汽车转向器壳体加工装备设计

1、目录 1 目录目录设计总说明.2INTRODUCTION .31 前言.42 汽车转向器壳体加工自动线总体设计.52.1 汽车转向器壳体的工艺分析.52.1.1 汽车转向器的作用.52.1.2 技术要求.52.1.3 分析汽车转向器壳体的工艺性.62.2 确定生产类型计算生产节拍.82.3 工艺方案的拟定.92.3.1 分析毛坯情况.92.3.2 基面的选择.102.3.2.1 精基准的选择.102.3.2.2 粗基准的选择.112.3.3 各表面加工方案的确定.112.3.4 各工序加工余量的确定.112.3.5 自动线工艺过程的拟定.132.3.5.1 工序的集中与分散.132.3.5.2

2、 工序顺序的安排.132.3.6 确定切削用量.142.3.7 平衡工作节拍.152.3.8 绘制加工示意图.162.3.9 全线自动化方案的确定.172.3.10 自动线总体布局.172.3.10.1 设备的联系尺寸.172.3.10.2 自动线布局图的绘制.183 随行夹具的设计.213.1 定位方案的确定.213.2 夹紧装置的设计.223.3 夹具体的设计.23鸣 谢.24参考文献.25设计总说明 2 设计总说明设计总说明本课题来源于社会实际生产，这次课题给定零件为汽车转向器壳体。转向器是汽车行驶系统中的重要安全部件，其质量好坏对汽车直线行驶的稳定性和操纵稳定性都有直接影响。汽车在行驶

3、过程中需要改变行驶方向时，驾驶员通过汽车转向系使汽车转向桥，一般是前桥，上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度，使汽车达到转向目的。另外，当汽车在直线行驶时，转向轮往往会受到路面侧向干扰力的作用而自动偏转的，从而改变了原来行驶方向，此时，驾驶员也可以通过汽车转向系使转向轮向相反的方向偏转，恢复了汽车原来的行驶方向。本次设计主要任务是按照给定零件设计其加工自动线，随行夹具输送，完成自动线总体设计、专用设备机械结构设计、主要零件设计。具体有：1拟定全线自动化方案，确定总体布局；2专用设备方案分析及方案设计；3专用设备总体设计（布局、主要参数、运动方案和原理、控制方案）；4专用设备机械结构装配设计；

4、5主要零部件结构设计。本设计先从汽车转向器壳体的零件图入手，通过实际情况的调查研究和查阅相关资料，了解其功用、种类以及国内外发展状况、发展水平及存在问题等，写出开题报告，拟定进度表等。然后，就按照进度表完成各阶段的设计内容，最终完成本设计。本设计的基本设计流程如下：1.分析零件结构。2.分析毛坯情况。3.分析年产纲领是否合乎建立生产线条件。4.拟定工艺方案，并绘制工序图和加工示意图。5.拟定全线的自动化方案。6.确定自动线的总体布局，绘出自动线的总联系尺寸图。7.随行夹具的设计。关键词：转向器壳体；工序；自动线；随行夹具introduction 3 INTRODUCTIONThis topic

5、 comes from the actual production of the society, the topic given parts for automotive steering gear housing. Steering gear is a system of the most important components of the vehicle running, the quality of the car is moving in a straight line stability and handling stability has direct impact. Car

6、 in the driving process needs to change direction of travel, the driver through the car steering system the steering axle of automobile, front axle, wheel relative to the vehicle longitudinal axis deflection angle, making the car reach the purpose of steering. Also when the car in a straight line dr

7、iving, steering wheel tends to be influenced by the role of pavement lateral disturbance force and automatic deflection, thus changing the original direction of travel. At this point, the driver can also through the automotive steering system the steering wheel to the deflection in the opposite dire

8、ction, to restore the automobile to the direction of travel.The design of the main task is to design the automatic production line according to a given part, pallet conveyor, complete the general design of the automatic line, special equipment for mechanical structure design, design of the main part

