重卡转向节尾柄钻十字孔专用夹具设计

摘要

本文通过常见的重卡转向节尾柄钻十字孔的工序专门设计了一种夹具，具有结构简便，可换性强的优点。经过理论上的分析论证及实际生产检验，符合转向节加工要求。

关键字：重卡转向节 十字孔 可换钻套 锥面进行定位夹紧 专用夹具

背景

转向节是汽车转向桥中的重要零件，承受汽车载荷并带动前轮绕主销转动使汽车转向。转向节尾柄十字孔的加工在整个零件加工工艺过程中十分重要，钻孔工艺主要体现在加工轴线对中性，所以需精度高刚性好的夹具，且转向节的结构属于空间异型，常规夹具很难实现加工过程的准确定位。目前相关的夹具很多，但大多有结构过于复杂、成本高、拆装不便捷、定位困难等缺点，难以大批量生产。本文设计的一种用于重卡转向节尾柄钻十字孔专用夹具，可达到加工要求。本文通过方案对比及加工实例给以论证。

1.零件工艺要求分析

转向节尾柄交叉孔 的工序要求分析：两孔呈“十”字形分布，属于交叉孔系。孔径 由麻花钻直径尺寸保证。距离轴端面位置尺寸6mm，两孔中心线垂直，一孔中心线与轴端扁平面相垂直等要求需要由夹具保证。

2.夹具定位和夹紧方案设计

（1）利用已经粗精加工的 端平面、 外圆和 孔作为定位基准（即一面两孔定位法），即用 端平面限制3个自由度（两个转动自由度，一个移动自由度）， 外圆限制2个自由度（两个移动自由度），用 孔限制1个转动自由度。分度则是采用夹具体上两相差90°的定位孔，利用菱形销来分度，先钻 孔，然后将 菱形销拔出，把工件旋转90度，在夹具体上设计另一个定位孔，再将菱形销插入 定位孔内，钻另一方向 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，吸取方案一中的菱形销定位思想，采用菱形销在 定位限制1个转动自由度。由于生产纲领为中批大量生产，故采用可换钻套，防止钻套需要更换而带来的不便利用夹具体上的垂直面作为分度装置,确定两钻套的垂直位置, 并利用摩擦力和切削力进行夹紧。

以上两种方案,均能较好地保证两孔中心线垂直以及其中一孔中心线垂直于扁平面的要求。

3.夹具方案选择：

方案1:由于夹具中的定位方式，使得轉向节钻孔加工成为悬臂梁结构，无辅助支撑会产生振动，降低加工精度；加辅助支撑使得结构复杂化，夹具若采用独立的夹紧机构，不利于工件装拆，且在钻第二孔时对工件重新定位会导致夹具结构复杂，降低生产效率。

方案2：运用工件锥面定位，且用 孔限制转动自由度。利用夹具体整体垂直面分度，用楔形自锁来实现工件夹紧，使夹具的整体结构简化，减轻了夹具重量，便于制造及操作。采用翻转式钻模方式，实现一次定位，可完成两个交叉孔的加工，有效消除二次定位带来的误差，采用可换钻套还可方便地更换钻套。

经过以上分析对比采用方案二作为钻 十字形孔的夹具结构方案。

4.夹具结构设计

如图所示，夹具主要由可换钻套（包括螺钉）、菱形销和夹具体共3部分组成。夹具体上两个基准面A和B作为定位面，保证两孔中心线的垂直。使用时，将工件锥面C面套入夹具中的定位锥面，在转向节 工艺孔处由菱形销导向，并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。将夹具体放至钻床工作台面基准面A定位，引导钻头通过钻套1加工 孔，退出钻头后翻转夹具体90°，以基准B定位放至钻床工作台面,引导钻头通过钻套2加工另一方向孔 。夹具体钻套安装部分采用十字通孔，便于排屑、清理，且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。

图 1夹具体三维造型

图2 菱形销

图3 可换钻套用螺钉

图4 可换钻套

图5 夹具装配图

5.切削力的计算

加工过程中，切削力不可避免，通过计算切削力，验证加工过程中夹具体的受力。根据文献[2]表1-13，

6.夹紧力的计算

斜楔升角 ，满足手动夹紧时的斜楔自锁条件。

一般钢件接触面的摩擦因数 ，

故平面摩擦时作用在斜楔斜面上的摩擦角

根据文献[2]表1-21，无移动柱塞式斜楔夹紧机构中，对多楔楔面、斜面滑动，

假使原始推力 ，

则斜楔夹紧产生的夹紧力

可满足使用要求。

图6 夹具体零件图

7.结论

在转向节加工中，十字孔加工为较典型工序，生产类型为中批大量生产。该夹具的设计吸收了翻转钻模设计理念，综合考虑工件结构特点，利用夹具体锥面进行定位和夹紧，采用可换钻套，在整体结构方面进一步简化了夹具，满足了工件的加工精度要求，提高了生产效率, 为中小件交叉孔系的钻模设计进行了有益的探索。

8.参考文献

[1] 李凯岭.机械制造技术基础[M].北京：清华大学出版社.2010.

[2] 曹岩，白瑀.机床夹具手册与三维图库[M]北京：化学工业出版社.2010.

[3] 卞洪元.机械制造工艺与夹具[M]. 北京：北京理工大学出版社. 2010.

作者简介

刘秀清，女，1967-3，籍贯：山东陵县，单位：德州职业技术学院，职称：副教授，研究方向：机械电子工程