汽车转向器螺母孔加工专用夹具设计探索

汽车转向器螺母孔加工专用夹具设计探索

叶特 冯国铜 冯旭光 王国儒

苏州工业职业技术学院 江苏省苏州市 215000

摘要：基于我国经济实力与科学技术快速发展的背景下，各种全新加工技术被创新研发出来，例如，数控机床技术，立体加工中心技术，自动钻铣床技术等等，这些技术不仅增加了生产零件的精度，还有效的提升了整体制造生产效率。为了解决汽车转向器螺母孔加工存在的问题，设计人员应该对机床夹具进行创新探索，使其能够完成自动化过渡转型。本文浅谈当下汽车转向器螺母孔加工机床夹具在生产过程中的现状，对定位夹具复杂结构进行探究调查，依照其中的优势优化传统夹具设计方案，意指帮助其他机床夹具设计人员提供全新的设计思路。

关键词：数控机床；螺母孔；汽车转向器；夹具设计

引言：在汽车转向器螺母孔制作过程中，夹具起着极为重要的作用，它能够控制机床钻孔的深度与精度，使其能够符合汽车零件制作要求，但是在实际操作过程中，工装夹具普遍存在着较差情况，致使汽车转向器螺母孔发生偏移问题或是精度下降问题，影响到汽车转向器装置整体的操作效果。为此，管理人员若想得到质量良好的汽车转向螺母工件，必须从夹具设计上入手，提升工件基准面与夹具接触面的定位准确度，创新夹取方法，实现加工精度稳定性，发挥机床零件夹具的实际价值。

1. 汽车转向器螺母孔机床夹具设计基本原则

1. 夹具动力部分

夹具动力主要来源于机床的汽缸动力转换装置，一般机床都会拥有两个气缸装置，分别放置在夹具右侧和机床下侧，两个气缸没有联动装置，都是独立完成各自的工作，在一个气缸出现问题后，另一个气缸可以保护机床不会立刻泄压，导控制住泄压的突发状况^[1]。再者，夹具动力部分还需要空气压缩机进行增压工作，确保气体压力能够抓住加工零件，避免出现零件震动偏移或加工脱落现象的发生。对于各个气压控制之间的气压阀门，可以使用电控磁阀系统或者是自动磁阀门，通过电路系统的需要控制阀门的开关，使其能够跟随生产需求改变控制形态^[2]。

2. 夹具操作方法

对于一些经验丰富的机床操作人员来说夹具操作方虽然十分简单，但是注意事项较多，每一项操作步骤都需要操作人员悉心完成。第一步，操作人员应该对所需要加工的零件进行检查，避免零件外部有大面积划伤或损坏问题，对于一些要求较为严格的零件操作人员可以使用超声波检测仪，探测零件内部是否有断裂问题。第二步，测试启动按钮与关闭按钮的运行状态，检测气压表压力状态，查看是否有漏气泄压等问题。第三步，将侧板与底板围成一个完整的安装空间，将螺母放置在这个空间之内，确定螺母所处位置合理后，利用底板上的齿条完成卡销动作，固定住螺母的位置^[3]。第四步，驱动第一机构与第二机构对螺母进行夹持作用，使螺母状态进一步稳定。这样螺母前、后、左、右四个反向就被完全固定住，且各个力度适应大小相同，一般机床的额定冲击力不会对螺母产生任何作用，操作者就可以放心观察数控机床的加工工作。在创新设计机床夹具时，设计者可以缩减以上操作步骤，将机器与零件工作变为自动检测工作，减少工作工序，增加零件生产的速率。但是要严格遵守夹具合力原则，让零件四个平面方向都有合力进行支撑^[4]。

图1 夹具示意图

3. 夹具工作过程

数控机床夹具在工作过程中一般需要配合气泵调节气压，从夹具左侧气缸进气，气体通过“上进气孔”到达空气压缩机，在空气压缩机加持下，夹具内部的转轴就会被启动，通过转力带动夹具开始向零件开始靠拢。在工作结束后，气压管内气体将会得到释放，但是为了达到连续夹取的目的，机床下侧气泵会将气体通过“下进气孔”综合掉泄压其他的冲接力，减缓泄压的速度，在签前者泄压停止工作时给予夹具充足的压力，满足加工人员日常工作需求。上述交给加工过程是一般数控机床加工汽车转向器螺母孔的加工过程，但是这种方法对于电力资源的消耗是十分巨大的，设计人员应该寻求相应的解决办法，将两套气泵装置变为单套气泵装置，甚至是取消气泵动力装置，改为电磁控制夹取装置^[5]。

