的可靠程度、精度。6）在符合实际使用情况下，选择定位元件结构能够最简易化。综合对对转向节空间结构分析后，我们采用两个短v形块以及定位插销进行定位。3.4.2v形块的设计1）查阅机械制造工艺学，v形块两斜面之间的夹角一般取60、90和120，我们选用90。采用v 形块的定位的特点：它的对称性良好，而且可以对整圆柱面和非完整的外圆面进行定位。v形块有分为长v形块和短v形块，长v形块（或两个短v形块的组合）可以保证限制工件的四个自由度，短v形块则限制工件的两个自由度8。分析转向节结构，选取两个短v形块进行工件的定位。2)v形块的参数确定v形块的基本尺寸及结构如图3.2所示，其基本参数如表3-2所示。图3.2v形块基本尺寸及结构其中：dv形块的检验心轴直径，工件定位基准直径（mm）9； hv形块的高度； v形块两工作平面的夹角；tv形块检验心棒的中心高，也就是标准定位高度。尺寸n、h和其他参数可以参照标准选定。表3-2 v形块基本参数h5550100403576161920121118102270701235042962025301513.5201230当=90时， 式（3-1）v型块的定位误差： 式（3-2） 根据国家标准和生产实际所设计出的v形块如图3.3所示。图3.3v形块模型3.4.3定位插销的设计在本文中，为了限制余下的两个自由度，我们采用定位插销进行定位。1)技术条件材料：mm,t按gb/t1298的规定；10mm，20钢按gb/t699的规定。2)材料热处理：t8等级的硬度为5560hrc；20渗碳深度0.81.2mm,5560hrc。3)其他技术要求按jb/t8044规定要求。4)插销示意图如图3.4所示。图3.4 插销示意图插销的规格尺寸如表3-3所示。表3-3 插销规格尺寸基本尺寸222630极限偏差f7182222262630（滚花前）363636303036262632202025606080445663454560根据定位孔的公称直径为=30mm,经查阅夹具定位手册，选择h=26mm，。5)定位插销销误差分析：任意边接触：=0+0.011+（-0.034）=-0.023mm。 式(3-3）经综合分析，定位误差在误差允许范围之内，所以该定位设计装置合理。4夹紧方案设计4.1夹紧装置的选择原则夹紧装置的基本要求：夹紧装置是整个夹具体重要组成部分之一，选取夹紧装置要注意一下几点要求：1） 夹具夹紧工件阶段，要能够保证工件定位所要求的准确位置不发生改变10；2） 夹紧力大小要保持适中，夹紧装置加工过程中保持工件在不产生松动，与此同时还要保证工件不被夹具损坏从而产生表面损伤和工件变形。通常情况下，夹紧机构本身设备有自锁性能；3）夹紧装置应保持灵活操控、节省人力和保障工人的人身安全的原则；4）夹紧装置的自动化程度、难易程度要符合实际企业生产的要求。对于装置的结构要尽量的简易。在有合适的标准化元件时要尽多的选取已经标准化的装置。4.2液压夹紧夹具的特点 夹具用液压系统和一般机械用液压系统相比较，功能单一，系统也比较简单。采用液压夹具的具有如下特点：1）夹具的主要作用是夹紧和松开工件，在夹紧后较长时间内保持油压稳定，加工工序完成之后才能松开。 2）夹具上如果有多个油缸时，可以选择同时工作，或者顺序工作。在大多数情况下，只需要顺序控制，只有在自动化程度要求很高的夹具中才会需要复杂的控制。 3）液压夹紧的动力源不像气压传动需要依赖空气压缩机和管网系统，它可以在不同的情况下，为独立机床设备使用单个的泵站。所以它机动灵活，使用方便。4） 因为液压系统可以采用较高的油压，单个缸体并不需要很大的夹紧力，因此夹具中的液压缸可以制造成比较小的尺寸。所以液压夹具体积小，结构比较紧凑，在大批量生产作业中应用广泛，所以液压是目前夹具夹紧动力源的首要选择。 在对转向节结构进行分析后，在采用v形块和定位销的定位方式前提下，选用普遍适用的液压缸、压板对转向节实现夹紧。 