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畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
姓 名：
學(xué) 號：
外文出處： Int J Adv Manuf Technol
附 件： 1. 原文； 2. 譯文
2013年03月
一種自動化夾具設(shè)計方法
塞西爾
美國，拉斯克魯塞斯，新墨西哥州立大學(xué)，工業(yè)工程系，虛擬企業(yè)工程實驗室（VEEL）
本文描述了一種新的計算機(jī)輔助夾具設(shè)計方法。對于一個給定的工件，這種夾具設(shè)計方法包含了識別加緊表面和夾緊位置點。通過使用一種定位設(shè)計方法去夾緊和支撐工件，并且當(dāng)機(jī)器正在運行的時候，可以根據(jù)刀具來正確定位工件。該論文還給出了自動化夾具設(shè)計的詳細(xì)步驟。幾何推理技術(shù)被用來確定可行的夾緊面和位置。要識別所完成工件和定位點就還需要一些輸入量包括CAD模型的技術(shù)要求、特征。
關(guān)鍵詞：夾緊；夾具設(shè)計
1.動機(jī)和目標(biāo)
夾具設(shè)計是連接設(shè)計與制造的一項重要任務(wù)。自動化夾具設(shè)計和計算機(jī)輔助夾具設(shè)計開發(fā)（夾具CAD）是下一代制造系統(tǒng)成功實現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。在這篇論文里，討論了一種夾具設(shè)計的方法，這種方法有利于在目前環(huán)境下夾具設(shè)計的自動化。
夾具設(shè)計方法的研究已成為國內(nèi)多家科研工作的重點。作者周在[1]中對工件的穩(wěn)定和總需求約束了雙重標(biāo)準(zhǔn)，突出重點的工作。在夾具設(shè)計中廣泛地運用了人工智能（AI）以及專家系統(tǒng)。部分CAD模型幾何信息也被用于夾具設(shè)計。Bidanda [4]描述了一個基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，以確定回轉(zhuǎn)體零件的定位和夾緊。夾緊機(jī)制同時用于執(zhí)行定位和夾緊功能。其他研究者（如DeVor等，[5,6]）分析了切削力鉆井機(jī)械和建筑模型及其他金屬切削加工。康有為等在[2]中定義了裝配約束建模的模塊化與夾具元件之間的空間關(guān)系。一些研究人員采用模塊化夾具設(shè)計原則，用以生成[2,7-11]，另一些夾具設(shè)計工作者已經(jīng)報告了[1,3,9,12-23]?？梢栽赱21,24]中找到夾具設(shè)計相關(guān)的大量的審查工作。
在第二節(jié)中，對夾具設(shè)計任務(wù)中各種步驟進(jìn)行了概述。在第三節(jié)和第四節(jié)中描述了工件的加工過程，要夾緊工件表面，否則將面臨工件的全面自動測定。第五節(jié)討論了對工件的夾緊點的測定。
2.夾具設(shè)計的整體方法
在本節(jié)中，描述了整體夾緊的設(shè)計方法。通常對較理想的位置的那一部分進(jìn)行夾緊，并減低切削力的影響。夾緊的位置和夾具設(shè)計中定位的位置是高度相關(guān)的。通常，夾緊和定位可以通過同樣的方法來完成。但是，不明白這兩個是夾具設(shè)計中不同的方面，則可能導(dǎo)致夾具設(shè)計的失敗。多數(shù)人的在規(guī)劃過程中首先解決定位問題，這樣可以使開發(fā)的定位與設(shè)計的定位相契合。不過，整體定位及設(shè)計方法不在本文討論范圍內(nèi)。
除了零件的設(shè)計（為此夾具設(shè)計有待開發(fā)），公差規(guī)格，過程序列，定位點和設(shè)計等因素外，還應(yīng)投入CAD模型到夾具設(shè)計方法中。這樣的夾具可以夾緊并支撐定位器。指導(dǎo)使用的主要內(nèi)容應(yīng)盡量不抵制切割或加工過程和其中所涉及的操作。相反，應(yīng)定位夾具，使切削力在正確的方向，這將有助于保持在一個特定的部分加工操作安全。通過引導(dǎo)對定位器的切割力量，部分（或工件）被固定，固定定位點，因此不能移動的定位器。
在這里討論的夾具的設(shè)計方法必須在整體夾具設(shè)計方法的范圍內(nèi)。在此之前進(jìn)行定位器/支撐和夾具設(shè)計的初步階段，涉及到的分析和識別的功能、相關(guān)的公差和其他規(guī)范是必要的。根據(jù)初步的評估和測定，定位/支撐設(shè)計與夾具設(shè)計結(jié)果的在此基礎(chǔ)上可以同時進(jìn)行。本文對所描述夾具設(shè)計的方法討論基于定位器/支撐設(shè)計與先前已經(jīng)確定的假設(shè)（包括適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓椭С譁y定一個工件的定位，以及識別和夾具，如V元素的支持面塊，基礎(chǔ)板，定位銷等）。
（1） 夾具設(shè)計的輸入
輸入包括對特定產(chǎn)品的設(shè)計翼邊模型，公差信息，提取的特征，過程順序和部分在給定的每一個設(shè)計的相關(guān)特性的加工方向，面向的位置和定位裝置，以及加工過程中的各種工序，須出示每個相應(yīng)的功能。
（2） 夾具設(shè)計的方法
圖一是自動化夾具設(shè)計主要步驟總結(jié)圖。對這些步驟概述如下：
第一步：設(shè)置配置清單以及相關(guān)的[進(jìn)程_功能]條目。
第二步：確定方向和夾緊力。輸入必要的加工方向向量mdv1，mdv2……mdvn，面對nvs的支持力，并確定法向量。如果加工方向向下（對應(yīng)的方向向量[0，0，-1]），和面的支持向量平行于加工方向，那么，夾緊力方向平行向下加工方向[0，0，-1]。如果必需要側(cè)面夾緊并沒有可夾緊的地方，那么在其中放置一個夾具夾緊下調(diào)，然后邊鉗方向計算如下。讓sv和tv輔助常規(guī)的向量代替次要的和三級定位孔。然后，使用夾緊機(jī)構(gòu)夾緊一個方向，例如，av應(yīng)平行于這兩個法向量，即，正常向量應(yīng)分別與每塊表面的sv和tv向量平行。側(cè)面夾緊面應(yīng)該是一對分別平行于面sv和tv的平面孔。
第三步：從列表中選出最大有效加工力。這樣能夠有效的平衡各加工力。
第四步：利用計算出的最高有效加工力，才能確定用來支撐工件加工的面積的夾具尺寸（例如，一個帶夾子可以作為一個夾緊機(jī)構(gòu)使用）。
第五步：確定給定工件的夾緊面。這一步在第四步中所述過。
第六步：該夾具的夾緊面的實際位置自動在第5節(jié)中確定?？紤]接下來的步驟并返回第一步。
3.判斷夾具尺寸
在這項工作中所用到的夾具都來自一個系列。夾具的原理與圖二相同。在這一節(jié)里，描述了一個自動化夾具。鎖模力所需的有關(guān)螺桿的螺紋裝置大小或保存到位鉗。夾緊力平衡加工工件使工件保持恰當(dāng)?shù)奈恢?。讓鎖模力為W和螺桿直徑為D。各種螺絲夾緊力大小，可以按以下方式確定：最初，極限拉伸強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）和該夾具的材料（供應(yīng)情況而定）可以從數(shù)據(jù)檢索庫檢索。各種材料有不同的拉伸強(qiáng)度。該夾具材料的選擇，也可直接采用啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行。例如，如果部分材料是低碳鋼，那么鉗材料可低碳鋼或機(jī)器鋼。為了確定設(shè)計應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度值應(yīng)除以安全系數(shù)（如4或5）。根區(qū)的螺絲格A1（如一個螺絲鉗）可以被確定：[鎖模力/設(shè)計應(yīng)力]。隨后，螺栓截面全面積可以計算為等于{格A1 /（65％）}（因為螺絲的地方可能會發(fā)生根切面積約為65％螺栓的總面積）。螺釘?shù)闹睆紻可以被確定等同于（D2的3.14 / 4）。另一項涉及可用于方程有關(guān)的寬度B，高度H和跨度的鉗L的螺絲直徑為D（B，H和L可以為不同的值計算D）：d2=4/3 BH2/L.