9、s. Concrete:1 to develop a full line automation plan, determine the overall layout;2 Scheme Analysis and scheme design for special equipment;3 special equipment (overall design layout, main parameters, motion principle and scheme, the control scheme);4 the mechanical structure of special equipment;5

10、 main parts structure design.The design of the first from the automobile steering device casing parts diagram of through the actual situation of the research and access to relevant information to understand its function, as well as the type of development situation at home and abroad, the developmen

11、t level and the existence question and so on, write a proposal, develop schedule etc. Then, in accordance with the schedule to complete the design content of each stage, the final completion of the design.The basic design flow of this design is as follows:1 Analysis of parts structure.2 Analysis of

12、rough case.3 analyze whether the annual program meets the establishment of production line conditions.4 develop and process scheme, process drawing and processing sketch map.5 to develop automated programs across the board.6 to determine the overall layout of the automatic line, the total contact si

13、ze diagram drawn line.7 design of accompanying fixture.KeywordsKeywords: steering gear housing; process; automatic line clamp;introduction 4 毕业设计说明书1前言本次课题设计是教学计划中最后一个综合性实践教学环节，是学生在教师的指导下，独立从事艺术设计工作的初步尝试，其基本目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能应对和处理问题的能力。是学生对四年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化的过程。本次课题培养学生综合运用所学的基础理论、

14、技术基础知识和专业知识的能力；查阅、使用各种标准、规范、资料和工具书的能力；设计计算、绘图、实验和撰写技术文件的能力；分析和解决实际问题的初步能力。同时使学生养成理论联系实际、一丝不苟的科学精神和认真负责的工作态度。使我们树立生产观点、经济观点和全局观点。 随着科学技术的飞速发展，世界汽车工业也得到了迅猛的发展。人们对汽车操稳性、安全性、舒适性的追求，推动了汽车转向系统的快速发展。转向系统发展至今，出现了机械式、液压助力式、电控液压动力式、电动助力式和线控转向系统。由于全球经济、能源、环境等方面的恶化，人们对汽车成本、油耗、环保的关注也越来越多而且现代汽车速度越来越高，对操纵稳定性、舒适性和安

15、全的要求也越来越高。作为汽车底盘独立分系统转向系统的发展趋势：适应汽车高速行驶的需要从操纵轻便性和稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用先进的工艺，使用变速比转向器、高刚性转向器变速比和高刚性是目前世界上生产转向器结构的方向2)充分考虑安全性、轻便性。随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要。目前国内外在许多汽车上普遍增设能量吸收装置。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。3)低成本、低油耗、大批量专业化生产随着国际经济形势恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专

16、业化生产对零部件特别是转向器的生产，表现更突出未来汽车的转向系统，电子控制信息化必定成为一个重要的发展途径。电动助力转向系统也会成为汽车转向系统的发展趋势。广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 5 2汽车转向器壳体加工自动线总体设计2.1 汽车转向器壳体的工艺分析 2.1.1 汽车转向器的作用汽车汽车转向器又可称为转向机、方向机，为汽车转向系中最为重要的部件。转向器的作用是增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。在行驶过程中，我们经常需要改变汽车的行驶方向（转向）。对于轮式汽车来说，转向的方法是：驾驶员通过一套专设机构，使汽车的转向桥（一般为前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车纵轴

17、偏转一定的角度。此时路面作用于转向轮上的向后的返力就有了垂直于车轮平面的分量，并成为汽车作曲线运动的向心力。在汽车直线行驶时，转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。转向器是汽车行驶系统中的重要安全部件，其质量好坏对汽车直线行驶的稳定性和操纵稳定性都有直接影响。2.1.2 技术要求 对转向器壳体零件图进行分析得：主要技术要求如表 2-1：表 2-1 技术要求加工表面（mm）尺寸及偏差公差（mm）表面粗糙度（mm）端面T31500.100.10 Ra3.2端面T12420.200.20Ra3.

