汽车转向节加工工艺规程及粗铣内外开档面夹具钻四孔夹具设计.docx

汽车转向节加工工艺规程及粗铣内外开档面夹具钻四孔夹具设计.docx

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汽车转向节加工工艺规程及粗铣内外开档面夹具钻四孔夹具设计

目录

摘要…………………………………………………………………………………1

1、前言……………………………………………………………………………2

2、零件结构与工艺性分析………………………………………………………4

3、零件毛坯的确定………………………………………………………………6

4、零件表面加工方法的选择……………………………………………………9

5、机械加工工艺规程……………………………………………………………10

6、加工余量的确定………………………………………………………………12

7、选择加工设备与工艺设备……………………………………………………13

8、定位方案与工序尺寸的计算…………………………………………………14

9、加工工时的确定………………………………………………………………18

10、钻主销孔夹具设计…………………………………………………………19

11、镗主销孔夹具设计……………………………………………………………21

12、夹具操作说明…………………………………………………………………22

13、参考文献………………………………………………………………………23

14、毕业设计总结…………………………………………………………………24

汽车转向节加工工艺规程及粗铣内外开档面夹具、钻四孔夹具设计

摘要：

通过对汽车转向节及其零件图的研究，本人设计了一套比较系统的工艺规程和两套专用夹具。

坚持保证产品质量、节约成本、讲究经济效益的原则，这是对每一位设计者提出的基本要求。

关键词：

工艺规程铣削钻削夹具

TheprocessorartofshapingthingsoutofmetalofspindleandThedesignofroughmilltheslot、drillthemainholeofkey

Abstract:

Throughturningtotheresearchofoneandpictureofparttotheautomobile,havedesignedasetofrelativelysystematictechnologyrulesandtwospecial-purposeclampingapparatusesinperson.Insistontheprincipleguaranteeingproductquality,economizingthecost,stressingtheeconomicbenefits,Thisisbasicrequestputforwardtowardeverydesigner.

Keyword:

TherulesoftechnologyMillBorethickly

1、前言

本次毕业设计包括编写汽车转向节加工工艺规程和粗铣内外开档面夹具、钻四孔夹具设计两大部分，是对我大学学习的一次考察，也是自己运用所学知识进行实践的一次好机会。

机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。

生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。

夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有个正确的位置，并在加工中保持这个位置不变。

本次设计完全根据《北华航天工业学院毕业设计任务书》所布置的任务而设计，为适应对零件大批量的生产，特对其工艺规程及机床夹具设计都考虑了多套方案，通过比较最后确定一个合理的设计方案。