2. 汽车转向器螺母孔夹具设计优化方案

1. 夹具限位板设计优化

很多数控机床上的夹具限位板一般都是操作者自己制作或找其他材料进行填充，条件再好一点的零件加工厂家则为每个数控加工机床准备一个“一字型”小钢板，但这对汽车转向器螺母孔加工固定要求来说是远远不够的。操作者在操作过程中至少需要两个专门设计的限位板，且限位板的硬度不应高于螺母的硬度，避免出现损坏螺母零件问题发生。设计者可以依照机床夹具实际长度与宽度，并结合汽车转向器螺母生产需求，将先为限位板设计成L形状，两个板面厚度一致，但长度需要有2~5公分的差。除此以外，设计者还应给操作人员设计两个硬塑料材质的限位板，在某些特殊情况下，硬塑料的限位板可以被当生产零件的消耗品^[6]。

此外，一般数控机床的第一机构都会连接夹具加持部，组织零件偏移或者限位板移动，但是重新设计的限位板可能与其产生冲突，甚至造成机床的损坏或罢工，为此，设计人员在完成限位板设计后，首先需要进行实地测试，现场加工一定数量的零件，确保设计优化方案能够符合操作人员实际生产需求，不会出现设计问题影响生产进度。

2. 夹具装夹设计优化

在实际加工汽车转向器螺母孔过程中，数控机床的夹具需要底板、侧架、夹板进行辅助工作，也可以说夹具就是由这三个结构组成的，再加上一个上加持部位，就可以开始零件加工工作。但由于组成位置过多，很容易产生配合疏漏或是间隙疏漏等问题。为此，夹具零件设计者应该将这三组配套组件融合在一起，简单来说，就是按照汽车转向器螺母孔的具体大小、精度、位置，配合加工机床的实际操作数据，做成一个完整的固定卡件，该卡件以单气泵气压为依托，固定在机床加工基面上，在加工过程中牢牢抓住螺母零件，使加工速度得到快速的提升。经过测试该卡件能够使机床加工速率提升30%，但是在加工其他零件时，需要从新设计加工卡件尺寸。

结束语：

总而言之，数控机床的夹具设计优化能够提升汽车转向器螺母孔制作精度，提高螺母生产效率，降低操作人员的生产操作步骤与强度。夹具作为定位零件的主要装置，它的作用对整体生产工序来说，是一件容易被“忽视”的小事情，部分汽车转向器螺母加工厂家，将生产注意力放在产品质量与生产成本控制上，人员素质较差，制作出的螺母只能满足低端市场的采购需求，生产企业收益较差，承担的风险却与大厂家相同。在这种背景下，这部分加工厂家应该加强机床设备设计优化，提升产品的质量，努力争取属于自己的产品市场，只有这样才能够形成良性循环，解决当前发展遇到的困难，而汽车转向器螺母孔加工专用夹具设计优化就是一个很好的机会。

参考文献：

[1]陈强, 刘晶晶, 何超. 浅谈汽车转向器螺杆工艺分析与凸台铣削工装夹具设计[J]. 中国设备工程, 2019, 000(018):145-146.

[2]李文斐. 变速箱体机械加工规程及钻侧面(后)螺钉孔机夹具设计[J]. 内燃机与配件, 2019, 285(09):97-99.

[3]田祺, 张德强, 王裕泉,等. 缸体双面扩孔精加工及上下料系统设计[J]. 实验室科学, 2020, 023(002):74-78.

[4]李卉, 肖铁忠, 黄娟. 发动机缸体斜油孔加工专用机床设计[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2019, 000(008):130-132.

[5]杜新宇, 杨芳. 炮弹引爆体上斜槽加工夹具的设计与制造[J]. 机械设计与制造, 2020, 000(001):36-39.

[6]徐慧茹, 徐永帅, 魏碧辉, et al. V形推力杆车削专用夹具设计[J]. 现代制造技术与装备, 2019, 000(008):16-17,20.

课题名称：螺母通用自动化夹持装置，编号：2020kjcx04

作者简介：叶特（2000-），男，汉族，籍贯：江西宜春，学历（学位）：大专,职称：无，职务：学生