轉(zhuǎn)向節(jié)鉆十字孔工序自動(dòng)工裝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

山東英才學(xué)院 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題目：轉(zhuǎn)向節(jié)鉆十字孔工序自動(dòng)工裝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 許永強(qiáng) 學(xué) 院 機(jī)械制造及自動(dòng)化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 201101020004 校外指導(dǎo)教師 張 昂 校內(nèi)指導(dǎo)教師 周春梅 2015年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本研究做出過重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明并表示了謝意。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密，在_年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密。（請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）論文作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 轉(zhuǎn)向節(jié)簡介11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3 選題目的和意義22自動(dòng)工裝分析32.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書32.2 轉(zhuǎn)向節(jié)整體加工工藝分析32.2.1 轉(zhuǎn)向節(jié)的毛坯材料和加工制造方法32.2.2 轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)32.2.3 轉(zhuǎn)向節(jié)的機(jī)械加工部分32.3 自動(dòng)工裝方案的確定43 工裝總方案設(shè)計(jì)63.1 機(jī)床的選擇63.2 伺服回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的選擇63.3 工藝裝備的選擇73.4 定位元件的選擇73.4.1 定位原則73.4.2 v形塊的設(shè)計(jì)83.4.3 定位插銷的設(shè)計(jì)94夾緊方案設(shè)計(jì)124.1 夾緊裝置的選擇原則124.2 液壓夾緊夾具的特點(diǎn)124.3 夾具液壓夾緊系統(tǒng)的構(gòu)成部分及功能124.4 加工零件刀具的選用及相關(guān)刀具切削力的計(jì)算134.5 夾緊力的計(jì)算164.6 液壓缸的設(shè)計(jì)174.7 液壓油路連接及控制194.8 夾具連接件和緊固件的選用194.9 鉆十字孔、銑扁工序內(nèi)容194.10 整個(gè)夾具體的三維裝配圖20結(jié)論21參考文獻(xiàn)22致 謝24山東英才學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)轉(zhuǎn)向節(jié)鉆十字孔工序自動(dòng)工裝設(shè)計(jì)摘 要：轉(zhuǎn)向節(jié)是重型卡車的關(guān)鍵部件零件，在卡車行駛轉(zhuǎn)向過程中起著很重要的作用。針對重型卡車轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工精度要求高，生產(chǎn)批量大等特點(diǎn),對重型卡車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝問題進(jìn)行了分析探究。針對加工轉(zhuǎn)向節(jié)過程中鉆十字孔和銑扁這兩道工序設(shè)計(jì)了一套在立式加工中心上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工裝的夾具，改變目前原有的傳統(tǒng)加工內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工裝的效果。另外， 為了達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需要的安全高效、高穩(wěn)定性、高精度的要求，需要對夾具的夾緊力以及定位誤差進(jìn)行計(jì)算。所設(shè)計(jì)出的夾具能夠節(jié)約勞動(dòng)時(shí)間，提高了該轉(zhuǎn)向節(jié)的生產(chǎn)效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)節(jié)約成本。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向節(jié)；十字孔；自動(dòng)工裝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 緒論1.1轉(zhuǎn)向節(jié)簡介轉(zhuǎn)向節(jié)是重型卡車的關(guān)鍵部件零件，車輛在行駛轉(zhuǎn)向過程中起著很重要的作用。轉(zhuǎn)向節(jié)主要是實(shí)現(xiàn)前輪的支撐和轉(zhuǎn)向作用，在整個(gè)轉(zhuǎn)向橋部件中，它的負(fù)載主要來源于卡車整個(gè)卡車前部。