差速器殼體鏜孔夾具設(shè)計(jì)

徐春華，任小中

(1.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州　451150；2.河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 河南 洛陽　471003 )

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差速器殼體鏜孔夾具設(shè)計(jì)

徐春華1，任小中2

(1.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，鄭州451150；2.河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 河南 洛陽471003 )

摘要：鏜床夾具是鏜孔加工中常用的輔助裝置。針對(duì)差速器殼體上兩組相互垂直孔的加工，設(shè)計(jì)了專用的鏜孔夾具。鑒于差速器殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鏜孔工序要求，采用一面兩孔定位，并確定了滿足定位精度要求的定位銷尺寸。接著，確定了可靠的工件夾緊方案，并設(shè)計(jì)了油缸以及相關(guān)的夾緊裝置。最后介紹了該夾具的結(jié)構(gòu)組成及其特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：差速器殼體； 鏜孔夾具； 一面兩孔；夾緊裝置

0前言

組合鏜床是由大量通用部件和少量專用部件組成，能從多面、多工位、多軸對(duì)一個(gè)或幾個(gè)工件同時(shí)進(jìn)行加工的一種機(jī)床[1]。與一般機(jī)床相比，具有自動(dòng)化程度高、加工效率高、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；與加工中心比，具有機(jī)床成本低、加工效率高的優(yōu)點(diǎn)，是大批量生產(chǎn)的常用設(shè)備。

差速器殼體是汽車、拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成的重要零件，不僅孔本身的精度要求高，而且孔與孔的同軸度、垂直度要求也很高，其加工精度直接影響汽車、拖拉機(jī)行走機(jī)構(gòu)的使用壽命和行駛的安全性[2]。國內(nèi)企業(yè)加工差速器殼體所使用的夾具多采用直接吊裝到位、手動(dòng)夾緊，極易碰傷工件和定位元件，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此設(shè)計(jì)適用于差速器殼體大量生產(chǎn)的組合鏜床夾具很有必要。

1鏜孔方案的確定

圖1所示為某汽車差速器殼體的零件簡圖。其中2個(gè)φ140孔為聯(lián)接左右半軸孔，φ136孔和φ80孔為支撐汽車傳動(dòng)軸所用。為保證兩組孔各自的同軸度以及垂直度要求，擬采用在同一剛性鏜桿上安裝兩個(gè)鏜刀進(jìn)行鏜孔的加工方案。為保證兩組孔的垂直度要求，利用臥立雙面組合鏜床一次安裝同時(shí)鏜削兩組相互垂直的孔 。

2工件的定位

2.1定位基準(zhǔn)的選擇

因?yàn)椴钏倨鳉んw主體為球體結(jié)構(gòu)，所以，選擇殼體中間結(jié)合的表面作為主要定位基面。為保證孔的位置精度，還需選擇該結(jié)合面上兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的孔作為定位基準(zhǔn)，即采用一面兩孔定位[3]，限制工件的六個(gè)自由度。采用雙孔定位時(shí)常采用的定位元件是一個(gè)短圓柱銷和一個(gè)短菱形銷[4]。差速器殼體鏜孔的定位方案如圖2所示。

圖1　汽車差速器殼體零件簡圖

圖2　鏜孔定位方案簡圖

2.2定位誤差分析與定位元件的確定

一面兩銷定位時(shí)基準(zhǔn)位移誤差包括兩類[5]：即平面內(nèi)任意方向移動(dòng)的基準(zhǔn)位移誤差Δy和轉(zhuǎn)角誤差Δθ。其中，Δy取決于圓柱孔和圓柱銷的最大配合間隙。最大轉(zhuǎn)角發(fā)生的條件是：兩孔直徑最大，兩銷直徑最小，兩孔(銷)中心距應(yīng)取最小相等值(一般取中心距的基本尺寸)。然后按以下順序?qū)λ褂玫亩ㄎ讳N進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)確定定位銷中心距及尺寸公差。定位銷中心距為105.6±0.0033mm。

通過計(jì)算定位誤差，該定位方案能夠滿足本工序的加工要求。

3工件的夾緊

3.1夾緊力的確定原則

(1)夾緊力作用點(diǎn)的確定應(yīng)遵循以下原則[6]：

①夾緊力應(yīng)作用在工件的定位支撐面之上，或落在由諸支承塊所連成的面積范圍內(nèi)，以保證工件在夾緊后定位穩(wěn)定。

②夾緊力應(yīng)作用在工件剛性好的部位，以減小工件的夾緊變形。

③盡量對(duì)工件實(shí)施多點(diǎn)夾緊，以使工件夾緊的比較穩(wěn)固。

(2)夾緊力的方向應(yīng)朝向工件在夾具上定位時(shí)的主要基準(zhǔn)面。

(3)夾緊力的大小主要取決于切削力和重力的大小和方向。夾緊力大小的確定與選擇的夾緊機(jī)構(gòu)和動(dòng)力傳動(dòng)裝置有密切的關(guān)系。對(duì)于多面多刀加工的組合機(jī)床，為了保證夾緊可靠，應(yīng)選擇加工過程中最不利的情況來確定所需的夾緊力[7]。