4.判斷夾緊表面
確定夾具經(jīng)常出現(xiàn)的相關(guān)參數(shù)包括了產(chǎn)品的CAD模型，提取的特征信息，特征尺寸，定位面和定位器的選擇?？紤]所有潛在的加緊面，如圖3。最關(guān)鍵的是夾緊表面不應(yīng)重疊或與該面相交，如圖4所示。夾緊面積是與工件表面（或PCF）接觸的是一個二維輪廓線段組成的（見圖6）。利用線段相交測試，可以測定在給定的光子晶體光纖的任何范圍內(nèi)是否可能有接觸面夾緊面重疊。
夾緊面的確定可以如下所示：
第1步：鑒別平行于二級和三級定位面（lf1和lf2）是分別到lf1和tcj最遠(yuǎn)的距離的面。如下所示：（一）鑒別面tci,tcj,使面tci和 tcj平行l(wèi)f1和tcj平行l(wèi)f2。（二）在TCF中列出面對tci的面。（三）通過檢查所有TCF中面對tci的面，確定的面對tci和tcj的面是到lf1和lf2分別最遠(yuǎn)的面，并舍棄所有其他TCF中的面。
第2步：鑒別平行面的位置，除了不相鄰的附加面。最好是選擇一個不與其他定位面垂直相鄰的面。這一步如下所示：
(a) 考慮TCF列表中的tci面，獲得與每個tci面垂直或相鄰的面然后，在FCF列表中插入每個fci面。
(b) 檢查每個FCI面，并執(zhí)行以下測試：如果FCI是相鄰、垂直于lf1或lf2，然后從列表中舍棄它并插入NTCF列表中。
第3步: 確定加緊面都在有效的加緊面上，如下所述夾緊面：
例1:如果沒有條目在列表NTCF中，就使用TCF中的面并繼續(xù)執(zhí)行步驟4。如果任何面發(fā)現(xiàn)，垂直于第二，第三位置的面孔lf1和lf2，這將要面臨的是下次選擇可行的夾具。在這種情況下，唯一剩下的選擇是重新審視在列表NTCF的面。
例2：如果列表中NTCF條目數(shù)為1時，可行夾緊面為FCI。與TCI的法向量垂直相鄰的相應(yīng)軸是夾緊軸。
例3：如果在列表NTCF項數(shù)大于1，確定最大的TCI加緊面再進(jìn)行步驟4。
例4：:夾緊力的方向可以是[1，0，0]或[0，1，0]，可以夾緊TCI面的中心位置。
在其他幾何位置可確定使用零件幾何形狀和拓?fù)湫畔?，這在下一節(jié)中描述。
5.判斷夾緊表面上的夾緊點
確定夾緊面后，必須確定實際夾緊位置。輸入夾具側(cè)面積，沿著[X，Y，Z]和潛在的夾緊面CF方向。容下使用CF幾何獲得夾具側(cè)面積：
第一步是確定一個箱體的大小，這是用來測試它是否包含在它里面的任何部分。相交測試也可以在前面介紹的方法使用。如果相交測試返回一個負(fù)的結(jié)果，那么有部分箱體與夾具相交，如圖4所示。如果相交測試返回一個正的結(jié)果，可以執(zhí)行下列步驟：
1. 劃分成更小的矩形大小條（1 W）夾框輪廓(圖5和圖6)。
2. 執(zhí)行指定與功能配置文件出現(xiàn)在CF面的零件設(shè)計的相交測試。
3. 沒有功能相交的條形區(qū)域，都是可行夾緊區(qū)域。如果有一個以上的長方形候選面，矩形配置文件，向中沿軸夾緊CF面點的是夾緊配置文件（夾點）。
如果沒有發(fā)現(xiàn)配置文件，夾具寬度可減少一半，夾具數(shù)可以增加兩個。使用這些修改過的夾具尺寸，執(zhí)行前面描述的特征相交測試。如果此測試也失敗了，那么可以用相鄰的面作為夾緊面用于執(zhí)行端夾緊。這面可以重復(fù)進(jìn)行PCF和功能相交測試。
5.1試驗曲線的交點
輸入需要的二維輪廓P1、P2，使用下列方法可以自動確定該配置文件的交集。每一個輸入的資料組成一個封閉環(huán)。此配置文件測試的步驟如下：
(T1) 考慮P1線段中的L（i，1）和P2線段中的L（2，j）。
(T2) 采用L（i，1）線段和L（2，j）線段的相交段。如果邊緣相交測試返回一個正值，那么特征面和潛在面相交。如果它返回一個負(fù)值，繼續(xù)執(zhí)行步驟3。
（T3）重復(fù)與步驟（T1）相同的部分或者緩慢走過其余P1中的(Li,1)段直到P2中的[(L2, j+1) till j=n–1]段。
(T4) 其余部分邊和P1中的L12、L13到L1n段重復(fù)（T1）和（T2）步驟。
如果特征面與夾緊面重復(fù)，線相交測試將決定該事件。相交的邊可以進(jìn)行自動檢測兩個面是否相互交叉。輸入所需的邊L12{連接 (x1, y1) 和 (x2, y2)}和L34{連接 (x3, y3) 和(x4, y4)}。
L12型方程的可表示為：
F(x,y) =0 （1）
L34型方程的可表示為：
H(x,y) =0 （2）
第一步：使用等式（1）計算R3 = F(x3, y3)，用X和Y取代X3和Y3；計算R4 = F(x4, y4)，用X和Y取代X4和Y4。
第二步：如果R3和R4都與0不相等，但R3與R4結(jié)果相同（R1與R2在相同的一邊），則邊L12與L34不相交。如果這樣不滿足條件，那么進(jìn)行第三步。
第三步：使用等式（2）計算R1 = H(x1, y1)。接著，計算R2 = G(x2, y2)再進(jìn)行第四步。
第四步：如果R1與R2都不等于0，且R1與R2的結(jié)果相同，那么把R1與R2放在相同的一邊并輸入不相交。如果，這個也不滿足條件，那么進(jìn)行第五步。
第五步：給定相交線段。這樣就完成了測試?？紤]如圖7所示的一部分樣品。將要生產(chǎn)一個盲孔。起初，完成定位設(shè)計。定位器的（或主要定位器）是一個基盤（放在F4面）和二級和三級定位器面臨F6和F5（對應(yīng)到定位面lf1和lf2在第4節(jié)中討論）。一個輔助定位器也被使用，這是一個V型塊（對F3和F5面輔助定位），如圖8所示。在前面討論的夾具設(shè)計方法中所述的步驟的基礎(chǔ)上，候選面孔（這是平行的，并在從lf1和lf2最遙遠(yuǎn)的距離）是面對F3和F5面。沒有面孔，這是平行到定位面，但他們不相鄰。在這種情況下使用的優(yōu)先權(quán)規(guī)則（如步驟3第4步討論），剩余的候選面面對的是F2面。夾具方向向下的V型塊徑向定位器和其他與對工件夾緊底面提供所需位置。
根據(jù)第五步選擇夾具的位置。如果沒有功能發(fā)生在面F2上，那么也沒有必要進(jìn)行相交測試確定夾具優(yōu)美加緊。夾具位置應(yīng)遠(yuǎn)離V型定位器（這是輔助定位位置）的夾緊面毗鄰輔助定位面（這確保了更好的快速夾緊）。最終位置和夾具的設(shè)計如圖8所示。
本文討論的方法，毫不遜色于其他夾具設(shè)計文獻(xiàn)中討論的方法。本文所討論的方法的獨特性是零件的夾緊面的幾何形狀，拓?fù)浜凸δ馨l(fā)生了被加工為基礎(chǔ)的系統(tǒng)鑒定。其他方法都沒有利用了定位器的位置，該方法使用定位器在對持有一級，二級和三級定位器加工的工件。這種方法的另一個好處是在可行的候選面上確定在面上用夾具面交點測試（如前所述），并迅速和有效地確定潛在的下游過程中可能出現(xiàn)問題，夾緊和加工的功能檢測。
6.總結(jié)
本文在一個夾具設(shè)計方法的總體框架之下進(jìn)行了夾具設(shè)計方面的討論。設(shè)計定位器，規(guī)范零件設(shè)計，和其他相關(guān)被用來確定夾緊面和夾緊方向。各種自動化步驟也有涉及。
9
畢業(yè)設(shè)計說明書
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計的題目是CA141左轉(zhuǎn)向節(jié)規(guī)程及工裝設(shè)計。我主要需要完成的包括加工工藝的安排以及兩種專用機(jī)床夾具設(shè)計。為了保證加工零件的精度同時節(jié)約成本和縮短加工周期以及提高加工效率，那么一個良好的工藝安排以及專用夾具的設(shè)計就是必不可少的了。在工藝的安排上不但要考慮合理的加工要求還要考慮到操作者以及加工機(jī)械的安全。同時夾具的設(shè)計上也要考慮到使用的安全性和經(jīng)濟(jì)性以及安裝和拆卸上的方便性。設(shè)計一個良好的工藝工裝安排路線那么必須要經(jīng)過對加工件的詳細(xì)分析以及周密的考慮后才能得出。所以分析問題是解決問題的關(guān)鍵，同時還要反復(fù)的調(diào)整，來尋求最好的一個路線。這樣才能讓工藝路線更加的完美，才能保證工件的加工精度和加工效率以及節(jié)約材料。
關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)向節(jié)；加工工藝；專用夾具；加工精度；工藝路線
Abstract
The graduation design is the subject of CA141 car’s left steering process tooling. I mainly need to complete including Processing craft arrangement as well as special-purpose drill jig design.
