苗曉鵬，馬江虎，蘇華禮

(1.安陽工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 安陽 455000;2.安陽市第二機(jī)床有限公司，河南 安陽455000)

0 引言

差速器是汽車的關(guān)鍵部件，它的性能好壞直接影響汽車的整體性能。差速器殼上用于安裝行星齒輪十字軸的4個(gè)軸孔加工是一個(gè)難題。目前十字軸孔加工的方法，主要有采用加工中心，一次裝夾多次換刀完成加工，十字軸孔垂直度依靠高精度機(jī)床保證，但多次換刀，效率偏低;或使用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床加工，一次裝夾通過回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)十字軸孔加工，效率較高，但回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精度偏低，使十字孔垂直度有所降低;還有使用通用機(jī)床外加專用工裝夾具加工，效率低且精度無法保證?；谝陨锨闆r，本文提出一次裝夾工件，完成十字軸孔的鉆、鏜兩工序的工藝設(shè)想，并設(shè)計(jì)了用于差速器殼十字軸孔加工的臥式四面雙工位鉆鏜組合機(jī)床。

1 差速器殼十字軸孔加工工藝分析

圖1所示為被加工工件的工序圖。差速器殼體材料為QT450-10，本組合機(jī)床的加工內(nèi)容是在差速器左、右外殼的分界面上加工出十字軸孔，孔徑尺寸為φ2，表面粗糙度為1.6，4個(gè)軸孔之間的垂直度要求為0.06mm，對稱度為0.04mm。經(jīng)過分析認(rèn)為，要達(dá)到此精度最后必須鏜孔，并且必須在同一工位上同時(shí)完成4個(gè)孔的鏜孔加工，考慮到加工部位是實(shí)體，沒有底孔，還需要有鉆孔工序。最后制定工藝方案，通過鉆、鏜兩個(gè)工序完成十字軸孔的加工，同時(shí)為了保證垂直度的要求，4個(gè)孔必須在一個(gè)工位上同時(shí)完成加工。

圖1 被加工工件工序圖

2 機(jī)床的設(shè)計(jì)方案

2.1 機(jī)床的總體布局

根據(jù)工藝方案確定了組合機(jī)床的型式和總體布局，如圖2所示。為臥式四面上下雙工位組合機(jī)床。

圖2 機(jī)床總體布局

機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。機(jī)床中間為固定式雙工位夾具，夾具能夠帶動(dòng)工件上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆、鏜兩工位的轉(zhuǎn)換，機(jī)床四周由四個(gè)側(cè)床身1，四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滑臺(tái)墊鐵3，四個(gè)液壓滑臺(tái)4加四個(gè)上下雙頭專用鏜頭箱7及其傳動(dòng)裝置6組成。其中側(cè)床身、滑臺(tái)墊鐵，液壓滑臺(tái)均為西德標(biāo)準(zhǔn)的通用部件，夾具、雙頭專用鏜頭及其傳動(dòng)裝置為專用部件。

圖3 機(jī)床結(jié)構(gòu)圖

加工時(shí)，工件9裝夾在夾具體10中間固定不動(dòng)，由水平布置在工件四面的鉆頭8實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以完成對工件的鉆削加工。然后，夾具體帶動(dòng)工件下行到鏜孔工位，由四把鏜刀11同時(shí)完成十字軸孔的鏜削加工。

2.2 機(jī)床的工作循環(huán)

機(jī)床工作循環(huán)如圖4所示，人工上件-定位夾緊-夾具快進(jìn)轉(zhuǎn)慢進(jìn)至鉆孔加工工位-前后左右滑臺(tái)同時(shí)快進(jìn)-滑臺(tái)工進(jìn)、完成鉆孔加工-滑臺(tái)快退-夾具快退轉(zhuǎn)慢退至鏜孔工位-滑臺(tái)快進(jìn)-滑臺(tái)工進(jìn)、完成鏜孔加工-滑臺(tái)快退-夾具松卡-人工下件-進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

圖4 機(jī)床工作循環(huán)圖

3 關(guān)鍵部件選型及設(shè)計(jì)

3.1 動(dòng)力部件的選型

動(dòng)力部件用以實(shí)現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是組合機(jī)床最主要的通用部件。動(dòng)力部件包括動(dòng)力滑臺(tái)及與其相配套使用的動(dòng)力箱和各種單軸頭。由于本機(jī)床四面配置動(dòng)力頭，采用固定式雙工位夾具，通過夾具上下移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)工件4個(gè)十字軸孔的鉆削與鏜削加工，動(dòng)力頭不能采用通用鏜頭，必須采用上下雙頭專用鏜頭。

