差速器殼十字軸孔四工位鉆鏜組合機(jī)床設(shè)計(jì)

摘要：根據(jù)差速器殼十字軸孔的加工精度要求，分析了加工工藝方案，設(shè)計(jì)適合不同規(guī)格差速器殼師資軸孔加工的四面雙工位鉆鏜組合專用機(jī)床，提出了機(jī)床機(jī)構(gòu)總體方案及主要技術(shù)參數(shù)，詳細(xì)介紹專用夾具設(shè)計(jì)思路，闡述了機(jī)床控制系統(tǒng)。

Abstract： According to the processing accuracy requirements of the axis hole in differential case， the processing technology plan is analyzed， and the four-sided double-station drilling and boring combination special machine tool suitable for the machining of the axial hole in differential case with different specifications is designed. Main technical parameters， detailed design ideas for special fixtures， and elaboration of machine tool control system.

關(guān)鍵詞：差速器;十字軸孔;組合機(jī)床;設(shè)計(jì)

Key words： differential;cross shaft hole;combination machine tool;design

0 ?引言

差速器是汽車底盤傳統(tǒng)系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，其作用是向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩邊車輪以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，減少輪胎與地面的摩擦[1]。因差速器殼體上用于安裝行星齒輪十字軸孔的加工影響差速器的使用壽命，因此其加工精度有很高的要求，而且對(duì)于十字孔間的位置度和同軸度也有要求。傳統(tǒng)加工十字孔的方法多采用單孔依次鉆、鏜加工，多采用加工中心，多次裝夾及多次換刀完成加工，整個(gè)加工過(guò)程復(fù)雜，并且難以保證十字孔彼此間的位置和同軸度等位置公差要求[1][2]。

本文在多年鉆鏜組合機(jī)床設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款專門針對(duì)差速器殼體十字軸孔加工的專用機(jī)床，并設(shè)計(jì)了配套使用的專門夾具，真正實(shí)現(xiàn)了“一次裝夾，復(fù)合加工”的組合機(jī)床設(shè)計(jì)理念，有效了提高了加工效率和加工精度。經(jīng)過(guò)不斷調(diào)試與試加工，差速器十字軸孔的尺寸精度和位置公差要求滿足客戶的要求，非常適合不同型號(hào)的差速器殼十字軸孔中小批量生產(chǎn)。

1 ?加工工藝的確定

如圖1所示被加工工件工序圖。差速器殼體材料為QT500-7，硬度為HB130～180。專用機(jī)床的加工對(duì)象是差速器截面直徑Φ165.2mm差速器殼體上的十字軸孔。其尺寸及精度要求為：十字軸孔直徑為Φ34mm，公差為H8，表面粗糙度為3.2。同一中心線上兩十字軸孔同軸度公差要求為Φ0.025mm，兩條十字軸線中心孔位置度公差要求為Φ0.08mm。

差速器殼體一般是由左右兩部分組成，十字軸孔處截面用螺栓連接方式將左右殼體組成一體。加工十字軸孔時(shí)一般是在差速器殼體總成上加工的。因四個(gè)孔加工精度要求比較高，同時(shí)還有同軸度與位置度要求，盡量在孔的加工過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)“一次裝夾，多次加工”，不僅能夠提高加工質(zhì)量，還能提高加工效率。提出了以差速器最大截面體Φ360底面為定位面，該截面體上均勻分布的孔為定位點(diǎn)，進(jìn)行定位加工。先進(jìn)行鉆工位加工，然后再進(jìn)行精鏜加工。為確保位置精度的要求，同一水平線上的2個(gè)孔必須同時(shí)完成加工[3]。