In order to guarantee the processing components the precision Simultaneously saves cost and the reduction processing cycle as well as the enhancement processing efficiency, Then a good craft arrangement as well as unit clamp's design was essential. Not only in the craft arrangement must consider that the reasonable processing request also needs to consider the operator as well as processes machinery's security. Simultaneously jig's design also needs to consider the use in secure and efficient as well as the installment and the disassemblage conveniences. Designs a good craft work clothes arrangement route that to probably pass through to the job multianalysis,After as well as thorough consideration, can obtain. Therefore the analysis question solves the question key, meanwhile must the repeated adjustment, Seeks a best route. Seeks a best route to be able to let craft route even more perfect like this, can guarantee that the work piece the working accuracy and the processing efficiency as well as save the material.
Key word Steering ; Processing craft; Unit clamp; Working accuracy ; Craft route
目 錄
摘要 ……………………………………………………………………………………… Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………… Ⅱ
緒論 ……………………………………………………………………………………… 1
1 零件的分析 …………………………………………………………………………… 2
1.1 零件的作用 …………………………………………………………………………… 2
1.2 零件的工藝分析 ……………………………………………………………………… 3
1.2.1 軸頸部分 …………………………………………………………………………… 3
1.2.2 法蘭部分 …………………………………………………………………………… 4
1.2.3 叉架部分 …………………………………………………………………………… 4
1.2.4位置精度要求 ……………………………………………………………………… 4
2 工藝規(guī)程設(shè)計 ………………………………………………………………………… 6
2.1 確定毛坯的制造形式 ……………………………………………………………… 6
2.2 基面的選擇 ………………………………………………………………………… 6
2.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 …………………………………………………………………… 6
2.2.2 粗基準(zhǔn)的選擇 ……………………………………………………………………… 6
2.2.6 精基準(zhǔn)的選擇 ……………………………………………………………………… 7
2.3 工藝規(guī)程的設(shè)計原則 ………………………………………………………………… 7
2.4 制定工藝路線 ………………………………………………………………………… 8
2.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ………………………………………12
2.6 確定切削用量及基本工時 …………………………………………………………15
3 夾具設(shè)計 …………………………………………………………………………… 31
3.1 拉床專用夾具設(shè)計 ………………………………………………………………… 31
3.1.1 問題的提出 ……………………………………………………………………… 31
3.1.2 夾具設(shè)計 ………………………………………………………………………… 31
3.2 鉆模夾具設(shè)計 ……………………………………………………………………… 33
3.2.1 問題的提出 ……………………………………………………………………… 33
3.2.2 夾具設(shè)計 ………………………………………………………………………… 33
總結(jié) ……………………………………………………………………………………… 37
致謝 ……………………………………………………………………………………… 38
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… 39
緒 論
近20年來，隨著科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國外在發(fā)展自動化方面也進(jìn)入了一個新的時期，出現(xiàn)了許多新的工具和軟件。自動化開始向柔性化發(fā)展，進(jìn)入中小批量生產(chǎn)領(lǐng)域。
在制定工藝過程中，為便于組織生產(chǎn)、安排計劃和均衡機(jī)床的負(fù)荷，常將工藝劃分為若干個工序。劃分工序時有兩個不同的原則，即工序的集中和工序的分散。工序集中的特點是：一是有利于采用自動化程度較高的高效率機(jī)床和工藝設(shè)備，生產(chǎn)效率高；二是工序數(shù)少，設(shè)備數(shù)少，可相應(yīng)減少操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積；三是工件的裝夾次數(shù)少不但縮短輔助時間，而且由于一次裝夾中可加工許多表面，有利于保證各表面之間的相互位置精度。工序分散的特點是:一是所用機(jī)床和工藝設(shè)備簡單，易于調(diào)整；二是對操作工人的技術(shù)水平要求不高；三是工序數(shù)多，設(shè)備數(shù)多，操作工人多，占用生產(chǎn)面積大。
對機(jī)床夾具的基本要求是：一是穩(wěn)定地保證工件的加工精度；二是提高機(jī)械加工的勞動生產(chǎn)率；三是結(jié)構(gòu)簡單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和勞動條件；三是應(yīng)能降低工件的制造成本。簡而言之，設(shè)計夾具時必須使加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動條件和經(jīng)濟(jì)性等幾方面達(dá)到辨證的統(tǒng)一。其中保證加工質(zhì)量是最基本的要求。夾具設(shè)計的工作步驟為：一是研究原始材料，明確設(shè)計任務(wù)；二是考慮和確定夾具的結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖（定位裝置、夾緊裝置等等）；三是繪制夾具總圖；四是確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸和夾具技術(shù)要求；五是繪制夾具零件圖。
