转向节加工工艺及夹具设计

1、.转向节加工工艺及夹具设计学生：学生学号：院（系）：年级专业：指导教师：二一二年四月.摘要本次设计是对转向节的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。转向节零件的主要加工表面是转向节轴表面，端面，主销孔及键槽加工。由加工工艺原则可知，为了保证零件的精度，同时节约成本縮短加工周期提高生产效率。 那么一个良好的工艺安排以及专用夹具的设计必不可少。 在工艺的安排下不紧考虑合理的加工要求，还要考虑操作者及加工机械的安全。 同时夹具的设计也要考虑拆卸的方便及安全。设计一个良好的工艺工装安排路线必须对加工件的详细分析及周密考虑后才能得出。 所以分析问题是解决问题的关键。同时还要反复的调整。来寻求一个最好的方

2、案。 这样才能保证工件的加工精度及生产节拍。关键词转向节，加工工艺，专用夹具.ABSTRACTThe design of the steering knuckle of the processing order of theprocesses and some special fixture design. Steering knuckle parts ofthe main surface is a knuckle spindle surface, surface, the main pinhole and keyway. By the principle known processing,

3、in order toensure the accuracy of the parts, at the same time, save cost shortenthe processing cycle to improve productionefficiency. So a goodprocess arrangementand special fixturedesignessential. In theprocessofarrangementisnottightreasonableprocessingrequirements,butalsoconsidertheoperatorandproc

4、essingmachinery safety. At the same time the fixture design also considerremoving the convenience and safety. The design of a good toolingarrangement route must to process a detailed analysis and carefulconsideration can reach. So the analysis of a problem is the key. Atthe same time, repeated adjus

5、tment. To seek a better solution. Inorder to ensure the machining precision of the workpiece and theproduction rhythm.Key words ： Steering knuckle ,Process of the craft,special fixture.目录摘要 .ABSTRACT.II目录 .11 绪论.12转向节加工工艺规程设计 .32.1零件的分析 .32.1.1零件的作用 .32.1.2零件的工艺分析 .32.2工艺过程设计所应采取的相应措施.42.3转向节加工定位基准的

6、选择.42.3.1确定毛坯的制造形式 .42.3.2粗基准的选择 .42.3.3精基准的选择 .52.4工艺路线的制定 .52.4.1工艺方案一 .52.4.2工艺方案二 .62.4.3工艺方案的比较与分析 .62.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.72.6确定切削用量及基本工时（机动时间）.82.7时间定额计算及生产安排 .232.8本章小结 .263 拉削转向节 ?41 主销孔夹具设计 .273.1拉削转向节 ?41 主销孔夹具设计 .273.2定位方案的分析和定位基准的选择.273.3拉削力与夹紧力计算 .283.4底座设计 .283.5夹具精度分析 .28.3.6本章小结 .2

7、94 钻 2- ?14.5 及 4- ?16 夹具设计 .304.1钻 2- ?14.5 及 4- ?16 夹具设计 .304.2定位方案的分析和定位基准的选择.304.3钻削力与夹紧力计算 .314.4V 型块与本体的设计 .314.5夹具精度分析 .324.6本章小结 .32.5 铣主销孔外侧面夹具设计 .335.1铣主销孔外侧面夹具设计 .335.2定位方案的分析和定位基准的选择.335.3铣削力与夹紧力计算 .345.4底座的设计 .345.5夹具精度分析 .355.6本章小结 .35.结论.36参 考 文 献 .37致.38.1绪论机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后

8、， 进行的一次理论联系实际的综合运用， 使我对专业知识、 技能有了进一步的提高， 为以后从事专业技术的工作打下基础。 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劳动生产率， 保证和提高加工精度， 降低生产成本等， 还可以扩大机床的使用围， 从而使产品在保证精度的前提下提高效率、 降低

9、成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求 ,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。夹具从产生到现在， 大约可以分为三个阶段： 第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具， 是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。 人们越来越认识到， 夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系， 所以对夹具引起了重视； 第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、

10、夹紧等主要问题 ,设计人员一般都会考虑的比较周全， 但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题， 这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便， 甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下： 清根问题在设计端面和孔定位的夹具时， 会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。 端面和定位外圆分为两体时无此问题 ,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位孔孔口倒角较小或无倒角 ,则必须清根 ,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角 R。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具 (如铣刀、砂轮等 )

