转向节加工工艺及夹具设计 汽车转向节加工工艺图

机电系汽车制造工艺学

设计课题：

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指导老师：

完成时间： 课程设计说明书 钻孔夹具刘柏怀MEE14049 14机电一班曾斌 2016.10

目 录

一 设计目的 . ...................................................... 错误！未定义书签。

二 定位元件 . ...................................................... 错误！未定义书签。

2.1零件作用 . .............................................. 错误！未定义书签。

三 工序基准 . ...................................................... 错误！未定义书签。

3.1确定毛坯的制造形式 . .......................... 错误！未定义书签。

3.2基面的选择 . .......................................... 错误！未定义书签。

3.2.1粗基准的选择 . ........................... 错误！未定义书签。

3.2.2精基准的选择 . ........................... 错误！未定义书签。

四 夹紧机构 . ...................................................................................... 19

五 定位误差计算 . .............................................................................. 20

四 总结 ............................................................................................... 19

四 参考文献 . ...................................................................................... 19

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

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。

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 = arctg Δ/ 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′

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。

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

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。

3.3.6螺旋夹紧机构 用螺杆直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧

工件的机构，称为螺旋夹紧机构。它具有结构简单、通用性好、夹紧可靠、增力比大、行程不受限制等优点，在夹具中得到广泛的应用，所以本次设计也采用螺旋夹紧机构，如图3-5所示。 夹紧力的计算： Wk=W×K 0 01 2kWWN "" 012120 1

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式中：Wk —实际所需夹紧力； W —理论夹紧力；在一定条件下，由静力平衡算出； K —为安全系数；查《机床设计手册》[8]表1-2-1:k0=1.2，k1=1.0，k2=1.0，k3=1.0，k4=1.0，k5=1.0，k6=1.0；安全系数k=k0k1k2k3k4k5k6=1.2