汽车转向节设计毕业论文.docx
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汽车转向节设计毕业论文
Abstract
Steeringknuckleisoneofthemostimportantpartsofthebridge,itspurposeistobeartheloadofthefrontcar,bearanddrivethefrontwheeltoturntheErshisteeringkingpinaround.Inthepurposeofdriving,itstandsthechangingimpactloadandthereforehighstrengthisrequired.
Inthegraduationdesign,Ihavemainlycompletedtheoverallprocessdesignoftheleftsteeringknucklewhoseannualoutputis100000,theequipmentdesignofthekingpinholefineprocessingandthefixturedesignofthekingpinholefineprocessing.Theoverallprocessdesignofthesteeringknuckleismainlybasedonsomereferemceandcomparativelyanalysetherequirementstomachiningtechnicsofthepart.Totheequipmentdesignofthemainpinholeboringprocessthecombinationofmachinetooldesignisthemostimportant,includingtheestablishmentofthreechartandacard（theproceduredraft,thesignaldiagramoftheprocess,thecontactsizediagramofthemachineandtheXiaoLvKaproductioncard）,mainlyrefertothedesignmethodonthe"MachineToolDesign".Inthekingpinholeboringfixturedesign,weusetherelevantknowledgeoffixturedesigninthe"mechanicalmanufacturingbase"tolocatethefixture,analyseanddeterminetheclampingprogram,anddesignposition,fixturecomponentsandothercomponentsaccordingtothestandarddesigninthe"machinetoolfixturedesign"anddesignthestructureofsomespecialinstitutions.
Inthegraduationdesign,therelaventknowledgeofthecombinationmachineanddedicatedfixturedesignmethodaremainlyused,thereforsystematicallyreviewandmasterthegeneralprocessesandmethodsofthemechanicalproductsprocessing’sdesign.
KeyWords：
kingpinhole;boring;Fixture
1绪论
1.1论文研究的背景及意义
转向节的结构形式按节体和轮轴的组合方式，分为整体式和分开式两种。
整体式转向节是节体和轮轴合为一个整体，其毛坯一般采用锻造成型分开式转向节是节体和轮轴分成两件．轮轴采用棒形坯料．节体毛坯为锻造或铸造成型，分别加工后再压配成一体。
转向节按节体和轮轴的组合方式，分为整体式和分开式两种，整体式主要用于商用车〔货车〕，分开式那么主要用于乘用车〔轿车〕。
目前，国外汽车多数采用整体式结构。
转向节的关键加工部位包括：
主销孔、轮轴上安装轮彀轴承的配台面和减震器安装孔等。
1.2国内外研究现状
国外工业根底好，开展成熟，再加上汽车工业兴旺，经验也比拟丰富，在转向节生产上都有各自的特点。
对于主销孔，国外大多采用卧式双面镗床进行钻、镗加工，且将精镗主销孔和内端面组合为一道工序；有些厂家也采用立式喷射钻一次加工完成单耳主销孔，能加到达较高的精度和外表粗糙度要求。
转向节轮轴国外主要采用可变速的仿型车床车削，并由单刀仿形车削逐渐向多刀仿形车削开展。
