汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鉆孔夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計

朱文峰，李旗號，汪韶杰

(1.合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥230009;2.合肥工業(yè)大學(xué)汽車技術(shù)研究院，安徽合肥230009)

0 引言

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上重要的安全零部件之一，它能夠使汽車靈敏地傳遞行駛方向并穩(wěn)定行駛。轉(zhuǎn)向節(jié)的作用是承受汽車前部的載荷，支撐和帶動前輪使汽車轉(zhuǎn)向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受多變的沖擊載荷，因此，要求其具有很高的強度。

轉(zhuǎn)向節(jié)分為整體式和分體式兩種，分體式則主要用于乘用車 (轎車)，整體式主要用于商用車 (貨車)。由于轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，屬于空間異形件，加工精度要求較高，并且加工時無法直接精確定位，所以需要設(shè)計專用的夾具實現(xiàn)加工過程中的準(zhǔn)確定位和夾緊。從機加工藝來講，轉(zhuǎn)向節(jié)分為桿部、法蘭盤和叉部等3個部分加工。叉部加工是轉(zhuǎn)向節(jié)加工的難點，采用兩銷一面定位，是整個加工工藝的投資重點和設(shè)備選型的關(guān)鍵。大部分轉(zhuǎn)向節(jié)在此部位還有橫拉桿裝配用的錐孔，這更增加了叉部加工難度，錐孔加工是許多廠家難以100%合格的項目，應(yīng)予重視。筆者主要針對如圖1所示轉(zhuǎn)向節(jié)的短彎臂錐孔加工，提出合理的加工方案，并設(shè)計錐孔加工的專用夾具。

1 錐孔加工工藝分析

為轉(zhuǎn)向節(jié)短彎臂錐孔加工所設(shè)計的夾具，在之前工序加工完轉(zhuǎn)向節(jié)短彎臂側(cè)面相關(guān)尺寸以及通孔φ12.2、孔和及其所在平面后的工序，這一工序所需加工尺寸如圖2所示，孔錐度為1∶8，錐孔軸線與豎直方向的夾角為3°53'±10'，錐孔小端直徑 φ 14.，錐孔的位置尺寸81.1±0.2、58.5±0.15。加工中錐孔位置可以通過控制錐孔中心線到兩個工序基準(zhǔn)的交點的距離來確定。轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝路線為鉆—粗鉸—精鉸，使用該工藝方案孔徑精度可達(dá)到IT6～8，表面粗糙度 R a0.8～1.6 μm，滿足錐孔加工的精度要求，該工藝合理可行。

2 錐孔加工夾具的設(shè)計

2.1 定位基準(zhǔn)與夾緊方案的確定

由于在進行此工序加工之前已經(jīng)完成轉(zhuǎn)向節(jié)短彎臂側(cè)面相關(guān)尺寸以及通孔φ12.2、孔和及其所在平面尺寸的加工，所以選用尺寸為的孔和孔左側(cè)端面做為定位基準(zhǔn)，限制工件5個方向的自由度，同時采用與支撐面安裝孔相配合的菱形銷作為定位元件，限制工件其余的自由度，工件達(dá)到完全定位。

由于轉(zhuǎn)向節(jié)為大批量生產(chǎn)，因此采用螺旋夾緊裝置，結(jié)構(gòu)簡單，夾緊動作迅速、操作方便、省力和安全。

2.2 夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計

設(shè)計的錐孔加工夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示，夾具主要由螺桿、六角螺母、壓板、襯套、定位軸、快換鉆套、彎板、菱形銷等組成。

導(dǎo)向裝置設(shè)計，分析錐孔加工工藝可知，由于在鉆鉸1∶8錐度的孔時，采用的刀具為鉆頭和1∶8錐度的鉸刀，所以需要設(shè)計導(dǎo)向裝置。通過開槽盤頭螺釘壓緊在彎板上的襯套和快換鉆套，對鉆頭以及鉸刀起導(dǎo)向作用。

因為該錐孔軸線與豎直方向的夾角為3°53'±10'，所以通過定位軸與彎板上傾斜孔的配合，將該孔軸線方向轉(zhuǎn)換為與豎直方向平行，以滿足鉆孔加工。

左右轉(zhuǎn)向節(jié)對稱布置，在一道工序中加工完成各自的錐孔，減少夾具數(shù)量，提高生產(chǎn)效率。

2.3 夾具結(jié)構(gòu)的三維建模

采用三維軟件Pro/E對夾具的各零件進行建模，并且利用軟件的虛擬裝配功能對夾具進行虛擬裝配，虛擬裝配圖如圖4所示。設(shè)計者通過三維建?？梢灾庇^地觀察所設(shè)計的夾具，更有效地了解夾具的空間情況，進行空間布局，同時節(jié)省了零件的繪制時間，在實體修改時，裝配件可以隨實體位置變化而變化，可在設(shè)計過程中檢測出零件之間是否存在干涉等問題而無需通過實際生產(chǎn)調(diào)試。三維造型生產(chǎn)成本低、設(shè)計周期短，在現(xiàn)今對設(shè)計的夾具結(jié)構(gòu)進行三維建模和虛擬裝配已經(jīng)逐步成為了主流。

3 夾具定位誤差計算分析

定位誤差的計算是夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計中必不可少的一個環(huán)節(jié)，定位誤差的數(shù)值也是判斷夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理的依據(jù)。工件在夾具中加工時，引起加工尺寸產(chǎn)生誤差的主要原因有兩類:一是由于定位基準(zhǔn)本身的尺寸和幾何形狀誤差，以及定位基準(zhǔn)與定位元件之間的間隙所引起的工件定位基準(zhǔn)沿加工尺寸方向的最大位移，稱為定位基準(zhǔn)位移誤差，以Δy表示;二是由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，引起的工件工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)而言沿加工尺寸方向的最大位移，稱為基準(zhǔn)不重合誤差，以Δb表示。兩類誤差之和為定位誤差Δd，即Δd=Δy+Δb。

(2)由定位軸定位面的位置度引起的角度誤差

式中:Δ為定位面位置度誤差，mm;a為定位面寬度，mm。

式中:Dmax為定位孔的最大直徑，mm;

dmin為定位軸的最小直徑，mm;

L為定位軸孔接觸長度，mm。

由夾具定位誤差引起的最大轉(zhuǎn)角誤差為

由于定位誤差小于加工誤差的1/3，所以該夾具的精確度可以保證零件的加工精度要求。

4 結(jié)束語

通過對夾具結(jié)構(gòu)及定位誤差的分析，該夾具可以實現(xiàn)空間異形件轉(zhuǎn)向節(jié)大批量、高效、高精度的生產(chǎn)。實踐證明，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計完全滿足零件的高精度加工要求，使用效果良好，并能減輕操作者的勞動強度，對同類零件的加工具有一定的指導(dǎo)意義。

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