【文章內(nèi)容簡介】 institutions. In the graduation design ,the relavent knowledge of the bination machine and dedicated fixture design method are mainly used , therefor systematically review and master the general processes and methods of the mechanical products processing’s design. Key Words： kingpin hole。 boring。 Fixture 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 1緒論 論文 研究的 背景及 意義 轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向橋上的主要零件之一，一般載貨汽車多以前橋為轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向節(jié)按裝配位置分左、右兩種。左置方向盤的汽車（如我國、美國等按右側(cè)行駛的汽車）其左轉(zhuǎn)向節(jié)的上、下耳部各有一 分別用于安裝轉(zhuǎn)向節(jié)上臂與下臂的錐孔。而右轉(zhuǎn)向節(jié)只在下耳有一個安裝下臂的錐孔。左右轉(zhuǎn)向臂與轉(zhuǎn)向橫拉桿連接，與前軸構(gòu)成轉(zhuǎn)向梯形。當(dāng)汽車沿彎路轉(zhuǎn)向行駛時，使兩轉(zhuǎn)型節(jié)繞主銷偏轉(zhuǎn)不同的角度，讓所有車輪繞同一瞬時滾動中心滾動，以減少車輪在轉(zhuǎn)向行駛時的滑擦。轉(zhuǎn)向節(jié)的軸頸通過輪轂軸承與輪轂連接，車輪用螺栓與輪轂連接，并繞轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)汽車行走。 轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)形式按節(jié)體和輪軸的組合方式，分為整體式和分開式兩種。整體式轉(zhuǎn)向節(jié)是節(jié)體和輪軸合為一個整體，其毛坯一般采用鍛造成型分開式轉(zhuǎn)向節(jié)是節(jié)體和輪軸分成兩件．輪軸采用棒形坯料 ．節(jié)體毛坯為鍛造或鑄造成型，分別加工后再壓配成一體。 轉(zhuǎn)向節(jié)按節(jié)體和輪軸的組合方式，分為整體式和分開式兩種， 整體式主要用于商用車（貨車） ， 分 開 式 則 主要用于乘用車（轎車） 。目前，國外汽車多數(shù)采用整體式結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)向節(jié)的關(guān)鍵加工部位包括：主銷孔、輪軸上安裝輪彀軸承的配臺面和減震器安裝孔等。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外工業(yè)基礎(chǔ)好，發(fā)展成熟，再加上汽車工業(yè)發(fā)達(dá)，經(jīng)驗也比較豐富，在轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)上都有各自的特點。 對于主銷孔，國外大多采用臥式雙面鏜床進(jìn)行鉆、鏜加工，且將精鏜主銷孔和內(nèi)端面組合為一道工序；有些廠家也采用立式 噴射鉆一次加工完成單耳主銷孔，能加達(dá)到較高的精度和表面粗糙度要求。 轉(zhuǎn)向節(jié)輪軸國外主要采用可變速的仿型車床車削，并由單刀仿形車削逐漸向多刀仿形車削發(fā)展。精加工輪軸國外均采用端面外圓磨床磨削，在磨削過程中采用自動測量裝置，進(jìn)行砂輪的修正和進(jìn)給量的及時補(bǔ)償。 國外有些后輪驅(qū)動車的轉(zhuǎn)向節(jié)是通過壓配與焊接相結(jié)合的工藝方法連接到減震器上，這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向節(jié)有一個大的減震器安裝孔。減震器孔的加工方法，國外以噴射鉆加工為主。 在轉(zhuǎn)向節(jié)外螺紋的加工上，國外除常規(guī)的切削工序外，尚有采用滾壓和磨削兩種高效的工藝方法。這兩種加工方 法都能大大提高螺紋的精度和表面粗糙度，從而提高螺紋的疲勞強(qiáng)度和耐磨性 與國外技術(shù)相比，國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，轉(zhuǎn)向節(jié)加工技術(shù)起步晚，也缺少相關(guān)經(jīng)驗。因武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 此盡管在上世紀(jì)末，國內(nèi)已開始生產(chǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)加工專機(jī)，但在實際加工中，往往難以達(dá)到產(chǎn)品圖紙的技術(shù)要求、也難以保證生產(chǎn)節(jié)拍。 