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1.1 工件概述

汽车行驶过程中，经常需要改变行驶方向，即所谓的转向，这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转动作。 按转向力能源的不同，可将转向系分为机械转向系和动力转向系。 机械转向系的能量来源是人力，所有传力件都是机械的，由转向操纵机构、转向器、转向传动机构三大部分组成。

转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。

双头锪端面倒角专机就用于加工其中的转向轴的专机设备，图1-1所示为一简单的转向操纵机构。图1-2所示为转向轴。

图1-1 转向操纵机构

图1-2 转向轴（材料16Mn）

1.2 专用机床简述

专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。而目前一些机床厂对其生产的通用机床若作改动时，也习惯用专用机床来取代。比如数控车床由于盘改为专用设计的，这台数控车床则不用原机床型号，而采取编专用机床号的办法。由于专用机床是一种《量体裁衣》产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。随着制造技术的进步，数控技术的普及，专用机床的数控化发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。

专用机床及其自动化生产线的制造，与大量生产汽车等性质不一样，也与普通机床的制造性质不一样，它具有两个极其鲜明的特征：一、是集成性。用户订购专用机床都是要求交钥匙工程，它集加工工艺（含工艺方法及工艺参数），机床、夹具、工具（包含辅助）的开发设计与选择，检验测量（包括进入机床前的毛坯检验、加工中及成品的检验测量）物流的输送，切屑和冷却液的防护与处理等于一体。它不仅仅解决其中的某一问题，而是要解决好涉及较宽的技术领域可能遇到的每一个问题。二、是单一性。专用机床几乎都是单台性生产，要根据用户提出的要求，进行一次性开发，一次性制造，而且还要保证一次性成功。

1.3组合机床简述

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

　　组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。

支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。

输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。

控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。

1.4 双头锪端面倒角组合专机机床概述

330207-1ZJ(ZC-V009)型新桑车上转向轴双头锪端面倒角专机是专门为上海汇众汽车制造公司汽车底盘厂新桑车上转向轴（工件图号：325.419.515）第10号工序，双头豁端面并倒角加工而设计制造的专用设备。

该机床布局为双面卧式，工件不转动，由刀具旋转进行切削。进给运动为液压动力。从人工将坯料加入料库后，工件由料库通过提升机构进入步伐式上料机构，并逐根进入到家具体内定位，夹紧后进行切削加工，加工完毕，再由顶料装置顶出落入到落料箱的整个加工循环过程是自动完成的。机床也备有手动操作。可为调试过程或某一局部加工补缺等情况提供方便。机床的主要部件构成:

1） 液压滑台

2）动力头

3）外倒角端面刀

4）虎钳夹具

5）顶料装置

6）内倒角端面刀

7）操作台

8）底座

9）料库

10）提升上料装置

11）步伐式送料装置

12）中间底座

13）定位装置（摆动）

14）落料装置

15）落料箱

1.5 机床使用条件

环境温度： -5 ～ +40℃        

    电源电压： 

1.6 机床的动作程序

本机床的正常工作状况是全自动的，机床在进入自动操作时其整个工作循环过程的动作程序为：

1）由提升机构逐根从料库中勾出坯料，并向上提升；

2）提升机构将坯料提升至高位置后坯料滚入到步伐式送料机构的固定架上；

3）步伐式送料机构的活动部分上下运动，使坯料逐步前进；

4）坯料从步伐式送料机构的尾位置落入夹具体内；

5）定位油缸动作，是坯料在夹具体内准确定位；

6）夹紧油缸动作，使已定位的坯料夹紧（若双头机床则此时定位油缸复位）；

7）液压滑台运动，同时铣削头带动刀具一起旋转，滑台由快进趋进工件后转入工进，对坯料进行切削加工；

8）切削完毕后液压滑台快退；

9）夹紧油缸复位，使夹具放松工件（若单头机床则此时定位油缸复位）；

10）顶料油缸作用，将工件顶出，落入落料滚道滚入落料箱中，同时顶料油缸复位。

如此反复，一次次循环工作不断进行。

2 总体方案设计

2.1 设计任务

本次设计任务是设计上转向轴双头锪端面倒角专机的夹具部分及其电气控制部分，在充分了解设备结构和功能的基础上，确定自动夹具的总体方案，并进行分析计算；设计定位机构、夹紧机构和顶出机构的结构、液压系统和动作流程，编制PLC程序。

2.2 总体方案设计分析

 参考上转向轴双头锪端面倒角专机的相关资料，确定总体方案如下：

图2-1 夹具示意图

夹具其结构参考组合机床用部件相关尺寸进行设计，电气控制方面，采用SIMATIC S5-115U可编程控制器(PLC)对其动作流程进行控制，使用接近开关作为夹具原始及终止位置的检测信号，夹紧油缸的快进和工进的变换采用PLC延时功能实现。由I/O接口输入的位置信号，输出相应的控制信号给液压系统相应的液压泵电动机及各阀，来控制并驱动液压缸，带动液压夹紧机构，顶出机构和定位机构实现夹具工作运动。