主要考虑的问题有1、定位干涉与夹紧变形的问题；2、夹紧机构操作方便和安全问题；3、夹具元件多用通用件和标准件，避免用专用件以降低成本。

在设计过程中，我遇到了许多问题，在此要感谢郑广花老师的耐心指导，我才能顺利完成任务。

机械制造工艺与机床夹具设计是机械设计制造及其自动化专业的基础课程，也是该专业的重要知识部分。

对其掌握及运用的熟练程度，将直接反映出毕业生四年来对该专业课程学习及应用的综合水平。

在此毕业设计题目为右转向节的加工工艺及夹具设计。

设计过程涉及四年的基础知识的综合运用，同时也锻炼了查资料的能力。

设计的主要内容包括如下：

1.对给定零件进行工艺过程设计，并编制相应的工序卡片；

a）绘制零件图，并对零件进行结构及工艺分析；

b）拟定加工工艺路线，包括加工方法、定位基准选择及转换、尺寸链计算、机床、刀具和工装的选择等；

c）编写详细的机加工艺规程，注明工序与工步及加工简图，检验方法，技术要求，机床，刀具，量具，切削用量，定位，装夹等；

2.专用夹具的设计

技术要点：

a）根据工艺要求，设计并绘制两道工序的专用夹具装配图。

要求能够实现夹具的功能，并且结构合理，不能存在定位原理错误，结构工艺性好，工作效率高，制造方便，尽量降低成本和制造难度，并对夹具精度和技术经济性进行分析。

b）设计并绘制两套夹具所有非标零件的零件图。

要求结构正确，技术要求标注合理。

编制设计说明书。

3.专用刀具设计

根据工序要求，设计专用刀具。

要求材料选择、角度设计合理，工艺性好。

2、零件结构与工艺性分析

该零件为汽车转向节，是连接方向盘转向轴与转向传动轴的零件，它是汽车转向系的一部分。

零件工作时承受的压力和扭矩很大，其结构较复杂，主销孔轴线与水平面成81.5度，锥孔轴线与主销孔轴线空间垂直，锥孔键槽与主销孔轴线成40度。

2.1零件主要加工表面如下：

主要尺寸

公差等级

表面粗糙度

IT7

Ra1.6

IT7～IT8

Ra0.8

IT6～IT7

Ra0.8

IT8

Ra0.8

IT9～IT10

Ra3.2

IT10

Ra3.2

2.2主要形位公差要求如下：

该零件材料为40Cr调质，能满足汽车转向节的强度和韧性要求，零件的工艺性良好，各项技术要求合理。

2.3粗精基准的选择：

基准面的选择是工艺规程的重要工作之一，基准面的选择的正确合理与否，直接关系到工件的加工质量和其生产效率。

合理正确的基准可以使加工的质量得到保证，生产效率得到提高，否则，不但加工工艺过程中出现的问题较多，严重的还可能造成零件的报废，使生产无法进行，给生产造成很大损失。

本零件左端为短轴，右端为叉型，短轴部分作为精基准应先加工，因此，将零件两头平面铣平，打顶尖孔，以顶尖孔中心线为精基准。

对于加工零件而言，尽可能选择不加工表面作为粗基准，而对于有若干个不加工表面的零件，应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。

工件经过锻造以后，以工件外圆柱面作为粗基准，用三抓卡盘夹紧右端直径较大的部分，用端车刀加工左端面，将工件卸下，调头加工另一端面，接下来钻中心孔，采用一夹一顶的方法开始粗车外圆。

在粗加工的基础上，采用加工表面为基准。

应尽可能采用基准重合和互为基准的原则，而当定位基准与工序基准不重合时，应进行尺寸链换算和尺寸误差校核。

精基准的选择选择应有利于保证加工精度，并使工件装夹方便，在选择时主要应当注意基准重合，基准统一等问题，当设计基准与基准不重合时，应当进行尺寸换算。

3、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，所以毛坯不宜铸造，而采用模锻有以下优点：

（1）锻件的内部组织结构坚实，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

3.1毛坯的计算：

（1）锻件质量根据计算m锻件=4.2kg

（2）加工精度零件除Ф25和Ф40外圆以外各表面为一般加工精度F1

（3）锻件形状复杂系数S

根据计算m外廓包容体=22.9kg

所以S=0.183查表属较复杂级别S3

（4）机械加工余量

根据锻件质量、F1、S3查表得直径方向为2.0～2.5mm，水平方向2.0～2.5mm，即锻件各外径的单边余量为2.0～2.5mm，各轴向尺寸的单边余量亦为2.0～2.5mm

当Ra<1.6时，余量要适当增大

毛坯余量如下表

零件尺寸

单面加工余量

锻件尺寸

3mm

φ46

3mm

φ31

2mm

φ32

2mm

φ78

2.5mm

φ73.5

2mm

φ164

10

2mm

14

142±0.4

2mm

144

锻件重4.2kg，形状复杂系数S3，材料为40Cr，含碳量0.4﹪，含Cr量小于1.5﹪，查表得锻件材质系数为M1，采用平直分模线，锻件为普通精度等级，则毛坯公差如下：

