1、 天津工程师范学院 （成人教育） 毕 业 设 计 题 目 机械加工工艺及工装设计 副标题 汽车转向节 机械加工工艺及工装设计 学生姓名 年 级 05级 函 授 站 重庆函授站 (重庆五一高级技校 ) 专 业 机电一体化技术 指导教师 评定成绩 天津工程师范学院成人教育毕业论文 1 目 录 一 引言 3 二 零 件 分 析 3 (一 ) 零件的生产纲领及生产类型 3 （二） 零件的类型及功用 3 （三） 零件的结构分析及工艺性审查 3 （四） 零件主要技术条件及技术关键问题 3 三 工艺规程设计 4 （一） 确定毛坯制造的形式 4 （二） 定位基准的选择 4 1 粗 基 准的 选择 4 2 精
2、基 准的 选择 4 （三） 零件表面加工方法的选择 4 （四） 制定工艺路线 5 四 确定机械加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图 6 （一） 确定机械加工余量 6 （二） 确定毛坯尺寸 9 （三） 设计毛坯图 9 五 工序设计 10 （一） 50 工序粗车各外圆表面工序设计 10 （二） 90 工序铣两内侧面工序设计 14 （三） 170 工序拉主销孔工序设计 15 （四） 250 工序磨外圆轴颈工序设计 15 （五） 70 工序半精车各外圆表面数控车削工序设计（方案二） 16 六 专用夹具设计 18 （一） 问题的提出 18 （二） 定位方案选择 18 1 定位基准的选择 18 （三） 定位误差
3、分析及计算 18 1 刀具、钻 具、衬套 的选择 19 2 对刀误差 19 3 角度误差 20 4 分度误差 20 （四） 夹紧方案选择 20 （五） 夹紧力计算 20 1 确定轴向切削力 20 2 确定夹紧力 20 （六） 夹紧力方向与夹紧力作用点的选择 21 七 专用刀具设计 21 八 专用量具的设计 22 九 结束语 23 天津工程师范学院成人教育毕业论文 2 一十 参 考 文献 33 十一 致谢 24 附件一：英文资料译文 附件二：汽车转向节机械加工工艺规程 附件三：汽车转向节零件图 附件四：汽车转向节毛坯图 附件五：钻主销孔夹具装配图及部分零件图 附件六： 1： 8锥孔加工铰刀设计图
4、 附件七：工序 170拉主销孔塞规设计图 天津工程师范学院成人教育毕业论文 3 汽车转向节机械加工工艺规程及工艺装备设计 作者 x x 一、 引言 毕业设计是我们大学期间的最后一个教学环节，是一个综合性的教学实践环节，是培养我们工程技术人员的主要教学环节 之一，是对几年学习成效 的综合性检验。通过这一环节培养我们综合运用所学知识解决问题的能力，提高我们开拓创新的能力。 机械加工工艺设计和工装设计是机制专业学生的对口课题，同时又是一个有 一定 深度和难度的课题，是综合性和实践性 较 强的课题。 本次毕业设计选择在大批大量生产下，完成汽车转向节的机械加工 工艺规程和工艺装备设计 。详细讨论了汽车转
5、向节从毛坯到成品的机械加工工艺过程，并制定了相应的机械加工工艺规程，并分 析总结了叉杆类零件的特点，分析出本叉杆类零件的主要加工为外圆表面和孔的加工，针对该零件的主要技术要求，设计了钻孔 用的回转钻模，以完成该零件 主销孔的钻削加工，达到相应的技术要求，并满足了生产率的要求。 同时，设计了该 零件制造过程所需要的其他的 工艺装备，包括 刀具和量 具等。 二、 零件分析 （一） 零件的生产纲领及生产类型 汽车转向节的生产纲领为 10万台 /年，生产类型为大批大量生产，所以在制定工艺路线时 应充分考虑 大批 大量生产的特点，制定合适的工艺路线，选择合适的机床、刀具、量具、检具，以便提高生产率，降低
6、成本 。 （二） 零件的类型及 功 用 汽车转向桥（即前桥）是利用转向节使前车轮可以偏转一定角度而使汽车转向的部件，同时也是汽车重要的前支承部件。转向节是汽车前桥上的一个关键零件。转向节叉形部分的主销孔用于插入主销 ，使转向节与前桥的前梁左右拳部连接为一体。转向节轴杆部分的两个外圆轴颈用于安装两个圆锥滚子轴承。两个圆锥滚子轴承的外圆则安装在前轮毂的轴承孔中， 而前轮毂与前轮辐、前轮胎和前制动器是连接为一个整体的。由此可见，转向节是连接汽车前梁和前轮的一个必不可少的关键零件。因此，转向节的制造必须全面达到设计图样和各 项技术条件的要求。 （三） 零件的结构分析及工艺性审查 汽车转向节由尾柄、上下