(1)高速鋼鉆頭切削功率計(jì)算

扭矩的計(jì)算：

切削功率的計(jì)算：

(2)硬質(zhì)合金鏜刀切削功率的計(jì)算圓周力的計(jì)算：

切削功率的計(jì)算：

上下雙頭專用鏜頭的設(shè)計(jì)按2.6kW規(guī)格設(shè)計(jì)并考慮備量。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用型號為：Y132S-6B5，電動(dòng)機(jī)功率為3.0kW，轉(zhuǎn)速為960rpm。同上計(jì)算進(jìn)給功率并考慮專用鏜頭重量等因素，選用SEHY320-400西德標(biāo)準(zhǔn)的液壓滑臺(tái)作刀具進(jìn)給用。

3.2 專用鏜頭傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

(1)傳動(dòng)系統(tǒng)

本機(jī)床鉆孔加工主軸轉(zhuǎn)速為262r/min，鏜孔加工主軸轉(zhuǎn)速為840r/min，專用鏜頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min，傳動(dòng)示意圖如圖5所示。電動(dòng)機(jī)3的運(yùn)動(dòng)經(jīng)一對齒輪副傳至鏜刀驅(qū)動(dòng)軸1，經(jīng)三對齒輪副傳至鉆頭驅(qū)動(dòng)軸2。

圖5 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

(2)傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)

傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)展開圖如圖6所示，前后箱體合箱后，與專用鏜頭箱體聯(lián)接，在保證主軸與箱體平行的前提下，刮研底面，使前后箱體底面與鏜頭箱體底面共面。

圖6 傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)展開圖

3.3 支撐部件的選型

側(cè)床身用于固定動(dòng)力部件，一般和通用部件相配套。SEHY320-400西德標(biāo)準(zhǔn)的液壓滑臺(tái)配備SHT320/400西德標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)床身即可?？紤]上料高度問題，側(cè)床身上需要加ZWH320/400標(biāo)準(zhǔn)滑臺(tái)墊鐵以使工件上料高度達(dá)到工人操作最合適的高度。

3.4 夾具設(shè)計(jì)

本機(jī)床采用固定式雙工位夾具，工件安裝在夾具體中，由液壓驅(qū)動(dòng)夾具體帶動(dòng)工件上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆孔、鏜孔兩工位的轉(zhuǎn)換。夾具的結(jié)構(gòu)如圖7所示，夾具采用四立柱結(jié)構(gòu)形式，夾具體6裝在四立柱4上，并能沿四立柱上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)工位的轉(zhuǎn)換。四立柱4固定在專用底座1上，專用底座1中放一驅(qū)動(dòng)油缸2來驅(qū)動(dòng)上部夾具體6的動(dòng)作，四立柱上放置擋鐵來控制夾具體上下移動(dòng)的距離與精確性。專用底座四周為標(biāo)準(zhǔn)的水槽，用于加工切屑的清除。夾具體上除定位等用水平面外其余全部為斜面，便于切屑順夾具體落到專用底座的水槽中。夾具體6中部放夾緊油缸11，用于工件的夾緊。

加工時(shí)，工件7順導(dǎo)向拉桿9放入夾具體6中的正確位置，由各定位元件實(shí)現(xiàn)工件定位，在拉桿上部槽中放入壓環(huán)8，夾緊油缸11的活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)向拉桿9及壓環(huán)8一起下移，工件夾緊。圖7所示為鉆孔工位。鉆孔加工結(jié)束后，專用底座1中的驅(qū)動(dòng)油缸2的活塞3帶動(dòng)夾具體及工件一起向下移動(dòng)至鏜孔工位，鏜孔加工結(jié)束后，夾具體上移，夾緊油缸松開工件，即可將工件卸下。

圖7 夾具結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

本組合機(jī)床能一次裝夾完成差速器殼十字軸孔的加工，減少了多次裝夾帶來的加工誤差，很好地解決了現(xiàn)階段差速器殼鉆鏜工序分開加工導(dǎo)致鏜孔余量不均，孔垂直度、圓度差等缺點(diǎn)，實(shí)際使用證明，加工零件精度達(dá)到用戶圖紙要求。采用本組合機(jī)床有效解決了差速器殼十字軸孔加工這個(gè)難題，不但工件加工精度得到保證，質(zhì)量明顯提高，生產(chǎn)效率也提高了4～5倍，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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