18、2端面T22420.200.20 Ra3.2轴承孔、D2D3030. 0600.030 Ra1.6摇臂孔D1039. 0390.039 Ra1.6摇臂外圆2 .622 . 02 .620.027 Ra3.2另外：（1）端面、对、轴线的不垂直度允差 0.05/100；T1T2D2D3（2）对轴线不垂直度允差 0.10/100；T3D1（3）轴线对、轴线的不垂直度允差 0.05/100；D1D2D3广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 6 2.1.3 分析汽车转向器壳体的工艺性 转向器外壳零件图如图 2-1 所示。从零件图可以看出，汽车转向器壳体结构相对复杂，可以采用铸造的方法得到。只需要加工

19、端面、和轴承孔，摇臂孔T1T2T3及摇臂外圆，别的表面不必加工，所以该零件容易加工，工艺性好。广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 7 图 2-1 零件图广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 8 2.2 确定生产类型计算生产节拍查阅2，按下列公式计算自动线生产节拍： （2-1）NTti60 （2-2）)1 (21PPQnN式中 -自动线的生产节拍（分/件）；jt-年基本工时（小时/年），一班制 2360 时/年，两班制 4650 时/年；本设计按T两班制；-自动线对象产品（零件）的年产纲领（件/年）； N -自动线的负荷率，0.650.85，复杂取低值，简单取高值；本设计取 0.70；

20、-产品的年产量（台、辆/年）；本设计为 120000（辆/年）；Q-每台产品包含对象产品（零件）的数量（件/台、辆）；n=1；n1P-备品率一般取 2%4%；本设计取 3%；-废品率 0.3%0.7%；本设计取 0.5%；2P故汽车转向器壳体的年生产纲领：)/(124200%)5 . 0%31 ( 1120000年件N又因为毛坯重 7kg，查1表 1-4、表 1-5，可知：该零件生产类型为大批量生产。故生产节拍：)/(57. 170. 0124200465060件分jt2.3 工艺方案的拟定 2.3.1 分析毛坯情况因为汽车转向器壳体结构相对比较复杂，故毛坯选用铸件，材料选用 KTH35-10

21、。广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 9 又因为是大批量生产，为了提高生产效率，采用砂型机器造型。2-2 毛坯简图查1表 2-1 得毛坯尺寸公差等级为 10 级，查1表 2-5 得加工余量等级为 G 级，广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 10 再查1表 2-4 得每侧的加工余量数值为 2.8MM，故：表 2-1 转向器壳体毛坯机械加工总余量及毛坯尺寸项目基本尺寸/mm加工余量/mm加工公差/mm毛坯基本尺寸（R）/mm轴承孔030. 060605.62.84 . 14 .54摇臂孔039. 039395.62.63 . 14 .33轴承孔两端面2420.202425.65.624

22、7.62.8 底 面1500.101502.65152.82.5摇臂孔外圆面2 . 02 .6262.25.63.267.81.62.3.2 基面的选择2.3.2.1 精基准的选择精基准的选择应满足以下要求：（1） 基准重合原则。（2） 基准统一原则。（3） 互为基准的原则。（4） 自为基准原则。此外，为保证定位稳固可靠，应选择工件上精度较高，尺寸较大的表面做为精基准，同时要考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。根据该转向器壳体零件的技术要求的装配要求，选择改零件的端面作为精加工的基准。以端面作为精加工T3T3的基准，既保证了基准统一的原则，也有利于生产线的设计。2.3.2.2粗基准的选择

23、根据粗基准的选择原则：1、保证相互位置要求原则。2、保证加工表面加工余量合理分配的原则。3、便于加工原则。4、粗基准在同一尺寸方向上一般只能使用一次原则。为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则），根据零件图可知，摇臂孔端面为不加工面，且对端面广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 11 的精度要求比较高，所以选取摇臂孔端面作为粗基准。T32.3.3 各表面加工方案的确定 该壳体零件的毛坯为铸件，需要加工表面有轴承孔、摇臂孔、摇030. 060039. 039臂孔外圆面、各螺钉孔，还要在摇臂孔内压入两个粉末冶金套，然后对套进2 . 02