此次設(shè)計的零件為CA141汽車左轉(zhuǎn)向節(jié)工藝規(guī)程及工裝設(shè)計。通過零件，分析了它的毛坯。在毛坯制造時的方法與原則，以及所選用的工藝等。本次設(shè)計總共分為兩部分, 第一部分為工藝方面：主要包括零件的功用, 結(jié)構(gòu)特點, 加工零件表面的設(shè)計基準(zhǔn), 設(shè)計條件, 毛坯的選擇, 各個工藝方案的比較與取舍, 確定機(jī)床與工藝裝備, 填寫工藝過程卡片。 第二部分主要為機(jī)床夾具設(shè)計：主要包括定位方案的確定, 定位元件的選取, 夾緊方案的選取等等。
畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程以及專業(yè)課程并進(jìn)行了生產(chǎn)實習(xí)以后進(jìn)行的一次培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要實踐環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。同時也是我們對能力的一次真正的鍛煉，它能激發(fā)我們的創(chuàng)新意識，增強(qiáng)我們的動手和動腦的能力，它使我們的思維開闊，同時也讓我們了解到如何把理論與實踐相結(jié)合。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。
本次畢業(yè)設(shè)計是理論與實踐的結(jié)合，目的在于檢驗學(xué)生大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)理論知識去分析和解決工程技術(shù)問題的能力，使學(xué)生建立正確設(shè)計思想和設(shè)計方法，通過畢業(yè)設(shè)計進(jìn)一步鞏固、深化計算機(jī)制圖之基，即基本理論、基本概念、基本技能。
畢業(yè)設(shè)計的范圍涉及大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課、選修課內(nèi)容，知識含量大、跨度僅限于機(jī)械制造范圍。設(shè)計題目由指導(dǎo)教師提供，其設(shè)計內(nèi)容均由學(xué)生自行編排，在鞏固專業(yè)知識之余意在培養(yǎng)思考、解決問題的能力，同時提倡創(chuàng)新精神。
就個人而言，我通過這次畢業(yè)設(shè)計一方面能進(jìn)一步培養(yǎng)我獨立思考的能力，另一方面能提高我與同學(xué)們互助協(xié)作的能力，為以后工作打下良好基礎(chǔ)，為偉大祖國建設(shè)貢獻(xiàn)我的力量。由于本人能力有限，經(jīng)驗不足，設(shè)計過程中有不足之處，希望各位老師給予指教。
我主要的是完成工藝的安排和夾具的設(shè)計，夾具是加工過程中最重要的一個組成部分，很多工件由于形狀和加工要求等等特殊的原因必須要使工件很好的定位后才能進(jìn)行加工，所以也就出現(xiàn)了夾具以及專用的夾具。
1 零件的分析
1.1零件的作用
轉(zhuǎn)向節(jié)（羊角）是汽車轉(zhuǎn)向橋上的主要零件之一，轉(zhuǎn)向節(jié)的功用是承受汽車前部載荷，支承并帶動前輪繞主銷轉(zhuǎn)動而使汽車轉(zhuǎn)向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著多變的沖擊載荷，因此，要求其具有很高的強(qiáng)度。轉(zhuǎn)向節(jié)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。
零件的叉頭部位上有兩個?410+0.039mm的孔，用以連接轉(zhuǎn)向節(jié)主銷和滾子軸承，使前輪可以繞主銷偏轉(zhuǎn)一定角度進(jìn)而起到轉(zhuǎn)向的作用。
法蘭面上有6×?12.30+0.024的螺釘孔以及2×M16×1.5-6H的螺紋孔，通過螺釘將法蘭面與制動器的制動盤連接在一起。
轉(zhuǎn)向節(jié)的軸頸通過輪轂軸承與輪轂相連接
內(nèi)開檔部位?850+0.3mm的軸承窩，用以與汽車前橋大梁連接，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向動作。叉架部位帶鍵槽的兩個錐形孔用以連接，上孔與轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接，傳遞轉(zhuǎn)向時所需的力和扭矩，下孔與梯形臂相連接，通過橫向拉桿進(jìn)而于右側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)相連接，左右轉(zhuǎn)向節(jié)協(xié)調(diào)，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向節(jié)在整個機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的位置如下圖。
1.2零件的工藝分析
轉(zhuǎn)向節(jié)集中了軸、套、盤環(huán)、叉架等四類零件的結(jié)構(gòu)特點。形狀較為復(fù)雜，如下圖：
轉(zhuǎn)向節(jié)按三部分進(jìn)行精度分析，它們之間存在著一定的位置度要求?，F(xiàn)分述如下：
1.2.1軸頸部分
該組加工表面呈階梯狀分布，故稱階梯軸，加工表面包括：尺寸為?26-0.0260mm的軸頸I及其倒角；尺寸為?40-0.027-0.010mm的軸頸II及其倒角，同時與軸頸I之間的環(huán)形槽；尺寸為?39mm的軸頸III；小徑為?46mm，大徑為?55-0.035-0.010mm的軸頸IV；尺寸為?55-0.035-0.010mm的軸頸V及其圓角；尺寸為?95mm的軸頸VI；尺寸為?12.30+0.024的六個螺釘孔以及尺寸為M16的兩個限位螺釘孔。其中主要加工表面分別有：軸頸II、軸頸V以及軸頸VI的左端面（剎車盤止口），三者的表面粗糙度Ra值均不大于0.8μm，軸頸IV的表面粗糙度Ra值不大于12.5μm。
R7-1mm處是受力集中部位，要求有高的強(qiáng)度，?55-0.035-0.010mm油封軸頸端面易磨損，要求表面硬度高，因此，在此區(qū)域采用中頻淬火，淬深3~6mm，硬度53~55HRC。因淬火層深，區(qū)域大易產(chǎn)生淬火裂紋，對淬火工藝要求極為嚴(yán)格。
在軸頸端頭有長29mm、M30×1.5h6的螺紋，為了裝螺母鎖環(huán)，在螺紋全長上銑平臺，保證尺寸26-0.0260mm。
1.2.2法蘭面部分
法蘭面其上有對稱均布的6×?12.30+0.024mm的螺釘孔。限位螺釘孔2×M16×1.5-6H與軸心線在同一水平面內(nèi)，距離87.5mm。
1.2.3叉架部分
轉(zhuǎn)向節(jié)的上下耳和法蘭面構(gòu)成叉架形體。
（1） 主銷孔
主銷孔尺寸要求?410+0.039mm，是長230.5mm的斷續(xù)長孔，最大實體狀態(tài)同軸度不大于?0.012mm，與軸心線的位置度不大于?0.3mm，到叉架底面距離56mm。
（2） 軸承窩座
軸承窩是放置止推軸承的，尺寸為?850+0.3mm，及?67mm的沉頭孔組成，端面與上耳內(nèi)端面的距離99.500.35mm，對主銷孔的垂直度不大于0.05mm。
由于空間位置決定軸承窩座的加工只能采用以主銷孔定位锪窩座的加工方法，因工藝系統(tǒng)的累計誤差大于形位公差的要求，因此垂直度0.05mm不易保證。
（3） 錐孔
錐孔小徑為?29mm，錐度1：8，孔長50mm，小端面與量規(guī)不齊度為±0.03mm，錐度與塞規(guī)著色面積不小于75%。
上耳外端面距錐孔中心線距離為32mm，兩錐孔距離為163.5mm。至主銷孔中心線距離為44mm,在加工中受錐鉸刀制造錐角誤差和對刀誤差的影響，錐孔與塞規(guī)著色面積不以達(dá)到75%。
叉架部分對表面粗糙度有較高要求的=的加工表面有：上下耳外端面，兩錐孔外端面表面粗糙度Ra均不大于12.5μm；主銷孔內(nèi)表面及沉頭孔、錐孔鍵槽端面表面粗糙度Ra值不大于6.3μm；錐孔及錐孔鍵槽內(nèi)表面粗糙度Ra值均不大于1.6μm。
1.2.4位置精度要求
上述加工表面之間有著一定的位置要求，主要是：
（1）?410+0.039mm主銷孔與軸頸的軸心線位置度公差為?0.3mm。
（2）?410+0.039mm斷續(xù)孔的同軸度公差為?0.012mm。
（3）叉部內(nèi)開檔的端面與?410+0.039mm孔的中心線的垂直度公差為0.05mm。
（4）尺寸為?95mm軸頸VI的左端面（剎車盤止口）與階梯軸中心線的垂直度公差為0.01mm.。
