淺談汽車轉(zhuǎn)向器螺桿工藝分析與凸臺(tái)銑削工裝夾具設(shè)計(jì)

陳強(qiáng)，劉晶晶，何超

（江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

就汽車轉(zhuǎn)向器本身的使用功能和情況來(lái)看，汽車轉(zhuǎn)向器在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的本質(zhì)應(yīng)用屬于一種減速傳動(dòng)裝置，其包括齒輪齒條式、循環(huán)球式、螺桿曲柄指銷式、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等多種類型。而在上述汽車轉(zhuǎn)向器類型的構(gòu)造中，螺桿均屬于汽車轉(zhuǎn)向器一項(xiàng)非常重要的構(gòu)成元件，其能夠承受汽車轉(zhuǎn)向器不同的彎矩，并具備傳遞較大彎矩的功能。也正因此，螺桿在汽車轉(zhuǎn)向器中的組件應(yīng)用，對(duì)螺桿本身的尺寸、形狀、位置等均有較高的精度要求，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須充分考慮螺桿在汽車轉(zhuǎn)向器中的實(shí)際應(yīng)用需求和實(shí)際應(yīng)用情況，不斷優(yōu)化汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的設(shè)計(jì)工藝，確保汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用質(zhì)量能夠滿足汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用需求?；诖耍疚膶⒁云囖D(zhuǎn)向器螺桿為對(duì)象，針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的加工工藝進(jìn)行全面分析，同時(shí)，以UG 軟件為基礎(chǔ)針對(duì)螺桿凸臺(tái)銑削工裝夾具的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析總結(jié)。

1 汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的工藝分析

本文以某項(xiàng)汽車轉(zhuǎn)向器螺桿為對(duì)象，對(duì)其零件工藝進(jìn)行全面分析。其材料型號(hào)為20CrMnT，生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)年量5 萬(wàn)件左右。具體如圖1、圖2 所示，

圖1 螺桿二維及三維圖

圖2 螺桿凸臺(tái)

技術(shù)要求包括以下內(nèi)容：

（1）熱處理要求：汽車轉(zhuǎn)向器螺桿必須經(jīng)過(guò)滲碳淬火層深0.8 ～1.2、磨后層深0.6 ～1.0、表面硬度HRC58 ～63、心部硬度HRC30 ～40。

（2）汽車轉(zhuǎn)向器螺桿零件需要接受磁性探傷檢查，嚴(yán)禁出現(xiàn)裂紋缺陷，探傷檢查后接受退磁處理。

（3）汽車轉(zhuǎn)向器螺桿需要以M 點(diǎn)為中心，檢查其兩側(cè)螺紋有效圈數(shù)量不得低于3.8、兩端退刀不超過(guò)0.25 圈。

（4）汽車轉(zhuǎn)向器螺桿要清除尖角毛刺，以確保其表面平整性。

針對(duì)上述要求，本文分析汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的零件加工工藝包括以下內(nèi)容：

內(nèi)孔、槽：相關(guān)人員需要遵循《簡(jiǎn)明公差標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)》中的相關(guān)要求，設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向器螺桿精度為IT6，經(jīng)過(guò)粗車、半精車加工后接受切精處理。此外，汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)中內(nèi)孔公差要求+0.01 ～+0.035mm、圓度0.003mm、同軸度0.004mm、與外圈跳動(dòng)0.025mm、光潔度Ra0.4；

外圓、環(huán)槽：汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)要求為外圈公差-0.05 ～-0.07mm、圓柱度Φ0.015mm、光潔度Ra0.4、與兩端定位孔同軸度Φ0.025mm。同時(shí)，環(huán)槽與端面距離公差要求±0.05mm、兩端定位孔跳動(dòng)0.01mm、圓度Φ0.005mm，需要接受半精車及精車加工；

油孔：汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)要求為A1 孔17°、A2孔50°、A3 孔90°，9 孔均布且孔與斷面距離公差要求±0.1mm、油孔口與孔內(nèi)不得存在毛刺；

凸臺(tái)：汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)要求為高度公差要求±0.1mm、寬度公差要求＋0.05mm、油孔位置度±0.01mm、與外圓對(duì)稱度0.05mm、光潔度Ra3.2；

六槽：汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)要求為槽寬公差要求0.05mm、六槽與凸臺(tái)位置度0.1mm；

滾道：汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)要求為跨棒距離公差要求±0.019mm、相鄰4 個(gè)螺距累積誤差要≤0.015mm、滾道與兩端定位孔同軸度0.05mm。

2 汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的零件定位方案與凸臺(tái)銑削工裝夾具設(shè)計(jì)