另外，轉(zhuǎn)向節(jié)由于卡車的震動(dòng)和其他因素，在卡車行駛狀態(tài)下會(huì)受到受到很大而且隨時(shí)變化的沖擊載荷，在卡車行駛過程中的安全性能顯得極其重要，所以在轉(zhuǎn)向節(jié)加工材料強(qiáng)度方面具有較高的要求。目前的汽車行業(yè)按照不同節(jié)體和輪軸的組合方式，可以分為例如重型卡車上的整體式和例如轎車上的的分體式轉(zhuǎn)向節(jié)1。由于轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，生產(chǎn)制造時(shí)的精度很高，加工的時(shí)候難以精確的定位，所以需要設(shè)計(jì)的自動(dòng)工裝可以實(shí)現(xiàn)在加工工件時(shí)的能夠準(zhǔn)確定位和自動(dòng)夾緊。本次課題主要是重型卡車的轉(zhuǎn)向節(jié)，設(shè)計(jì)在加工轉(zhuǎn)向節(jié)工序中集鉆十字孔、銑扁為一體的自動(dòng)工裝。如圖1.1所示。 圖1.1 整體式轉(zhuǎn)向節(jié)1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對于汽車轉(zhuǎn)向節(jié)來說，國外汽車工業(yè)基礎(chǔ)好，自動(dòng)化成程度發(fā)達(dá)，在轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)中普遍都有一套自動(dòng)化生產(chǎn)工序。在轉(zhuǎn)向節(jié)鉆十字孔工序中，國外自動(dòng)化程度高，擺脫了傳統(tǒng)的手工操作，采用自動(dòng)化程度較高，精度較高的液壓夾具。國外某些公司加工轉(zhuǎn)向節(jié)采用組專機(jī)與自動(dòng)線相結(jié)合而且加上先進(jìn)檢測手段。 在國內(nèi)，例如目前國內(nèi)較為領(lǐng)先的中國重汽集團(tuán)在鉆轉(zhuǎn)向節(jié)十字孔工序中仍然采用傳統(tǒng)的手工操作，利用v形塊、固定鉆套、鉆模板壓板、拔插銷以及支撐釘進(jìn)行定位安裝，由人工在搖臂鉆床上進(jìn)行鉆孔加工，鉆好一個(gè)孔再通過人工翻轉(zhuǎn)工件90鉆孔，鉆孔完畢之后再卸下工件到銑床上進(jìn)行銑扁操作，共計(jì)裝夾工件三次，耗時(shí)耗力，勞動(dòng)效率低下，這樣進(jìn)行精度也不會(huì)太高，不符合當(dāng)今自動(dòng)化程度高的時(shí)代要求。1.3 選題目的和意義以科學(xué)發(fā)展觀，改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的角度考慮，我國轉(zhuǎn)向節(jié)鉆十字孔主要是以人工手動(dòng)操作，勞動(dòng)效率低下，所以設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化程度高勞動(dòng)效率高的夾具是很有必要的，將傳統(tǒng)的手工加工轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱詣?dòng)或者全自動(dòng)的加工。我們初步設(shè)計(jì)一套液壓夾具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊，但鉆十字孔工裝設(shè)計(jì)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)方案仍需進(jìn)一步深入研究分析。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以使我們應(yīng)屆畢業(yè)生將理論知識(shí)和企業(yè)的實(shí)際情況結(jié)合起來，為以后的工作打下基礎(chǔ)。2自動(dòng)工裝分析2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書1）加工件材料成分：42crmo-gb3077，力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度880-1030 mpa；2）加工設(shè)備：立式加工中心；3）要求夾具能實(shí)現(xiàn)十字孔、銑扁的加工，夾具能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊；4）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及加工內(nèi)容：見圖紙；5）年生產(chǎn)綱領(lǐng)：根據(jù)企業(yè)實(shí)際的要求，3萬件。2.2 轉(zhuǎn)向節(jié)整體加工工藝分析2.2.1 轉(zhuǎn)向節(jié)的毛坯材料和加工制造方法由于轉(zhuǎn)向節(jié)的空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對于它所承受的強(qiáng)度要求很高，一般企業(yè)都會(huì)采用40crmn合金結(jié)構(gòu)鋼通過模鍛的加工方法進(jìn)行制造。模鍛毛坯從加工精度來說精度比較高，在進(jìn)行粗加工時(shí)所要切削的余量較小，企業(yè)生產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)效率也比較高。并且一些金屬在進(jìn)行模鍛之后，工件的材料纖維的緊密排列使得工件的強(qiáng)度增大，使轉(zhuǎn)向節(jié)能夠在車輛行駛狀態(tài)下達(dá)到足夠的強(qiáng)度，保證安全、穩(wěn)定。轉(zhuǎn)向節(jié)毛坯的加工鍛造工藝主要由劈叉、拔桿、預(yù)鍛、終鍛等工序組成，重汽鑄造就是采用該鍛造工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造生產(chǎn)。