3.2夾緊力大小的確定

根據(jù)前述的夾緊力大小確定原則以及鏜孔方案，首先利用切削力計(jì)算公式分別計(jì)算鏜削φ136孔和φ80孔的切削力以及鏜削2個(gè)φ140孔的切削力。本例中，夾緊力的方向與鏜削φ136孔和φ80孔的軸向切削力和工件重力的方向一致，而與鏜削2個(gè)φ140孔的切削力方向垂直。工件在切削力的作用下有產(chǎn)生平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和顛覆的趨勢(shì)，因此應(yīng)該按這三種情況分別計(jì)算所需的夾緊力[8]，然后取其中的最大值作為設(shè)計(jì)夾緊裝置的依據(jù)。計(jì)算結(jié)果表明，為防止工件平移所需的夾緊力最大。

3.3夾緊機(jī)構(gòu)工作原理

為了夾緊可靠、省力，利用液壓油缸作為動(dòng)力，在工件上靠近加工且剛性好的部位，使用四個(gè)壓板同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行夾緊。其夾緊機(jī)構(gòu)工作原理如圖3所示。

設(shè)液壓缸活塞桿的推力為P，BD、BC為兩個(gè)不相等力臂，在推力P作用后，作用于B受力點(diǎn)的合力矩為0，所以每根杠桿的實(shí)際作用力為：

(1)

式中，P—液壓缸活塞桿的推力；

Q—鉸鏈杠桿產(chǎn)生的作用力；

LBC—BC段的臂長；

LBD—BD段的臂長；

η—機(jī)械效率，η=0.97。

圖3　夾緊機(jī)構(gòu)工作原理

顯然，圖3所示夾緊機(jī)構(gòu)是一個(gè)增力機(jī)構(gòu)。根據(jù)所需要夾緊力的大小和鉸鏈杠桿的臂長分配，可以根據(jù)式(1)求出液壓缸活塞桿的推力。由于該油缸以活塞桿推力工作，那么，可由公式(2)求出油缸直徑D。

(2)

式中，p—油缸工作壓力。

本夾緊機(jī)構(gòu)采用法蘭式油缸，油缸的缸徑最終定為90mm，活塞桿直徑為45mm。

4夾具結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

圖4所示為鏜孔夾具結(jié)構(gòu)簡圖。由圖4可以看出，該夾具主要由夾具體、定位裝置、夾緊裝置和上下料輸送裝置組成。工件采用一面兩銷定位，利用4個(gè)鉸鏈壓板把工件可靠夾緊在定位板上[9]。動(dòng)力部件采用液壓驅(qū)動(dòng)，主要有4個(gè)夾緊油缸、1個(gè)中間用于升降工件的油缸。升降油缸通過齒條—齒輪—齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可將工件托起和落下。為了保護(hù)定位板和定位銷，先把工件放在已預(yù)先抬起的導(dǎo)軌上，由人工把工件推到規(guī)定位置，然后升降油缸緩慢后退，使工件落到定位元件上。夾具定位銷頭部采用圓錐形，以保護(hù)定位銷免遭損壞。為了保證工件順利裝卸和可靠夾緊，設(shè)計(jì)了帶有鉸鏈機(jī)構(gòu)的鉸鏈壓板[10]。

圖4　鏜孔夾具結(jié)構(gòu)簡圖

5結(jié)論

基于工件加工要求，本著定位可靠、夾緊省力、高效、安全的原則，設(shè)計(jì)了一套在組合鏜床上同時(shí)精鏜兩組相互垂直的軸承孔的專用夾具。工件采用一面兩孔定位，定位方便、迅速；采用液壓4點(diǎn)同步夾緊，夾緊省力、可靠。該夾具已被應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。使用效果表明，該夾具的剛性好、精度保持性好。該夾具的設(shè)計(jì)思路與方法對(duì)于其它鏜床夾具以及類似零件加工的夾具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

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(編輯趙蓉)

Design of the Boring Jig for Differential Housing

XU Chun-hua1，REN Xiao-zhong2

(1.School of Mechatronic Engineering, Zhengzhou University of Industrial Technology, Zhengzhou 451150, China; 2. School of Mechatronic Engineering, Henan University of Science & Technology, Luoyang Henan 471003, China)

Abstract：The fixture of boring machine is a common used auxiliary device in boring operation. In view of the machining of two groups of holes in differential housing, a special purpose boring fixture is designed. Considering the structure of differential housing and boring operation requirements, one plane and two holes are used to be the location surfaces, and the dimensions of location pins are determined so as to meet the location accuracy. Next, a reliable clamping plan is determined, and the hydraulic cylinder and relevant clamping devices are designed. The components and characteristics of the fixture structure are introduced finally.

Key words：differential housing; boring fixture; one plane and two holes; clamping device

文章編號(hào)：1001-2265(2016)05-0120-03

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.05.033

收稿日期：2015-07-13

作者簡介：徐春華(1970—)，女，江蘇常州人，鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化、CAD/CAM/CAE，(E-mail) zhizaosuo@163.com；通訊作者：任小中(1957—),男，河南焦作人，河南科技大學(xué)教授，博士，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造工藝與裝備技術(shù)，(E-mail) ren_xiaozhong@126.com。

中圖分類號(hào)：TH132;TG577

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A