4.3夹具液压夹紧系统的构成部分及功能1）动力源部分主要的功能是提供满足预定要求的压力和流量的工作油，其常用元件有电动泵、手动泵、气夜增压器11。2）控制部分的主要功能是保证系统各部分准确完成审计要求的各种动作和循环过程，其常用元件有方向阀、稳压阀、过载保护阀以及压力表。3）执行部分的主要功能是将液压的压力能转化为机械能，从而使夹紧机构产生夹紧动作。4）辅助装置的主要功能和一般液压系统同名附件的功能相同，主要常用元件有管道、街头、油箱、蓄能器。5）定位夹紧部分就是和夹具上同名装置的功能完全相同，细分就是一下定位装置和夹紧装置。动力源部分、控制部分以及辅助装置在之前机床和回转工作台选择之后都有现成的部件，而定位部分也选择了v形快和定位插销，下面主要对选取液压缸的相关参数进行计算和选择12。4.4加工零件刀具的选用及相关刀具切削力的计算转向节工件材料是42crmo-gb3077，属于超高强度钢，它的抗拉强度为880-1030 mpa，具有良好的韧性和淬透性，没有明显的回火脆性。调质处理后材料具有很高的疲劳极限，并且还承受变载荷冲击能力。在经受低温过后韧度良好,在高温时有很高的刚性，根据查阅现代夹具设计手册选取材料为硬质合金、直径为6.5mm的麻花钻，根据钻削转矩的计算公式和钻削力的计算公式分别求出钻削转矩和钻削力。t切削转矩（nmm）；d钻头直径（mm）；背吃刀量（mm），对扩钻：=0.5（d-d）d是钻孔前的孔径（mm）；钻削力（n）；每转进给量（mm） 根据实际的生产，选取主轴转速为500r/min,=0.1mm；修正系数，根据工件材料为42crmo-gb3077，选择= , 式(4-1）=2930.7n.mm = 1118.8n根据工件材料为42crmo-gb3077，采用硬质合金端铣刀加工，切削力查参考现代夹具设计手册可根据如下公式计算： 式(4-2）式中，p-铣削力，n； af-每齿进给量，mm/r； aw-铣削宽度，mm； d-铣刀直径，mm； ap-背吃刀量，mm； z-铣刀齿数； -用高速钢w18cr4v铣削时，考虑到工件材料力学性能不同的修正参数，对于结构钢、铸钢：=；对于灰铸铁:=；-工件材料的抗拉强度，mpa。确定各参数值：1)通过对要铣削的工件分析，选择铣刀外径d80mm。2)铣刀的齿数-对于铣刀齿数的选择没有明确的规定。但选取时可以考虑两个因素：齿数不能过多或者太少，齿数过多就会导致齿牙到切削点之间排屑槽减小，这样就会对排除铣屑产生影响。齿数太少，达不到铣削的目的；为了防止排屑槽阻塞，所以排屑槽要求平滑，不要存有有尖角。根据实际加工要求，选择原则选用铣刀齿数z6。 3)每齿进给量是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件的进量，表示的意思是铣刀切削工件时每转一个刀齿时铣刀对于工件的行进长度。 受工件材质的属性、铣削时所选用刀具的材质以及表面间粗糙程度等条件的影响13。工件材料的强度较高、硬度较大的那么每齿进给量就选用小点的，如果工件材料的强度比较低、硬度较小，则每齿进给量选择偏大点的。对于加工工件的表面粗糙度来说，在精加工时需要的光滑程度比较高那么选择较小值。铣刀每齿进给量参考值如表4-1所示。表4-1 铣刀每齿进给量参考值工件材料/ 钢粗加工铣削精加工铣削高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀0.100.150.100.250.020.050.100.15 综上考虑 每齿进给量为0.1mm。4)切削速度vc铣削的速度vc和刀具的每齿进给量、背吃刀量、铣刀齿数成反比关系，但是和铣刀直径的大小成正比关系。在、和z加大情况下，导致切削刃所受负载加大，并且由于铣刀的齿数增多，促使切削温度迅速升高，刀具磨损程度加剧，结果切削速度降就必须降低。