分動(dòng)箱殼數(shù)控銑削工藝及多工位夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

喻步賢，鐘 毅，朱守干

（1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.江蘇清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司，江蘇 淮安223005）

分動(dòng)箱殼數(shù)控銑削工藝及多工位夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

喻步賢1，鐘 毅2，朱守干1

（1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.江蘇清拖農(nóng)業(yè)裝備有限公司，江蘇 淮安223005）

分動(dòng)箱殼的加工質(zhì)量不僅影響其裝配精度及運(yùn)動(dòng)精度，而且影響到機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命。為提高分動(dòng)箱體加工精度和加工效率，充分運(yùn)用臥式加工中心特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套多工位鏜銑專用夾具。通過(guò)對(duì)分動(dòng)箱殼零件工藝分析，確定了分動(dòng)箱殼體定位裝夾方案，設(shè)計(jì)夾具體的結(jié)構(gòu)，制定分動(dòng)箱殼數(shù)控加工工藝，根據(jù)零件精度要求進(jìn)行定位誤差計(jì)算。實(shí)踐證明使用該套夾具加工分動(dòng)箱殼加工效率大幅度提高，加工質(zhì)量得到保證，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

分動(dòng)箱殼；多工位加工；鏜銑夾具

0 引言

分動(dòng)箱殼是拖拉機(jī)中的主要零件之一，其主要作用是支撐和包容傳動(dòng)零件，內(nèi)部需安裝各種零件，其結(jié)構(gòu)為一定厚度的四壁及類似外形的內(nèi)腔構(gòu)成的箱形體，殼壁部分常設(shè)計(jì)有安裝軸密封蓋、軸承蓋、油杯、油塞等零件的凸臺(tái)、凹坑、溝槽、螺孔等結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的加工方法是在普通機(jī)床上采用人工手動(dòng)定位夾緊對(duì)其鑄件進(jìn)行銑削、鏜孔和鉆孔加工，加工過(guò)程需要多次裝夾，加工效率較低，且難以保證零件的加工精度。隨著柔性加工技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控加工設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，數(shù)控加工設(shè)備高效率、高精度和對(duì)工件的高適應(yīng)性使傳統(tǒng)的機(jī)械加工發(fā)生了巨大的變化。在數(shù)控加工設(shè)備加工中合理使用夾具可提高效率，針對(duì)不同工件的加工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)使用合理的數(shù)控加工設(shè)備夾具，可以使得生產(chǎn)效率提高幅度更大。本文針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的分動(dòng)箱殼零件進(jìn)行加工工藝分析，設(shè)計(jì)一套臥式加工中心多工位鏜銑夾具，通過(guò)實(shí)踐證明使用效果良好。

1 分動(dòng)箱殼體零件數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

1.1 分動(dòng)箱殼體零件圖紙加工工藝分析

四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的分動(dòng)箱殼體，它安裝在后橋中央傳動(dòng)小圓錐齒輪的正下方，通過(guò)一對(duì)圓柱齒輪和傳動(dòng)軸，把后橋的動(dòng)力傳遞到前驅(qū)動(dòng)橋。分動(dòng)箱殼體是半開放箱體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)方形法蘭面是與后橋箱體的聯(lián)接面，2-φ30H7孔支撐的軸安裝中間齒輪，與后橋箱體內(nèi)齒輪的嚙合間隙是靠孔中心與法蘭面的距離保證的。后橋箱體內(nèi)的小圓錐齒輪軸、2-φ30H7孔與2-φ80J7孔組成齒輪傳動(dòng)的三軸，為保證齒輪傳動(dòng)精度，必須要保證兩軸孔與法蘭面三者之間的距離精度。

分動(dòng)箱殼體零件如圖1所示，該零件材料是鑄鐵，其中2-φ80J7孔是箱體最主要的軸承孔，尺寸精度7級(jí)，圓柱度0.008，同軸度0.04，表面粗糙度Ra為1.6，兩孔軸線與法蘭面的平行度也有要求。2-φ30H7孔的精度要求略低，尺寸精度7級(jí)，表面粗糙度Ra為3.2，兩孔軸線與2-φ80J7孔軸線平行度為0.06，沒有圓柱度和同軸度的要求。φ60H8孔用于安裝撥叉，尺寸精度、表面粗糙度及形狀位置精度要相對(duì)更低一點(diǎn)。箱體兩側(cè)的端面與φ80J7孔有垂直度的要求，在安排加工工藝時(shí)必須考慮到的。通過(guò)以后分析可知，該零件加工難度較大，為保證零件在臥式加工中心上的加工精度和加工效率，首先要解決零件的裝夾問題。

1.2 零件定位裝夾方案設(shè)計(jì)