2.2.2 轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)重型卡車的結(jié)構(gòu)為整體式。整體式顧名思義，就是節(jié)體和輪軸組成為一個(gè)整體，它的毛坯也是通過鍛造工藝進(jìn)行制造的。2.2.3 轉(zhuǎn)向節(jié)的機(jī)械加工部分轉(zhuǎn)向節(jié)的主要加工部分為：轉(zhuǎn)向節(jié)的桿部、法蘭盤以及叉部的加工2。1）轉(zhuǎn)向節(jié)桿部加工以中心孔定位，主要是車削和磨削加工，磨削是加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部的關(guān)鍵工序。2）對于法蘭盤加工工序主要是制動(dòng)器安裝孔的加工，目的是要要保證它的位置度，于此同時(shí)還要將加工效率考慮在內(nèi)。3）叉部部分是加工轉(zhuǎn)向節(jié)的重要工序，通常情況下采取兩銷一面的進(jìn)行定位，在加工過程中確保主銷孔的同軸度，以及主銷孔與內(nèi)端面的垂直度3，是選擇機(jī)床型號(hào)的關(guān)鍵。絕大部分轉(zhuǎn)向節(jié)在此部位還有橫拉桿裝配用的錐孔，這又加大了加工叉部難度，錐孔加工難度較大，是許多國內(nèi)企業(yè)難以達(dá)到100%合格率的工序內(nèi)容，早期的轉(zhuǎn)向節(jié)失效類型就是在此工序內(nèi)發(fā)生的。4）轉(zhuǎn)向節(jié)桿部的熱處理主要目的是增加桿部的強(qiáng)度，從而提高轉(zhuǎn)向節(jié)的使用壽命。對于絕大多數(shù)類型的轉(zhuǎn)向節(jié)都有這方面的技術(shù)要求，通常采用的熱處理方式為滾壓和中頻淬火，可以消除桿部表面的殘余壓應(yīng)力，提高產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度。在國內(nèi)，對滾壓工序要求不高，中頻淬火是熱處理中的重點(diǎn)步驟，尤其是感應(yīng)器的設(shè)計(jì)和制造，顯得格外重要。目前，國內(nèi)一些企業(yè)針對此問題已經(jīng)有了解決的方法。5)主銷孔壓裝襯套后的加工，轉(zhuǎn)向節(jié)壓裝后要不要求加工取決于企業(yè)各自的實(shí)際生產(chǎn)模式。但是從裝配角度來說，壓裝后加工更有利于裝配，否則影響轉(zhuǎn)向的靈活性。例如中國重汽對于壓裝襯套的加工是有的。6)如果細(xì)化轉(zhuǎn)向節(jié)的加工內(nèi)容主要有：半精車外圓及端面粗車外圓及端面鍛造轉(zhuǎn)向節(jié)毛坯鉆中心孔粗鍛鏜孔及銑端面精車外圓及端面鉆主銷孔鉆眼睛孔探傷銑扁、鉆十字孔以上就是轉(zhuǎn)向節(jié)基本的加工步驟，但是企業(yè)實(shí)際的轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)不完全一樣，在某些工藝上會(huì)有不同程度的區(qū)別4。在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，加工設(shè)備的選擇對整個(gè)工藝的影響還是比較大，因?yàn)榧庸ぴO(shè)備牽扯到加工零件的精度和效率等因素。所以，具體工藝內(nèi)容應(yīng)改根據(jù)企業(yè)規(guī)定的生產(chǎn)綱領(lǐng)和可供選擇的設(shè)備來制訂。本文是針對桿部加工工藝過程中鉆十字孔和銑扁兩道工序內(nèi)容設(shè)計(jì)一套符合實(shí)際生產(chǎn)的一套自動(dòng)化夾具。所設(shè)計(jì)的夾具將改變現(xiàn)有的重汽傳統(tǒng)手動(dòng)裝夾，將在搖臂鉆床和普通立式銑床的加工內(nèi)容綜合到自動(dòng)化程度較高、精度較高立式加工中心上。針對目前狀況，本文通過探索設(shè)計(jì)出通過一次裝夾，自動(dòng)加緊，能夠?qū)崿F(xiàn)完成鉆十字孔、銑扁兩道工序的自動(dòng)化程度較高的液壓夾具5。2.3 自動(dòng)工裝方案的確定在對轉(zhuǎn)向節(jié)空間結(jié)構(gòu)和所要加工的內(nèi)容進(jìn)行分析后，我們將改變傳統(tǒng)的手動(dòng)加工模式，采用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行加工生產(chǎn)。首先考慮的夾具方案，是利用兩個(gè)杠桿支架支撐整個(gè)夾具體和工件，在機(jī)床上鉆好一個(gè)直徑為6.5mm的孔之后，再通過杠桿之間的轉(zhuǎn)軸使工件和夾具體翻轉(zhuǎn)90，完成鉆十字孔的工序要求。機(jī)床進(jìn)行換刀操作之后，在完成銑扁的工序。通過研究分析，該裝置需要有多個(gè)傳感器進(jìn)行配合控制，傳感元件的選擇和安裝難度較大。再者，此方案整個(gè)夾具體穩(wěn)定性較差，精度較為難以控制，所以考慮下面的另一種方案。第二種方案，采用兩個(gè)短v形塊限制零件的四個(gè)自由度，在主銷孔插入定位銷限制剩下的自由度，使零件實(shí)現(xiàn)全定位。再利用夾緊液壓缸帶動(dòng)壓板，從而工件被夾緊。在立式加工中心上選用直徑為80mm的端銑刀進(jìn)行銑扁加工。銑扁工序完成之后，按下立式加工中心進(jìn)行換刀按鈕，將銑刀切換成麻花鉆。麻花鉆鉆好一個(gè)直徑6.5mm的孔之后，按下回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)按鈕，使整個(gè)夾具體和加工零件翻轉(zhuǎn)90，再進(jìn)行另一個(gè)孔的加工，從而完成鉆十字孔工序。在銑扁和鉆十字孔兩道工序之間，只有一次工件裝夾操作，從企業(yè)長遠(yuǎn)角度來看，減少了不必要的勞動(dòng)時(shí)間，提高了勞動(dòng)效率，也確保了工件的精度要求。