（5）?670+0.2mm孔的端面與?410+0.039mm孔的垂直度公差為0.1mm。
（6）6×?12.30+0.024螺釘孔軸心線的位置度公差為?0.15mm。
（7）錐孔鍵槽槽寬的中心線與錐孔的中心線偏轉(zhuǎn)角度為30°，錐孔鍵槽的對稱度公差為0.02mm。
（8）?40-0.027-0.010mm的軸頸II與中軸線的同軸度公差為?0.01mm。
（9）?55-0.035-0.010mm的軸頸V與中軸線的同軸度公差為?0.01mm。
（10）?95±0.03mm的軸頸VI與中軸線的同軸度公差為?0.03mm。
由以上分析可知，對于這些加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助專用夾具加工其他組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。
2 工藝規(guī)程設(shè)計
2.1確定毛坯的制造形式
零件材料為40MnB調(diào)質(zhì)。考慮到汽車在行駛過程中要經(jīng)常轉(zhuǎn)向，零件在整個工作過程中經(jīng)常承受交變載荷和沖擊性載荷，因此應(yīng)該選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件的年產(chǎn)量為120000件，已達(dá)到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的尺寸不大，故可采用模鍛成型。
模鍛有以下優(yōu)點：1.鍛件的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)堅實，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.制成的小公差工件可以減少機(jī)加工工時。
4.鍛件的表面質(zhì)量高。
5.生產(chǎn)效率高。
考慮到經(jīng)濟(jì)性和實用性，采用模鍛成型提高了生產(chǎn)率，保證加工精度，符合實際生產(chǎn)的要求。
2.2基面的選擇
零件左部位階梯軸，中部為法蘭盤，右部位叉部。零件存在不加工表面。
2.2.1定位基準(zhǔn)的選擇
在工藝規(guī)程設(shè)計中，正確選項定位基準(zhǔn)，對保證零件技術(shù)要求、合理安排加工順序有著至關(guān)重要的影響。定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，用毛培上未經(jīng)加工的表面做定位基準(zhǔn)，這種定位基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)。用加工過的表面作定位基準(zhǔn)，這種定位基準(zhǔn)稱為精基準(zhǔn)。在選擇定位基準(zhǔn)時應(yīng)根據(jù)零件的加工要求選擇精基準(zhǔn)，然后再考慮選用哪一組表面作為粗基準(zhǔn)才能把精基準(zhǔn)加工出來。
2.2.2粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)的選擇原則：
1. 保證零件加工表面相對于不加工表面具有一定的位置精度的原則。
2. 合理分配加工余量的原則。
3. 便于裝夾的原則。
4. 粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用的原則。
當(dāng)零件有不加工表面應(yīng)以這些不加工表面作為粗基準(zhǔn)；若零件有若干個不加工表面時，則應(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基準(zhǔn)。
對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的，但對本零件來說，它是個異型件，如果以階梯軸的?55-0.035-0.010mm的軸頸V外圓表面（或?40-0.027-0.010mm的軸頸II外圓）表面作基準(zhǔn)（四點定位），則可能造成這一組內(nèi)外圓柱表面與零件的叉部相對的位置要求及加工精度無法達(dá)到?，F(xiàn)選取叉部上、下耳錐孔不加工的外輪廓表面和法蘭面作為粗基準(zhǔn)，利用一組專用夾具，氣動夾緊，達(dá)到完全定位。
2.2.3精基準(zhǔn)的選擇
1.基準(zhǔn)重合原則應(yīng)盡可能選擇加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)，這樣可以避免由于基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差。
2.統(tǒng)一基準(zhǔn)原則應(yīng)盡可能選擇用同一組精基準(zhǔn)加工工件上盡可能多的加工表面，以保證各加工表面的相對位置關(guān)系。
3.互為基準(zhǔn)原則當(dāng)工件上兩個加工表面之間的位置精度要求比較高時，可采用兩個表面互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的方法。
4.自為基準(zhǔn)原則一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均勻，常以加工表面自身為精基準(zhǔn)。
精基準(zhǔn)的選擇原則：應(yīng)有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便，在選擇時主要注意基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)進(jìn)行尺寸換算。
轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸中心線和主銷孔中心線以及兩中心線交點是零件的設(shè)計基準(zhǔn)，也是所有加工表面的測量基準(zhǔn)，因此在加工過程中均以中心線和精加工后的支承軸頸及主銷孔作為定位基準(zhǔn)。
2.3工藝規(guī)程的設(shè)計原則
（1） 必須可靠保證零件圖紙上所有技術(shù)要求的實現(xiàn)，即保證質(zhì)量，并要提高工作效率。
（2） 保證經(jīng)濟(jì)上的合理性，即要成本低，消耗小。
（3） 保證良好的安全工作條件，盡量減輕工人的勞動強(qiáng)度，保障生產(chǎn)安全，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。
（4） 要從實際出發(fā)，制訂的工藝規(guī)程應(yīng)立足于本企業(yè)的實際條件，并具有先進(jìn)性，盡量采用新技術(shù)、新工藝、新材料。
（5） 所制訂的工藝規(guī)程隨實踐的檢驗和工藝技術(shù)的發(fā)展與設(shè)備的更新，應(yīng)能不斷的修訂完善
影響轉(zhuǎn)向節(jié)的機(jī)械加工工藝過程的因素有很多，其中主要是生產(chǎn)類型，同時還要考慮企業(yè)的現(xiàn)有設(shè)備狀況，對于成批生產(chǎn)，雖然按流水線的生產(chǎn)方式進(jìn)行，但沒有嚴(yán)格的節(jié)拍，生產(chǎn)中以普通機(jī)床為主進(jìn)行機(jī)械加工，也采用部分專業(yè)機(jī)床和專用夾具。對于大量，加工過程按比較嚴(yán)格的節(jié)拍在流水線上進(jìn)行或在自動流水線上進(jìn)行。
2.4制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
1. 工藝路線方案一
模鍛
正火處理
工序1 銑上、下耳內(nèi)外端面。
工序2 鉆、擴(kuò)?410+0.039mm主銷孔。
工序3 拉削?410+0.039mm主銷孔。
工序4 銑軸頸端面，鉆中心孔并倒角60°。
工序5 車?30-0.0260mm的軸頸I、?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?39mm的軸頸III、小徑為?46mm，大徑為?55-0.035-0.010mm的軸頸IV、?95±0.3mm的軸頸VI的臺肩及端面，分別倒角2×45°,1×45°。
工序6 粗磨?40-0.027-0.010mm的軸頸II。
工序7 粗磨?55-0.035-0.010mm的軸頸V。
工序8 粗磨R7圓角。
工序9 粗磨?95±0.3mm的軸頸VI的端面(剎車盤止口)。