2 ?機(jī)床總體機(jī)構(gòu)方案

2.1 機(jī)床總體布局

差速器殼十字軸孔加工專用機(jī)床采用的是臥式布局，根據(jù)差速器十字軸孔分布設(shè)置，實(shí)現(xiàn)“一次裝夾，四個(gè)工位加工”的組合機(jī)床設(shè)計(jì)方案。為確保加工過(guò)程中，十字軸孔的同軸度和位置度公差在合理范圍內(nèi)，采取單面雙工位鉆孔，單面雙工位鏜孔。其單面雙工位結(jié)構(gòu)示意圖如圖2（a）所示。機(jī)床配置2臺(tái)鉆削頭及傳動(dòng)裝置（配置電機(jī)Y160M- 6-B5，N=7.5kW），配置2臺(tái)鏜削頭及傳動(dòng)裝置（配置電機(jī)Y132M2-6-B3，N=5.5kW），機(jī)床配置切屑收集盤及磁刮板排屑器，保證切屑收集及外排順暢。同時(shí)，機(jī)床外配置液壓站，按照?qǐng)D2（b）進(jìn)行布局。另外，機(jī)床還配置有1臺(tái)2AHY63ⅣG液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，2臺(tái)1HY40ⅠA液壓滑臺(tái)，2臺(tái)HY32BⅡM液壓滑臺(tái)，滑臺(tái)貼塑處理。鉆孔工位采用內(nèi)冷式U鉆頭，要求冷卻水壓力確保冷卻潤(rùn)滑充分，鏜孔工位采用專用復(fù)合式機(jī)夾鏜刀。鏜孔要求形成碎屑，防止切屑纏繞刀桿和便于排屑和加工工位的清理。另外，本機(jī)床配置專用夾具體，實(shí)現(xiàn)差速器殼體總成一次準(zhǔn)確定位及裝夾?？紤]到機(jī)床的使用價(jià)值，除可加工直接Φ34的十字軸孔以外，還可以加工Φ24、Φ28、Φ30等不同直徑的十字軸孔。機(jī)床還配置有安全防護(hù)裝置，配置有日本三菱FX2N系列PLC電氣控制系統(tǒng)，提高專用機(jī)床自動(dòng)化加工程度。機(jī)床外配置1個(gè)液壓站，實(shí)現(xiàn)機(jī)床本體潤(rùn)滑及液壓系統(tǒng)供給。

2.2 機(jī)床加工工作過(guò)程

人工或借助行吊上件——定位夾緊——鉆孔兩工位（單面相對(duì)工位）滑臺(tái)快進(jìn)——鉆孔兩工位滑臺(tái)工進(jìn)——鉆孔兩工位滑臺(tái)快退——液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)抬起回轉(zhuǎn)并再次鎖緊——鉆孔兩工位（單面相對(duì)工位）滑臺(tái)快進(jìn)——鉆孔兩工位滑臺(tái)工進(jìn)——鉆孔兩工位滑臺(tái)快退——鏜孔兩工位滑臺(tái)快進(jìn)——鏜孔兩工位滑臺(tái)工進(jìn)——鏜孔兩工位滑臺(tái)快退——液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)抬起回轉(zhuǎn)并再次鎖緊——鏜孔兩工位滑臺(tái)快進(jìn)——鏜孔兩工位滑臺(tái)工進(jìn)——鏜孔兩工位滑臺(tái)快退——卸下工件，更換待加工工件，啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)入加工下一循環(huán)。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)床尺寸為3590mm×3590mm×1642mm，單面雙工位尺寸為3590mm×780mm×1642m。根據(jù)鉆頭、鏜刀切削功率計(jì)算可得，機(jī)床鉆工位配置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為Y160M- 6-B5，N=7.5kW，鏜工位配置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為Y132M2-6-B3，N=5.5kW?？梢赃x擇的電機(jī)及滑臺(tái)類型，就可以得出：鉆孔時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為630r/min，切削速度為63.3m/min，進(jìn)給速度為0.15mm/r;精鏜孔時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min，切削速度為106.81m/min，進(jìn)給速度為0.08mm/r。經(jīng)過(guò)試件加工，機(jī)床生產(chǎn)一件加工時(shí)間最長(zhǎng)為4.46min，外加手工上下料時(shí)間為0.5min，正常單件生產(chǎn)有效時(shí)間為4.96min。

3 ?專用夾具設(shè)計(jì)

本機(jī)床加工對(duì)象為差速器殼體總成結(jié)合面十字軸孔，必須在機(jī)床上安裝專用夾具才能實(shí)現(xiàn)定位夾緊[4]。根據(jù)加工工藝分析，結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案，本夾具體由底座、壓板、液壓系統(tǒng)、定位盤、頂出機(jī)構(gòu)組成。如圖3所示，定位機(jī)構(gòu)是定位盤組成，定位盤上設(shè)置2個(gè)定位銷，用于準(zhǔn)確定位最大直徑Φ360面上相對(duì)兩孔，同時(shí)以差速器殼體最大直徑Φ360圓柱底面為基準(zhǔn)，基本“一面兩孔”原則實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。鎖緊機(jī)構(gòu)是由4個(gè)液壓系統(tǒng)控制的壓板組成，實(shí)現(xiàn)工件的夾緊或放松。頂出機(jī)構(gòu)是由液壓系統(tǒng)控制的抬升平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