例如，天津某廠生產(chǎn)夏利轎車轉(zhuǎn)向節(jié)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性差、空間角度多、各部位都不在同一平面上，給制造帶來很大的難度。因此最終選擇了引進(jìn)國外技術(shù)加工轉(zhuǎn)向節(jié)。 在 2021 年，第 一條獨具中國重汽技術(shù)創(chuàng)新特色的全自動、柔性化轉(zhuǎn)向節(jié)加工生產(chǎn)線在中國重汽橋箱公司正式 投入生產(chǎn)運行 。這大大提高了我國的轉(zhuǎn)向節(jié)加工能力。 盡管如此，我國轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)的差距還是很大的。 以美國為例： 通用汽車公司凱迪拉克部的新型轉(zhuǎn)向節(jié)加工線，其 32 工位節(jié)體加工自動線總長，由前后兩段組成，分別對節(jié)體進(jìn)行粗、精加工。克羅斯公司的“雙程”加工自動線，則由 8個工位組成，主要特點在于每個被加工的轉(zhuǎn)向節(jié)必須在自動線上通過兩次才能完成全部加工。這種雙程布置形式可減少自動線占地面積。 在德國，轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)也有自己的特色。德國 Mauser 公司的加工自動線上主要采用滾壓螺紋、噴射鉆削主銷孔、 拉削節(jié)體凸榫面等高效率工藝方法，能極大地提高自動線的生產(chǎn)率。為了滿足柔性生產(chǎn)要求，德國 AiringKessler 專用機(jī)床公司的加工自動線，在自動線上采用了 4個 HFE一 40C 型三座標(biāo)數(shù)控動力頭，取代了傳統(tǒng)的可調(diào)式鉆削、銑削動力，用來加工轉(zhuǎn)向臂凸臺面和制動支承面上的安裝孔等。 研究目的 汽車左轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔鏜削加工工藝及組合機(jī)床設(shè)計，在此次畢業(yè)設(shè)計中要完成對年產(chǎn)量 100000 件左轉(zhuǎn)向節(jié)加工總體工藝方案設(shè)計、主銷孔加工工藝裝備設(shè)計和主銷孔鏜削夾具設(shè)計。 鏜床是裝備工業(yè)的基本生產(chǎn)手段之一，鏜削工業(yè)是關(guān)系國計民生 、國防建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。專用夾具設(shè)計更是為提高加工質(zhì)量及效率自動化的要求，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步。 培養(yǎng)綜合運用所學(xué)基本理論，基本知識， 基本方法和基本技能，分析問題和解決問題的能力。并且 可以通過 實地考察，了解在現(xiàn)今工廠中所用到的鏜銷的 組合 機(jī)床及其夾具，并確定 其 發(fā)展方向和所要求的精度范圍。 畢業(yè)設(shè)計是高等工業(yè)院校學(xué)生畢業(yè)前進(jìn)行的全面綜合訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識與技能解決實際問題的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生在校獲得的最后訓(xùn)練機(jī)會，也是對學(xué)生在校期間所獲得知識的檢驗。 課題研究的主要內(nèi)容 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 本文的主要 任務(wù)是 設(shè)計 左轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔鏜削加工的工藝及組合機(jī)床設(shè)計，主要設(shè)計轉(zhuǎn)向節(jié)的加工工藝、鏜削加工組合機(jī)床設(shè)計及鏜削加工主銷孔的夾具設(shè)計。 本次設(shè)計的 主要內(nèi)容如下： 首先 完成開題報告：介紹本次設(shè)計 的背景和意義，關(guān)于轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝的 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后分析設(shè)計的總體方案及進(jìn)程安排 。 接著是 左轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝方案的設(shè)計。首先進(jìn)行零件工藝分析，再進(jìn)行零件的加工工藝分析，最后制定左轉(zhuǎn)向節(jié)批量生產(chǎn)的工藝過程。 左轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔鏜削加工的組合機(jī)床總體設(shè)計。