汽车底盘转向节弯臂工艺装备设计毕业设计论文.docx

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汽车底盘转向节弯臂工艺装备设计毕业设计论文

安徽建筑工业学院

毕业设计（论文）

专业机械设计制造及其自动化

班级04机械

（1）班

学生姓名胡德飞

学号04207040218

课题汽车底盘转向节弯臂工艺装备设计

指导教师闫兴书石静芝

2008年6月6日

摘要

其内容包括该零件的分析，工艺方案的选定与比较，机床与切削用量的选取，时间定额的计算，夹具的定位分析与定位误差的计算，夹紧力的估算等。

根据汽车转向节弯臂零件的基本情况，以机械加工工艺工序、钻夹具定位、夹紧要求设计汽车转向节弯臂钻夹具。

在设计专用钻夹具和专用钻攻丝夹具时，选择合适的机床，并且进行刀具、量具、辅具的选择。

通过对实际产品的实际设计和比较，改善汽车转向节弯臂设计过程，降低生产成本。

更一步发现自身知识的不足和经验的缺乏。

提高从理论到实际的升华。

培养我们综合应用所学知识和技能以及解决实际工程问题和进行创造性工作的基本训练；培养学生独立工作和团队协作能力；培养学生树立正确的设计思想，掌握机械加工工艺及装备设计方法；也是对我们学习成果的一次全面考验。

在设计中我们可以理论联系实际，不仅可以强化学到的理论知识，而且可以将从书本上学到知识运用于实际生产。

关键词：

汽车转向节弯臂工艺方案时间定额切削用量钻夹具

Abstract

Itscontents,includingthepartsanalysis,andtheselectionofprogrammes,themachinetoolandcuttingtheamountofselection,thefixedtime,thepositioningofthefixturewiththepositioningerrorofcalculation,suchasestimatesoftheclampingforce.

Accordingtoautopartsarmofbendingthebasicconditionstomechanicalprocessingoperations,drillingfixturepositioning,clampingvehicledesignedtobendarmofdrillingfixture.Fixturefordrillinginthedesignofspecialdrillingandtappingfixture,choosetherightmachineandacuttingtool,measuringtool,DesVoeuxachoice.

Basedontheactualdesignandtheactualproducts,toimprovevehicledesignprocessofbendingarm,lowerproductioncosts.Morestepintheknowledgethattheirowninadequaciesandthelackofexperience.Increasefromtheorytopracticalsublimation.Nurtureourcomprehensiveapplicationofknowledgeandskills,andsolvepracticalengineeringissuesandcreativeworkofbasictraining;trainingstudentstoworkindependentlyandteamworkabilitytotrainstudentsestablishthecorrectdesign,masterprocessingmachineryandequipmentdesignmethodistoWelearntheoutcomeofacomprehensivetest.Inthedesign,wecanintegratetheorywithpractice,cannotonlystrengthenthetheoreticalknowledgelearned,frombookstoschoolandcanbeappliedtotheactualproductionofknowledge.

Keywords:

SteeringarmbendsProcessFixedtimeCuttingtheamount

DrillingFixture

2.2.1定位基准的选择29

2.2.2切削力及夹紧力计算29

2.2.3定位误差分析31

汽车底盘转向节弯臂工艺装备设计

机械与电气工程系机械设计制造及其自动化专业

04机械一班胡德飞

绪论

毕业设计（论文）是学生在校学习期间最后一个实践性教学环节。

是学习深化与升华的重要过程；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与工程能力培养的全面检验；是学生毕业及学位资格认证的重要依据；是衡量高等学校教育质量与办学水平的重要评价内容。

其主要目的是：

培养学生综合应用所学知识和技能以及解决实际工程问题和进行创造性工作的基本训练；培养学生独立工作和团队协作能力；培养学生树立正确的设计思想，掌握机械加工工艺及装备设计方法；也是对学生学习成果的一次全面考验。