铣削加工的切削速度vc也可参考表4-2选取，也可查阅有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取，根据实际生产要求进行选择。表4-2铣削加工的切削速度参考值工件材料硬度（hbs）vc/（m.min）高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2251842661502253251236541203254256213675铸铁19021366615019026091845902603204.5102130综合考虑，选择vc=100m.min。 5)背吃刀量ap 背吃刀量ap 要根据实际加工和刀具的性能进行进行设定。如果ap 选择过大，铣刀在切削时切削层较厚，会导致一些不好的情况发生，轻则机床振动，加工工件表面粗糙，工件精度降低，重则刀具损坏导致安全事故的发生。如果选择过小，工件的精度可以保证，但加工速率变慢，影响企业的生产效率。根据前辈的经验和查阅相关参数资料，在粗加工时规定铣削的ap不高于刀具半径大小，通常情况下，不高于7mm,从而保证铣削时的安全在精加工时，为了提高工件表面的光滑程度和保证工件要求的精度，选择ap 的大小范围是0.050.3mm。另外，端铣刀在粗加工时ap 取值范围是25mm, 精加工大概是0.10.50mm14。最终确定：ap4mm。6)铣削宽度aw铣削宽度aw对于端铣刀来说是表示垂直于刀具轴线切除的尺寸大小,刀具在一次进给中所切掉的工件表层的宽度值。一般确定ap 的大小为刀具外径的一半左右。最终确定：aw39mm。7)摩擦因数 可以查阅相关的资料，摩擦因数由夹具和所加工零件表面不同的光整程度进行确定。没有经过加工的的粗糙表面的摩擦因数取值较大，表面比较光滑的夹具或者是工件的摩擦因数就取较小值。 8)安全系数总的安全系数由考虑各种因素所需的安全系数来决定，计算式为:查阅相系数相关资料，根据实际的生产条件确定各自的取值为：=1.5 ，其它因素系数都取1.0。计算结果：=1.51.01.01.01.01.0=1.5 式(4-3）铣削力： =737.988n =75.3kg 。 式(4-4）4.5夹紧力的计算工件以v形块定位，压板夹紧时，工件在钻孔和铣扁时承受切削转矩及轴向力，根据现代夹具手册，为了防止工件在切削转矩（n.m）的作用下因为打滑而转动需要的夹紧力为13： （n） 式(4-5）为了防止工件在轴向力p（n）的作用下打滑而使工件轴向移动所需要的夹紧力为： 式(4-6） 在取q的数值时，应该根据上述式子计算中取较大的值。当转向节加工一个孔之后再旋转90，钻削另一个孔时，那么此时工件应该承受侧向切削力。在侧向切削力p（n）的作用下，为防止工件从v形块斜面滑落，所需要的夹紧力计算公式为：（n） 式(4-7）、分别为相关摩擦因数，根据查阅资料，夹具和工件的接触面间都是加工过的光整的面16，摩擦因数为0.150.25，取=0.2。当在工件d=50mm处时，=143.5n =3475.3n =1666.5n； 式(4-8）当在工件d=70mm处时，=130n =3475.3n =1666.5n。 式(4-9）综合考虑，取夹紧力所需最大值3475.3n 。动力源部分、控制部分以及辅助装置在之前机床和回转工作台选择之后都有现成的部件，而定位部分也选择了v形块和定位销，下面主要对液压系统执行元件液压缸进行计算和选择。4.6液压缸的设计于液压缸的选择理论上大多数情况下尽可能选择市面上有的或者向一些液压件工厂订购17，少数的情况下需要设计人员进行自行设计，但大部分已经标准化的液压缸行程较长，体积偏大以及活塞杆推力的大小并不是完全适合实际夹具上用，针对转向节的结构特点和所要加工的特点以及所需夹紧力的要求，选择合适的液压缸18.液压缸的主要参数计算如下：因为所要求的液压缸功能主要为升降、夹紧，因此，选择的油缸类型为简单实用的往复活塞式液压缸。