工序10 銑法蘭面兩端寬度27.5mm，深度不大于4mm平面。
工序11 鉆、鉸法蘭面上6×?12.30+0.024mm的螺釘孔，限位螺釘孔底孔2×?15mm并倒角120°。
工序12 攻螺紋M16×1.5-6H。
工序13 中頻淬火?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?55-0.035-0.010mm的軸頸V及R7圓角、?95±0.03mm的軸頸VI的左端面(剎車盤止口)。
工序14 銑上、下耳環(huán)錐孔兩側(cè)端面。
工序15 鉆、鉸小徑為?28mm，大徑為?35mm，錐度1：8錐孔。
工序16 拉鍵槽。
工序17 锪?67mm及?850+0.3mm組成的軸承窩座。
工序18 精磨?40-0.027-0.010mm的軸頸II。
工序19 精磨?55-0.035-0.010mm的軸頸V。
工序20 精磨R7圓角。
工序21 精磨?95±0.03mm的軸頸VI的端面(剎車盤止口)。
工序22 鉆錐形油孔。
工序23 攻油孔錐螺紋ZG1/8“。
工序24 車長29mm、M30×1.5h6的螺紋。
工序25 銑螺紋缺口面。
工序26 去毛刺，修螺紋。
工序27 清洗。
工序28 最終檢查。
2. 工藝路線方案二
模鍛
正火處理
工序1 銑兩端面及鉆中心孔并倒角60°。
工序2 車削?30-0.0260mm的軸頸I、?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?39mm的軸頸III、小徑為?46mm，大徑為?55-0.035-0.010mm的軸頸IV、?95±0.3mm的軸頸VI的臺肩及端面，分別倒角2×45°,1×45°。
工序3 銑上、下耳內(nèi)外端面。
工序4 鉆擴(kuò)?410+0.039mm主銷孔。
工序5 拉削?410+0.039mm主銷孔。
工序6 粗磨?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?55-0.035-0.010mm的軸頸V及R7圓角、?95±0.3mm的軸頸VI的端面(剎車盤止口)。
工序7 中頻淬火?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?55-0.035-0.010mm的軸頸V及R7圓角、?95±0.3mm的軸頸VI的左端面(剎車盤止口)。
工序8 銑法蘭面兩端寬度27.5mm，深度不大于4mm平面。
工序9 鉆、鉸法蘭面上6×?12.30+0.024mm的螺釘孔，限位螺釘孔底孔2×?15并倒角120°。
工序10 攻螺紋M16×1.5-6H。
工序11 銑上、下耳環(huán)錐孔端面。
工序12 鉆、鉸小徑為?28mm，大徑為?35mm，錐度1：8錐孔。
工序13 拉鍵槽。
工序14 锪?67mm及?850+0.3mm組成的軸承窩座。
工序15 精磨軸頸及端面。
工序16 鉆錐形油孔。
工序17 攻油孔錐螺紋ZG1/8“。
工序19 車長29mm、M30×1.5h6的螺紋。
工序20 銑螺紋缺口面。
工序21 去毛刺，修螺紋。
工序22 清洗。
工序23 最終檢查。
3. 工藝方案比較與分析
上述兩個工藝方案特點在于：方案一是先加工叉部上、下耳內(nèi)外端面，然后依次為精基準(zhǔn)銑軸頸端面，鉆中心孔后加工軸頸部分，進(jìn)而加工主銷孔等待加工表面。方案二是先銑軸頸端面，鉆中心孔，然后加工軸頸部分，進(jìn)而進(jìn)行其他工序的加工。兩種工藝方案比較可以看出：先加工叉部上、下耳內(nèi)外端面精度有利于保證，以此作為精基準(zhǔn)有利于以后各工序的位置精度和形位公差的達(dá)到。方案二中先加工軸頸部分不利于叉部相對的位置要求及加工精度要求。
從工序的復(fù)雜程度來說，方案二明顯優(yōu)于方案一，在對軸頸部分磨削過程中，方案一中工序6、7、8、9粗磨各段支承軸頸及R7-1和剎車盤止口，采用傳統(tǒng)加工工藝，利用外圓磨床及端面外圓磨床需分別加工，三次裝夾易產(chǎn)生定位誤差，而后的精加工也是如此，費時費力，不利于加工精度的保證。反觀方案二中對于支承軸頸及R7-1和剎車盤止口的磨削工序6代替了方案一中的工序6、7、8、9，工序17代替了工序20、21、22、23，采用的是進(jìn)口雙面砂輪端面外圓磨床ARPL-A，一次裝夾解決問題，減小了由于工藝系統(tǒng)誤差和定位誤差對加工各外圓位置精度的影響。現(xiàn)就此將方案二中的工序6及工序17移至方案一，取代原有的工序6、7、8、9、20、21、22、23，修正后的工藝過程如下：
模鍛
正火處理
工序1 銑上、下耳內(nèi)外端面。
工序2 鉆、擴(kuò)?410+0.039mm主銷孔。
工序3 拉削?410+0.039mm主銷孔。
工序4 銑軸頸端面，鉆中心孔并倒角60°。
工序5 車?30-0.0260mm的軸頸I、?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?39mm的軸頸III、小徑為?46mm，大徑為?55-0.035-0.010mm的軸頸IV、?95±0.3mm的軸頸VI的臺肩及端面，分別倒角2×45°,1×45°。
工序6 粗磨?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?55-0.035-0.010mm的軸頸V及R7圓角、?95±0.3mm的軸頸VI的端面(剎車盤止口)。
工序7 銑法蘭面兩端寬度27.5mm，深度不大于4mm平面。
工序8 鉆、鉸法蘭面上6×?12.30+0.024mm的螺釘孔，限位螺釘孔底孔2×?15mm并倒角120°。
工序9 攻螺紋M16×1.5-6H。
工序10 中頻淬火?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?55-0.035-0.010mm的軸頸V及R7圓角、?95±0.3mm的軸頸VI的左端面(剎車盤止口)。
工序11 銑上、下耳環(huán)錐孔兩側(cè)端面。
工序12 鉆、鉸小徑為?28mm，大徑為?35mm，錐度1：8錐孔。
工序13 拉鍵槽。
工序14 锪?67mm及?850+0.3mm組成的軸承窩座。
工序15 精磨軸頸及端面。
工序16 鉆螺紋底孔4-?6mm及倒角。
工序17 鉆錐形油孔。
工序18 攻螺紋4-M8及油孔錐螺紋ZG1/8“。
工序19 車長29mm、M30×1.5h6的螺紋。
工序20 銑螺紋缺口面。
工序21 去毛刺，修螺紋。
工序22 清洗。
工序23 最終檢查。
2.5機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“左轉(zhuǎn)向節(jié)”零件的材料為40MnB調(diào)質(zhì)，硬度為255~285HBS，毛坯重量約為17kg，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用在鍛錘上合模模鍛毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 階梯軸部分外圓表面
考慮其加工長度199mm，與其連結(jié)的非加工外圓表面直徑為?95±0.3mm此時直徑余量查《工藝手冊》2.2-25得，其厚方向單邊余量值規(guī)定為2.0~2.5mm，現(xiàn)取2Z=5mm已能滿足加工要求,階梯軸錐部選取毛坯小徑徑為?40mm，大徑?61mm。須知厚度偏差，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表2.2-17，得小徑?40-1.1+2.1，大徑?61-1.1+2.1。
2. 外圓表面沿軸線長度方向的加工余量及公差
查《工藝手冊》2.2-14，其中鍛件重量為13kg，其中把零件分為軸部分和另一部分，鍛件的復(fù)雜形狀系數(shù)為：
S=m1mn
其中m1為鍛件重量。
mn為相應(yīng)的鍛件外廓包容質(zhì)量。
轉(zhuǎn)向節(jié)毛坯為非圓形鍛件mn=lbhρ=0.362×0.241×0.203×7.82×102≈13.8kg
經(jīng)計算S=0.19和0.17，查表確定鍛件復(fù)雜形狀系數(shù)為S3（較復(fù)雜），鍛件材料屬于中碳低合金鋼，即鋼的最高含碳量小于0.65%，或合金元素含量小于3.0%的合金鋼，因而材質(zhì)系數(shù)取M1，鍛件輪廓尺寸（長度方向）為280>180~250mm故長度方向偏差為280-1.5+3.0mm，軸頸部分兩段分別為147-1.7+2.3mm、55-1.1+2.1mm.