3 工裝總方案設(shè)計(jì)3.1 機(jī)床的選擇機(jī)床的選擇原則：1）所選機(jī)床的尺寸符合所加工的零件的尺寸原則；2）所選機(jī)床的精度要符合加工零件精度；3）如果所加工的零件沒有現(xiàn)有的設(shè)備選取時(shí)，可以對現(xiàn)有的機(jī)床進(jìn)行改造；4）從成本考慮，如果能滿足生產(chǎn)效率和精度，選用價(jià)格便宜的機(jī)床。目前，例如中國重汽的國內(nèi)企業(yè)還在使用著搖臂鉆床傳統(tǒng)加工機(jī)床。我們需要在自動(dòng)化程較高，加工精度較高的立式加工中心上完成鉆十字孔和銑扁的工序操作。經(jīng)過研究分析，考慮到企業(yè)成本和精度要求，我們采用c0v850立式加工中心。3.2 伺服回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的選擇對于伺服回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的選擇主要考慮到回轉(zhuǎn)精度滿足加工要求和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。數(shù)控立臥式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以和是許多數(shù)控鏜、銑床和加工中心配套使用，可以主軸采取水平方式安裝在機(jī)床工作臺(tái)上?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的相關(guān)參數(shù)如表3-1所示。表3-1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的相關(guān)參數(shù)序號(hào)內(nèi) 容尺寸參數(shù)1工作臺(tái)直徑3154005002工作臺(tái)垂直時(shí)中心高2102602903工作臺(tái)總厚度2102502904中心孔定位孔直徑40h72550h72860h7255定位鍵寬度1818226工作臺(tái)t型槽寬度6-146-146-187渦輪副傳動(dòng)比1:901:1201:1508總傳動(dòng)比1:1809工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速11.111.111.110設(shè)定最小分度單位0.00111伺服電機(jī)帶2000脈沖編碼器功率（kw）1.02.12.1扭矩n.m6121212分度精度25202013重復(fù)精度66614水平承載35050060015立式承大允許驅(qū)動(dòng)力7001200170017轉(zhuǎn)臺(tái)重量200325650經(jīng)過綜合對比，考慮到成本和實(shí)際加工要求，我們選用skt13400e型號(hào)的數(shù)控立式回轉(zhuǎn)臺(tái)，它的轉(zhuǎn)速為11.1r/min,那么它完成90的翻轉(zhuǎn)大約需要1.35s,所以采用自動(dòng)翻轉(zhuǎn)裝置，節(jié)約了時(shí)間，確保了加工精度。工作臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1工作臺(tái)基本結(jié)構(gòu)3.3 工藝裝備的選擇 1)夾具的選擇：依照加工零件形狀結(jié)構(gòu)選取夾具，夾具的精度必須滿足實(shí)際加工零件的精度。 2)刀具的選擇：選用刀具主要根據(jù)工件加工時(shí)的工序、工藝，以及它的成本進(jìn)行選擇 ，力爭使用通用的標(biāo)準(zhǔn)刀具，為了提高企業(yè)的實(shí)際所需要的生產(chǎn)效率率、確保零件的精度可以選擇一些復(fù)合刀具 、特殊刀具6。3.4定位元件的選擇3.4.1定位原則1)按照工件完全定位的六點(diǎn)準(zhǔn)則，從而避免過定位和欠定位情況的產(chǎn)生。2)要選擇適當(dāng)?shù)亩ㄎ换鶞?zhǔn)，爭取做到和工藝精準(zhǔn)重合，并且最大可能的和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，來減少定位誤差，獲得最大加工允許誤差，從而降低了夾具制造精度。當(dāng)定位基準(zhǔn)和工藝或者是設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)不重合時(shí)，需要對加工尺寸允許誤差進(jìn)行計(jì)算。3)力求使定位支撐元件緊挨著夾緊壓力力的作用線，保證夾緊壓力處在定位支撐面范圍以內(nèi)7。4)確保支撐元件的的強(qiáng)度和剛性，從而減少定位系統(tǒng)的變形，力求使定位元件（定位銷）不受力。5)確保排除干凈支撐部位的切屑，從而確保定位的可靠程度、精度。6）在符合實(shí)際使用情況下，選擇定位元件結(jié)構(gòu)能夠最簡易化。綜合對對轉(zhuǎn)向節(jié)空間結(jié)構(gòu)分析后，我們采用兩個(gè)短v形塊以及定位插銷進(jìn)行定位。3.4.2v形塊的設(shè)計(jì)1）查閱機(jī)械制造工藝學(xué)，v形塊兩斜面之間的夾角一般取60、90和120，我們選用90。采用v 形塊的定位的特點(diǎn)：它的對稱性良好，而且可以對整圓柱面和非完整的外圓面進(jìn)行定位。v形塊有分為長v形塊和短v形塊，長v形塊（或兩個(gè)短v形塊的組合）可以保證限制工件的四個(gè)自由度，短v形塊則限制工件的兩個(gè)自由度8。分析轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)，選取兩個(gè)短v形塊進(jìn)行工件的定位。