因此毕业设计的基本要求：

1．能够根据课题的内容、任务、要求正确拟定设计方案;设计规范合理的装备结构、工艺流程等的一般方法和程序。

2.能够依据课题给定的技术要求,进行调研,收集资料、整理和正确的使用工具书,掌握工程设计的步骤、方法,提高工程图纸的绘制（尤其是计算机绘图）、工程计算、技术文件编写等能力。

3.能够运用所学知识分析解决毕业设计中的疑难问题,并结合毕业设计,巩固加强所学基础理论和专业知识。

本论文从资料查阅—总体设计－模块设计—撰写论文历时三个月，具体流程如下所示：

●熟悉和分析产品零件图，到生产厂参观

●完成查阅零件机加工工艺文献资料

●机械加工工艺过程设计

●机械加工工艺装备设计

●编写毕业设计说明书

1工艺规程设计

所谓“工艺规程”是规定产品或零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。

工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺装备及工艺措施，切削用量及工时定额、工人等级等。

1.1研究和分析零件的工作图

首先明确零件在产品中的作用、地位和工作条件，并找出其主要的技术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺审查，审查的内容有：

零件图上的试图是否完整和正确；零件图上所标注的技术要求、尺寸、粗糙度和公差是否齐全、合理；零件的结构是否便于加工、便于装配和便于提高生产率；零件材料是否立足于国内、资源丰富且容易加工。

对以上内容，如果在审查过程中认为不合理或者是错误及遗漏，可提出修改意见。

1.1.1零件结构的功用分析

汽车转向节是连接汽车方向盘与前轮轮轴的部件，并与减震器相连。

它主要有三部分功能：

①与前轮轴相连接，承担轴传来的力和力矩；

②汽车转向的转动部件；

③吸收汽车行进过程中的震荡。

它是汽车中应力最为集中、最为复杂的零件，直接关系到汽车的安全性能，因此它的设计标准十分严格，制造过程和产品测试都要求符合规范。

1.1.2零件结构的工艺性分析

转向节弯臂的铸件，形状较复杂，外轮廓尺寸不大，在轴径φ24mm上开有扁方，M27X1.5-6q的螺纹R1.5的退刀槽，φ36mm锥度1：

10,且轴两端打有中心孔，考虑锥孔尺寸及深度及有锥度的外圆，和斜切面。

得到以下结论转向节弯臂的结构较不规则，在加工外圆和中心孔时，采用专用夹具定位和夹紧，螺纹加工安排在精加工后进行。

铣锥孔，沉孔，及双铣端面孔槽均使用专用夹具。

1.1.3零件技术条件分析

轴端外圆尺寸及倒角：

零件端部φ24mm及45°倒角,φ36mm锥度1:

10及R1.5的退刀槽，M27⨯1.5-6q螺纹及30°倒角。

轴端：

轴端铣21mm扁方，83°±30'斜铣面。

中段：

钻φ20mm斜度1/10的锥孔。

反面打φ27mm沉孔，及45度倒角。

孔端：

双铣21.5±0.2mm两面。

钻φ20mm孔，及双45度倒角。

附：

产品零件图

1.2计算生产纲领及确定生产类型

工艺路线基本内容的组成和特征与工件的结构形状、技术条件、生产条件等有关，但是生产类型也对它有着重要的影响。

当生产类型不同时，生产组织和生产管理、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺装备（刀、夹、量具）、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制定工艺路线之前必须明确产品的生产类型。

生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。

一般分为：

①单件生产单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复。

例如，重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。

②成批生产一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。

例如机床制造就是比较典型的成批生产。

每批制造的相同产品的数量称为批量。

根据批量的大小，成批生产又可分为：

小批生产、中批生产和大批生产。

③大量生产产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。

例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都事以大量生产的方式进行。

零件的生产纲领可如下公式计算（见《机械制造技术基础》曾志新吕明主编武汉理工大学出版社）：

N零=N×n×（1+α）×（1+β）

式中N零——零件的生产纲领（件/年）；

N——产品的生产纲领（台/年）；

n——每台零件中包含该零件的数量（件/台）；

α——该零件的备件产生率；

β——该零件的废品率。

由此可得转向节N零=N×n×（1+α）×（1+β）

=10000×1×（1+4%）×（1+2%）

=10608件／年

下表为划分生产类型提供的参考数据。

划分生产类型，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质量等因数。

值得注意的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产的组织形式，并在一定的程度上对产品的结构设计也起着重要的影响。