在汽車轉(zhuǎn)向器螺桿加工銑削的實(shí)踐過(guò)程中，為了更有效地提升元件的加工效率，提升汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的加工精度、加工質(zhì)量和加工效率，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，以此滿足汽車轉(zhuǎn)向器螺桿設(shè)計(jì)的生產(chǎn)需求和性能需求。具體如圖2 所示，該夾具的設(shè)計(jì)內(nèi)容中能夠?qū)⑵囖D(zhuǎn)向器螺桿加工過(guò)程中的位置放置于三面刃銑刀的中心地點(diǎn)，設(shè)計(jì)對(duì)重度＋0.05mm、被加工部分高度為6.5mm±0.10mm。此外，由于凸臺(tái)加工過(guò)程中尚未進(jìn)行滾道加工，同時(shí)，銑滾道本身需要借助凸臺(tái)來(lái)完成定位，因此該道工序的加工精度將會(huì)對(duì)后續(xù)元件的加工效果產(chǎn)生非常重要的影響。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的凸臺(tái)加工過(guò)程中，必須要加強(qiáng)對(duì)該道工序的重視程度，確保汽車轉(zhuǎn)向器螺桿加工精度的同時(shí)盡可能地提升其生產(chǎn)效率。

2.1 零件定位方案設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，確定多個(gè)孔位置的加工精度相較于確保平面元件的加工精度要求更高、實(shí)踐更難。因此，本次汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的加工夾具設(shè)計(jì)中采用先面后槽的設(shè)計(jì)原則。首先，在定位面的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須要確保定位面選擇的合理性、科學(xué)性和實(shí)踐性、有效性，以此確保汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的加工品質(zhì)并提高其生產(chǎn)效率；其次，針對(duì)螺桿凸臺(tái)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)螺桿在與扭桿、輸入扭裝配結(jié)束后能夠?qū)斎肱さ男D(zhuǎn)角度起到有效的限制作用，因此，凸臺(tái)加工過(guò)程中必須要保證輸入扭和螺桿的配合精度，以此確保轉(zhuǎn)閥的調(diào)試結(jié)果。也正因此，本次夾具設(shè)計(jì)中選擇實(shí)用彈簧夾夾緊的圓弧頂對(duì)三個(gè)自由度進(jìn)行準(zhǔn)確定位，而后使用定位銷對(duì)最后一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度進(jìn)行準(zhǔn)確定位。需要注意的是，螺桿凸臺(tái)本身與閥套段的端面必須具備相應(yīng)的垂直度，還要確保螺桿凸臺(tái)與油孔的位置能夠相互對(duì)應(yīng)。因此，在凸臺(tái)加工設(shè)計(jì)的過(guò)程中，在螺桿進(jìn)油孔、回油孔已經(jīng)加工結(jié)束的情況下可以對(duì)后續(xù)撓六槽進(jìn)行進(jìn)油孔定位，結(jié)合螺桿凸臺(tái)與六槽的位置要求，通過(guò)相同定位基準(zhǔn)有效地降低凸臺(tái)加工時(shí)可能出現(xiàn)的加工誤差。也正因此，本次夾具設(shè)計(jì)中針對(duì)銑凸臺(tái)的設(shè)計(jì)加工將選擇螺桿進(jìn)油孔進(jìn)行有效的定位。

2.2 工裝夾具體選擇

相關(guān)設(shè)計(jì)人員在夾具體的選擇過(guò)程中，必須要確保夾具體本身能夠具備較強(qiáng)的剛度、強(qiáng)度，同時(shí)還要確保夾具體能夠擁有較好的構(gòu)造工藝，以此確保夾具體的使用能夠滿足夾具的施工生產(chǎn)需求。定位后一般應(yīng)在夾具中夾緊工件，以免加工破壞工件，考慮到方便工件裝夾和拆卸，本次研究中選擇使用鑄造夾具體，充分發(fā)揮其抗壓能力好、防振動(dòng)能力強(qiáng)的特性，以HT200 為材料將夾具體鑄造成型。因?yàn)閴壕o螺母直徑比工件孔徑小，將螺母稍松，即可取下墊圈、取出工件。

2.3 工裝夾具設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中夾具的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括夾具基座、工裝底板、支撐圓筒、前支撐板、側(cè)支撐板、彈簧夾基座、滾輪基座、滾輪、梯形夾緊塊、滾輪銷、氣缸、彈簧夾、工作定位銷、定位件、定位銷、螺栓等多項(xiàng)組成內(nèi)容。相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須充分考慮上述材料的經(jīng)濟(jì)成本、質(zhì)量性能等進(jìn)行綜合優(yōu)化的設(shè)計(jì)與加工，確保其能夠充分滿足夾具的設(shè)計(jì)要求和生產(chǎn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的加工工藝進(jìn)行了分析，同時(shí)針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器螺桿加工過(guò)程中的夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行分析總結(jié)。汽車轉(zhuǎn)向器螺桿在加工過(guò)程中需要?dú)v經(jīng)多道加工工序，同時(shí)也要設(shè)計(jì)相應(yīng)的夾具以提升汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的生產(chǎn)精度和生產(chǎn)質(zhì)量，滿足汽車轉(zhuǎn)向器螺桿的生產(chǎn)計(jì)劃需求。