7、叉头及法兰盘组成。叉头与尾柄偏斜了一定的角度。该零件既有叉杆类零件的特点，又有 轴类零件的特点，以外圆表面和内孔为主要加工表面，且有较高的尺寸公差和形位公差要求。 对零件图的结构工艺性审查得知锥孔的加工有一定难度，叉头部分的两内表面 槽底 做成 R120的圆弧 形其 工艺性不如平面 形槽底 好。 （四） 零件主要技术条件及技术关键问题 汽车转向节的主要加工部分有：外圆表面的加工，孔的加工以及平面的加工，对这些加工部分的主要技术 要求有： 1、 轴线 X-X与轴线 Y-Y应在同一平面内，公差 0.2 天津工程师范学院成人教育毕业论文 4 2、 锥孔轴线 L-L垂直于 X-X和 Y-Y轴线所成的平
8、面，公差 0.15： 100 3、 磨削前经磁力探伤，检验后退磁 本零件的技术关键为： （ 1）叉形主销孔加工，有很高的同轴度要求。 （ 2）轴杆上两主轴颈外圆加工，尺寸精度高、表面粗糙度值小、形位精度高。 （ 3）下叉处锥孔加工。 （ 4） 尾柄上 40mm的外圆 表面与 74mm的外圆表面相接处的过渡圆角 R5应滚压，因为 汽车 转向节在工作过程中本连接处最易疲劳断裂，所以用滚压来提高疲劳强度。 对于上述 4处 关键表面的加工，在制订工艺规程时必须充分重视、必须保证质量。 三、 工艺规程设计 （一） 确定毛坯制造的形式 毛坯材料为 40Cr。 零件外形较复杂。 考虑 到汽车在运行中要经常左
9、右转向，零件在工作过程中则经常受交变载荷 及冲 击载荷 ，因此应选用锻件 毛坯， 使 零件材料内部形成 金属纤维 组织 ， 可提高承载能力， 保证零件工作可靠。由于零件年生产量 10000件，已达大批大量的生产类型 ，而且零件的尺寸不大，故可采用模锻成形，这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。 （二） 定位基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择 得 正确与合理，可以使加工质量 得以保证 ，生产率得以提高。否则，加工工艺过程 中将问题百出，更有甚者，还会造成零件大批 报废，使生产无法进行。 1、 粗基准的选择 本零件的尾柄部分是典型的轴类零件，故以外圆作为 径向
10、粗基准 ，以法兰盘端面作为轴向粗基准 。 2、 精基准的选择 零件 精基准的选择主要考虑因素是 提高定位精度，减少定位误差。对于转向节的加工，应按工种基本原则选择精基准，即基准重合原则和基准统一原则。基准重合原则是将 设计基准和工艺基准及测量基准相互重 合。这样就可以避免由于基准不重合而产生的基准不重合误差。 轴杆部分的设计基准是外圆轴线，而轴线是由轴两端的中心孔来体现的， 故该零件选择两个中心孔作为第一组精基准。基准统一原则是加工过程中大多数工序采用相同的定位基准，这样也可减少定位误差。因此，两个轴颈外圆、法兰盘端面和一个 10H7工艺孔作为第二组精基准。 （三） 零件表面加工方法的选择 零
11、件的主要加工表面为外圆表面、孔和平面。考虑到 各 个表面的技术要求，各种加工方法的经济加工精度范围， 各 加工表面的形状和尺寸大小，锻件材料（ 40Cr）的性质及可加工性和 生产纲领与生产类型，选择各加工表面的加工方法如下： 1、 25g6和 40g6的外圆表面及轴颈 74h10的端面：该外圆表面粗糙度为 Ra1.6m，同时考虑到生产率的问题，选择粗车 半精车 磨削的加工方法。 2、 74h10外圆表面：该外圆表面粗糙度为 Ra12.5m，采用粗车 精车的加工方法。 （ 1） 螺纹外圆表面：该外圆表面粗糙度为 Ra25m，采用 车削 的加工方法。 天津工程师范学院成人教育毕业论文 5 （ 2）
12、 右杆部外圆锥面：该外圆表面粗糙度为 Ra25m，采用 车 削 的加工方法。 （ 3） 尾柄端面：该表面粗糙度为 Ra25m，故采用 铣 削 的加工方法则可达到设计 要求。 （ 4） 主销孔 30H9：其尺寸公差等级为 IT9，表面粗糙度为 Ra6.3m，圆度、圆柱度 公差值 为 0.013，因尺寸公差、形位公差和表面粗糙度均有较高要求， 又因加工后要压入衬套，故采用钻、扩、拉的加工方法。 （ 5） 孔 4- 10H11：其尺寸公差等级为 IT11，表面粗糙度为 Ra12.5m，位置度 公差值 为 0.30，因尺寸公差、形位公差和表面粗糙度均有较高要求，故采用钻 铰的加工方法。同时为了保证孔的
