汽车左转向节交叉孔钻夹具设计

张平栋 袁帮谊

摘要： 汽车转向节是汽车转向系统中的一个重要零件，驾驶员通过它适时控制汽车行进中的路线，保证汽车准确无误安全的运行。转向节材料是40Cr模锻件毛坯，经调质处理后进行机械加工，结构复杂，精度要求高，生产量大，作者根据某企业的具体情况设计该夹具。

关键词： 汽车左转向节交叉孔钻夹具设计

1.引言

汽车转向节属于空间异形件，如图1所示，其结构复杂，精度要求高，产量大，加工中无法直接在机床中进行定位，故需要开发专用夹具实现产品在加工中的准确定位与夹紧。由于零件质量较大，因此还需要所设计的专用夹具易于操作，减轻劳动量，缩短加工工时，提高产品的经济效益。

2.左转向节加工工艺分析

通过分析零件图纸，发现该零件的主要加工面有圆柱面、外圆锥面、外螺纹、键槽、交叉孔、内孔、止口孔、圆锥孔、注油螺纹孔、内外两侧平面、锥孔两端面。根据基准先行和基准统一原则，确定该产品主要加工工艺路线如下：

模锻→钻中心孔→钻另一中心孔→数控车各段外圆→铣锥孔两端面→铣两外侧面→铣两内侧面→钻?覫34底孔→钻另一?覫34底孔→钻2—M10注油底孔→锪2—M10端面→攻2—M10螺纹→粗镗?覫34至?覫33.5、镗?覫38止口孔至?覫37.5→钻?覫36锥孔底孔→钻2—?覫14.3通孔→翻转180°，钻另外2—?覫14.3通孔→钻M12底孔（盲孔）→钻M12底孔（通孔）→反过来锪4—?覫14.3通孔端面→锪M12通孔端面→攻M12盲孔螺纹→反过来攻M12通孔螺纹→铣45°斜面→车M27x1.5螺纹→铣7x14键槽→钻2—?覫5.5交叉孔（交角67.5°）→套M27x1.5螺纹→修毛刺→镗?覫36锥孔（1:10）→精镗两?覫34孔、?覫38止口孔→磨?覫50外圆→磨?覫35g6外圆→滚压?覫14过渡圆弧→终检入库。

3.钻2—?覫5.5孔夹具设计

3.1夹具定位和夹紧方案设计

左转向节臂钻2—?覫5.5孔的工序要求分析：两孔呈67.5°交叉分布，属于交叉孔系，且有一孔中心线与键槽底面垂直，孔径?覫5.5mm由麻花钻直径尺寸保证，距离左端面位置尺寸138.1mm、两孔中心线67.5°交叉和一孔中心线与键槽底面垂直要求需要由夹具保证。该工序的夹具结构方案有两种。

（1）利用已经粗精加工的?覫50mm外圆、?覫14.3mm孔和138.1mm定位基准平面作为主要定位基准（一面两孔定位法），其应用在?覫50外圆限制2个自由度，用138.1定位基准平面限制3个自由度，用?覫14.3mm孔限制1个转动自由度，钻?覫5.5mm孔，然后将?覫14.3mm菱形销拔出，把工件旋转67.5°，在将菱形销插入?覫14.3mm定位孔内， 钻另一方向?覫5.5mm孔。

（2）采用整体结构，由于对孔距的精度要求不高，故利用锥面作为主要定位基准面，由夹具体内孔锥面限制5个自由度，利用菱形销在键槽侧面定位限制1个转动自由度，而利用夹具体上的交叉面作为分度装置，确定两钻套的交叉位置，并利用摩擦力和切削力进行夹紧。

对于两种夹具结构方案，，采用不同的定位方案进行设计，从而实现通过夹具完成相互交叉两孔的加工，较好地保证两孔中心线的交叉和其中一孔中心线垂直于键槽底面的要求。方案一：由于夹具中定位基准远离被加工要素，产生悬臂，并要采用独立的夹紧机构，如压板螺旋机构等，且在钻第二孔时需对工件从新定位，存在二次定位误差，导致夹具结构复杂，旋转费力，不利于操作，加工效率降低。方案二:利用夹具体整体的两个平面分度，并利用摩擦力实现工件的夹紧，有效地简化夹具整体结构，夹具连同工件总重量较小，易于制造和操作。综合分析后采用第二种方案作为该零件的钻2—?覫5.5孔的夹具结构方案。

3.2夹具结构

1.钻套2.菱形销3.夹具体

如图2所示，夹具主要由钻套1、菱形销2和夹具体3，共3个零件组成。夹具体上两个基准面A和B作为工作中整个夹具在工作台上的定位面，保证两孔中心线的交叉角，由线切割加工。使用时，只需将工件上经过粗精车的锥面套入夹具中的定位锥面，由菱形销进行导向，并可用紫铜棒轻轻敲击夹具体左端，保证工件锥面与夹具中定位锥面夹紧，操作者将夹具体的基准面A平放至钻床工作台面，引导钻头通过钻套1加工?覫5.5mm孔，退出钻头后，翻转夹具体，将基准面B放至钻床工作台面，引导钻头通过钻套加工另一方向孔?覫5.5mm，加工结束拔出工件，清理夹具换下一个工件。整个加工过程无须将夹具在钻床工作台上进行安装，装卸工件较为简便。

4.结语

我们在充分考虑工件结构特点的基础上，进一步简化了夹具整体结构，利用工件的锥面实现工件的定位和夹紧，既保证了工件的加工精度，又使夹具结构大为简化，提高了操作效率。该专用夹具经过安装调试，成功完成该工件的试制。一年多的生产检验证明这个设计切实可行。

参考文献：

［1］刘守勇.机械加工工艺编程和夹具设计［M］.北京：机械工业出版社.