2)v形塊的參數(shù)確定v形塊的基本尺寸及結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，其基本參數(shù)如表3-2所示。圖3.2v形塊基本尺寸及結(jié)構(gòu)其中：dv形塊的檢驗(yàn)心軸直徑，工件定位基準(zhǔn)直徑（mm）9； hv形塊的高度； v形塊兩工作平面的夾角；tv形塊檢驗(yàn)心棒的中心高，也就是標(biāo)準(zhǔn)定位高度。尺寸n、h和其他參數(shù)可以參照標(biāo)準(zhǔn)選定。表3-2 v形塊基本參數(shù)h5550100403576161920121118102270701235042962025301513.5201230當(dāng)=90時(shí)， 式（3-1）v型塊的定位誤差： 式（3-2） 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)際所設(shè)計(jì)出的v形塊如圖3.3所示。圖3.3v形塊模型3.4.3定位插銷的設(shè)計(jì)在本文中，為了限制余下的兩個(gè)自由度，我們采用定位插銷進(jìn)行定位。1)技術(shù)條件材料：mm,t按gb/t1298的規(guī)定；10mm，20鋼按gb/t699的規(guī)定。2)材料熱處理：t8等級的硬度為5560hrc；20滲碳深度0.81.2mm,5560hrc。3)其他技術(shù)要求按jb/t8044規(guī)定要求。4)插銷示意圖如圖3.4所示。圖3.4 插銷示意圖插銷的規(guī)格尺寸如表3-3所示。表3-3 插銷規(guī)格尺寸基本尺寸222630極限偏差f7182222262630（滾花前）363636303036262632202025606080445663454560根據(jù)定位孔的公稱直徑為=30mm,經(jīng)查閱夾具定位手冊，選擇h=26mm，。5)定位插銷銷誤差分析：任意邊接觸：=0+0.011+（-0.034）=-0.023mm。 式(3-3）經(jīng)綜合分析，定位誤差在誤差允許范圍之內(nèi)，所以該定位設(shè)計(jì)裝置合理。4夾緊方案設(shè)計(jì)4.1夾緊裝置的選擇原則夾緊裝置的基本要求：夾緊裝置是整個(gè)夾具體重要組成部分之一，選取夾緊裝置要注意一下幾點(diǎn)要求：1） 夾具夾緊工件階段，要能夠保證工件定位所要求的準(zhǔn)確位置不發(fā)生改變10；2） 夾緊力大小要保持適中，夾緊裝置加工過程中保持工件在不產(chǎn)生松動(dòng)，與此同時(shí)還要保證工件不被夾具損壞從而產(chǎn)生表面損傷和工件變形。通常情況下，夾緊機(jī)構(gòu)本身設(shè)備有自鎖性能；3）夾緊裝置應(yīng)保持靈活操控、節(jié)省人力和保障工人的人身安全的原則；4）夾緊裝置的自動(dòng)化程度、難易程度要符合實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)的要求。對于裝置的結(jié)構(gòu)要盡量的簡易。在有合適的標(biāo)準(zhǔn)化元件時(shí)要盡多的選取已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的裝置。4.2液壓夾緊夾具的特點(diǎn) 夾具用液壓系統(tǒng)和一般機(jī)械用液壓系統(tǒng)相比較，功能單一，系統(tǒng)也比較簡單。采用液壓夾具的具有如下特點(diǎn)：1）夾具的主要作用是夾緊和松開工件，在夾緊后較長時(shí)間內(nèi)保持油壓穩(wěn)定，加工工序完成之后才能松開。 2）夾具上如果有多個(gè)油缸時(shí)，可以選擇同時(shí)工作，或者順序工作。在大多數(shù)情況下，只需要順序控制，只有在自動(dòng)化程度要求很高的夾具中才會(huì)需要復(fù)雜的控制。 3）液壓夾緊的動(dòng)力源不像氣壓傳動(dòng)需要依賴空氣壓縮機(jī)和管網(wǎng)系統(tǒng)，它可以在不同的情況下，為獨(dú)立機(jī)床設(shè)備使用單個(gè)的泵站。所以它機(jī)動(dòng)靈活，使用方便。4） 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)可以采用較高的油壓，單個(gè)缸體并不需要很大的夾緊力，因此夾具中的液壓缸可以制造成比較小的尺寸。所以液壓夾具體積小，結(jié)構(gòu)比較緊湊，在大批量生產(chǎn)作業(yè)中應(yīng)用廣泛，所以液壓是目前夾具夾緊動(dòng)力源的首要選擇。 在對轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，在采用v形塊和定位銷的定位方式前提下，選用普遍適用的液壓缸、壓板對轉(zhuǎn)向節(jié)實(shí)現(xiàn)夾緊。 4.3夾具液壓夾緊系統(tǒng)的構(gòu)成部分及功能1）動(dòng)力源部分主要的功能是提供滿足預(yù)定要求的壓力和流量的工作油，其常用元件有電動(dòng)泵、手動(dòng)泵、氣夜增壓器11。2）控制部分的主要功能是保證系統(tǒng)各部分準(zhǔn)確完成審計(jì)要求的各種動(dòng)作和循環(huán)過程，其常用元件有方向閥、穩(wěn)壓閥、過載保護(hù)閥以及壓力表。3）執(zhí)行部分的主要功能是將液壓的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而使夾緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生夾緊動(dòng)作。4）輔助裝置的主要功能和一般液壓系統(tǒng)同名附件的功能相同，主要常用元件有管道、街頭、油箱、蓄能器。5）定位夾緊部分就是和夾具上同名裝置的功能完全相同，細(xì)分就是一下定位裝置和夾緊裝置。