11、加工的夹具时，会存在让刀问题。 设计这类夹具时， 应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后， 铣刀或砂轮的退刀位置， 其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小， 留出超过刀具半径的尺寸位置即可。 更换问题在设计加工结构相同或相似， 尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本 ,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，.使多品种，中小批生产作为机械生产的主流， 为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。 在今后的发展过程中， 应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成

12、组夹具。 在机床技术向高速、 高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下， 夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。.2 转向节加工工艺规程设计2.1 零件的分析零件的作用题目给出的零件是转向节。 是汽车转向系统里的一个重要零件。使汽车获得获得正常的灵活转向。 该零件受到变载荷的弯曲变应力作用。又承受一定的冲击载荷和微小的扭力转矩。 转向节上的注销孔中心线与节轴的中心线垂线有9 度的偏角。使拐弯灵活方便，安全可靠。中心孔大最中心孔所指区中频淬火技术要求1 调质处理后表面硬度为.2 未注明处粗糙度为 12.8.3未注明处圆角半径为 3-5.4未注明处倒角为245 ° .5机械

13、加工未注尺寸偏差处精度为12.转向节转向节零件图转向审 核工 艺图 2.1 零件图零件的工艺分析由转向节零件图知可将其分为 3 组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以主销孔 ?41 孔中心的一组加工面。包括上主销孔， ?67 孔， 225 外两平面，侧面。及 4-M6 螺纹孔。（2）以节轴两顶尖孔为中心的一组加工面， 包括节轴各部尺寸， M26 螺纹，?40， ?55，?85 及上下端面， 4?16 及 2?14.5 孔（3）以主销孔附近的键槽为中心的一组加工面。包括锥孔，键槽，及注油孔。以上各部分要求有：.1. 两主销孔轴线与轴线的垂线有 9 度的要求。且要求拉削加工。

14、 ?67 孔表面有垂直度要求。2. 节轴左端各部分要求与中心孔轴线同轴度为 0.01。端面垂直度0.03-0.05 ，且粗糙度为 0.8.需要磨削。2.2 工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。 该零件的主要加工表面是平面及孔系。 一般来说， 保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。 因此，对于该零件来说， 加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度， 处理好孔和平面之间的相互关系。该类零件的加工应遵循先面后孔的原则： 即先加工零件的基准平面， 以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。夹紧座的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大， 用平面定位可

15、以确位可靠夹紧牢固， 因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。 为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。转向节的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则， 将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。由于转向节的生产量很大。 怎样满足后转向节生产率要求也是过程中的主要考虑因素。2.3 转向节加工定位基准的选择确定毛坯的制造形式零件材料为 40Cr。由于产量已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这对提高生产效率，保证加工质量也是有利的。粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（ 1） 粗基准的选择应以加

16、工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。 如果工件上表面上有好几个不需加工的表面， 则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（ 2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。 因而在加工时选择导轨面作为粗基准， 加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。 这样就能保证均匀地去掉较少的余.量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（ 3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（ 4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为

17、粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（ 5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。为了满足上述要求，基准选择以转向节主销孔底端面及节轴端面作为粗基准，加工节轴两个中心孔和节轴端面。 在以两中心孔定位。 粗精车及磨削节轴外圆及端面。后面的工序都是以节轴的外圆和端面为主要定位基准加工出来的精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。2.4 工艺路线的制定由于生产类型为大批生产， 应尽量使工序集中来提高生产率， 除此之外，还应降低生

18、产成本。工艺方案一表 2.1工艺方案一表工序 1：备料，模锻毛坯工序 2：毛坯正火工序 3：铣转向节轴端面及钻两个中心孔工序 4粗车转向节轴各部外圆端面及退刀槽工序 5：调质处理 180-220工序 6：精车 ?26，半精车 ?40， ?55，, ?85 及上下端面，车 M26 螺纹工序 7：磨削 ?40，?55，, ?85 及上下端面工序 8：铣主销孔外侧两端面到225工序 9：铣主销孔侧两端面工序 10铣两个带键槽孔上下端面工序 11：粗钻 ?41 主销孔，锪 ?67 孔，钻 4-M6 螺纹孔工序 12：钻锥孔， 2-M6 注油底孔及螺纹孔工序 13：钻 2- ?14.5 及 4- ?16