精加工轮轴国外均采用端面外圆磨床磨削，在磨削过程中采用自动测量装置，进行砂轮的修正和进给量的及时补偿。
与国外技术相比，国内工业根底薄弱，转向节加工技术起步晚，也缺少相关经验。
因此尽管在上世纪末，国内已开始生产转向节加工专机，但在实际加工中，往往难以到达产品图纸的技术要求、也难以保证生产节拍。
例如，天津某厂生产夏利轿车转向节，其结构复杂、刚性差、空间角度多、各部位都不在同一平面上，给制造带来很大的难度。
因此最终选择了引进国外技术加工转向节。
在2021年，第。
这大大提高了我国的转向节加工能力。
尽管如此，我国转向节生产技术与国外先进技术的差距还是很大的。
通用汽车公司凯迪拉克部的新型转向节加工线，其32工位节体加工自动线总长36.6m，由前后两段组成，分别对节体进行粗、精加工。
克罗斯公司的“双程〞加工自动线，那么由8个工位组成，主要特点在于每个被加工的转向节必须在自动线上通过两次才能完成全部加工。
这种双程布置形式可减少自动线占地面积。
1.3研究目的
汽车左转向节主销孔镗削加工工艺及组合机床设计，在此次毕业设计中要完成对年产量100000件左转向节加工总体工艺方案设计、主销孔加工工艺装备设计和主销孔镗削夹具设计。
镗床是装备工业的根本生产手段之一，镗削工业是关系国计民生、国防建设的根底工业和战略性产业。
专用夹具设计更是为提高加工质量及效率自动化的要求，促进经济开展和科技进步。
可以通过实地考察，了解在现今工厂中所用到的镗销的组合机床及其夹具，并确定其开展方向和所要求的精度范围。
毕业设计是高等工业院校学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练时机，也是对学生在校期间所获得知识的检验。
1.4课题研究的主要内容
本文的主要任务是设计左转向节主销孔镗削加工的工艺及组合机床设计，主要设计转向节的加工工艺、镗削加工组合机床设计及镗削加工主销孔的夹具设计。
本次设计的主要内容如下：
接着是左转向节加工工艺方案的设计。
首先进行零件工艺分析，再进行零件的加工工艺分析，最后制定左转向节批量生产的工艺过程。
左转向节主销孔镗削加工的组合机床总体设计。
主要是完成三图一卡的设计，包括零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图及生产率计算卡的编制。
左转向节主销孔镗削加工工艺的夹具设计。
包括定位加紧原理设计分析，镗套设计及其他机构的设计，最后将所有元件进行装配，绘制出装配图及零件图。
最后对毕业设计论文的主要工作做一个总结。
2零件工艺方案设计
2.1零件分析
零件进行工艺分析的一个主要内容就是研究、审查零件的结构工艺性。
所谓零件的结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，在现有技术水平和资源约束下，制造的可行性和经济性。
转向节的形状比拟复杂，集中了轴、套、盘环、叉架等四类零件的结构特点，主要由支承轴颈、法兰盘、叉架三大局部组成。
支承轴颈的结构形状为阶梯轴，其结构特点是由同轴的外圆柱面、圆锥面、螺纹面，以及与轴心线垂直的轴肩、过渡圆角和端面组成的回转体；法兰盘包括法兰面、均布的连接螺栓通孔和转向限位的螺纹孔；叉架是由转向节的上、下耳和法兰面构成叉架形体的。
转向节的加工分为毛坯制造和成品机加。
2.2零件加工工艺分析
零件的制造包括毛坯生产、切削加工、热处理和装配等许多的生产阶段。
转向节的加工分为毛坯制造和成品机加工。
毛坯确实定
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，所以毛坯不宜采用铸造，毛坯采用锻造，锻造工艺主要由劈叉、拔杆、预锻、终锻等工序组成。
采用模锻有以下优点：
〔3〕制得的小公差锻件可以减少机加工工时；
〔4〕锻件的外表光洁度高；
〔5〕生产率较高。
粗精基准的选择
左转向节左端为短轴，右端为叉型，短轴局部为精基准应先加工。
在加工短轴局部时的基准是，将零件两头平面铣平，打顶尖孔，以顶尖孔中心线为精基准。
〔1〕粗基准的选择：
对于加工零件而言，尽可能选择不加工外表为粗基准，而对于有假设干个不加工外表的零件，应以与加工外表要求相对位置精度较高的不加工外表作为粗基准。
〔2〕精基准的选择：
精基准的选择应有利于保证加工精度，并使工件装夹方便，在选择时主要应注意基准重和，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。
转向节分为杆部、法兰盘和叉部等3个局部加工。
转向节轴颈中心线和主销孔中心线及两中心线交点是零件的设计基准，也是所有加工面的测量基准。