13、位置度 要求 ，以上工步必须在一次安装中完成。 （ 6） 主销孔 32H11：其尺寸公差等级为 IT11，表面粗糙度为 Ra12.5m， 故采用钻、扩及倒角的加工方法。 （ 7） 1： 8锥孔 28：其表面粗糙度为 Ra3.2m，采用钻、扩、铰的加工方法。 （ 8） 转向节的 叉形 内、外端面： 其表面粗糙度为 Ra12.5m，采用铣 削的 加工方法。 （ 9） 键槽：其表面粗糙度为 Ra6.3m，因是大批大量生产，故采用拉键槽。 （四） 制定工艺路线 综合考虑各表面的 加工方法，加工顺序及生产批量和经济性拟订汽车转向节的机械加工工艺过程 如下： 1、 工艺方案一： 表 1 汽车转向节 机械加
14、工 工艺过程简表 序号 工序内容 定位基准 设备 10 锻 坯 20 调 质 30 涂 漆 40 铣两端面、钻中心孔 毛坯外圆及法兰 盘端面 铣端面、打中 心孔机床 50 粗 车 右端杆部各外圆 两端中心孔 车床 60 钻、铰 N面工艺孔 两轴颈、法兰 盘端面 N 钻床 70 半精车右端杆部各外圆 两端中心孔 车床 80 车右端面杆部外圆锥面 车床 90 铣左端叉部两内侧面 N端面、 40h6外圆和 10H7 工艺孔 铣床 100 铣上叉上平面 铣床 110 铣下 叉下平面 铣床 120 铣下叉锥孔两端面 铣床 130 钻 、铰 N面 4- 13H11孔 钻床 140 锪平 N面 4- 28圆
15、柱坑 钻床 150 铰 N面 4- 13H11孔 钻床 160 钻、扩叉形主销孔及倒角 钻床 天津工程师范学院成人教育毕业论文 6 170 拉主销孔 32孔 拉床 180 镗孔 32H11 N端面、 40h6、 10H7 双面镗床 190 钻、铰下叉 1： 8锥孔 钻床 200 钻、攻上叉两侧 M10x1螺孔 钻床 210 拉下叉锥孔键槽 锥孔 拉床 220 滚丝 M22x1.5 22外圆 滚丝机 230 铣 M22x1.5处小平面 轴颈、端面 铣床 240 磨 40g6外圆及 74 端面 两端中心孔 外圆磨床 250 磨 25g6外圆 外圆磨床 260 滚压 40g6外圆根部圆角 滚压机 2
16、70 磁力探伤及退磁 探伤机 280 钻杆部径向孔 5 轴颈外圆及 端面 钻床 290 5孔两端孔口倒角 钻床 300 M22x1.5外螺纹套丝 310 去毛刺锐边 320J 最终检验 2、 工艺方案二： 工序 70即汽车转向节的右杆部的半精车过程，在数控车床上完成，以达到提高生产效率的目的，具体加工过程 详 见 5.5， 70工序半精车各外圆表面数控车削工序设计 。 四、 确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图 （一） 确定机械加工余量 机械加工余量的确定由很多因素决定。在此主要考虑工序的经济性及各工序的加工方法。具体如表 2 表 16所示： 表 2 轴颈 40g6的机械加工余量 工序工步名
17、称 双边余量 mm 工序的经济精度 基 本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 磨 0.5 IT6 0.016 40 40 0.0090.025 半精车 2.0 IT8 0.039 40.5 40.500.039 粗车 2.5 IT12 0.25 42.5 42.500.25 毛坯面 IT16 1.6 45 45 1.10.5 表 3 轴颈 25g6的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 磨 0.5 IT6 0.013 25 25 0.0070.020 半精车 3 IT8 0.033 2
18、5.5 25.500.033 粗车 16.5 IT12 0.21 28.5 28.500.21 天津工程师范学院成人教育毕业论文 7 毛坯面 IT16 1.6 45 45 1.10.5 表 4 轴颈螺纹部分的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 精车 3 IT9 0.052 22 2200.052 粗车 20 IT12 0.21 25 2500.21 毛坯面 IT16 1.6 45 45 1.10.5 表 5 74h10的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公
19、差值 mm 公差等级 公差值 mm 精车 1 IT10 0.12 74 7400.12 粗车 5 IT12 0.3 75 7500.3 毛坯面 IT16 1.9 80 80 0.95 表 6 74h10端面的机械加工余 量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 磨 0.5 IT6 0.008 5 5 0.004 半 精车 1.5 IT8 0.018 5.5 5.5 0.009 粗车 3 IT12 0.15 7 7 0.075 毛坯面 IT16 0.9 10 10 0.45 表 7 法兰盘端面的机械加工余量 工序工步名称 双
