随着中国汽车行业的快速发展,汽车走进千家万户,人们对汽车的需求量越来越高。减振器活塞杆作为汽车悬挂系统的重要组成部分,其需求量越来越大,汽车配件生产商的竞争也越来越激烈。锦州万得集团是亚洲最大汽车减振器活塞杆制造企业,其产能为每年5000万只,该集团一直在寻找高自动化、高效的活塞杆加工方法。活塞杆制造工艺比较复杂,其中在滚丝与切内六方孔环节就需要钻孔、滚丝、扩孔、切内六方孔等多个工步。集团目前采用串行加工方式,活塞杆多次装夹,完成各工位加工用时25s左右,存在加工效率低、成本高、质量不稳定等问题。为了解决前述问题,本文拟设计一款一体机设备,活塞杆只需一次装夹定位,将现有的串行加工方式变为并行加工方式,实现各工步同时加工。本文首先根据活塞杆的加工工艺要求确定了一体机的总体方案,选取了合适的一体机布置形式、传动形式及各工位加工方式,根据一体机设计目标确定了一体机各工位切削用量等参数。其次,根据一体机各参数及要求对动力头、升降系统、底座、旋转拉刀等关键部件进行结构设计,并选取了合适的分度和夹紧机构,在Solid Works中完成了一体机的三维实体装配。第三,在结构设计过程中,通过Adams与ANSYS Workbench软件对一体机关键结构进行动力学与静动态特性仿真,确定一体机薄弱部位,并对薄弱部位立柱运用(ICM)算法对立柱结构进行多目标拓扑优化,对一体机底座进行了基于响应面的多目标尺寸优化,确定了材料最佳分配方式,两种优化方案都在提高部件静动态特性的前提下达到轻量化设计的要求。最后根据旋摆切削加工内六方孔的运动过程,运用ABAQUS有限元软件,在Explicit模块下仿真出切削过程,并以切削力为依据,确定了不同转速、进给速度及刀头偏心角下的最佳切削参数,提高了内六方孔的加工质量。为考虑到此参数下切削的稳定性与安全性,对旋转拉刀主轴进行疲劳寿命分析,提出提高疲劳寿命的解决方案。一体机的工作方式克服了传统活塞杆加工的不足,结合有限元仿真技术使一体机的设计更加可靠与合理,提高了生产效率与质量,降低了生产成本,增强了企业的核心竞争力,为传统企业设备的升级换代提供了一个新渠道,减少了企业的设计成本。本文设计的一体机解决方案也为其他相似设备的设计提供了借鉴和参考价值。