可确定转向节弯臂的生产类型属于：

大批大量生产。

生产类型

零件年产量

重型零件

中型零件

轻型零件

单件生产

＜5

＜10

＜100

成批生产

小批

5~10

10~200

100~500

中批

100~300

200~500

500~5000

大批

300~1000

500~5000

5000~50000

大量生产

＞1000

＞5000

＞50000

附：

划分生产类型的参考数据

1.3确定毛坯的种类,毛坯的形状尺寸

1.3.1毛坯的种类

毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗越少，可充分提高劳动生产率，降低成本，但是毛坯制造费用会提高，在确定毛坯时，应根据机械加工和毛坯制造两方面考虑。

查看原始材料可得，毛坯为40Cr铸件。

有一定的韧性和塑性，强度和硬度较高，切削性能较好。

1.3.2毛坯的尺寸

根据零件图，φ36mm锥圆外径尺寸取φ40mm。

而螺纹M27X1.5-6q和φ24mm外圆，尺寸接近，为降低生产毛坯成本，现直接取两部分外圆尺寸均为φ32mm。

端面非工作面，无特别要求，去加工余量为1.5mm。

锥孔外凸尺寸为0.5mm，根据《机械制造工艺设计简明手册》（李页民主编，机械工业出版社，1982）表6-6的加工余量为2.0mm，双铣面21.5±0.2mm的加工余量，根据表6-6的原始尺寸取25mm.

1.4拟定加工工艺路线

1.4.1定位基准的选择

定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择

对于一般的类似与轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。

但对与本零件来说，φ42mm外圆是需要加工的部分，按照有关粗基准的选择原则，零件要以不加工的表面作为粗基准，所以此零件选拐弯处和近双面圆端来消除Y，Z方向的自由度，及X，Y，Z，轴旋转自由度。

利用轴端顶块来限制X方向自由度达到完全定位。

（2）精基准的选择

考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的两端面中心孔为主要的定位精基准，以未加工的底面为辅助的定位精基准。

1.4.2制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中起来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