因此，在加工过程中，均以中心线和精加工后的轴承轴颈及主销孔作为定位基准。
〔1〕轴部加工以中心孔定位，车和磨为主，车用于粗加工和半精加工，磨用于精加工，还有螺纹的加工。
〔2〕法兰盘加工是轮轴上安装轮彀轴承的配台和制动器安装孔端面采用铣削到达粗糙度要求。
接着制动器安装孔的加工，采用一面两销定位，要保证其位置精度。
〔3〕叉部加工是端面加工，接着采用一面两销定位加工主销孔〔包括钻孔和镗孔〕，其加工主要是保证主销孔的同轴度，以及主销孔与内端面的垂直度。
还有主销端面孔的加工〔包括钻孔、倒角和攻丝〕，要保证位置精度。
〔4〕杆部的强化处理以提高转向节的疲劳寿命，一般为滚压和中频淬火，以在外表形成剩余压应力，提高产品疲劳强度。
〔5〕主销孔压装衬套后的加工，压装后加工更有利于装配，否那么影响转向的灵活性。
2.3零件加工工艺规程
根据左转向节的零件图知，杆部有两个圆柱体的外表粗糙度为0.8，精度要求比拟高，所以除了车削加工外，我们还需要磨削。
对于回转体，其轴肩轮毂面的外表粗糙度也为0.8，需要先在车床上车，然后在卧式磨床上加工，如磨削杆部在同一个磨床上操作。
在粗车轴肩轮毂后需要加工斜孔，最后才磨削轴肩轮毂。
法兰盘的精度要求不高，外表粗糙度为6.4，我们只需要粗铣，半精铣就可以到达要求，对于法兰盘上的制动安装孔，其外表粗糙度为12.8，我们在钻削安装孔时主要是要保证其位置度。
所以需要安装面作为定位基准面，同时采用一面两销的定位原理，螺栓通孔和螺纹孔可以同时一起加工。
接下来是叉部的加工，叉部加工在这里主要是端面螺纹孔的加工和主销孔的加工，螺纹孔可以通过钻-绞-攻螺纹来完成，其外表精度要求不高。
对于主销孔的加工，其主销孔的同轴度和与内端面的垂直度是加工的重点。
主销孔通过钻削、镗削来完成加工过程。
由于主销孔最终直径为mm，查表知其精度到达IT7，精度要求很高。
主销孔外表粗糙度为Ra6.3，外表粗糙度要求不高。
综上所述镗削需分三步完成，先是粗镗、半精镗后精镗才能到达精度要求。
工艺过程和生产线的形式取决于生产纲领的大小。
本任务中转向节的年生产量为10万件。
考虑到生产效率及本任务要求加工中所用设备为组合机床，工序均采用专用夹具。
加工过程按流水生产线排列。
转向节大批大量生产的工艺过程如表1所示。
表1转向节的工艺过程
工序名称
设备
1
钻中心孔
专用中心孔钻床
2
车轴颈、台肩及端面、圆弧、端面
专用液压仿形车床
3
粗磨轴颈及端面、圆弧
双砂轮端面外圆磨床
4
钻削制动鼓孔
卧式专用组合钻床
5
粗铣上下耳内外端面
专用铣床
6
钻主销孔
卧式专用组合钻床
7
镗主销孔
卧式专用组合镗床
8
铣耳环侧面
特种铣床
9
钻铰摇臂孔
立式钻铰组合机床
10
拉键槽
卧式拉床
11
锪轴承窝座
特种镗床
12
精铣上耳内侧面
专用组合铣床
13
钻主销孔
卧式专用组合钻床
14
镗衬套孔
专用镗床
15
中频淬火
16
清洗
专用清洗机
17
压挤衬套
单柱液压校正机
18
精磨轴颈及端面
端面外圆磨床
19
滚挤螺纹
螺纹滚丝机
20
铣平台
立式铣床
21
探伤退磁
专用探伤机
22
清洗
专用清洗机
23
最终检验
钳工台
24
入库
3左转向节主销孔镗削加工组合机床总体设计
组合机床是根据工件加工需要以大量系列化、标准化的通用部件为根底，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。
组合机床的主要组成局部为：
滑台、夹具、多轴箱、动力箱、中间底座、侧底座以及辅助部件等组成。
加工时，刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动做旋转主体运动，并通过滑台带动做直线运动。
组合机床总体设计内容和步骤与普通机床相同，但由于组合机床纸加工一种或数种工件的特定工序，工艺范围窄，主要技术参数；且工艺方案一旦确定，就确定了结构布局；因而总体设计的侧重点不同，主要是通过共建分析等掌握机床设计的依据，画出详细的加工零件工序图；通过工艺分析，画出加工示意图；然后进行总体布局，画出机床尺寸联系图。
3.1绘制加工零件工序图
被加工零件工序图应包括以下内容：
〔2〕在图上应表示出加工用基面和夹紧的方向机位置，以便依此进行夹具的支承，定位及夹紧系统的设计。
〔3〕在图上应表示出加工外表的尺寸、精度、光洁度、位置尺寸及精度和技术条件〔包括对上到工序的要求及本机床保证的局部〕。
本次加工零件的图纸是老师给的，根据图纸上要求，可以得出左转向节主销孔镗削加工的加工部件材料、尺寸、精度、外表粗糙度、零及技术要求。
而该工序的定位基准、加紧部位那么需设计。
定位加紧部位设计
转向节零件结构较复杂，由于镗削加工为精加工，所以定位基准选择时尽量选择精基准。