主要是完成三圖一卡的設(shè)計，包括零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖及生產(chǎn)率計 算卡的編制。 左轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔鏜削加工工藝的夾具設(shè)計。包括定位加緊原理設(shè)計分析，鏜套設(shè)計及其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計，最后將所有元件進(jìn)行裝配，繪制出裝配圖及零件圖。 最后對 畢業(yè)設(shè)計論文的主要工作做一個總 結(jié) 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 2零件工藝方案設(shè)計 零件分析 零件進(jìn)行工藝分析的一個主要內(nèi)容就是研究、審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性。所謂零件的結(jié)構(gòu)工藝性，是指所設(shè)計的零件在滿足使用要求的前提下，在現(xiàn)有技術(shù)水平和資源約束下，制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。 轉(zhuǎn)向節(jié)的 形狀比較復(fù)雜，集中了軸、套、盤環(huán)、叉架等四類零件的結(jié)構(gòu)特點，主要由支承軸頸、法蘭盤、叉架三大部 分組成。支承軸頸的結(jié)構(gòu)形狀為階梯軸，其結(jié)構(gòu)特點是由同軸的外圓柱面、圓錐面、螺紋面，以及與軸心線垂直的軸肩、過渡圓角和端面組成的回轉(zhuǎn)體；法蘭盤包括法蘭面、均布的連接螺栓通孔和轉(zhuǎn)向限位的螺紋孔；叉架是由轉(zhuǎn)向節(jié)的上、下耳和法蘭面構(gòu)成叉架形體的。轉(zhuǎn)向節(jié)的加工分為毛坯制造和成品機(jī)加。 轉(zhuǎn)向節(jié)形狀復(fù)雜，強(qiáng)度要求高，毛坯一般采用 40Cr 或 40MnB 等合金結(jié)構(gòu)鋼通過模鍛的方法制造。模鍛的毛坯制造精度高，加工余量小，生產(chǎn)效率高，而且金屬材料經(jīng)模鍛后，纖維組織的分布有利于提高零件的強(qiáng)度。 零件加工工藝分析 零件的制造包括毛 坯生產(chǎn)、切削加工、熱處理和裝配等許多的生產(chǎn)階段。 轉(zhuǎn)向節(jié)的加工分為毛坯制造和成品機(jī)加 工 。 毛坯的確定 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)要求有足夠的韌性和強(qiáng)度以保證其工作的穩(wěn)定，該零件為 40Cr 調(diào)質(zhì)，生產(chǎn)批量大，但壁厚不均勻，所以毛坯不宜采用鑄造， 毛坯采用鍛造， 鍛造工藝主要 由 劈叉、拔桿、預(yù)鍛、終鍛等工序組成 。 采用模鍛有以下優(yōu)點： （ 1）鍛件的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)結(jié)實，可獲得較高的強(qiáng)度； （ 2）鍛件的廢品少，因為鍛件沒有疏松、表面雜質(zhì)、內(nèi)部裂紋的缺陷； （ 3）制得的小公差鍛件可以減少機(jī)加工工時； （ 4）鍛件的表面光潔度高； （ 5）生 產(chǎn)率較高。 粗精基準(zhǔn)的選擇 左轉(zhuǎn)向節(jié)左端為短軸，右端為叉型，短軸部分為精基準(zhǔn)應(yīng)先加工。在加工短軸部分時的基準(zhǔn)是，將零件兩頭平面銑平，打頂尖孔，以頂尖孔中心線為精基準(zhǔn)。 （ 1）粗基準(zhǔn)的選擇：對于加工零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)，而對于有若干個不加工表面的零件，應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 基準(zhǔn)。 （ 2）精基準(zhǔn)的選擇：精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便，在選擇時主要應(yīng)注意基準(zhǔn)重和，基準(zhǔn)統(tǒng)一等問題，當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行 尺寸換算。 零件加工表面加工方法的確定 轉(zhuǎn)向節(jié)分為桿部、法蘭盤和叉部等 3 個部分加工。 轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸中心線和主銷孔中心線及兩中心線交點是零件的設(shè)計基準(zhǔn)，也是所有加工面的測量基準(zhǔn)。因此，在加工過程中，均以中心線和精加工后的軸承軸頸及主銷孔作為定位基準(zhǔn)。 （ 1） 軸 部加工以中心孔定位，車和磨為主， 車用于粗加工和半精加工，磨用于精加工，還有螺紋的加工。 （ 2）法蘭盤加工是 輪軸上安裝輪彀軸承的配臺和 制動器安裝孔 端面采用銑削達(dá)到粗糙度要求。接著 制動器安裝孔的加工， 采用一面兩銷定位， 要保證其位置 精 度。 （ 3）叉部加工 是 端面加工，接著 采用一面兩銷定位 加工主銷孔（包括鉆孔和鏜孔），其加工主要是保證主銷孔的同軸度，以及主銷孔與內(nèi)端面的垂直度。 還有主銷端面孔的加工（包括鉆孔、倒角和攻絲），要保證位置精度。 （ 4）桿部的強(qiáng)化處理以提高轉(zhuǎn)向節(jié)的疲勞壽命 ， 一般為滾壓和中頻淬火，以在表面形成殘余壓應(yīng)力，提高產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度。 （ 5）主銷孔壓裝襯套后的加工，壓裝后加工更有利于裝配，否則影響轉(zhuǎn)向的靈活性。 零件加工工藝 規(guī)程 根據(jù)左轉(zhuǎn)向節(jié)的零件圖知 ，桿部有兩個圓柱體的表面粗糙度為 ，精度要求比較高，所以除了車削加工外 ，我們還需要磨削 。對于回轉(zhuǎn)體，其軸肩輪轂面的表面粗糙度也為，需要先在車床上車，然后在臥式磨床上加工，如磨削桿部在同一個磨床上操作。在粗車軸肩輪轂后需要加工斜孔，最后才磨削軸肩輪轂。法蘭盤的精度要求不高，表面粗糙度為 ，我們只需要粗銑，半精銑就可以達(dá)到要求，對于法蘭盤上的制動安裝孔，其表面粗糙度為 ，我們在鉆削安裝孔時主要是要保證其位置度。所以需要安裝面作為定位基準(zhǔn)面，同時采用一面兩銷的定位原理，螺栓通孔和螺紋孔可以同時一起加工。接下來是叉部的加工，叉部加工在這里主要是端面螺紋孔的加工和主銷孔的加工，螺紋孔可 以通過鉆 絞 攻螺紋來完成，其表面精度要求不高。對于主銷孔的加工，其主銷孔的同軸度和與內(nèi)端面的垂直度是加工的重點。主銷孔通過鉆削、鏜削來完成加工過程。由于 主銷孔最終直徑為 ? ? mm，查表知其精度達(dá)到 IT7，精度要求很高。主銷孔表面粗糙度為 ， 表面粗糙度要求不高 。綜上所述 鏜削需分三步完成，先是粗鏜、半精鏜后精鏜才能達(dá)到精度要求。 工藝過程和生產(chǎn)線的形式取決于生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小。本任務(wù)中轉(zhuǎn)向節(jié)的年生產(chǎn)量為 10武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 萬件?？紤]到生產(chǎn)效率及本任務(wù)要求加工中所用設(shè)備為 組合機(jī)床，工序均采用專用夾具。加工過程按流水生產(chǎn)線排列。轉(zhuǎn)向節(jié)大批大量生產(chǎn)的工藝過程如表 1 所示。 表 1 轉(zhuǎn)向節(jié)的工藝過程 工序號 工序名稱 設(shè)備 1 鉆中心孔 專用中心孔鉆床 2 車軸頸、臺肩及端面、圓弧、端面 專用液壓仿形車床 3 粗磨軸頸及端面、圓弧 雙砂輪端面外圓磨床 4 鉆削制動鼓孔 臥式專用組合鉆床 5 粗銑上下耳內(nèi)外端面 專用銑床 6 鉆主銷孔 臥式專用組合鉆床 7 鏜主銷孔 臥式專用組合鏜床 8 銑耳環(huán)側(cè)面 特種銑床 9 鉆鉸搖臂孔 立式鉆鉸組合機(jī)床 10 拉鍵槽 臥式拉床 11 锪軸承窩座 特種鏜床 12 精銑上耳內(nèi)側(cè)面 專用組合銑床 13 鉆主銷孔 臥式專用組合鉆床 14 鏜襯套孔 專用鏜床 15 中頻淬火 16 清洗 專用清洗機(jī) 17 壓擠襯套 單柱液壓校正機(jī) 18 精磨軸頸及端面 端面外圓磨床 19 滾擠螺紋 螺紋滾絲機(jī) 20 銑平臺 立式銑床 21 探傷退磁 專用探傷機(jī) 22 清洗 專用清洗機(jī) 23 最終檢驗 鉗工臺 24 入庫 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 3左轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔鏜削加工組合機(jī)床總體設(shè)計 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要以大量系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部 件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或數(shù)種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的高效專用機(jī)床。組合機(jī)床的主要組成部分為：滑臺、夾具、多軸箱、動力箱、中間底座、側(cè)底座以及輔助部件等組成。加工時，刀具由電動機(jī)通過動力箱、多軸箱驅(qū)動做旋轉(zhuǎn)主體運動，并通過滑臺帶動做直線運動。 組合機(jī)床總體設(shè)計內(nèi)容和步驟與普通機(jī)床相同，但由于組合機(jī)床紙加工一種或數(shù)種工件的特定工序，工藝范圍窄，主要技術(shù)參數(shù)已知；且工藝方案一旦確定，就確定了結(jié)構(gòu)布局；因而總體設(shè)計的側(cè)重點不同，主要是通過共建分析等掌握機(jī)床設(shè)計的依據(jù)，畫出詳細(xì)的加工零件工序圖；通過 工藝分析，畫出加工示意圖；然后進(jìn)行總體布局，畫出機(jī)床尺寸聯(lián)系圖。