動(dòng)力源部分、控制部分以及輔助裝置在之前機(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)選擇之后都有現(xiàn)成的部件，而定位部分也選擇了v形快和定位插銷，下面主要對選取液壓缸的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和選擇12。4.4加工零件刀具的選用及相關(guān)刀具切削力的計(jì)算轉(zhuǎn)向節(jié)工件材料是42crmo-gb3077，屬于超高強(qiáng)度鋼，它的抗拉強(qiáng)度為880-1030 mpa，具有良好的韌性和淬透性，沒有明顯的回火脆性。調(diào)質(zhì)處理后材料具有很高的疲勞極限，并且還承受變載荷沖擊能力。在經(jīng)受低溫過后韌度良好,在高溫時(shí)有很高的剛性，根據(jù)查閱現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊選取材料為硬質(zhì)合金、直徑為6.5mm的麻花鉆，根據(jù)鉆削轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式和鉆削力的計(jì)算公式分別求出鉆削轉(zhuǎn)矩和鉆削力。t切削轉(zhuǎn)矩（nmm）；d鉆頭直徑（mm）；背吃刀量（mm），對擴(kuò)鉆：=0.5（d-d）d是鉆孔前的孔徑（mm）；鉆削力（n）；每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm） 根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)，選取主軸轉(zhuǎn)速為500r/min,=0.1mm；修正系數(shù)，根據(jù)工件材料為42crmo-gb3077，選擇= , 式(4-1）=2930.7n.mm = 1118.8n根據(jù)工件材料為42crmo-gb3077，采用硬質(zhì)合金端銑刀加工，切削力查參考現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊可根據(jù)如下公式計(jì)算： 式(4-2）式中，p-銑削力，n； af-每齒進(jìn)給量，mm/r； aw-銑削寬度，mm； d-銑刀直徑，mm； ap-背吃刀量，mm； z-銑刀齒數(shù)； -用高速鋼w18cr4v銑削時(shí)，考慮到工件材料力學(xué)性能不同的修正參數(shù)，對于結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼：=；對于灰鑄鐵:=；-工件材料的抗拉強(qiáng)度，mpa。確定各參數(shù)值：1)通過對要銑削的工件分析，選擇銑刀外徑d80mm。2)銑刀的齒數(shù)-對于銑刀齒數(shù)的選擇沒有明確的規(guī)定。但選取時(shí)可以考慮兩個(gè)因素：齒數(shù)不能過多或者太少，齒數(shù)過多就會(huì)導(dǎo)致齒牙到切削點(diǎn)之間排屑槽減小，這樣就會(huì)對排除銑屑產(chǎn)生影響。齒數(shù)太少，達(dá)不到銑削的目的；為了防止排屑槽阻塞，所以排屑槽要求平滑，不要存有有尖角。根據(jù)實(shí)際加工要求，選擇原則選用銑刀齒數(shù)z6。 3)每齒進(jìn)給量是銑刀每轉(zhuǎn)一個(gè)刀齒時(shí)銑刀對工件的進(jìn)量，表示的意思是銑刀切削工件時(shí)每轉(zhuǎn)一個(gè)刀齒時(shí)銑刀對于工件的行進(jìn)長度。 受工件材質(zhì)的屬性、銑削時(shí)所選用刀具的材質(zhì)以及表面間粗糙程度等條件的影響13。工件材料的強(qiáng)度較高、硬度較大的那么每齒進(jìn)給量就選用小點(diǎn)的，如果工件材料的強(qiáng)度比較低、硬度較小，則每齒進(jìn)給量選擇偏大點(diǎn)的。對于加工工件的表面粗糙度來說，在精加工時(shí)需要的光滑程度比較高那么選擇較小值。銑刀每齒進(jìn)給量參考值如表4-1所示。表4-1 銑刀每齒進(jìn)給量參考值工件材料/ 鋼粗加工銑削精加工銑削高速鋼銑刀硬質(zhì)合金銑刀高速鋼銑刀硬質(zhì)合金銑刀0.100.150.100.250.020.050.100.15 綜上考慮 每齒進(jìn)給量為0.1mm。4)切削速度vc銑削的速度vc和刀具的每齒進(jìn)給量、背吃刀量、銑刀齒數(shù)成反比關(guān)系，但是和銑刀直徑的大小成正比關(guān)系。在、和z加大情況下，導(dǎo)致切削刃所受負(fù)載加大，并且由于銑刀的齒數(shù)增多，促使切削溫度迅速升高，刀具磨損程度加劇，結(jié)果切削速度降就必須降低。銑削加工的切削速度vc也可參考表4-2選取，也可查閱有關(guān)切削用量手冊中的經(jīng)驗(yàn)公式通過計(jì)算選取，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求進(jìn)行選擇。表4-2銑削加工的切削速度參考值工件材料硬度（hbs）vc/（m.min）高速鋼銑刀硬質(zhì)合金銑刀鋼2251842661502253251236541203254256213675鑄鐵19021366615019026091845902603204.5102130綜合考慮，選擇vc=100m.min。 5)背吃刀量ap 背吃刀量ap 要根據(jù)實(shí)際加工和刀具的性能進(jìn)行進(jìn)行設(shè)定。如果ap 選擇過大，銑刀在切削時(shí)切削層較厚，會(huì)導(dǎo)致一些不好的情況發(fā)生，輕則機(jī)床振動(dòng)，加工工件表面粗糙，工件精度降低，重則刀具損壞導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。如果選擇過小，工件的精度可以保證，但加工速率變慢，影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。