锻件尺寸

上偏差

下偏差

φ46

+1.5

-0.7

φ31

+1.5

-0.7

φ32

+1.5

-0.7

φ78

+1.5

-0.7

73.5

+1.5

-0.7

162

+1.9

-0.9

（续表）

锻件尺寸

上偏差

下偏差

14

+1.4

-0.6

144

+1.9

-0.9

毛坯同轴度误差允许值0.8mm，残留飞边为0.8mm

（5）确定圆角半径

由于个部分H/B皆不同

H/B≤2的用下式计算外圆角r=0.05H+0.5

内圆角R=2.5r+0.5

H/B＞2～的用下式计算外圆角r=0.06H+0.5

内圆角R=3.0r+0.5

H/B≤2的尺寸皆用最大H来计算

r=0.05×45+0.5=2.75圆整后取r=3

R=2.5×3+0.5=8

H/B＞2～的尺寸为φ25处r=0.05×52+0.5=3.1

圆整后取r=3.5

（6）确定拔模角

本锻件上、下模膛深度相等

起模角根据L/B=45÷40=1.125

H/B=50÷40=1.25

查表外起模角取7°，内起模角9°

（7）确定分模位置

根据零件图，要采用径向分模（即换向节左端圆拄部分的径向），这样可以冲出内开档，使材料利用率得到提高。

（8）确定毛坯处理方式

为消除残留的锻造应力，改善锻件的切削加工性能，并为调质处理作组织上的准备，毛坯锻造后安排正火处理。

毛坯图如下

4、

零件表面加工方法的确定

本零件需加工的表面有外圆（包括φ40段、φ28段、φ25段φ22螺纹处）、止口、平台、主销孔、堵片孔、锥孔、平台四孔、锥孔键槽、开口销孔等。

材料为40Cr，参考有关手册及有关资料，其加工方法选择如下：

（1）φ40段和φ25段公差等级分别为IT7～IT8、IT6～IT7,表面粗糙度为Ra0.8，需进行粗车、精车、磨削。

（2）φ28段和φ22螺纹处公差等级未注，表面粗糙度为Ra12.5，采用粗车即可。

（3）止口φ74h11处公差等级IT10,表面粗糙度为Ra1.6，侧面Ra3.2需进行粗车、精车。

（4）平台厚度要求10，未注公差等级，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣即可，平台左端面的公差在精车止口时得到保证。

（5）主销孔φ30处，公差等级IT7,表面粗糙度为Ra1.6，需进行钻、粗镗、精镗。

（6）堵片孔φ32H11处，公差等级IT11,表面粗糙度为Ra1.6，需进行钻、粗镗、精镗。

（7）锥孔侧面

处，公差等级IT10～IT11,表面粗糙度为Ra6.3，只需进行粗铣。

（8）锥孔处，其锥度1：

8，小端φ24H8，公差等级IT8，表面粗糙度为Ra0.8，需进行钻、粗铰、精铰。

（9）锥孔键槽处表面粗糙度为Ra0.8，需进行插削。

（10）两侧面

处，未注公差等级，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣即可。

（11）内开档

，公差等级IT11～IT12,表面粗糙度为Ra3.2，需进行粗铣、精铣。

（12）平台四孔φ13处，公差等级IT9～IT10,表面粗糙度为Ra6.3，采用钻、扩两道工序。

（13）油孔的加工，油孔的公差要求和位置度要求不高，只要保证油路畅通，因此先铣平油孔侧面，再钻孔、攻丝即可。

（14）左端螺纹、开口销孔和螺纹一侧的铣平

螺纹表面粗糙度为Ra3.2，开口销孔φ5，表面粗糙度为Ra12.5，平面到下母线20C12，公差等级IT12,表面粗糙度为Ra12.5，其加工方法为螺纹攻丝后，钻开口销孔并倒角，再铣平面即可。