（1）工艺路线方案一

工序10、车两端面，打中心孔；

工序20、车φ36mm锥度1/10外圆及螺纹M27X1.5-6q，R1.5的退刀槽；

工序30、车φ24mm外圆及45°倒角，车螺纹M27X1.5-6q的30°倒角；

工序40、铣柄部21扁方；

工序50、铣弯臂端部两平面，控制尺寸21.5±0.2及32.3；

工序60、铣83°30'斜面，控制尺寸22-0.01-0.08及83°30'；

工序70、钻，扩，铰，中臂锥度为1：

10的孔φ20，底孔φ17，锪φ38平面；

工序80、钻Φ200+0.33孔；

工序90、锪φ30沉孔，φ30孔口倒角2×45°及锥孔倒角2×45°；

工序100、表面热处理；

工序110、终检。

（2）工艺路线方案二

工序10、车两端面，打中心孔；

工序20、铣弯臂端部两平面，控制尺寸21.5±0.2及32.3；

工序30、铣柄部21扁方；

工序40、车φ24mm外圆及45°倒角，车螺纹M27X1.5-6q的30°倒角；

工序50、车φ36mm锥度1/10外圆及螺纹M27X1.5-6q，R1.5的退刀槽；

工序60、铣83°30'斜面，控制尺寸22-0.01-0.08及83°30'；

工序70、钻，扩，铰，中臂锥度为1：

10的孔φ20，底孔φ17，锪φ38平面；

工序80、钻Φ200+0.33孔；

工序90、锪φ30沉孔，φ30孔口倒角2×45°及锥孔倒角2×45°；

工序100、表面热处理；

工序110、终检。

（3）工艺路线比较与分析

上述两个工艺路线的特点在于，方案一是先确定中心孔做为加工基准，加工以中心孔连线为轴的外圆。

接着双铣双切面，作为锥孔的加工基准。

然后以外圆做基准钻φ20MM孔。

而方案二，先加工端孔，再加工外圆端面和打锥孔。

经比较方案一先加工轴端圆，可为后面提供加工基准，这时的位置精度容易保证，且装夹和定位都很方面。

方案二，加工基准不明确，加工质量低，废品率高，成本会提高，且位置精度不易确定。

综合所述，选定方案一。

1.4.3计算工序的切削用量及基本工时（机动工时）

切削用量及基本工时（机动工时）的计算步骤：

（1）切削用量指：

背吃刀量asp（即切削深度ap）、进给量f及切削速度Vc。

（2）确定方法是：

确定切削深度——>确定进给量——>确定切削速度

（3）具体要求是：

①由工序或工步余量确定切削深度：

精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；在中等功率机床上一次走刀ap可达8～10mm。

②按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：

对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度

③可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式换算出查表或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。

对粗加工，选取实际切削速度Vc机、实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。

工序10铣两端面，打中心孔

（1）、加工条件

工件材料：

40Cr,淬火热处理。

加工要求：

粗铣弯臂两端面，打中心孔

机床选择：

根据加工条件，两端面均采用专用组合铣钻床（表4-17，《机械制造工艺设计简明手册》王绍俊主编，机械工业出版社，1985）（以下简称《工艺手册》）

工件装夹：

工件装夹在专用组合铣钻床的专用夹具上。

（2）、确定切削用量及基本工时

工步1粗铣两端面

1）、选择刀具：

采用锥柄立铣刀，GB1106-85，D⨯L=32⨯155。

（表13-5《机械加工技术手册》李洪主编，北京出版社，1991）（以下简称《技术手册》）

2）、确定铣削深度ap：

根据相关资料介绍，铣铸铁或铸钢件ap=5~7mm，钢料ap=3~5mm.当加工余量小于5mm时，一次进给就可以铣削全部加工余量；若加工余量大于5mm或需精加工时，可分两次进给.对于端铣刀，切削深度是ap。

一般加工余量小于6mm时，可一次进给来切除全部余量，本工序表面精度要求不高,加上本工序为加工铸件表面。

因此本道工序加工余量取ap=5mm。

可在一次走刀内切完。

3）、确定每齿进给量fz:

由于端面粗糙度无较高要求，fz=0.02~0.10mm/r,取0.10mm/r（查表3-28，《工艺手册》）

4）、确定切削速度Vc：

根据毛胚材料性质及确定v=0.25~0.5m/s.先假设取v=0.3m/s.即18m/min.（表3-30，《机械制造工艺设计简明手册》王绍俊主编，机械工业出版社，1985）

5）、确定机床主轴转速：

见《机械制造技术基础》，主轴转速计算公式3.1，

n=1000v/3.14d

带入数值的得：

n=1000v/3.14d

=1000⨯18/（3.14⨯32）

=179（r/min）

n为转速；

v为切削速度；

d工件或刀具直径。

按专用机床说明书，选用相近的机床转速为160（r/min），所以实际切削速度由上述公式可得：

V=3.14dn/1000=16.07m/min。

6）计算切削工时：

凭经验可得轴端铣削时工时最长，铣削工时查《工艺手册》的计算公式如下：

T=L/（nfap）

=（32+2）/（160⨯0.10）

=2.15（min）

所以两端切削工时为：

T=2.15⨯2=4.30（min）

其中：

L为每次进给是行程长度；

n为转速；

f为进给量。

工步2钻两端中心孔

1）、选择刀具：

采用不带护锥中心钻，GB6078-85A，基本尺寸d=2.5mm。

（表20-63（机械加工工艺师手册》杨叔子主编，机械工业出版社）（以下简称《工艺师手册》）

2）、确定铣削深度ap：

由于单边加工余量Z=1，故一次走刀内切完，则：

ap=1.5mm

3）、确定每齿进给量fz:

选用进给量f取0.04（mm/r）（查表11-267，《机械制造工艺设计简明手册》李页民主编，机械工业出版社，1982）

4）、确定切削速度Vc：

切削速度V为30（m/min）（查表11-267，《机械制造工艺设计简明手册》李页民主编，机械工业出版社，1982）

5）、确定机床主轴转速：

见《机械制造技术基础》，主轴转速计算公式3.1，

n=1000v/3.14d

带入数值的得：

n=1000v/3.14d

=1000⨯30/（3.14⨯32）

≈298（r/min）

n为转速；

v为切削速度；

d工件或刀具直径。

按专用机床说明书，选用相近的机床转速为160（r/min），所以实际切削速度由上述公式可得：

V=3.14dn/1000=16.07m/min。

6）计算切削工时：

查《工艺手册》的计算公式如下：

T=L/（nfap）

=（32+2）/（160⨯0.10）

=2.15（min）

所以两端切削工时为：

T=2.15⨯2=4.30（min）

其中：

L为每次进给是行程长度；

n为转速；

f为进给量。

工序20车φ36mm锥度1/10外圆及螺纹M27X1.5-6q，R1.5的退刀槽

（1）加工条件

工件材料：

40Cr,淬火热处理。

加工要求：

车φ36mm锥度1/10外圆及螺纹M27X1.5-6q，R1.5的退刀槽

机床选择：

根据零件技术要求，选用六角车床C365L（查表4-1,《工艺手册》）

车床，主要用于加工各种回转表面和回转体的端面。

如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面，车削端面及各种常用的螺纹，配有工艺装备还可加工各种特形面。

在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。

工件装夹：

工件装夹在车床专用夹具上。

（2）、确定切削用量及基本工时

工步1粗车锥度1：

10外圆∮36，采用偏移尾座切削。

1）、选择刀具：

硬质合金车刀，刀具材料：

YT15,vo=15°，ao=6°，Kr=45°Kr'=3°，λs=-5°，γo=-10°，rε=0.2mm,刀杆B×H=16×25,刀片厚度4.5mm（表8-57，《技术手册》

2）、确定铣削深度ap：

ap=4.25mm,可分两步，粗车4mm，半精车0.25mm。

3）、确定每齿进给量fz:

初步选定进给量f=0.3~0.4mm/r（见表3-13《工艺手册》），机床型号选为C365L，因此，按车床说明书取f=0.33mm/r。

4）、确定切削速度Vc：

高速钢车刀车削速度v=0.833~1.167（m/s），初取v=60（m/min）（见表3-19及表3-23《工艺手册》）。

5）、确定机床主轴转速：

见《机械制造技术基础》，主轴转速计算公式3.1，

n=1000v/3.14d

带入数值的得：

n=1000v/3.14d

=（1000×60）（3.14×40）

=477.7（r/min）

n为转速；

v为切削速度；

d工件或刀具直径。

按专用机床说明书，选用相近的机床转速为471（r/min），所以实际切削速度由上述公式可得：

V=3.14dn/1000=59.1576m/min。

6）计算切削工时：

凭经验可得轴端铣削时工时最长，铣削工时查《工艺手册》的计算公式如下：

T=L/（nfap）

=（3.14Ld）/1000Vfap

=3.14×7×40/1000/471/0.33/4

=0.67（min）

其中：

L为每次进给是行程长度；

n为转速；

f为进给量。

工步2半精车斜度1：

10外圆∮36

1）、选择刀具：

硬质合金车刀，刀具材料：

YT15,vo=15°，ao=6°，Kr=45°Kr'=3°，λs=-5°，γo=-10°，rε=0.2mm,刀杆B×H=16×25,刀片厚度4.5mm（表8-57，《技术手册》

2）、确定铣削深度ap：

ap=0.5mm。

3）、确定每齿进给量fz:

f=0.2~0.3mm（见表3-14《工艺手册》）,根据机床说明书取f=0.17mm。

4）、确定切削速度Vc：

高速钢车刀车削速度v=0.833~1.167（m/s），初取v=60（