初定两个定位方案。
首先以转向节回转面定位，转向节回转面加工精度较高。
采用回转面上的销孔及φ55轴部定位。
而在工件夹紧时只能夹紧制动器安装孔端面，为了保证加紧力的作用点正对支承元件从而提高工件刚度、减少加工变形只能采用制动器安装孔端面定位。
图1转向节主销孔镗削加工定位方式
如左图所示：
以转向节φ55轴部限制工件X、Z方向移动自由度。
制动器安装孔端面定位，限制工件X、Z方向转动自由度及Y轴方向移动自由度，还有绕Y轴方向转动的自由度采用削边销定位，从而实现夹具中的6点定位。
虽然制动器安装孔端面的精度不高，但是经过粗加工能够作为精基准。
如上所述，为了保证工件加工的刚度，夹紧力应作用在工件刚性较高的部位，且夹紧力应作用在支承板上，所以加紧力的作用点在制动器安装孔端面。
同时由于工序要求同时加工两个工件，所以加紧力要同时加紧两个工件，最后采用可转式压板，同时加紧两个工件的制动器安装孔端面。
绘制被加工零件工序图的规定
〔2〕加工部位的位置尺寸应有定位基准算起。
但有时也可将工件某一主要孔德位置尺寸从定位基准算起，其余各孔的位置尺寸再从该基准算起。
当定位基准与设计基准不重合时，要进行换算。
〔3〕注明零件对机床加工提出的某些特殊要求，如对精镗孔机床应注明是否允许留有退刀痕迹。
〔4〕对简单的零件，可直接在零件图上作必要的说明，而不需要另行绘制被加工零件工序图。
根据以上内容及规定可绘制出转向节主销孔镗削加工的工序图。
3.2绘制加工示意图
在加工示意图上应标注的内容
〔2〕工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。
如工件端至多轴箱端面间的距离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等。
〔3〕主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆〔包括镗杆〕、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。
刀具应按终了位置绘制。
绘制加工示意图的考前须知
〔1〕加工示意图中的位置，应按加工终了时的状况绘制，且其方向应与机床的布局吻合。
〔2〕工件的非加工部位用细实线绘制，其余局部一律按机械制图标准绘制。
〔4〕主轴见的分布可不按真实的中心距绘制，但加工孔距很近或需设置径向尺寸较大的导向装置时，那么应按比例绘制，以便于检查相邻主轴、刀具、导向装置等是否产生干预。
绘制加工示意图之前的计算
〔1〕选择刀具结构及镗杆
镗杆的设计对镗孔精度影响很大。
所以在设计镗模前应确定镗杆的尺寸。
镗杆的主要尺寸是直径和长度。
直径受到加工孔径的限制，在可能的情况下应尽量取的大些，以增加其刚度。
一般取d=〔0.6-0.8〕D〔D为工件镗孔直径〕。
在本道工序中D=41mm，所以d=24.6-32.8mm。
镗刀不宜在镗杆外悬伸过长，以免刚性缺乏。
镗孔直径D、镗杆直径d、镗刀截面之间的关系，参照?
组合机床设计第一册?
表4-5选取d=30mm，=。
初定镗刀装在镗杆上的几何参数为：
主偏角Kψ=50°，前角Ψ。
=5°，刃倾角λs＝0°，刀尖圆角半径Υε=1〔mm〕。
〔2〕导向套的设计
组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证。
导向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向。
当加工孔径不大于40mm或摩擦外表的线速度小于20m/min时，一般采用固定式导向，刀具或刀杆的导向局部，在导向套内即转动又作轴向移动。
加工孔径较大或线速度大于20m/min时，一般采用旋转式导向装置。
旋转式导向装置将旋转副和直线移动副分别设置，按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式。
。
最终设计的导向套的结构参数如图2。
图2镗套
〔3〕初定切削用量
组合机床往往采用多轴、多刀、多面同时加工。
且组合机床的刀具要有足够的使用寿命，以减少频繁换刀。
因此，组合机床切削用量一般比通用机床的单刀加工要低30%以上。
同一多轴箱上的刀具由于采用同一滑台实现进给，所以，各刀具〔丝锥除外〕的每分钟进给量应该相等。
因此，应按工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具〞来确定；对于其他刀具，在此根底上进行调整。
使用液压滑台时，所选的每分钟进给量一般比滑台的最小进给量大50%，以保证进给稳定。
查?
组合机床设计手册?