根據(jù)前輩的經(jīng)驗(yàn)和查閱相關(guān)參數(shù)資料，在粗加工時(shí)規(guī)定銑削的ap不高于刀具半徑大小，通常情況下，不高于7mm,從而保證銑削時(shí)的安全在精加工時(shí)，為了提高工件表面的光滑程度和保證工件要求的精度，選擇ap 的大小范圍是0.050.3mm。另外，端銑刀在粗加工時(shí)ap 取值范圍是25mm, 精加工大概是0.10.50mm14。最終確定：ap4mm。6)銑削寬度aw銑削寬度aw對于端銑刀來說是表示垂直于刀具軸線切除的尺寸大小,刀具在一次進(jìn)給中所切掉的工件表層的寬度值。一般確定ap 的大小為刀具外徑的一半左右。最終確定：aw39mm。7)摩擦因數(shù) 可以查閱相關(guān)的資料，摩擦因數(shù)由夾具和所加工零件表面不同的光整程度進(jìn)行確定。沒有經(jīng)過加工的的粗糙表面的摩擦因數(shù)取值較大，表面比較光滑的夾具或者是工件的摩擦因數(shù)就取較小值。 8)安全系數(shù)總的安全系數(shù)由考慮各種因素所需的安全系數(shù)來決定，計(jì)算式為:查閱相系數(shù)相關(guān)資料，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)條件確定各自的取值為：=1.5 ，其它因素系數(shù)都取1.0。計(jì)算結(jié)果：=1.51.01.01.01.01.0=1.5 式(4-3）銑削力： =737.988n =75.3kg 。 式(4-4）4.5夾緊力的計(jì)算工件以v形塊定位，壓板夾緊時(shí)，工件在鉆孔和銑扁時(shí)承受切削轉(zhuǎn)矩及軸向力，根據(jù)現(xiàn)代夾具手冊，為了防止工件在切削轉(zhuǎn)矩（n.m）的作用下因?yàn)榇蚧D(zhuǎn)動(dòng)需要的夾緊力為13： （n） 式(4-5）為了防止工件在軸向力p（n）的作用下打滑而使工件軸向移動(dòng)所需要的夾緊力為： 式(4-6） 在取q的數(shù)值時(shí)，應(yīng)該根據(jù)上述式子計(jì)算中取較大的值。當(dāng)轉(zhuǎn)向節(jié)加工一個(gè)孔之后再旋轉(zhuǎn)90，鉆削另一個(gè)孔時(shí)，那么此時(shí)工件應(yīng)該承受側(cè)向切削力。在側(cè)向切削力p（n）的作用下，為防止工件從v形塊斜面滑落，所需要的夾緊力計(jì)算公式為：（n） 式(4-7）、分別為相關(guān)摩擦因數(shù)，根據(jù)查閱資料，夾具和工件的接觸面間都是加工過的光整的面16，摩擦因數(shù)為0.150.25，取=0.2。當(dāng)在工件d=50mm處時(shí)，=143.5n =3475.3n =1666.5n； 式(4-8）當(dāng)在工件d=70mm處時(shí)，=130n =3475.3n =1666.5n。 式(4-9）綜合考慮，取夾緊力所需最大值3475.3n 。動(dòng)力源部分、控制部分以及輔助裝置在之前機(jī)床和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)選擇之后都有現(xiàn)成的部件，而定位部分也選擇了v形塊和定位銷，下面主要對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件液壓缸進(jìn)行計(jì)算和選擇。4.6液壓缸的設(shè)計(jì)于液壓缸的選擇理論上大多數(shù)情況下盡可能選擇市面上有的或者向一些液壓件工廠訂購17，少數(shù)的情況下需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，但大部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的液壓缸行程較長，體積偏大以及活塞桿推力的大小并不是完全適合實(shí)際夾具上用，針對轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所要加工的特點(diǎn)以及所需夾緊力的要求，選擇合適的液壓缸18.液壓缸的主要參數(shù)計(jì)算如下：因?yàn)樗蟮囊簤焊坠δ苤饕獮樯怠A緊，因此，選擇的油缸類型為簡單實(shí)用的往復(fù)活塞式液壓缸。推力工作時(shí)缸徑d=， 式(4-10）拉力工作時(shí)缸徑d= 式(4-11）其中，活塞最大作用力（n）19，沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的夾緊力（或力矩）要求的作用總和，n；夾緊部件運(yùn)動(dòng)部分的摩擦阻力總和，n；液壓缸密封裝置摩擦阻力；回油腔作用力；運(yùn)動(dòng)部件慣性力。近似計(jì)算公式： 。 式(4-12） 式中，考慮各損失的效率，通常取=0.70.95，取0.9，則=3861.4n；液壓缸工作壓力（mpa）,夾緊液壓缸一般取1.55.0mpa，經(jīng)過分析，選取2mpa； 活塞桿（m）,2mpa，=（0.20.4d；=25mpa，=0.5d；=510mpa，=0.7d。式中，推力工作時(shí)缸徑為d=1.13=4.965cm=49.65mm；拉力工作時(shí)缸徑為d=0.5m=50mm。 式(4-13）通過以上理論計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)有的液壓缸產(chǎn)品，選擇直徑為50mm的轉(zhuǎn)角液壓缸。選用的夾緊轉(zhuǎn)角液壓缸結(jié)構(gòu)如圖4.1所示，液壓缸的基本參數(shù)如表4-3所示。