操纵杆支架Φ20孔工艺及组合夹具设计

王江江++王建国++江崔颖++冯彬

摘 要：操纵杆支架属于汽车换档部分，它主要用来固定操纵杆，在加工过程中需加工底面、Φ11孔、Φ20孔以及36槽四个部分。本論文主要针对操纵杆支架上的Φ20孔进行加工工艺分析及组合夹具设计，在操纵杆支架加工工艺基础上设计的组合夹具为加工Φ20孔的专用夹具，具有可重组性、可局部调整性及其结构简单等特性。

关键词：操纵杆支架；加工工艺；组合夹具

中图分类号：TG75 文献标识码：A

0.引言

随着零件加工精度要求的提高，数控机床的应用越来越广泛，由于组合夹具具有可重组性、装夹方便等优点，在生产制造过程中被广泛使用。零件组合夹具设计效率的提高对零件的市场效益具有重要意义，同时我国在组合夹具的设计及应用方面已经积累了大量的经验，所以急需高效可行的设计方法将这些经验转化为企业的生产效益，这就需要提高设计的效率。组合夹具因为其可重组性及其结构简单等特性，可以有效地解决中小型企业在技术力量不足及生产能力低下等问题，提高中小型企业的工艺装备能力。

本文以操纵杆支架零件为对象，设计操纵杆支架Φ20孔的组合夹具，在分析和研究Φ20孔工艺的基础上，利用三维CAD软件对组合夹具进行设计。

1.操纵杆支架工艺分析

1.1 零件的作用

操纵杆支架属于汽车换档部分，它主要用来固定操纵杆，在汽车正常行驶过程中保证操纵杆不会发生移动，从而保证车辆的行驶安全。Φ11孔用于将操纵杆支架固定在汽车底盘上，Φ20孔用于将操纵杆固定在支架上，36槽用于保证操纵杆在换档时不会产生角度偏差，避免出现卡死等现象。

1.2 零件的结构工艺性分析

操纵杆共有4组加工表面，分别为：2×Φ20孔、支架底面、36槽、3×Φ11孔。支架的底面因为要和汽车底座接触，所以需要进行切削加工，这样提高了换档时之家地面和接触刚度；Φ11孔端面为平面，可以防止加工过程中钻头组胺片，以保证空的加工精度；Φ20孔的一端面有拔模角度，钻孔时会产生偏差，所以选用镗孔会更好些；36槽通过铣、削、粗、精加工一次完成即可保证和操纵杆配合。由此可见，该零件的工艺性较好。

1.3 毛坯的选择

形状复杂的毛坯用铸件。灰铸铁是价格便宜、应用最广泛的铸铁材料，灰铸铁材料有石墨的存在，因此有很好的力学性能和减震效果。灰铸铁中的石墨韧性较低，在切削加工受力形成断屑，所以灰铸铁的工艺性能符合本文零件的加工，在我国铸件中，约80%为灰铸铁，使用广泛。所以本文的操纵杆支架毛坯材料选用灰铸铁材料。操纵杆支架的形状较复杂，且工件整体精度要求较高，所以应用铸造方式得到精铸件毛坯。

根据《机械加工工艺手册》，2×Φ20孔的加工精度要求较高，工序如下：

（1）利用镗床，专用夹具、麻花钻、游标卡尺等钻孔使孔径至19mm。

（2）利用镗床，专用夹具、麻花钻、游标卡尺等镗孔使孔径至19.75mm。

（3）利用镗床，专用夹具、麻花钻、游标卡尺等精铰孔使孔径至20mm。

2.定位方案的确定

由零件图样和该零件的机械加工工艺过程可知，工件上两个Φ20孔与工件的底面和后垂直面有距离要求，表明这两个Φ20孔的工序基准是工件后垂直面和底面，要尽可能以底面和后垂直面为定位基准，以避免由于基准不重合而引起的加工误差。