20、边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 精车 1.5 IT8 0.022 9 9 0.011 粗车 7.5 IT12 0.18 10.5 10.5 0.09 毛坯面 IT16 1.1 18 18 0.55 表 8 上叉外侧 面的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 铣 4 IT12 0.25 40 4000.25 毛坯面 IT16 1.6 44 44 1.10.5 天津工程师范学院成人教育毕业论文 8 表 9 下叉外侧面的机械加工余量 工序工步名称 双边余
21、量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 铣 4 IT12 0.25 40 4000.25 毛坯面 IT16 1.6 44 44 1.10.5 表 10 下 、下 叉 两内侧 面的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 铣 8 IT12 0.2 76 76 0.20 毛坯面 IT16 1.6 84 84 1.10.5 表 11 锥孔部分两端面的 机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 m
22、m 铣 4 IT11 0.16 36 3600.16 毛坯面 IT16 1.6 40 40 1.10.5 表 12 4- 10H7的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 铰 0.2 IT11 0.11 12 12 0.110 钻 11.8 IT12 0.18 11.8 11.8 0.180 表 13 主销孔 30的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 拉 2 IT9 0.052 30 30 0.0520 扩 3 IT10 0
23、.084 28 28 0.0840 钻 25 IT12 0.21 25 25 0.210 表 14 主销孔 32的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 扩 7 IT11 0.16 32 32 0.160 钻 25 IT12 0.21 25 25 0.210 天津工程师范学院成人教育毕业论文 9 表 15 螺 孔 M22x1的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 钻 8.5 IT12 0.15 8.5 8.5 0.150 表
24、16 1： 8锥孔的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 铰 0.2 IT9 0.12 29.9 29.9 0.120 扩 1.8 IT10 0.084 27.8 27.8 0.0840 钻 26 IT12 0.21 26 26 0.210 表 17 销孔 5的机械加工余量 工序工步名称 双边余量 mm 工序的经济精度 基本尺寸 mm 工序尺寸及公差值 mm 公差等级 公差值 mm 钻 5 IT12 0.12 5 5 0.120 （二） 确定毛坯的尺寸 汽车转 向节零件材料为 40Cr， 调质 硬度 为 HR
25、C30 35，强度极限 b=980Mpa，生产类型为大批大量生产，采用在锻模上合模模锻毛坯。因零件上所有孔径均较小，所以在毛坯中均不锻出。由参考文献 8及表 2.2 14得该锻件各对应 面 加工余量如下表所示： 表 18 各表面加工余量 加工表面 加工余量 mm 基本尺寸 mm 说明 轴 5 40 双边余量 节臂内、外端面 4 40 双边余量 锥孔端面 4 36 双边余量 （三） 设计毛坯图 根据上述所确定的加工总余量和毛坯尺寸来绘制毛坯 图，毛坯轮廓用粗实线绘出，零件 的实际尺寸用双点划线绘制，尺寸如表 19所示。 同时在图中标出毛坯尺寸、公差、技术要求、圆角半径和 模锻 斜度等。具体见附件三。 表 19 各表面加工余量 加工表面 加工余量 mm 基本尺寸 mm 说明 轴 5 45 双边余量 节臂内、外端面 4 44 双边余量