5、机械加工工艺规程

模锻

正火处理

1、铣两端面打中心孔

2、粗车大轴段、小轴段和螺纹轴段

3、粗车锥轴段

4、粗车止口

5、精车止口

6、精车大轴段、小轴段和螺纹轴段并倒角

7、尺寸偏差经济度测量

8、铣工艺槽

9、粗铣内开档和两侧面

10、铣平台面

11、铣锥孔侧面

12、钻主销孔

13、钻锥孔

14、磁力探伤并退磁处理

15、调质

16、钻、扩四孔

17、四孔倒角

18、铣油孔侧面

19、粗镗主销孔及堵片孔

20、精镗主销孔及堵片孔

21、尺寸偏差经济度测量

22、主销孔及堵片孔倒角

23、粗铰锥孔

24、插键槽

25、精铰锥孔

26、精铣内开档

27、尺寸偏差经济度测量

28、钻油孔

29、油孔攻丝

30、磨外圆

31、尺寸偏差经济度测量

32、螺纹轴段攻丝

33、铣螺纹缺口面

34、钻开口销孔

35、开口销倒角

36、滚压R5

37、螺纹套丝

38、去毛刺

39、检测

40、清洗

41、涂色、入库

6、加工余量的确定

根据零件图尺寸，查《金属机械加工工艺人员手册》确定各工序的加工余量和公差等级如下：

零件尺寸

工序名称

双边余量

公差等级

公差

工序尺寸

粗车

3mm

IT12

0.3

精车

1mm

IT10

0.12

粗车

4mm

IT11

0.16

精车

1.5mm

IT8

0.039

磨削

0.5mm

IT7

0.025

粗车

4mm

IT11

0.13

精车

1.5mm

IT8

0.033

磨削

0.5mm

IT7

0.021

钻

27.5mm

IT12

0.21

粗镗

2mm

IT11

0.13

精镗

0.5mm

IT7

0.021

钻

27.5mm

IT12

0.25

粗镗

3.5mm

IT11

0.16

精镗

1mm

IT7

0.025

M22×1.5

（螺纹）

粗车

（1）

6mm

IT12

0.21

粗车

（2）

3mm

IT11

0.13

（续表）

零件尺寸

工序名称

双边余量

公差等级

公差

工序尺寸

（锥孔）

钻

22.5mm

IT12

0.21

粗铰

1mm

IT8

0.033

精铰

0.5mm

IT6

0.013

粗铣

4mm

IT11

0.19

精铣

1mm

IT8

0.046

7、选择加工设备和工艺设备

7.1选择机床

工序中的车削有粗车和精车，各工序的工步数不多，且零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，故可选用CA6140型卧式机床。