長度方向的余量查《工藝手冊》2.2-25,其余量6.0mm。
3. 兩主銷孔?410+0.039mm。
毛坯為實心，不沖出孔。兩內(nèi)孔精度要求界于IT8-IT9之間，參照《工藝手冊》2.3-9及表2.3-12確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：?39mm
擴(kuò)孔：?40.5mm 2Z=1mm
拉孔：?410+0.039mm2Z=0.5mm
兩主銷孔要求有較高的同軸度，因而選擇拉削。
4. 帶鍵槽的兩錐孔（小徑為?28mm，大徑為?35mm，錐度1：8錐孔）
兩錐孔內(nèi)表面的精度要求為IT7-IT8之間，參照《工藝手冊》2.3-9及表2.3-12確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：?24mm
鉸孔：d1=?28mm，d2=?35mm，錐度1：8錐孔 2Z=4
拉鍵槽：寬度為8+0.020+0.075mm，高度為40+0.48mm（表面精度取決與拉刀的精度）
5. 锪?67mm及?850+0.3mm組成的軸承窩座
?67mm孔的內(nèi)表面精度要求為IT8-IT9之間，參照《工藝手冊》2.3-9及表2.3-12確定工序尺寸及余量為：
在原有主銷孔的基礎(chǔ)上，粗鏜：?66mm 2Z=25mm
半精鏜：?67mm2Z=1mm
?850+0.3mm孔的內(nèi)表面精度要求為IT11-IT13之間，參照《工藝手冊》2.3-9及表2.3-12確定工序尺寸及余量為：
粗鏜：?64mm 2Z=23mm
粗鏜：?850+0.3mm 2Z=21mm
6. 四個M8的螺紋孔
參照《工藝手冊》2.3-20表確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：?6.8mm
攻螺紋：M8×1.5 深度為11mm 2Z=1.2mm
7. 法蘭面上兩個凹槽（長為126mm、寬為27.5mm、深為最大4mm）
對于該凹槽表面精度沒有要求粗銑深度不大于4mm即可，不必制定加工工序。
8. 法蘭面6×?12.30+0.024mm螺釘孔及限位螺釘孔2×M16×1.5
參照《工藝手冊》表2.3-20確定工序尺寸及余量為：
六個?12.30+0.024mm螺釘孔的加工其內(nèi)表面精度要求為IT9以上：
鉆孔：?12mm
鉸孔：?12.30+0.024mm 2Z=0.3mm
兩個M16×1.5限位螺釘孔：
鉆孔：?14mm
攻螺紋：M16×1.5 2Z=2mm
9.?410+0.039mm兩主銷孔外端面的加工余量（加工余量的計算長度為230.5mm）
（1）按照《工藝手冊》表2.2-25，取加工精度F2，鍛造復(fù)雜系數(shù)S3，則兩孔外端面的單邊加工余量為2.0~3.0mm，取Z=2mm。鍛件的公差按照《工藝手冊》表2.2-14，材質(zhì)系數(shù)M1，復(fù)雜系數(shù)S3，則鍛件的偏差為+3.0-1.5mm。
（2）銑削余量：銑削的公稱余量（單邊）為
粗銑： 231.5mm Z=0.5mm
半精銑： 230.5mm
銑削公差：現(xiàn)規(guī)定本工序的加工精度為IT9~11級，因此可知本工序的加工公差為
由于毛坯及以后各道工序(或工步)的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實只是名義上的加工余量。實際上，加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。
由于本設(shè)計規(guī)定的零件為大批生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整法加工，因此計算最大。最小加工余量時，應(yīng)按調(diào)整法加工方式以確定。
?410+0.039mm兩主銷孔外端面尺寸加工余量和工序間余量及公差分布圖如下：
由圖可知：
毛坯的名義尺寸：
230.5+2×2=234.5mm
毛坯的最大尺寸：
234.5+3.0=237.5mm
毛坯的最小尺寸：
234.5-1.5=233mm
粗銑后最大尺寸：
230.5+0.5×2=231.5mm
粗銑后最小尺寸：
231.5-0.22=231.28mm
半精銑后尺寸與零件圖尺寸應(yīng)相等，即230.5mm。
2.6確定切削用量及基本工時
工序1：銑上、下耳內(nèi)外端面
1. 加工條件
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa。模鍛。
加工要求：粗銑、半精銑上、下耳內(nèi)外端面使兩外端面尺寸達(dá)到230.5mm，表面粗糙度達(dá)到Ra=12.5.
兩內(nèi)端面的尺寸達(dá)到97mm，表面粗糙度達(dá)到Ra=6.3。
選用機(jī)床：專用銑床Q2-076
選用刀具：端面銑刀，d0=80mm Z=5
2. 確定銑削用量
根據(jù)《工藝手冊》中表3-28，查得af=0.08mm/z
根據(jù)《工藝手冊》中表3-30，查得v=1m/s
進(jìn)給量f=af?Z=0.08×5=0.40mm/r
切削深度ap=3.75mm
加工轉(zhuǎn)速
ns= 1000vπd0 = 1000×13.14×80 =238.9r/min
取n=355r/min，則
切削速度
v= πd0n1000 = 3.14×80×3551000 =89.2mm/s
3. 確定銑削時間
T= l+l1+l2+d0nf = 130355×0.40 =0.92min
工序2 鉆、擴(kuò)?410+0.039mm主銷孔
1. 加工條件
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa。模鍛。
加工要求：通過鉆、擴(kuò)孔使主銷孔的尺寸及位置精度達(dá)到設(shè)計要求的?40.5mm
選用機(jī)床：兩面十軸組合鉆床2HS-U321 2A426
選用刀具：鉆孔——?39標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆
擴(kuò)孔——?40.5標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔鉆
2. 確定鉆削用量
（1） 確定進(jìn)給量f 根據(jù)《機(jī)械工藝師手冊》表28-10可查出f=0.47~0.57mm/r，查機(jī)床說明書，取f=0.43mm/r。
ap=d2=392=19.5mm。
根據(jù)《工藝師手冊》表28-8可查出，鉆頭強(qiáng)度所允許的進(jìn)給量f>1.75mm/r。由于機(jī)床允許的軸向力Fmax=15690N，允許的進(jìn)給量f>1.8mm/r。
由于所選的進(jìn)給量f最小，故所選f可用。
（2） 確定切削速度v、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T及切削功率Pm，根據(jù)《工藝師手冊》表28-15，可查得
v表=18m/min F表=4732N T表=51.69N?m Pm表=1.25kw
對所得結(jié)果進(jìn)行修正。
由《工藝師手冊》表28-3，Kmv=0.88，Klv=0.75，故
v表=18×0.88×0.75=11.22m/min
查機(jī)床說明書，取n=250r/min
實際切削速度為
v= πdn1000 = 3.14×39×2501000 = 30.62m/min
由《工藝師手冊》表28-3，Kmf=Kmt=1.06
故
F=4762×1.06=5016N
T=51.69×1.06=54.8 N?m
3. 確定擴(kuò)削用量
（1） 確定進(jìn)給量f 根據(jù)《機(jī)械工藝師手冊》表28-31，可查出f表=（2.2~2.4）f鉆，查機(jī)床說明書，取f=0.8mm/r。
（2） 確定切削速度v及n,根據(jù)表28-33
取v表=25m/min。
修正系數(shù)：
Kmv=0.88 Kapbv=1.02
故
v表=25×0.88×1.02=11.22m/min
查機(jī)床說明書，取n=160r/min
實際切削速度
v= πdn1000 = 3.14×40.5×1601000 = 20.36m/min
4. 鉆削加工時間
T= l+l1+l2nfi= 930.43×250×2 =0.87min
5. 擴(kuò)削加工時間
T= l+l1+l2nfi= 930.8×160×2=0.72min
工序3 拉削?410+0.039mm主銷孔
1. 加工條件
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa、模鍛。
加工要求：通過反復(fù)拉削至主銷孔設(shè)計要求的?410+0.039mm、表面粗糙度Ra=6.3。
選用機(jī)床：臥式拉床7A520
選用刀具：圓孔拉刀d0=?41mm
2. 確定拉削用量
根據(jù)《工藝手冊》中表3-38，查得v=0.05m/s
加工轉(zhuǎn)速
ns= 1000vπd0 = 1000×0.053.14×41 =0.39r/s
取nw=25r/min，則
切削速度
v= πd0n1000 = 3.14×41×11000 =0.12m/s
3. 確定拉削時間
T= Zblηk1000vfzz
式中Zb —單面余量0.25mm
l—拉削表面長度230.5mm
η—考慮校準(zhǔn)部分的長度系數(shù)，取1.2
k—考慮機(jī)床返回行程系數(shù)，取1.4
v—拉削速度（m/min）
fz—齒升量，取0.02mm
Z—拉刀同時工作齒數(shù)，z = lp
p—拉刀齒距
p=(1.25~1.5)l = 1.35230.5 = 20mm
∴拉刀同時工作齒數(shù)z = lp = 230.520≈12
∴ T = 0.25×230.5×1.2×1.41000×7.2×0.02×12×10= 0.56min
工序4銑軸頸端面，鉆中心孔并倒角60°
1. 加工條件
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa、模鍛。
加工要求：粗銑軸頸兩端面，鉆中心孔。
選用機(jī)床：XZ21.4型銑端面鉆中心孔機(jī)床
選用刀具：圓柱銑刀d0=?100mm Z=5
復(fù)合中心鉆d0=?4mm
2. 確定銑削用量
根據(jù)《工藝手冊》中表3-29，查得ap=6mm，af=0.12mm/z。根據(jù)表3-30，查得v=0.7m/s
進(jìn)給量f=af?Z=0.12×6=0.72mm/r，取f=1.02mm/r。
加工轉(zhuǎn)速
ns= 1000vπd0 = 1000×0.73.14×100 =222r/min
取n=162r/min，則
切削速度
v= πd0n1000 = 3.14×100×1621000 =50.8m/min
3. 確定銑削時間
T= l+l1+l2+d0nf = 52.43162×1.02 =0.32min
4. 確定鉆削用量
根據(jù)《工藝手冊》中表3-35，查得ap=2mm，af=0.0588mm/z。根據(jù)表3-30，查得v=0.2m/s
加工轉(zhuǎn)速
ns= 1000vπd0 = 1000×0.23.14×4 =955r/min
取n=1090r/min，則
切削速度
v= πd0n1000 = 3.14×4×10901000 =13.7m/min
5. 確定鉆削時間
T= l+l1nf = 141090×0.0588 =0.21min
工序5車軸頸臺階及端面
1. 加工條件
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa、模鍛。
加工要求：粗車軸頸兩端面，為粗磨留有余量。
選用機(jī)床：專用液壓仿形車床
選用刀具：專用成形車刀d0=76mm
2. 車軸頸臺階及端面
根據(jù)《工藝手冊》中表3-19，查得ap=1mm，f=0.4mm/z。根據(jù)表3-30，查得v=0.5m/s
加工轉(zhuǎn)速
ns= 1000vπd0 = 1000×0.53.14×76 =6.29r/s
取n=6.3r/s，則
切削速度
v= πd0n1000 = 3.14×76×6.31000 =1.50m/s
3. 確定車削時間
T= l+l1+l2nf = 199+4+46.3×0.4 =82.14s
工序6 粗磨各段軸頸及端面
1. 加工條件
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa、模鍛。
加工要求：粗磨軸頸兩端面，保證尺寸在精磨要求的尺寸范圍內(nèi)，留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?
