转向节精铣内档专机夹具设计

辛百灵 陈桂芳

(三门峡职业技术学院，河南，三门峡 472000)

0 引言

组合专用机床因其加工的高效性、高稳定性在汽车零部件的加工上有较大的优势，特别是专机通过创新设计机床夹具，适应多品种安装定位夹紧，采用数控系统控制，实现了专机加工的柔性化，使得数控组合专用机床在机床市场上仍占有一席之地。转向节是汽车转向系统的重要零件，其内档面与两主销孔有较高的位置精度要求，加工方法因在加工中心上难以加工而多采用专用铣床，但同种车型有大小不同的系列，转向节的结构尺寸也有变化，一台专用铣床应满足多个品种的加工，最大限度扩大机床的加工柔性。本文针对轻卡汽车系列转向节设计了一台数控组合专用机床，通过调整三面刃铣刀在铣刀杆上的位置和间距，调整夹具上定位元件等满足多品种转向节精铣内档的工艺要求。本机床设计成功与否的关键在于夹具的设计能否满足定位准确、安装方便、夹紧可靠、切换品种快捷的工艺要求。下面就介绍一下该夹具的设计情况。

1 转向节精铣内档工艺分析

1.1 转向节的结构特点

整体式轻卡转向节，形如羊角，结构复杂，定位夹紧困难。因此在机床上加工的时候，都必须配以专用工装夹具。

依照用户加工转向节内档工艺要求，需在一台数控专用组合机床上精铣，其目的是以主销孔定位，确保内档面垂直度的工艺要求，另外必须保证工件安装方便，定位夹紧可靠，夹具结构简单，切换品种快捷。为此设计一种满足该工艺要求的铣削工装夹具。

1.2 被加工零件情况[1]

装夹零件名称：轻卡左转向节、右转向节。

零件基本状态：毛坯为锻件，材料为40Cr，调质硬度HB235-277，余量≤1 mm。

加工内容：精铣内档，粗糙度为Ra3.2，内档面对主销孔轴线的垂直度0.05 mm。如图1所示。

加工节拍：65秒/件。

加工工艺：采用两把三面刃盘铣刀，同时精铣内档面。如图2所示。

加工设备：数控专用组合机床。

图1 转向节精铣内档工序简图Fig.1 Process diagram of steering knuckle finishing milling inner gear

1.3 精铣内档夹具装夹工艺分析[2-3]

(1) 对于转向节内档的加工，工艺方法一：粗铣转向节内档、外档、精铣内档—钻铰(镗)主销孔；工艺方法二：粗铣转向节内档、外档—钻铰(镗)主销孔—精铣内档。工艺方法一需要两台设备加工，粗精铣内外档用两个工位一台设备完成；工艺方法二需要三台设备加工，精铣内档安排在主销孔加工后进行。从保证工件加工精度出发，工艺方法一精铣内档不能以主销孔定位，需两次安装加工不能保证内档面的加工精度要求，工艺方法二以主销孔作为主要定位基准，满足工艺要求，有效的保证内档面的加工精度；

(2) 定位基准：主销孔采用一固定销和一伸缩销定中心高位，杆部外圆用V型块定旋转和主销孔轴向位；

图2 加工示意图Fig.2 Processing diagram

(3) 夹紧方式：液压杠杆压板式夹紧。转向节两耳部下方设弹簧伸出型液压辅助支承，当工件定位夹紧后，液压锁紧支承，用于抵抗铣刀的铣削力，保证切削平稳；

(4) 加工方式：湿式铣削，精加工；

(5) 工件切换：通过更换定位销、V型块，调整铣刀盘位置，适应多品种，实现快速切换；

(6) 具有一定的自动化程度，尽可能减少工人手工操作，缩短辅助时间，满足节拍要求；

(7) 充分考虑整体夹具刚性，防止切削振动，保证加工精度；

(8) 充分考虑装卸夹具、装卸工件与操作使用的方便性；

(9) 充分考虑夹具结构的工艺性，既要保证加工精度稳定，又要方便维修、更换定位元件等易损零件。

2 精铣工装夹具设计[4-6]

2.1 工装夹具方案及结构

通过以上分析，设计夹具方案如图3所示。

该夹具是依据精铣转向节内档工艺要求而设计的，与数控专用组合机床的配套使用的专用工装夹。夹具主要由定位元件和夹紧机构组成，定位采用V型及主销孔定位。固定定位销9安装在导向套10内，由拉丁轴向固定，其目的是方便更换。伸缩定位销由油缸3驱动活塞杆4带动定位销6移动，定位销6的导向部分为同一尺寸，定位部分按不同品种工件设计，定位销6与活塞杆5活动连接，方便更换。V型块12依据不同品种工件的定位角度设计不同V型块12，V型块12与夹具体1采用一面两销定位。当转向节定位角度相同，定位轴径不同时可更换定位垫13。夹紧采用油缸15活塞杆杠杆式压板14压紧工件。转向节两耳部下方设弹簧伸出型液压辅助支承7，安装工件时在工件重力作用下压下支承钉，定位夹紧后，液压锁紧支承钉。机床数控滑台带动夹具快移至待加工位置变工进，铣刀盘旋转，开始切削工件，加工至终点滑台快速退回。

2.2 工装夹具使用工作原理

人工将工件主销孔穿入固定销，液压缸将伸缩销插入另一主销孔，旋转工件至V型块定位面—压板压紧工件杆部—辅助支承液压锁紧—循环启动—滑台快移到加工位置—铣刀盘铣削内档面—滑台快退至原位—循环结束—压板松开，伸缩销退回—卸下工件。

2.3 工装夹具装配调试技术要求

(1) 夹具零件去毛刺、清洗干净，方可进入装配；

(2) 各配合部位严格按装配图装配，移动件、旋转件等运动灵活；

(3) 夹具正确装配到滑台上，合理调整夹具压力值，保证切削时夹具夹紧可靠，机床无振动；

1.夹具体；2.支座；3.油缸；4.活塞杆；5.导向套；6.圆柱销；7.弹簧伸出型液压辅助支承；8.转向节；9.菱形销； 10.导向套；11.支座； 12.V型块；13.定位垫；14.压板；15.夹紧油缸图3 精铣夹具结构图Fig.3 Structure of finish milling fixture

(4) 调整好滑台快移速度，合理调配进给速度、主轴转速等切削参数；

(5) 运动零件做好润滑和密封，防止铁屑、冷却水及杂物进入；

(6) 切换定位元件，分别安装不同转向节，检查工件与夹具有无干涉，及时处理。

3 使用精铣夹具后的加工精度检测[7]

在机床上安装好专用精铣夹具，调整好夹具与铣刀杆的位置精度，选择好合适的切削参数，调整好液压夹紧力，对机床进行工件加工调试，工件调试合格后，按照与用户签订的转向节精铣内档专机《技术协议》内关于加工零件工作精度验收标准，对要加工的工件连续加工了100件，逐件进行了三坐标精度检测，检测结果均符合工序图技术要求。

4 结语

本专用精铣夹具，满足了定位准确、安装方便、夹紧可靠、切换品种快捷的工艺要求，有效的保证了加工精度，实现了专用机床的加工柔性，是夹具设计的一次创新体验。该夹具着重考虑不同品种快速切换的工艺方法，设计出了新颖的夹具结构，具有夹具设计的借鉴和推广意义。