24、.62行冷挤压光处理。根据转向器壳体零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查1表 1-9、表 1-10 和表 1-11 确定各加工表面的加工方案，填入表 2-2。 表 2-2 转向器壳体零件各表面加工方案加工表面经济精度等级表面粗糙度 Ra/m加工方案端面 T3IT71.6铣削端面、T1T2IT71.6粗车精车轴承孔030. 060IT70.8粗镗精镗浮动镗摇臂孔039. 039IT70.8粗镗精镗浮动镗压入粉末冶金套冷挤压光摇臂孔外圆面2 . 02 .62IT71.6粗车精车轴承端面各螺纹孔、油孔及端面上各孔T3IT1112.5钻孔攻螺纹2.3.4 各工序加工余量的确定轴承孔 60：通

25、过查阅有关资料,确定各工序基本尺寸分别为：精镗后 mmd8 .592粗镗后 mmd4 .591故各工序余量分别为：浮动镗余量 mm2 . 08 .5960）（浮Z广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 12 精镗余量 mm4 . 04 .598 .59）（精Z粗镗余量 mm54 .544 .59）（粗Z其它各加工面的工序余量的确定都用此法计算，计算结果如表 2-3 所示：表 2-3 工序余量加工面工序名称工序余量/mm工序最终尺寸/mm浮动镗0.2060精镗0.4059.8粗镗559.4轴承孔60毛坯5.654.4精车0.60242粗车5242.6轴承孔端面 242毛坯5.6247.6浮动镗

26、0.2039精镗0.4038.8粗镗538.4摇臂孔39毛坯5.633.4精车0.6062.2粗车562.8摇臂轴外圆 62.2毛坯5.667.82.3.5 自动线工艺过程的拟定2.3.5.1 工序的集中与分散 工序的集中与分散是确定工序内容多与少的依据，它直接影响整个工艺路线的工序数目及设备、工装的选用等。该转向器壳体类型为大批生产，由于其结构复杂，缺少广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 13 可靠的输送基面，所以采用随行夹具进行输送工夹具，以提高生产率；也可以减少工件的装夹次数，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求，并可以缩短辅助时间。而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于

27、保证各加工表面之间的相对位置精度要求。2.3.5.2 工序顺序的安排根据机械加工工序原则：1、“先基准后其他”的原则。2、“先粗后精”的原则。3、“先主后次”的原则。4、“先面后孔”原则。端面为精基准面，为后续加工序准备，应先加工。所以铣端面工序可以安排到T3T3线外，应在线外先使用用回转工作台立式铣床加工好端面，然后进入自动线。T3由以上分析，可以将工艺顺序安排如下:（1）工位 1：装料工位，机械手将工件装在随行夹具上，电动扳手自动将夹紧螺母拧紧；（2）工位 2：机床，粗车轴承孔端面和；C1T1T2（3）工位 3：机床，粗镗轴承孔和并倒角；C2D2D3（4）工位 4：机床，精车轴承孔端面和；

28、C3T1T2（5）工位 5：机床，精镗轴承孔和；C4D2D3（6）工位 6：机床，浮动镗轴承孔和；C5D2D3（7）工位 7：机床，双面钻轴承孔端面、上螺纹底孔；C6T1T2（8）在空工位上检查孔深；（9）工位 8：机床，双面攻轴承孔端面、上各螺孔；C7T1T2（10）工位 9：攻注油孔 ZG3/8，在机床之间的空工位上进行；（11）工位 10：机床，自动测量轴承孔和，检查螺孔深度；C8D2D3（12）工件在回转台上转位 90；（13）工位 11：机床，粗镗摇臂轴孔右半部，粗车外圆，钻大端面上 8 孔；C9D1T3（14）在空工位上检查螺纹底孔深度；广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 1