圖4.1 轉(zhuǎn)角液壓缸結(jié)構(gòu)表4-3液壓缸的基本參數(shù)參數(shù)尺寸油缸內(nèi)徑(mm)50活塞桿徑(mm)28轉(zhuǎn)角行程(mm)13垂直行程 標(biāo)準(zhǔn)/加長(mm)17/34受壓面積 拉入/推出(cm)13.47/19.63理論夾持力 (30kg/cm)404使用流體已濾清的標(biāo)準(zhǔn)也液壓油最大操作壓力100kg/cm操作壓力范圍5-70kg/cm轉(zhuǎn)角方向順時(shí)針為右轉(zhuǎn)r、逆時(shí)針為左轉(zhuǎn)l轉(zhuǎn)角角度標(biāo)準(zhǔn)角度90選擇角度0、45、60作動(dòng)方式復(fù)動(dòng)式4.7液壓油路連接及控制根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮，采用內(nèi)油路連接。 因?yàn)橐簤焊自趭A緊時(shí)，液壓油回路所需壓力低于進(jìn)給液壓系統(tǒng)壓力，因此在供油路上可以串連一個(gè)減壓閥20。另外，為了避免主系統(tǒng)壓力在快速升降時(shí)降低從而影響夾緊系統(tǒng)的壓力，因此連接減壓閥之后在安裝單項(xiàng)作用閥。液壓缸按照夾持進(jìn)油孔和放松孔連接到整個(gè)油路系統(tǒng)中去。因?yàn)檫x用了兩個(gè)有液壓缸對轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行夾緊，所以將兩個(gè)液壓缸并聯(lián)連接到油路中去。因?yàn)樗x的液壓缸的有效工作面積相同，所以可以實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)作21。此類回路允許比較大的偏載，因?yàn)槠d的原因造成的壓差不影響流量的改變，只會(huì)導(dǎo)致微量的壓縮和泄漏，同步精度較高，回路效率也比較高。液壓原理如圖4.2所示。圖4.2液壓控制原理圖在圖4.2中，1溢流閥；2電磁換向閥；3，4夾緊液壓缸。電磁換向閥為常閉模式。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)后，使電磁鐵2y得電，液壓油從右端端通過油管進(jìn)入到兩個(gè)液壓缸，使得活塞下降對工件進(jìn)行夾緊。當(dāng)工件加工完畢之后，接通電磁鐵1y使得液壓油從左端進(jìn)入液壓缸，從而使液壓缸活塞上升操作，達(dá)到松開工件的目的。4.8夾具連接件和緊固件的選用參照國家標(biāo)準(zhǔn)庫里的現(xiàn)有的，選取合適的螺栓、螺釘、螺母、墊圈等緊固件和連接件22。根據(jù)實(shí)際情況，選用gb70.1-2000，選擇m860，m1050 m1660，m2050的內(nèi)六方圓柱頭螺釘。4.9鉆十字孔、銑扁工序內(nèi)容工序05：銑扁；工序10：鉆孔26.5mm；工序15：手動(dòng)清理毛刺。4.10整個(gè)夾具體的三維裝配圖所設(shè)計(jì)夾具體的三維總裝配圖如圖4.3所示。（a）總裝配圖（b）局部細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)配圖圖4.3 夾具體總裝配圖結(jié)論 本課題所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向節(jié)自動(dòng)工裝方案，能夠用于企業(yè)實(shí)際加工生產(chǎn)的參考。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)化技術(shù)是未來發(fā)展的趨勢23。目前設(shè)計(jì)的內(nèi)容，只能做到人工裝夾，手動(dòng)定位，自動(dòng)夾緊。針對此次課題，如果能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)裝夾，自動(dòng)定位，自動(dòng)夾緊，那么生產(chǎn)效率會(huì)大大的提高，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度會(huì)大幅降低，技術(shù)人員所做的只是進(jìn)行按命令按鈕的操作，我相信未來工業(yè)會(huì)實(shí)現(xiàn)的24。在轉(zhuǎn)向節(jié)鉆十字孔自動(dòng)工裝設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：1）機(jī)床、工作臺(tái)的選用；2）定位元件的選用和設(shè)計(jì)，主要有v形塊、定位插銷；3）鉆削力、銑削力，夾緊力的相關(guān)計(jì)算；4）夾緊裝置的選用和設(shè)計(jì)，主要有夾緊液壓缸，壓板；5）液壓油路的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 ?，帬q,汪韶杰,李旗號(hào).整體式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)j.組合機(jī)床與自動(dòng)化加 工技術(shù)，013(08)：127-129+132.2 陳桂芳.轉(zhuǎn)向節(jié)專用數(shù)控車床的設(shè)計(jì)j.制造技術(shù)與機(jī)床，2011(04)：126-129.3 潘鴻娟.精益生產(chǎn)方式在寧波nafa的應(yīng)用研究d.浙江工業(yè)大學(xué)，2008.4 張運(yùn)真，李軍明.輕型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的工藝分析及夾具的三維設(shè)計(jì)j.機(jī)械工程 師,2012（08）：36-37.5 馮劍藝.數(shù)控銑床多件加工夾具的設(shè)計(jì)j.職業(yè)，2014（12）：2.6 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