挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)橋殼體專(zhuān)用加工中心設(shè)計(jì)與研究

苗曉鵬 楊 威 魏 峰

(①安陽(yáng)工學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000; ②億達(dá)日平機(jī)床有限公司，遼寧大連 116023)

驅(qū)動(dòng)橋橋殼是工程機(jī)械上的主要承載部件之一，承受整車(chē)重量及行駛時(shí)路面對(duì)其的沖擊載荷，并將整車(chē)重量、載荷及作用在驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的各個(gè)力傳到車(chē)輪與車(chē)架上。橋殼的加工精度對(duì)挖掘機(jī)的性能有著非常重要的影響。

橋殼形狀復(fù)雜，加工內(nèi)容多，需要加工外圓面、端面、孔和螺紋等，涉及車(chē)、銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等多種工序，若使用普通數(shù)控車(chē)床和數(shù)控銑床加工，往往存在以下問(wèn)題:(1)車(chē)削時(shí)工件高速旋轉(zhuǎn)，由于橋殼重量大、形狀不規(guī)則，故動(dòng)平衡性較差，加工質(zhì)量不高;(2)外圓車(chē)削需要經(jīng)過(guò)粗加工—半精加工—精加工多道工序完成，工件每次裝夾需要花費(fèi)大量時(shí)間調(diào)整，效率低;(3)車(chē)削與銑削工序定位基準(zhǔn)不一致，重復(fù)定位精度低。

針對(duì)上述問(wèn)題，決定設(shè)計(jì)專(zhuān)用加工中心，采用專(zhuān)用夾具，工件一次裝夾，通過(guò)工件轉(zhuǎn)換工位配合加工中心自動(dòng)換刀完成上述加工內(nèi)容。

1 驅(qū)動(dòng)橋殼體工藝分析

圖1所示為驅(qū)動(dòng)橋殼體加工工序圖，橋殼材料為ZG310－570，硬度160 ～240 HB，重量為70 kg。

本機(jī)床加工內(nèi)容為:(1)粗銑法蘭盤(pán)端面及φ262 mm孔底平面。(2)粗鏜φ262 mm內(nèi)孔并倒角。(3)定位孔加工，定位孔φ17.2 mm H7是后序周向定位基準(zhǔn)，加工精度、位置度要求很高，要求保證孔心相對(duì)基準(zhǔn)位置度φ0.05 mm，孔心軸線相對(duì)基準(zhǔn)平行度φ0.05 mm，其工藝流程:鉆引導(dǎo)孔—鉆孔—鉸孔。(4)套車(chē)小端階梯外圓。(5)銑小端端面。(6)粗鏜小端階梯內(nèi)孔。(7)加工側(cè)面螺紋孔，螺紋孔M30位于工件側(cè)面，加工時(shí)工件需水平回轉(zhuǎn)90°，工藝流程:鉆底孔—锪端面—擴(kuò)孔—攻絲。將上述加工內(nèi)容分3個(gè)工位加工，分別是加工大端、加工小端、加工側(cè)面螺紋孔。

2 機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)床配置

加工中心的配置形式受到被加工工件的結(jié)構(gòu)形式、加工要求、安裝形式、導(dǎo)向精度及生產(chǎn)率等多種因素的影響。根據(jù)被加工工件的加工內(nèi)容，考慮到加工過(guò)程中需要回轉(zhuǎn)分度轉(zhuǎn)換3個(gè)工位，所以機(jī)床布局采用單立柱臥式加工中心結(jié)構(gòu)。加工中心各個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)可由工作臺(tái)或主軸移動(dòng)來(lái)完成，如果采取工作臺(tái)移動(dòng)，就必須配備大功率的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、較高強(qiáng)度的支承導(dǎo)軌和直徑較大的滾珠絲杠，這會(huì)大大增加機(jī)床的成本。所以本加工中心采取工作臺(tái)固定，主軸完成X、Y、Z三個(gè)軸向移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式。主軸箱安裝在立柱導(dǎo)軌上，由立柱帶動(dòng)完成X、Z軸向移動(dòng)，主軸箱沿立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)完成Y向移動(dòng)。這種可移動(dòng)單立柱結(jié)構(gòu)，制造精度低，制造成本也較低，又能滿足加工所需要的切削力，所以，本加工中心采用這一結(jié)構(gòu)形式。

2.2 機(jī)床結(jié)構(gòu)

圖2所示為機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)示意圖，立柱3安裝在滑臺(tái)上，數(shù)控十字滑臺(tái)2安裝在底座1上，滑臺(tái)帶動(dòng)立柱完成X、Z軸向移動(dòng)，X向最大行程700 mm，Z向最大行程600 mm，主軸5安裝在立柱導(dǎo)軌上，沿立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)完成Y向移動(dòng)，Y向最大行程500 mm。并配有φ800 mm任意分度轉(zhuǎn)臺(tái)，通過(guò)液壓自動(dòng)夾緊，可以實(shí)現(xiàn)不同工位的轉(zhuǎn)換。

為了滿足不同加工內(nèi)容對(duì)切削參數(shù)的不同要求，主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度需要改變，因而主軸、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用伺服驅(qū)動(dòng)。機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)控制，選用日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)，按設(shè)定好的程序?qū)ぜM(jìn)行加工。