29、4 （15）工位 12：机床，粗镗摇臂轴孔左半部，精车外圆，精镗油封孔；C10D1（16）工位 13：机床，精镗摇臂轴孔并倒角，攻端面上 8 个螺纹孔；C11D1T3（17）工位 14：机床，浮动镗摇臂轴孔，测量，检查螺孔深度；C12D1D1（18）工位 15：机床，双面压入粉末冶金衬套；C13（19）工位 16：机床，挤压衬套孔，保证孔径尺寸C14 (20) 工位 17：自动拧松螺母，松开工件，卸料机械手从随行夹具上取下工件；027. 0352.3.6 确定切削用量 合理的切削用量，是保证自动线加工质量和生产效率的重要因素之一，同时，也是设计自动线时用于计算切削力、切削功率和切削时间的必要数

30、据，是设计机床、夹具、刀具的依据。为了便于正确选择切削用量，需先认识切削用量对切削加工的影响，并了解自动线切削用量的选择特点。 为了减少加工的辅助时间， 选用硬质合金刀具，参考2可选用切削用量如下表2-4 所示：表 2-4 切削用量进给量f（mm/r）背吃刀量（mm）pa切削速度v（m/min）主轴转速n（r/min）粗车轴承孔端面0.22.552250精车轴承孔端面0.10.3083400粗镗轴承孔0.302.5070390精镗轴承孔0.110.20130700浮动镗轴承孔2.000.101370双面钻轴承盖端面各孔0.1020770双面攻轴承盖端面各孔1.504.9160钻注油孔0.201

31、0220广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 15 攻注油孔1.41112220粗镗摇臂轴孔右半部0.302.545370粗车摇臂轴外圆0.302.545370钻端面上 8T3孔0.1016710粗镗摇臂轴承孔左半部0.302.562510精镗摇臂轴孔0.080.21301050精车摇臂轴外圆0.150.398210攻端面上 8T3孔1.505.3120浮动镗摇臂轴孔2.000.18722.3.7 平衡工作节拍平衡工序节拍，首先应该按拟订的工艺流程，计算出每一工序所需要的工作循环时间，查2，可按下式公式计算：gt =+ （min） （2-3） gtqtft (2-4) (min)mcrqS

32、llLt式中 -工作循环时间（min）；gt-基本工艺时间（min），包括切入几切出时间；qtL -工件行程长度（min），（即被切削层长度）；、-分别为切入、切出行程长度（mm）；rlcl广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 16 -动力部件的进给量（mm/min）；mS -与不重合的辅助时间（min），可取为 0.30.5min；ftqt粗镗摇臂轴孔：工件行程长度 L=35mm，、均取 4mm，则，rlcl(min)51. 0105008. 04435qt辅助时间取 0.5min,故ft=+=0.51+0.5=1.01(min)gtqtft经验算，所有工序节拍均小于生产节拍 1.57

33、分/件，故满足要求。2.3.8 绘制加工示意图按照设计的要求但由于篇幅的限制，这里只绘制了其中两个加工示意图：图 2-3 是在工位 3 上粗镗轴承孔和并倒角的加工示意图D2D3图 2-3 粗镗轴承孔图 2-4 是在工位 13 上精镗摇臂轴孔并倒角，攻端面上 8 个螺纹孔的加工示意D1T3图广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 17 图 2-4 精镗摇臂孔，攻大端面 8 个螺纹孔2.3.9 全线自动化方案的确定在自动线的始、末端设有随行夹具升降装置，提升装置将随行夹具提升至桁架的输送带上，由步伐式返回输送带将随行夹具送回自动线的始端，然后由下降装置将它降至原位，重新进入自动线的装料工位。随行