定位就是在加工前，使工件在機(jī)床或夾具上占據(jù)某一正確位置的過(guò)程，定位基準(zhǔn)選擇是否合理意義十分重大，它不僅影響到工件裝夾是否準(zhǔn)確、可靠和方便，工件的加工精度是否易于保證，而且影響到零件各個(gè)加工表面的加工順序，甚至還會(huì)影響到所采用的工藝裝備的復(fù)雜程度。通過(guò)上述對(duì)分動(dòng)箱殼體零件圖分析可知，該零件法蘭面與2-φ12H7孔都是工件與機(jī)器的裝配基準(zhǔn)，也就是工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合對(duì)提高夾具的定位精度有很大的作用，有利于保證法蘭面與2-φ30H7孔與2-φ80J7孔的位置精度，也就有利于保證三軸齒輪傳動(dòng)嚙合精度。因此按照基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，工件的加工全部采用“一面兩孔”定位，即以法蘭面和面上的2-φ12H7孔作為定位基準(zhǔn)。兩個(gè)定位銷孔中，用與100±0.05尺寸相關(guān)的孔作為圓柱銷定位，即為兩點(diǎn)定位孔，另一個(gè)為菱形銷定位。注意菱形銷定位面的軸線應(yīng)與兩孔連線垂直，見圖2、圖3所示。

圖2 分動(dòng)箱殼體定位基準(zhǔn)圖

圖3 分動(dòng)箱殼體定位方案圖

1.3 分動(dòng)箱殼體零件數(shù)控加工工藝制定

分動(dòng)箱殼體零件數(shù)控加工工藝內(nèi)容如表1所示。

表1 分動(dòng)箱殼體數(shù)控加工工藝

圖1 分動(dòng)箱殼體零件圖

2 分動(dòng)箱殼體零件多工位夾具設(shè)計(jì)

2.1 臥式加工中心夾具設(shè)計(jì)原則

（1）精度要求：夾具的定位精度僅需保證對(duì)工件的某項(xiàng)尺寸及公差要求，各被加工要素間的尺寸和位置精度是靠機(jī)床的精度來(lái)保證的，臥式加工中心夾具進(jìn)行鏜孔時(shí)不用導(dǎo)套，孔徑由刀具確定，孔深和孔距由機(jī)床坐標(biāo)準(zhǔn)確移動(dòng)來(lái)保證。

（2）多用性：加工中心夾具適應(yīng)工件在一次性裝夾后高精度、高效率的進(jìn)行多坐標(biāo)、多方向、多工序的加工。因此臥式加工中心夾具設(shè)計(jì)要便于實(shí)現(xiàn)加工工序集中，體現(xiàn)多用性的特點(diǎn)，盡可能一次裝夾即能完成多個(gè)部位加工。

（3）結(jié)構(gòu)要求：臥式加工中心的高柔性使工件在一次性裝夾中可完成多個(gè)表面的多種加工，因此臥式加工中心夾具設(shè)計(jì)要求比普通機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，夾緊動(dòng)作迅速、準(zhǔn)確。同時(shí)夾具要適應(yīng)多工序中切削力大小和方向的變化，夾緊剛性要好，并防止夾具與機(jī)床發(fā)生空間干涉，避免換刀和加工時(shí)夾具元件與刀具相碰。

2.2 夾具定位裝置設(shè)計(jì)與定位誤差分析

本夾具采用一面兩銷的組合定位方式，最大限度的遵循了基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。平面定位元件是用四個(gè)支承板，兩孔定位用一個(gè)圓柱銷和一個(gè)菱形銷實(shí)現(xiàn)。支承板與定位銷（菱形銷）按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取：

支承板B10X60 GB/T8029.1-1999，定位銷A12X16 GB/T8014.2-1999。

2.2.1 定位銷的相關(guān)尺寸計(jì)算

（1）圓柱銷直徑d1的基本尺寸應(yīng)等于相配孔的最小極限尺寸，即φ12，公差選g6。

（2）兩定位銷中心距L為兩定位孔中心距平均尺寸

定位銷的中心距公差一般取1/3～1/5定位孔中心距公差，零件圖紙規(guī)定兩定位孔的位置度為φ0.04，折算為±0.02，取L=245.28±0.01。

（3）菱形銷的直徑d2=d2max=D2min-b（δld+ δLD）/D2min=12-4（0.02+0.04）/12=11.98mm

2.2.2 定位誤差分析

（1）法蘭面與φ80J7的孔距59.5±0.037的定位誤差分析

①基準(zhǔn)位移誤差ΔY：工件以平面定位時(shí)，不計(jì)基準(zhǔn)位移誤差，即ΔY=0；

②基準(zhǔn)不重合誤差ΔB：工件的法蘭面既是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，也是工序基準(zhǔn)，同時(shí)也作為定位基準(zhǔn)，三個(gè)基準(zhǔn)是重合的，所以基準(zhǔn)不重合誤差ΔB=0。得：該尺寸的定位誤差ΔD=0。

③φ80J7與φ30H7兩孔中心距85.890±0.043由加工設(shè)備保證，與夾具基本無(wú)關(guān)，故不進(jìn)行定位誤差分析。

（2）對(duì)工件定位孔φ12H7與加工孔φ80J7的孔距尺寸100±0.05的定位誤差分析

①基準(zhǔn)不重合誤差ΔB：因?yàn)樵O(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，所以基準(zhǔn)不重合誤差ΔB=0；

