操縱桿支架Φ20孔工藝及組合夾具設計

王江江++王建國++江崔穎++馮彬

摘 要：操縱桿支架屬于汽車換檔部分，它主要用來固定操縱桿，在加工過程中需加工底面、Φ11孔、Φ20孔以及36槽四個部分。本論文主要針對操縱桿支架上的Φ20孔進行加工工藝分析及組合夾具設計，在操縱桿支架加工工藝基礎上設計的組合夾具為加工Φ20孔的專用夾具，具有可重組性、可局部調整性及其結構簡單等特性。

關鍵詞：操縱桿支架；加工工藝；組合夾具

中圖分類號：TG75 文獻標識碼：A

0.引言

隨著零件加工精度要求的提高，數控機床的應用越來越廣泛，由于組合夾具具有可重組性、裝夾方便等優點，在生產制造過程中被廣泛使用。零件組合夾具設計效率的提高對零件的市場效益具有重要意義，同時我國在組合夾具的設計及應用方面已經積累了大量的經驗，所以急需高效可行的設計方法將這些經驗轉化為企業的生產效益，這就需要提高設計的效率。組合夾具因為其可重組性及其結構簡單等特性，可以有效地解決中小型企業在技術力量不足及生產能力低下等問題，提高中小型企業的工藝裝備能力。

本文以操縱桿支架零件為對象，設計操縱桿支架Φ20孔的組合夾具，在分析和研究Φ20孔工藝的基礎上，利用三維CAD軟件對組合夾具進行設計。

1.操縱桿支架工藝分析

1.1 零件的作用

操縱桿支架屬于汽車換檔部分，它主要用來固定操縱桿，在汽車正常行駛過程中保證操縱桿不會發生移動，從而保證車輛的行駛安全。Φ11孔用于將操縱桿支架固定在汽車底盤上，Φ20孔用于將操縱桿固定在支架上，36槽用于保證操縱桿在換檔時不會產生角度偏差，避免出現卡死等現象。

1.2 零件的結構工藝性分析

操縱桿共有4組加工表面，分別為：2×Φ20孔、支架底面、36槽、3×Φ11孔。支架的底面因為要和汽車底座接觸，所以需要進行切削加工，這樣提高了換檔時之家地面和接觸剛度；Φ11孔端面為平面，可以防止加工過程中鉆頭組胺片，以保證空的加工精度；Φ20孔的一端面有拔模角度，鉆孔時會產生偏差，所以選用鏜孔會更好些；36槽通過銑、削、粗、精加工一次完成即可保證和操縱桿配合。由此可見，該零件的工藝性較好。

1.3 毛坯的選擇

形狀復雜的毛坯用鑄件。灰鑄鐵是價格便宜、應用最廣泛的鑄鐵材料，灰鑄鐵材料有石墨的存在，因此有很好的力學性能和減震效果。灰鑄鐵中的石墨韌性較低，在切削加工受力形成斷屑，所以灰鑄鐵的工藝性能符合本文零件的加工，在我國鑄件中，約80%為灰鑄鐵，使用廣泛。所以本文的操縱桿支架毛坯材料選用灰鑄鐵材料。操縱桿支架的形狀較復雜，且工件整體精度要求較高，所以應用鑄造方式得到精鑄件毛坯。

根據《機械加工工藝手冊》，2×Φ20孔的加工精度要求較高，工序如下：

（1）利用鏜床，專用夾具、麻花鉆、游標卡尺等鉆孔使孔徑至19mm。

（2）利用鏜床，專用夾具、麻花鉆、游標卡尺等鏜孔使孔徑至19.75mm。

（3）利用鏜床，專用夾具、麻花鉆、游標卡尺等精鉸孔使孔徑至20mm。

2.定位方案的確定

由零件圖樣和該零件的機械加工工藝過程可知，工件上兩個Φ20孔與工件的底面和后垂直面有距離要求，表明這兩個Φ20孔的工序基準是工件后垂直面和底面，要盡可能以底面和后垂直面為定位基準，以避免由于基準不重合而引起的加工誤差。

由零件的加工實際情況可知，考慮到工件后垂直面有一定斜角，很難用于夾緊，如果單獨以底面為定位基準則只能限制三個自由度，所以必須另外選擇其他的定位基準以滿足定位要求。

經過整體分析，決定選擇用即“一面兩銷”的定位方案，即底面為第一基準，限制零件的3個自由度，以3×Φ11孔中的兩個孔作為第二基準，限制零件的3個自由度。值得注意的是左邊的銷為圓柱定位銷，所以為了防止過定位，右邊的銷選用扁頭定位銷。

3. Φ20孔的組合夾具設計

3.1 確定導向裝置與加緊機構

在加工Φ20孔時，要對孔進行粗精鏜等工步的加工，最終達到圖樣上的加工要求故選用快換鏜套作為刀具的導向元件。

根據定位方案和工件的形狀特點，可采用手動螺旋夾緊機構，手動螺旋夾緊機構主要零件為壓板和螺栓，利用“杠桿原理”來夾緊工件。

3.2 夾緊力的分析

在確定本夾具定位方案、導向裝置及夾緊方案后，現在進行夾緊力分析。在對Φ20進行擴孔時，切削力有兩個，一個是主切削力，它主要形成扭矩；另一個是軸向進給力，它給工件施加側移力。對于扭矩來說，由于夾具本身可以承受很強的橫向載荷，故沒有必要校核扭矩。對于橫向進給力，在底座上有兩個和Φ11孔配合的小銷，而小銷本身就與夾具底座剛性連接在一起，有很強的固定作用，軸向進給力無法使其發生移動。

本套夾具采用兩個壓板夾緊，壓板主要靠上下旋動壓板上的螺紋直徑為12mm的六角螺母來實現夾緊。可知該機構屬于單個螺旋夾緊。

經查《機床夾具設計手冊》，六角螺母的夾緊力為5380N。經計算，兩個夾緊機構所產生的夾緊力為10760N，遠大于夾具所需的夾緊力，即可以滿足要求。

3.3 夾具體設計

本夾具主要用來加工操縱桿支架上Φ20mm的孔，孔加工成通孔，先粗鉆孔至Φ19mm后再用鉸刀將孔擴至Φ19.5mm，然后用精鉸刀鉸至Φ19.75mm，最后精校至Φ20mm。在加工過程中，應按照零件加工精度要求，保證孔的尺寸、位置精度及表面粗糙度等，提高勞動生產率。

在前期方案分析過程中，用壓板使底面緊貼模板，用Φ11的小銷通過兩個Φ11孔固定在底座上，使其按照要求加工，設計出來的鉆模板要保證2×Φ20的位置及孔徑。

在組合夾具設計過程中，以提高企業生產效率為目的，注意提高勞動生產率，控制制造成本。為此，也要考慮夾具的實用性及勞動強度。本零件是精鑄件，加工余量較小，切削力不是太大，裝夾時需要的壓緊力也不大，所以手動壓緊就可以滿足需要，沒有必要使用氣動或者液壓壓緊。

結論

本文主要針對操縱桿支架上的Φ20孔進行加工工藝分析及組合夾具設計，在操縱桿支架加工工藝基礎上設計的組合夾具為加工Φ20孔的專用夾具，可對其進行重新組裝和局部調整。本文采用灰鑄鐵毛坯材料，對Φ20孔進行先鉆后粗鉸再精鉸的工藝順序，在此基礎上利用三維CAD軟件設計組裝出一套有效可行的專用組合夾具，采用“一面兩銷”定位方案，在加工過程中將操縱桿支架固定住，使得零件的加工精度得到保障。

參考文獻

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