34、夹具返回输送带的驱动油缸固定在桁架下方，用铁罩盖住。为了减少返回桁架的随行夹具数量，随行夹具的返回步距很大，约为机床间距的三倍，为了移动这样大的距离，返回驱动油缸要连续动作三次。工件转位时，转位装置先将随行夹具抬起，使之脱离输送带的拨爪，转位以后再下降。这样，可以使输送带贯穿全线而不必断开，不仅减少一台传动装置，也使液压和电气控制系统得以简化。加工中的切屑，一部分在随行夹具上，在清洗装置中倒去并冲洗干净，大部分从各台机床落入输送带下面的沟中，被刮板式排屑装置运走。各台设备的液压和电气装置组合在单个柜子中，管道线路敷设在地沟内，全线布置整齐美观。2.3.10 自动线总体布局2.3.10.1设备的

35、联系尺寸（1）输送带步距，是指输送带上两个棘爪之间的距离,在确定输送带的步距时，既要考虑机床之间有足够的距离，又要尽量缩短自动线的长度。一般通用输送带步距取为 3501700MM，可按下式确定其大小： （2-5） 21llAt式中 -工件沿输送方向的长度（mm）； A广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 18 -后备量及前备量（mm）。其大小与输送带的型号有关21ll 及根据随行夹具的尺寸及输送带的结构，本设计取输送带的步距。mmt650（2）为了保证两台机床之间的工作空间不少于 600MM，取两台机床之间的空工位数 N 为 1，故两台机床中心距为：mmtnL1300650) 11 ()

36、1(（3）装料高度的确定，应考虑到自动线管理人员看管、调整和维修设备的方便。根据实践经验，装料高度以取 8001200MM 较为适宜，本设计取 850MM。（4）随行夹具返回装置的桁架高度应以不妨碍工人调整机床为准，可取最低高度1700MM。（5）为了安全起见，相邻的运动部件之间的间距，可小于 250MM，或大于600MM，如果必需取在 250600MM 的范围时，应考虑设置防护罩。对于需要调整而不动的相邻部件之间的间距，一般取 700MM。如果其中之一是运动部件，则这距离还应加大。2.3.10.2自动线布局图的绘制自动线的总体布局图如图 2-5 所示。全线共有十七个工位，其中包括组合机床十三

37、台，压套机一台以及拧紧、拧松随行夹具的电动扳手各一台，另有注油孔的加工在两台机床之间的空工位上进行。所有的设备按工艺顺序采用直线贯穿式排列。线首和末端分别为自动装料、卸料工位，机械手从料道抓取一个毛坯，送至步伐式输送带中的随行夹具的定位元件上，拧紧夹具的电动扳手前进，将随行夹具上的工件夹紧。随后，转位装置将随行夹具连同工件转位 90，进入自动线的前段，在机床上完成轴承孔两面的有关表面加工。在输送带的中段设有转位装置，工件转C1C8位 90后进入自动线的后段，在机床上完成摇臂轴线方向有关表面的加工。C9C14其中，当工件完成整个工艺过程后，电动扳手前进，将夹具松开，卸料机械手从随行夹具上卸下工件

38、，此后，随行夹具进入清洗装置，先翻转 180将切屑倒去，然后将夹具洗涤清洁，吹干。广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 19 图 2-5 自动线布局图广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 20 续图 2-5 自动线布局图广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 21 3随行夹具的设计3.1定位方案的确定该随行夹具运用于整个自动线，根据自动线的各工序可知，随行夹具应限制工件的六个自由度。根据零件的结构特征，可选择端面为主要定位基面。用四块如图 3-T31 所示的支撑板组合起来，限制工件的三个自由度；其次用两个如图 3-2 所示的支撑钉，支撑在工件轴承孔侧面，限制两个自由度；再用一个如图 3-3 所示的活动式 V 形块，压在摇臂轴的外圆面，限制一个自由度。由于所限制的六个自由度不重复，故实现了工件的完全定位。图 3-1 支撑板图 3-2 支撑钉广东海洋大学 2015 届本科生毕业设计 22 图 3-3 活动式 V 形块3.2夹紧装置的设计工件在随行夹具上的夹压方式，目前大多采用螺纹自锁夹紧