選用機(jī)床：雙砂輪端面外圓磨床4RPL-A
選擇砂輪：根據(jù)《工藝手冊》第三章中磨料的選擇各表查得，結(jié)果為：
1A1/T250×4×10×3×D×100×M×100
其含義為：砂輪磨料為人造金剛石，粒度為100#，直徑50mm，厚度3mm，孔徑10mm，磨料層深度3mm，結(jié)合劑為青銅結(jié)合劑，濃度100%。
2. 確定磨削用量
砂輪轉(zhuǎn)速n砂=1500r/min，v砂=27.5m/s。
軸向進(jìn)給量fa=0.5B=0.5×3=1.5mm
工件速度vw=10m/min
徑向進(jìn)給量fr=0.02mm/雙行程
3.確定磨削工時
Tj= LZbKnfbfti = 95×0.25×1.4425×1.5×0.02×2=1.52min
工序7 銑法蘭面兩端寬度27.5mm，深度不大于4mm平面。
1. 加工條件
加工要求：銑法蘭面兩端寬度27.5mm，深度不大于4mm平面。
選用機(jī)床：X63臥式銑床
選用刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀d0=60mm Z=6
2. 確定銑削用量
根據(jù)《切削手冊》表3-3查得，fz=0.08mm/齒
切削速度：查有關(guān)手冊，確定v=0.45m/s即27m/min，則
ns= 1000vπd0 = 1000×273.14×60 =143r/min
現(xiàn)采用T68臥式銑床，根據(jù)機(jī)床說明書，取nw=160r/min。
故實際切削速度
v= πdwnw1000 = 3.14×60×1601000 =30m/min
當(dāng)nw=160r/min時，工作臺的每分鐘進(jìn)給量fm應(yīng)為
fm=fzZnw=0.08×6×160=76.8mm/min
查機(jī)床說明書，取fm=86m/min。
3. 確定切削工時
由于是粗銑，整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，利用作圖法，可得出銑刀的行程l+l1+l2=135mm，則機(jī)動工時：
T= l+l1+l2fm = 13586 =1.56min
工序8 鉆、鉸法蘭面上6×?12.30+0.024mm的螺釘孔，限位螺釘孔底孔2×?15mm并倒角120°
1. 加工條件
加工要求：通過鉆、擴(kuò)使得法蘭面上的孔達(dá)到設(shè)計要求
選用機(jī)床：臥式鉆擴(kuò)組合機(jī)床
選用刀具：鉆孔—?12mm標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆
?14.5mm標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆
鉸孔—?12.3mm標(biāo)準(zhǔn)鉸刀
2. 確定鉆削用量
根據(jù)《工藝手冊》中表3-44查得
f=0.28mm/r，v=12m/s，n=320r/min
3. 確定鉸削用量
確定進(jìn)給量f 根據(jù)《切削手冊》表28-31，可查出，f=0.2mm/r，查機(jī)床說明書，取f=0.2mm/r。
確定切削速度v及n,根據(jù)表28-33
取v表=8m/min。
修正系數(shù)：
Kmv=0.88 Kapbv=1.02
故
v表=8×0.88×1.02=7.18m/min
n'= 1000v表πd = 1000×7.183.14×12.3 =185r/min
查機(jī)床說明書，取n=195r/min
實際切削速度
v= πdn1000 = 3.14×12.3×1951000 = 7.53m/min
4. 鉆削加工時間
T1= l+l1+l2nf = 30320×0.28 =0.33min
T2= l+l1+l2nf = 30320×0.28 =0.33min
5. 鉸削加工時間
T= l+l1+l2nf = 300.2×195 =0.76min
倒角仍取 n=960r/min，手動進(jìn)給。
工序9 攻螺紋M16×1.5-6H
1. 加工條件
加工要求：攻螺紋M16×1.5
選用機(jī)床：臥式組合鉆床
選用刀具：絲錐d0=16mm p=1.5mm
2．確定攻螺紋的及相關(guān)參數(shù)
f=1.5mm/rns=160r/min
按機(jī)床選取nw=130r/min，則v=3.25m/min。
機(jī)動工時l=14mm，l1=3mm，l2=3mm
T= l+l1+l22nfi =40130×1.5×2=0.41min
工序10 中頻淬火?40-0.027-0.010mm的軸頸II、?55-0.035-0.010mm的軸頸V及R7圓角、?95±0.3mm的軸頸VI的左端面(剎車盤止口)。
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa。模鍛。
加工要求：通過中頻淬火使工件軸頸具備相應(yīng)的力學(xué)性能，表面精度達(dá)到設(shè)計要求，淬火層3~6mm，硬度53~55HRC。
選用設(shè)備：中頻淬火機(jī)GC212
工序11 銑上、下耳環(huán)錐孔兩側(cè)端面。
1. 加工條件
工件材料：40MnB調(diào)質(zhì)，抗拉強(qiáng)度σb=980MPa。模鍛。
加工要求：通過粗銑、半精銑使上、下耳環(huán)錐孔兩側(cè)端面達(dá)到設(shè)計要求的尺寸及精度要求。
選用機(jī)床：X62型臥式銑床。
選用刀具：三面刃盤銑刀d0=110mm 周齒z1=20，端齒z2=6。由于加工鋼料抗拉強(qiáng)度σb=980MPa
在600~1000MPa范圍內(nèi)，故選擇前角γ0=15°，后角α0=12°（周齒）α0=12°（端齒）。
2. 確定銑削用量
（1）根據(jù)《切削用量手冊》表3-3，X62型臥式銑床的功率為7.5kw,（表4.2-38），工藝系統(tǒng)剛性中等，細(xì)齒盤銑刀加工鋼料，查得每齒進(jìn)給量fz=0.06~0.1mm/z，現(xiàn)取fz=0.07mm/z。
（2）切削速度v和工作臺每分鐘進(jìn)給量fm
v= C0dq0Tmqpxfzyapu0zp0kv
式中C0=48，q0=0.25，x0=0.1，y0=0.2，u0=0.3，P0=0.1，m=0.2，T=120min，ap=13mm，fz=0.07mm/z
ar=13mm，z=20，d=110mm，kv=0.1mm。
v= 48×1100.251200.2×130.1×0.070.2×130.3×200.10.1=40.55m/min
ns= 1000v表πd = 1000×40.553.14×110 =117.4r/min
根據(jù)X32型臥式銑床主軸轉(zhuǎn)速（表4.2-39），選擇
n=130r/min≈2.17r/s
實際切削速度
v= πdn1000 = 3.14×110×2.171000 = 0.75m/s
工作臺每分鐘進(jìn)給量
fM'=0.07×20×130=182mm/min
根據(jù)X32型臥式銑床工作臺進(jìn)給量（表4.2-