19、 孔.工序 14：拉削 ?41 主销孔工序 15拉削锥孔键槽工序 16：拉削锥孔键槽工序 17：检查外观缺陷，清洗包装工艺方案二表 2.2工艺方案二表工序 1：备料，模锻毛坯工序 2：毛坯正火工序 3：铣转向节轴端面及钻两个中心孔工序 4：铣主销孔外侧两端面到225工序 5：铣主销孔侧两端面工序 6：粗钻 ?41 主销孔，锪 ?67 孔，钻 4-M6 螺纹孔工序 7：钻锥孔， 2-M6 注油底孔及螺纹孔工序 8：钻 2- ?14.5 及 4- ?16 孔工序 9：铣两个带键槽孔上下端面工序 10拉削 ?41 主销孔工序 11：拉削锥孔键槽工序 12：拉削锥孔键槽工序 13：调质处理 180-2

20、20工序 14：粗车转向节轴各部外圆端面及退刀槽工序 15精车 ?26，半精车 ?40， ?55，, ?85 及上下端面，车 M26 螺纹工序 16：磨削 ?40，?55，, ?85 及上下端面工序 17：检查外观缺陷，清洗包装工艺方案的比较与分析第一套方案工序相对集中， 而第二套方案工序相对分散。 第一套方案有如下优点 ;有利于采用高生产率的专用设备和工艺装备，可以大大提高生存率。减少工序数目。縮短工艺路线，从而简化生产计划和组织工作。减少设备的数目，从而减少了生产面积。 减少工件的安装次数， 不仅縮短了辅助时间， 而且由于安装加工多个表面，容易保证这些表面的相对位置的精度综上所述，所以合理

21、加工艺应选方案一。.2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“转向节”零件材料为40Cr，硬度 HBS 为 180 220，生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：(1) 铣转向节轴端面及钻两个中心孔由工艺简明查得转向节节轴端面单边余量 2.5 3.2mm.端. 确定工序尺寸及余量为： Z=2.5 mm(2) 粗车转向节轴各部外圆端面及退刀槽由工艺简明 查得转向节节轴端面单边余量 2.53.2mm.端 .直径方向单边余量为 2.5-3mm. 确定工序尺寸及余量为： 2Z=5 mm(3) 精车 ?26，半精车

22、 ?40，?55， , ?85 及上下端面，车 M26 螺纹考虑其加工面最高表面粗糙度要求为Ra0.8um，同轴度 0.01，垂直度0.03-0.05, 后面的工序在精磨。 根据机械加工工艺手册 表 2.3-5 ，取 2Z=1 mm 已能满足要求。（ 4）磨削 ?40，?55，, ?85 及上下端面考虑其加工面最高表面粗糙度要求为 Ra0.8um，同轴度 0.01，垂直度 0.03-0.05, 后面的工序在精磨。 根据机械加工工艺手册 表 2.3-5 ，取 2Z=0.5 mm 已能满足要求。(5) 铣主销孔外侧两端面到 225由工艺简明查得转向节端面单边余量 2.53.2mm. 确定工序尺寸及

23、余量为： 2Z=5 mm(6) 铣主销孔侧两端面由工艺简明查得转向节端面单边余量2.53.2mm. 确定工序尺寸及余量为：2Z=5 mm(7) 铣两个带键槽孔上下端面由工艺简明查得转向节端面单边余量2.53.2mm. 确定工序尺寸及余量为：2Z=5 mm(8) 粗钻 ?41 主销孔，锪 ?67 孔，钻 4-M6 螺纹孔根据机械加工工艺手册表 2.3-5 ，粗钻 ?41 孔： 2Z=39.5mm锪 ?67 孔： 2Z=67 39.5=27.5mm钻 M6 底孔： 2Z5.5mm攻 M6： 2Z=0.5mm.(9)钻锥孔， 2-M6 注油底孔及螺纹孔根据机械加工工艺手册表2.3-5 ，钻 M6 底

24、孔： 2Z5.5mm攻 M6： 2Z=0.5mm（10）钻 2- ?14.5 及 4- ?16 孔根据机械加工工艺手册表2.3-5 ，钻 ?14.5 孔： 2Z14.5mm钻 ?16 孔： 2Z16mm(11) 拉削 ?41 主销孔根据机械加工工艺手册表 2.3-5 ，拉削 ?41 孔： 2Z1mm2.6 确定切削用量及基本工时（机动时间）工序 30：铣转向节轴端面及钻两个中心孔机床：铣端面钻中心孔机床XZ21.4刀具： YT15 75o 端面铣刀 D=100mm Z=51.铣端面铣削深度 aw ： aw =2.5mm每齿进给量 a f ：根据机械加工工艺师手册表30-13 ，取 a f 0.