推力工作时缸径d=， 式(4-10）拉力工作时缸径d= 式(4-11）其中，活塞最大作用力（n）19，沿活塞运动方向的夹紧力（或力矩）要求的作用总和，n；夹紧部件运动部分的摩擦阻力总和，n；液压缸密封装置摩擦阻力；回油腔作用力；运动部件惯性力。近似计算公式： 。 式(4-12） 式中，考虑各损失的效率，通常取=0.70.95，取0.9，则=3861.4n；液压缸工作压力（mpa）,夹紧液压缸一般取1.55.0mpa，经过分析，选取2mpa； 活塞杆（m）,2mpa，=（0.20.4d；=25mpa，=0.5d；=510mpa，=0.7d。式中，推力工作时缸径为d=1.13=4.965cm=49.65mm；拉力工作时缸径为d=0.5m=50mm。 式(4-13）通过以上理论计算，根据现有的液压缸产品，选择直径为50mm的转角液压缸。选用的夹紧转角液压缸结构如图4.1所示，液压缸的基本参数如表4-3所示。图4.1 转角液压缸结构表4-3液压缸的基本参数参数尺寸油缸内径(mm)50活塞杆径(mm)28转角行程(mm)13垂直行程 标准/加长(mm)17/34受压面积 拉入/推出(cm)13.47/19.63理论夹持力 (30kg/cm)404使用流体已滤清的标准也液压油最大操作压力100kg/cm操作压力范围5-70kg/cm转角方向顺时针为右转r、逆时针为左转l转角角度标准角度90选择角度0、45、60作动方式复动式4.7液压油路连接及控制根据实际情况综合考虑，采用内油路连接。 因为液压缸在夹紧时，液压油回路所需压力低于进给液压系统压力，因此在供油路上可以串连一个减压阀20。另外，为了避免主系统压力在快速升降时降低从而影响夹紧系统的压力，因此连接减压阀之后在安装单项作用阀。液压缸按照夹持进油孔和放松孔连接到整个油路系统中去。因为选用了两个有液压缸对转向节进行夹紧，所以将两个液压缸并联连接到油路中去。因为所选的液压缸的有效工作面积相同，所以可以实现同步运作21。此类回路允许比较大的偏载，因为偏载的原因造成的压差不影响流量的改变，只会导致微量的压缩和泄漏，同步精度较高，回路效率也比较高。液压原理如图4.2所示。图4.2液压控制原理图在图4.2中，1溢流阀；2电磁换向阀；3，4夹紧液压缸。电磁换向阀为常闭模式。当启动开关后，使电磁铁2y得电，液压油从右端端通过油管进入到两个液压缸，使得活塞下降对工件进行夹紧。当工件加工完毕之后，接通电磁铁1y使得液压油从左端进入液压缸，从而使液压缸活塞上升操作，达到松开工件的目的。4.8夹具连接件和紧固件的选用参照国家标准库里的现有的，选取合适的螺栓、螺钉、螺母、垫圈等紧固件和连接件22。根据实际情况，选用gb70.1-2000，选择m860，m1050 m1660，m2050的内六方圆柱头螺钉。4.9钻十字孔、铣扁工序内容工序05：铣扁；工序10：钻孔26.5mm；工序15：手动清理毛刺。4.10整个夹具体的三维装配图所设计夹具体的三维总装配图如图4.3所示。（a）总装配图（b）局部细节转配图图4.3 夹具体总装配图结论 本课题所设计的转向节自动工装方案，能够用于企业实际加工生产的参考。随着科学技术的迅猛发展，自动化设备、自动化技术是未来发展的趋势23。目前设计的内容，只能做到人工装夹，手动定位，自动夹紧。针对此次课题，如果能够实现自动装夹，自动定位，自动夹紧，那么生产效率会大大的提高，工人的劳动强度会大幅降低，技术人员所做的只是进行按命令按钮的操作，我相信未来工业会实现的24。在转向节钻十字孔自动工装设计中，主要设计的内容有：1）机床、工作台的选用；2）定位元件的选用和设计，主要有v形块、定位插销；3）钻削力、铣削力，夹紧力的相关计算；4）夹紧装置的选用和设计，主要有夹紧液压缸，压板；5）液压油路的设计。参考文献1 桑瑶烁,汪韶杰,李旗号.整体式汽车转向节夹具结构设计j.组合机床与自动化加 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