，用高速钢精镗合金钢的切削用量为：
v=20-35m/min,
f=0.10-0.30mm/r。
由
得
取n=300r/min,v=38.62m/min;f=0.03mm/r。
〔4〕确定切削力、切削扭矩和切削功率
轴向力、切削扭矩和切削功率是为了分别选择滑台及设计夹具、确定主轴及其他传动件尺寸、选择主电动机〔一般是选择动力箱的驱动电动机〕提供依据。
工件的材料为40MnB，合金钢，硬度为240~270HB，，。
切削力：
其中=2650；=-0.15；=1.0；=0.75；=1.0。
=310.2N
切削功率：
=0.2kw
〔5〕选取刀具接杆
多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值。
因此，为保证多轴箱上的刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节。
这个可调环节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的。
组合机床主轴与刀具之间通常有两种连接。
一是接杆连接，也称刚性连接，用于单导向进行钻、扩、铰、锪孔及倒角加工。
二是浮动卡头连接，也称浮动连接，用于长导向、双导向和多导向进行镗、扩、铰孔，以减少主轴位置误差及主轴径向跳动对加工精度的影响，防止主轴与夹具导向不同轴而产生“别劲〞现象。
通用的标准浮动卡头有小浮动量及大浮动量两种，绘制加工示意图时可以根据有关的组合机床标准选择。
在本次设计中，浮动卡头的结构型式和尺寸根据?
机床夹具设计手册?
表3-5-6选取。
〔6〕主轴选择
主轴型式主要取决于进给抗力和主轴——镗杆直径—浮动卡头规格尺寸—主轴尺寸。
〔7〕确定加工示意图的联系尺寸
最重要的联系尺寸是工件端面到多轴箱端面之间的距离。
它等于刀具悬伸长度+螺母厚度+主轴外伸长度+接杆伸出长度〔可调〕之和，再减去加工孔深〔非通孔〕。
本设计中即为尺寸362mm。
〔8〕工作进给长度确实定
工作进给长度按加工长度最大的孔来确定，进给长度等于刀具切入值+加工孔深+切出值〔非通孔无〕，本设计中切入值与切出值都取8mm加工孔深为69.5mm，所以工作进给长度为85.5mm。
3.3机床联系尺寸图
绘制机床联系尺寸图之前应进行如下计算：
滑台的选用
根据滑台的驱动方、所需进给力、进给速度、最大行程和加工精度等因素来选用适宜的滑台。
〔1〕驱动方式确实定
机械滑台和液压滑台的用途、工作循环和导轨型式完全一样。
液压滑台与机械滑台的主要区别是：
液压滑台的进给速度属于无级调速，变换进给量方便。
液压系统看安装压力继电器，机床运行平安，机床较易实现加工自动循环。
且液压滑台应用广发，所以选用液压滑台。
〔2〕确定轴向进给力
滑台所需进给力
式中为各主轴加工时所产生的轴向力〔N〕。
〔3〕确定进给速度
液压滑台的工作进给速度规定在一定范围内无级调节。
对液压滑台，确定刀具切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.5～1倍。
本次设计采用1HY32G型液压滑台，工进速度20～650mm/min,.快速移动速度为10m/min。
〔4〕确定滑台的行程
滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。
前备量的作用是使动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及道具磨损后能向前调整，前备量一般大于10~20mm。
本设计中取为20mm；后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便的装卸刀具，后备量一般不小于40~50mm，所以后备量取为50mm。
滑台的总行程应大于工作行程、前备量、后备量之和。
本设计中选用1HY32G，行程为630mm。
查?
组合机床设计?
16页表2-4，与1HY32G配套滑台侧底座为1CC322M，查?
组合机床设计?
179页附表18得1CC322标准尺寸，其标准高度为560mm。
动力箱的选用
动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率来选用。
其中，动力箱的切削功率：
，
多轴箱传动效率，取0.8。
动力箱的电动机功率应大于计算功率。
查?
组合机床设计?
24页表2-15选用动力箱1TD32Ⅰ
确定装料高度
装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离。
装料高度在850~1060mm范围内选取，本设计中取为1060mm。
确定夹具轮廓尺寸
工件的尺寸和形状是确定夹具底座尺寸的根本依据。
确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的需求空间，并应满足排屑和安装的需要。
镗模架体厚度为150~300mm。
由于夹具较复杂，所以在绘制出夹具的结构草图后，再确定夹具轮廓尺寸。
详细的夹具设计参见第3章。
夹具的长度为592.5mm，厚度为453mm。
中间底座轮廓尺寸
中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面联接安装的需要。
中间底座长度尺寸根据所选动力部件〔滑台、滑座〕及配套部件〔侧底座〕的位置关系
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