25、08 mm / Z铣削速度 V ：参照机械加工工艺师手册 表 30-23 ，取 V(55 120) m / min ，1000V式（ 2-1 ）机床主轴转速 n ： nd0取 V =100, d0 =100 代入公式（ 2-1 ）得：1000100318.47 r / minn1003.1411-4 ，取 n 300r / min根据机械加工工艺师手册表实际铣削速度d0n3.14100 300V ： V94.2m / min10001000工作台每分进给量 fm ： fmfz znw式（ 2-2 ）取 fz = a f0.08 ， Z 5， nw = n300 代入公式（ 2-2 ）得：fm0

26、.085300 120mm/ min取 fm120mm / min根据机械加工工艺手册被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知l=31刀具切入长度 l1 ： l1 =7刀具切出长度 l 2 ： l22mm.走刀次数为 1ll1l 2式（ 2-3 ）机动时间 t j1 ： t j1fm取 l=31,l1 =7 l 2 2, f m120代入公式（ 2-3）得：t j1 =(31+7+2)/120=0.33min2.钻中心孔1) 进给量 f ：根据 3 表 2.4-39 ，其取值围为 f 0.23 0.25mm / r ，取f 0.25mm / r2) 切削速度 V ：参照 3 表 2.4-41 ，取

27、V0.43m / s3) 机床主轴转速 n ： n1000V10000.4360dW3.141133r / min ，取7.25n1150r / minV切削速度dw钻头直径实际切削速度 V ： VdW n3.146 8001000100015.072m / min4) 被切削层长度 l ： l 9mm刀具切入长度 l1 ： l1D(1 2)6ctgk rctg120 1 2.72mm22刀具切出长度 l 2 ： l 20走刀次数为 1ll1l292.720.21min机动时间 t j 2 ： t j 2fn11500.05故本工序的机加工时间为 tj=2( t j1 +t j 2 )=(0.

28、33+0.25)=0.58min工序 40：粗车转向节轴各部外圆端面及退刀槽机床：欧式车床C6140刀具：硬质合金车刀，切槽刀(1)粗车 ?26，?40 ，?55，?85 外圆：根据机械加工工艺手册表2.43 查的进给量 f=0.7mm/r , 单边切削深度为 2.5-1=1.5mm ，由各节轴加工时间较短，故节轴平均直径取d0=(27+41.5+56.5+86.5)/4=52.875走到次数1车削根据机械加工工艺手册表2.49 切削速度 V=2.26m/s.1000V10002.2660根据机床主轴转速 n ： nd03.14816.3r / min ，取52.875n 800r / min

29、实际车削速度Vd0n3.14 52.875 800： V1000602.21m / s1000进给量 f1 fn0.78009.33mm / s60l1 210mml 24mm l34mmL 210+4+4=218mm218t j11 0.39min0.7800(2)粗车端面：根据机械加工工艺手册表2.43 查的进给量 f=0.7mm, 深度为2.5-1=1.5mm走到次数 1车削根据机械加工工艺手册表2.49 切削速度 V=2.26m/s根据机床主轴转速 n ： n1000V10002.2660d03.14140308.5r / min ，取n 300r / min实际车削速度 V ： Vd

30、0n 3.141403002.19m / s1000100060进给量 f10.73003.5mm / sfn60l1(14055) / 2 42.5mml24mml30mmL42.5+4=46.5mmt j 246.510.22min0.7300(3)车退刀槽：根据机械加工工艺手册表2.4 3 查的进给量 f=0.3mm, 深度为2.5-1=1.5mm.走到次数1车削根据机械加工工艺手册表2.49 切削速度 V=0.5m/s根据机床主轴转速 n ： n1000V10000.560d03.14 27353.85r / min ，取n 350r / min实际车削速度 V ： Vd0 n3.14

31、273500.494m/ s1000601000进给量 f1fn0.3 3501.75mm/ s60l1 (2723)/22mml24mml 30mmL 2+4=6mmt j 360.31 0.07min300故本工序总的机加工时间为t j=( t j1 + t j 2 + t j 3 )=(0.39+0.22+0.07)=0.68min工序 60：精车 ?26，半精车 ?40，?55， ?85 及上下端面，车M26 螺纹机床：欧式车床C6140刀具：高速成型车刀，车M26 螺纹刀（ 1）精车 ?26，半精车 ?40， ?55，, ?85：根据机械加工工艺手册表2.43 查的进给量 f=0.3mm/r , 单边切削深