由零件的加工实际情况可知，考虑到工件后垂直面有一定斜角，很难用于夹紧，如果单独以底面为定位基准则只能限制三个自由度，所以必须另外选择其他的定位基准以满足定位要求。

经过整体分析，决定选择用即“一面两销”的定位方案，即底面为第一基准，限制零件的3个自由度，以3×Φ11孔中的两个孔作为第二基准，限制零件的3个自由度。值得注意的是左边的销为圆柱定位销，所以为了防止过定位，右边的销选用扁头定位销。

3. Φ20孔的组合夹具设计

3.1 确定导向装置与加紧机构

在加工Φ20孔时，要对孔进行粗精镗等工步的加工，最终达到图样上的加工要求故选用快换镗套作为刀具的导向元件。

根据定位方案和工件的形状特点，可采用手动螺旋夹紧机构，手动螺旋夹紧机构主要零件为压板和螺栓，利用“杠杆原理”来夹紧工件。

3.2 夹紧力的分析

在确定本夹具定位方案、导向装置及夹紧方案后，现在进行夹紧力分析。在对Φ20进行扩孔时，切削力有两个，一个是主切削力，它主要形成扭矩；另一个是轴向进给力，它给工件施加侧移力。对于扭矩来说，由于夹具本身可以承受很强的横向载荷，故没有必要校核扭矩。对于横向进给力，在底座上有两个和Φ11孔配合的小销，而小销本身就与夹具底座刚性连接在一起，有很强的固定作用，轴向进给力无法使其发生移动。

本套夹具采用两个压板夹紧，压板主要靠上下旋动压板上的螺纹直径为12mm的六角螺母来实现夹紧。可知该机构属于单个螺旋夹紧。

经查《机床夹具设计手册》，六角螺母的夹紧力为5380N。经计算，两个夹紧机构所产生的夹紧力为10760N，远大于夹具所需的夹紧力，即可以满足要求。

3.3 夹具体设计

本夹具主要用来加工操纵杆支架上Φ20mm的孔，孔加工成通孔，先粗钻孔至Φ19mm后再用铰刀将孔扩至Φ19.5mm，然后用精铰刀铰至Φ19.75mm，最后精校至Φ20mm。在加工过程中，应按照零件加工精度要求，保证孔的尺寸、位置精度及表面粗糙度等，提高劳动生产率。

在前期方案分析过程中，用压板使底面紧贴模板，用Φ11的小销通过两个Φ11孔固定在底座上，使其按照要求加工，设计出来的钻模板要保证2×Φ20的位置及孔径。

在组合夹具设计过程中，以提高企业生产效率为目的，注意提高劳动生产率，控制制造成本。为此，也要考虑夹具的实用性及劳动强度。本零件是精铸件，加工余量较小，切削力不是太大，装夹时需要的压紧力也不大，所以手动压紧就可以满足需要，没有必要使用气动或者液压压紧。

结论

本文主要针对操纵杆支架上的Φ20孔进行加工工艺分析及组合夹具设计，在操纵杆支架加工工艺基础上设计的组合夹具为加工Φ20孔的专用夹具，可对其进行重新组装和局部调整。本文采用灰铸铁毛坯材料，对Φ20孔进行先钻后粗铰再精铰的工艺顺序，在此基础上利用三维CAD软件设计组装出一套有效可行的专用组合夹具，采用“一面两销”定位方案，在加工过程中将操纵杆支架固定住，使得零件的加工精度得到保障。

参考文献

[1]刘文剑，李振明.组合夹具CAD的研究现状与发展方向[J].哈尔滨工业大学学报，1993（3）：30-34.

[2]鲁珍珠，雷小强.基于SolidWorks的组合夹具CAD系统的开发[J].组合机床与自动化加工技术，2004（9）：78-80+85.

[3]东北重型机械学院，等.机床夹具设计手册[M].上海：上海科学技术出版社，1988.

[4]杨黎明，白明光，孙光华，等.机床夹具设计手册[M].北京：国防工业出版社，1996.