②基準(zhǔn)位移誤差ΔY：圓柱銷垂直放置，工件與圓柱銷任意邊接觸，其基準(zhǔn)位移誤差取決于圓柱銷與定位孔的最大間隙。

③轉(zhuǎn)角誤差：

但由于轉(zhuǎn)角誤差的方向與尺寸100±0.05的方向具有很大的角度，折算出的轉(zhuǎn)角誤差數(shù)值很小，在該夾具的精度條件下可以忽略不計(jì)。

即該尺寸的定位誤差ΔD=0.035mm，此結(jié)果滿足了100±0.05尺寸公差1/3的要求。

2.3 夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

夾具結(jié)構(gòu)如圖，夾具體設(shè)計(jì)成上開口的箱形結(jié)構(gòu)，定位元件安裝在上平面。為了加工2-φ30H7孔，夾具體的兩個(gè)方向開通成U形通道，應(yīng)留有足夠的空間便于鏜刀桿的出入。

夾具與機(jī)床的工作臺(tái)采用旋轉(zhuǎn)中心定位銷及一側(cè)定位鍵配合定位，這種定位精度結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是精度高、方式簡(jiǎn)單、便于調(diào)整，見圖4、圖5所示。

圖4 夾具體三維圖

圖5 鏜銑夾具裝配圖

2.4 夾具體夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本夾具設(shè)置了三個(gè)螺旋壓板機(jī)構(gòu)，采用手動(dòng)夾緊，結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，安裝在兩側(cè)支承板的上方，夾緊點(diǎn)選在工件的法蘭邊上，保證工件在夾緊時(shí)不會(huì)受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形。夾緊機(jī)構(gòu)的位置布置避免與加工刀具干涉，三個(gè)M12螺栓具有足夠的夾緊力。

3 多工位夾具的應(yīng)用

分動(dòng)箱殼體零件在使用此夾具之前，是在三臺(tái)機(jī)床上共六道工序完成零件的整個(gè)加工過(guò)程，原六道工序加工工時(shí)合計(jì)為115分/件，使用多工位夾具后，分動(dòng)箱殼體零件通過(guò)夾具直接安裝在臥式加工中心上完成零件加工，加工工時(shí)縮短為22分/件。使用多工位夾具前，工件使用不同的設(shè)備和夾具，由于各夾具定位誤差的累積，孔與孔、孔與面之間的位置精度較難保證，現(xiàn)用多工位夾具后，一次裝夾，減少了定位誤差，有效提高了工件的位置精度，經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，零件加工精度較以前提高一個(gè)等級(jí)。同時(shí)原來(lái)加工需六道工序，使用設(shè)備、夾具和操作工人多，工件在工序間需多次搬運(yùn)，增加生產(chǎn)調(diào)度工作量，加工周期長(zhǎng)。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)證明，使用該夾具后，生產(chǎn)效率明顯提高，零件精度得到穩(wěn)定提高，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

分動(dòng)箱殼體零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度和形位公差要求較高，采用普通的裝夾方法裝夾時(shí)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，通過(guò)對(duì)零件的加工工藝進(jìn)行分析，根據(jù)工序集中原則以?shī)A具來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，所設(shè)計(jì)制造的鏜銑夾具在公司MCH500臥式加工中心進(jìn)行了應(yīng)用，整套夾具在應(yīng)用過(guò)程效果良好，使得分動(dòng)箱殼體實(shí)現(xiàn)了高效大批量生產(chǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為其他同類零件夾具設(shè)計(jì)提供了借鑒。

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（編輯 趙蓉）

Design and Application of the Transfer Case Shell CNC Milling Process and Progressive Fixture

YU Bu-xian1，ZHONG Yi2，ZHU Shou-gan1
（1.Huaian College of Information Technology，Huaian Jiangsu 223003，China；2.Jiangsu Qingtuo Agricultural Equipment Co.，Ltd.Huaian Jiangsu 223005，China）

The processing quality of the transfer case shell not only influence the assembly accuracy and precision of movement，but also affect the machine work precision，performance and service life.In order to improve the transfer case machining precision and efficiency，make full use of the characteristics of horizontal machining center，designed a set of multistation boring milling fixture.Through the analysis of the technology transfer case shell part，determine the transfer case housing positioning and clamping scheme，design the specific folder structure，make the transfer case shell of NC machining process，according to the requirements of the parts precision in calculation of location error.Practice shows that this set of fixture for processing the transfer case shell processing efficiency is greatly improved，the processing quality is guaranteed，the actual application effect is good.

transfer case shell；multi station machine；boring milling fixture

TH162；TG751

A

1001-2265（2015）10-0134-04 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.10.037

2015-03-25；

2015-05-06

喻步賢（1966—），男，江蘇淮陰人，淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)閿?shù)控加工工藝設(shè)計(jì)和數(shù)控機(jī)床故障診斷，（E-mail）hcitybx@163.com。