工序中的钻、扩、铰，所需加工的尺寸有φ30主销孔、φ13的平台四孔、锥孔（1：

8）、φ10油孔，根据以上尺寸，选用Z535型立式钻床，φ5开口销孔用Z4006型台式钻床加工。

工序中的镗孔加工，由于镗孔尺寸不大，但工件不是回转体，故不宜在车床上加工，采用TS4132型卧式镗床。

工序中的粗铣、精铣采用卧式铣床，考虑到本零件成批生产，所选机床使用范围较广为宜，故选常用的X62型就能满足要求，铣平台时根据定位的需要采用X51型力式铣床。

工序中有2个尺寸要模削，2个皆为外圆，故采用M120型外圆磨床。

工序中插键槽，由于加工尺寸不大，故选用B5020加工。

油孔φ10攻丝选用Z4006型机床加工。

7.2选择量具

本零件属成批生产，一般均采用通用量具。

选择量具的方法有两种：

一是按量具的不确定度选择；二是按量具的测量方法极限度误差选择。

加工外圆时：

磨外圆φ40（上偏差+0.01，下偏差-0.027）；φ25（上偏差-0.008，下偏差-0.022）。

现按量具的测量方法极限度误差选择。

根据公差T=0.016和T=0.014查得计量器具不确定度允许值U1=0.0009，故选用分度值为0.0005的比较仪。

同理，用以上方法的出其他工序的量具在工艺卡片上写明。

7.3选择刀具

（1）车床上的加工工序一般采用硬质合金车刀，40Cr属于合金结构钢，加工钢料宜用YT类硬质合金，粗加工用YT5，精加工用YT30。

（2）粗铣选用错齿三面刃铣刀（GB1128-85），铣削长度为86mm，故铣刀直径应为200mm，d=200mm,D=40mm,L=20mm，Z=26。

精铣选用直齿三面刃铣刀，其余参数与错齿三面刃铣刀相同。

（3）钻中心孔用锥柄麻花钻（GB1438-85）d=27.5mm工作部分l=291mm

钻油孔用锥柄麻花钻（GB1438-85）d=10mm工作部分l=168mm

钻开口销孔用锥柄麻花钻（GB1438-85）d=5mm工作部分l=133mm

8、定位方案与工序尺寸的计算

本零件结构较复杂，工序多，在此重点分析“精铣内开档”的定位方案和定位误差。

内开档尺寸

，公差等级IT11，表面粗糙度Ra3.2

位置公差要求：

与主销孔轴线垂直度公差不大于0.05mm

本工序采用X62型铣床加工，刀具采用两把直齿三面刃铣刀

精铣内开档定位图

8.1定位方案及分析：

（1）B2面：

采用短V型块

限制：

y向平动，z向平动

A2平面定位

限制：

x向平动，y向转动，z向转动

工艺槽

限制：

x向转动

（2）B2面：

采用短V型块

限制：

z向平动，z向转动

主销孔

限制：

x向平动，x向转动，y向平动，y向转动

要使零件合乎技术要求，本工序有以下不等式：

T≥ΣD+W+p

其中T：

工序误差

ΣD：

定位误差

W：

与加工过程有关的误差

P：

夹具的制造误差和机床上的安装误差

一般情况下：

ΣD≥1/3TΣD=ΣZ+ΣB

ΣE：

基准制造误差

ΣZ：

基准不重合误差

方案一分析：

a．尺寸误差：

基准不重合误差：

ΣB=0.36×sin8.5°=0.05321

ΣZ=0

故ΣD=ΣZ+ΣB＞1/3T=0.0233（不合格）

b．垂直度误差分析

基准不重合误差：

ΣB1=tg15’=0.0436

ΣB2=0.01

ΣB3=0.036（T型槽）

ΣZ=0（定位基准无径向位移）

ΣD=ΣZ+ΣB1+ΣB2+ΣB3=0.05004＞0.05（不合格）

方案二分析：

a．尺寸误差：

基准不重合误差：

ΣB=0

ΣZ=0.042×sin8.5°=0.0062

故ΣD=ΣZ+ΣB=0.0062＜1/3T=0.0233（合格）

b．直度误差分析

基准不重合误差：

ΣB1=tg15’=0.0436

ΣB2=0.01

ΣZ=0

ΣD=ΣZ+ΣB=0.01436＜0.05（合格）

C．铣削深度靠刀具进给保证

8.2工序尺寸的计算：

（1）长度为142±0.4的工序尺寸：

a．零件小头端铣去4mm

b．止口端面粗车1.5mm

c．止口端面精车0.5mm

N=144-4+1.5+0.5=142mm

取IT14级公差0.8

得工序尺寸142±0.4

（2）长度为40（ES=1，EI=0）的工序尺寸

a．

止口端面粗车3.5m

b．止口端面精车0.5mm

N=36+3.5+0.5=40mm

取IT15级公差为1

得工序尺寸40+1

（3）Φ40（ES=+0.01EI=-0.02）的工序尺寸

a．

粗车2mm

b．精车1.5mm

c．磨削0.5mm

N=44-2-1.5-0.5=40

取IT7级公差为0.03

得工序尺寸40

（4）内开档76（ES=+0.2EI=0）的工序尺寸

a．

粗铣4mm

b．精铣1mm

N=81-4-1=76

取IT8级公差为0.2

得工序尺寸76

9、加工工时的确定

加工的工时确定主要考虑切削深度，速度和走刀长度，本零件工序数较多，在此不一一给出计算。

确定粗车外圆Φ42（ES=0EI=-0.16）的加工工时

基本时间：

Tji=L*i/（f*n）=（l1+l2+l3+L）*i/（f*n）

L3为试切长度，该工件为大批生产，无试切长度

L=40mml1=ap/tgkr+（2～3）

Kr=45°所以l1=4mml2=0

F=0.65mm/rn=4r/s

故Tji=17s

辅助时间：

辅助时间包括装卸工件、开动和停机、改变切削用量、测量工件以及进刀和退刀动作（本零件大批生产，无改变切削用量时间）

根据工件是在三爪卡盘上装夹、手动加工、工件重5kg左右

查得T装=0.11min=6.6s

T卸=0.08min=4.8s

根据工件测量用的是游标卡尺，测量直径在30～50间

查得T测=0.08～0.09min=4.8～5.6s取5s

所以T辅=T装+T卸+T测=16.4s

加上开机、进退刀等时间后T辅取22s

其余布置工作场地时间和休息、生理需要时间T’

T’=21.8﹪（Tji+T辅）=8.5s

所以T总=Tji+T辅+T’=47.5s

其余加工工时在工艺卡片上写明。

10、粗铣内外开档面夹具设计

10.1切削力的确定

由工艺规程可知，工件在卧式铣床X61上铣削，采用错齿三面刃铣刀，材料为W18Cr4v

查《机床夹具设计手册》

P=2335t0.90SE0.8D-1.1n-0.1E

其中P：

铣切力（N）

t：

铣削深度（mm）

SE：

每刀进给量（mm）

D：

铣刀直径

N：

铣刀每分钟转速

E：

铣刀齿数

查《金属机械加工工艺人员手册》得

D=200mmZ=26t=2mmV=265m/min

所以n=1000V/Dπ=1000×265÷200π=422r/minSE=0.18

所以P=2335×30.90×0.180.8×200-1.1×422-0.1×26=66.56N

四把铣刀的P=66.56×4=266.24N

10.2夹紧力的计算

由于工件的夹紧机构是采用两个螺栓通过压板压块构成的复合夹紧机构对工件夹紧。

查表得

W0=WK*/L*1/η0

MQ=W0*[r’tgφ1+rztg（α+φ2’）]

=Wk*[r’tgφ1+rztg（α+φ2’）]*/L*1/η0

其中L：

作用力臂

r’：

螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）

φ1：

螺杆端部与工件间的摩擦角（°）

rz：

螺纹中径之半（mm）

湖南农业大学2005届毕业设计

α：

螺纹升角（°）

查《机床夹具手册