X向、Y向、Z向移動(dòng)，均采用直線導(dǎo)軌，滾珠絲杠，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)型式，運(yùn)動(dòng)摩擦小，動(dòng)作靈敏。滾珠絲杠通過(guò)無(wú)間隙聯(lián)軸器與伺服電動(dòng)機(jī)軸連接，傳動(dòng)誤差小，剛性高，運(yùn)動(dòng)部件整體響應(yīng)速度快。

加工中機(jī)床需要完成車(chē)、銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等自動(dòng)加工，因而在機(jī)床側(cè)面設(shè)計(jì)了刀庫(kù)，并配置了換刀機(jī)械手，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。刀庫(kù)設(shè)計(jì)刀具容量25把，刀柄采用HSK形式。加工中心自動(dòng)加工過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生刀具折斷，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則有可能造成工件報(bào)廢。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，采用了刀具折斷自動(dòng)檢測(cè)裝置。當(dāng)?shù)毒咄瓿杉庸し祷氐稁?kù)前，刀具自動(dòng)檢測(cè)裝置對(duì)此刀具進(jìn)行檢測(cè)，若有異常馬上報(bào)警，這樣就避免了因刀具折斷造成工件報(bào)廢、刀具及機(jī)床的損壞。

3 夾具方案及工作循環(huán)

3.1 夾具方案設(shè)計(jì)

工件毛坯除作為定位基準(zhǔn)面外圓φ205 mm、φ248 mm和法蘭盤(pán)左側(cè)端面已加工外，其余均未加工。兩個(gè)外圓面用V形塊定位，限制4個(gè)自由度，端面用擋塊定位，限制軸向1個(gè)自由度。

工件主定位使用V形塊支撐外圓φ205 mm和外圓φ248 mm。主定位很大程度決定了定位的精度，因此V形塊的加工精度和裝配精度要求很高。軸向定位以法蘭盤(pán)左側(cè)端面作為定位基準(zhǔn)面，使用擋塊側(cè)面定位。周向定位利用工件大端端面正下方的半圓形孔，將推靠插入到該半圓形孔可以調(diào)整工件的周向角度。加工法蘭盤(pán)大端端面時(shí)，為防止干涉，需將推靠拔出。加工時(shí)完全靠夾緊和楔緊裝置固定工件。

圖3所示為夾具總圖，夾具主體采用上下分體式結(jié)構(gòu)。定位用V形塊1安裝在下夾具體4上，夾緊用V形塊3安裝在上夾具體5上。上、下夾具體之間用銷(xiāo)釘定位，螺釘固定。夾緊力由夾緊油缸6提供，并使用楔緊油缸9增大夾緊力。夾緊油缸和楔緊油缸相互垂直布置，夾緊油缸活塞桿下行施加夾緊力。夾緊油缸活塞桿7頂端和楔緊油缸活塞桿8側(cè)面加工成15°斜角的斜面，當(dāng)需要楔緊時(shí)，楔緊油缸活塞左移，通過(guò)斜面配合施加楔緊力。

3.2 工作循環(huán)

機(jī)床工作循環(huán)為:自動(dòng)上料→推靠向上旋轉(zhuǎn)→推靠軸向平動(dòng)(周向粗基準(zhǔn)定位)→主定位夾緊→主夾緊楔緊→定位面氣檢→轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)90°→加工小端→轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)90°→加工側(cè)面螺紋孔→轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)90°→推靠軸向向外平動(dòng)→推靠向下旋轉(zhuǎn)→加工大端→主夾緊楔緊松開(kāi)→主夾緊松開(kāi)→自動(dòng)下料，工作循環(huán)結(jié)束。

4 結(jié)語(yǔ)

該加工中心實(shí)現(xiàn)了形狀不規(guī)則，不易定位，加工內(nèi)容多，精度要求高的挖掘機(jī)橋殼的加工。整機(jī)總體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，自動(dòng)全封閉防護(hù)并帶有油霧吸收裝置、自動(dòng)排屑裝置，對(duì)加工過(guò)程中的切屑、粉塵、切削液、油霧進(jìn)行及時(shí)清理，保證數(shù)控系統(tǒng)及各運(yùn)動(dòng)部件靈活可靠，創(chuàng)造舒適工作環(huán)境。經(jīng)實(shí)踐證明，所加工工件達(dá)到技術(shù)要求，并且由于后序加工采用相同的定位方式，極大地提高了定位精度和生產(chǎn)效率。該機(jī)床可以加工不同規(guī)格的前、后驅(qū)動(dòng)橋殼體，可實(shí)現(xiàn)批量柔性自動(dòng)化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］熊利，徐和林，任軍輝.汽車(chē)起重機(jī)驅(qū)動(dòng)橋橋殼靜態(tài)與模態(tài)分析［J］.四川理工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010(3):364－366.

［2］李月琴，任新梅，弓申.變速箱上蓋撥叉孔鉆擴(kuò)鉸三工位組合機(jī)床設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010(1):67－70.

［3］莊曙東，陸其清，卞新高.風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸端面孔加工數(shù)控專(zhuān)機(jī)的研制［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010(1):86－88.

［4］張安清.一種立式車(chē)銑復(fù)合加工中心的研制［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(1):109－112.

［5］宮玉林，馬雅麗，趙宏安，等.基于拓?fù)鋬?yōu)化的加工中心十字滑臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012(1):10－12.