夾具工作過(guò)程：當(dāng)工件最大直徑Φ360圓柱體上的兩個(gè)孔對(duì)應(yīng)定位盤上的定位銷放到底座上后，工件低端與頂出機(jī)構(gòu)上臺(tái)面接觸。當(dāng)啟動(dòng)工件加工程序后，頂出機(jī)構(gòu)的液壓油流入液壓站，液壓站里的液壓油流入到鎖緊機(jī)構(gòu)4個(gè)壓板的抬放油路通道內(nèi)，頂出機(jī)構(gòu)快速向下運(yùn)行，鎖緊機(jī)構(gòu)及時(shí)響應(yīng)扣緊壓板，當(dāng)工件最大直徑Φ360圓柱體底面與定位盤上端面貼合一起，且工件上的兩孔與定位銷完全配合好后，液壓系統(tǒng)關(guān)閉，此時(shí)工件在專用夾具中停放平穩(wěn)，且4個(gè)代加工部位分別對(duì)著4個(gè)加工工位（2個(gè)鉆孔工位，2個(gè)鏜孔工位）。待鉆孔工序加工工序結(jié)束后，液壓系統(tǒng)打開，鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓油排回到液壓站，液壓站的液壓油流入到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中，鎖緊機(jī)構(gòu)的壓板快速抬升并松開工件，液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)也同時(shí)抬升并回轉(zhuǎn)90度，然后液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)放下，鎖緊機(jī)構(gòu)的壓板再次將工件夾緊，先后進(jìn)行鉆、鏜工位加工，然后鎖緊機(jī)構(gòu)再次打開，液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)90度并放下，鎖緊機(jī)構(gòu)重新扣緊工件，精鏜加工完成工件加工。此時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)的液壓油再次排回到液壓站并快速抬升松開工件，液壓站里的液壓油流入到頂出機(jī)構(gòu)，頂出機(jī)構(gòu)上凸臺(tái)快速響應(yīng)將工件頂出定位銷，這樣就完成整個(gè)工件一次裝夾過(guò)程。一個(gè)工件從定位、鎖緊等過(guò)程響應(yīng)時(shí)間非常短。

4 ?電氣控制系統(tǒng)的配置

差速器殼十字軸孔鉆鏜組合機(jī)床采用日本三菱FX2N系列PLC控制，輸出口加繼電器保護(hù)，留有五個(gè)以上備用輸入、輸出接口，系統(tǒng)控制四個(gè)進(jìn)給滑臺(tái)，1個(gè)回轉(zhuǎn)滑臺(tái)和4個(gè)主軸[5][6]。在專用機(jī)床設(shè)計(jì)中，考慮到機(jī)床自動(dòng)化加工程度，除了上下工件采用手工以外，機(jī)床本身及輔助結(jié)構(gòu)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)功能，手動(dòng)調(diào)整功能。比如夾具鎖緊松開工件、頂出機(jī)構(gòu)工作、液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)、鉆工位加工、鏜工位加工、液壓滑臺(tái)快進(jìn)、工進(jìn)及快退、磁性刮板排屑器工作、冷卻液噴淋及液壓站工作等均受PLC控制，具有自動(dòng)循環(huán)功能，手動(dòng)調(diào)整功能。機(jī)床配置若干傳感器件，保護(hù)機(jī)床及加工過(guò)程安全。考慮到機(jī)床的使用壽命及安全性，機(jī)床使用的電氣元件均來(lái)自國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)廠家的產(chǎn)品。機(jī)床采取獨(dú)立電氣柜設(shè)置，全封閉結(jié)構(gòu)。

機(jī)床的一些性能指標(biāo)、基本功能已經(jīng)提前在PLC內(nèi)置完畢，加工工件時(shí)不需要進(jìn)行更改。而依據(jù)工件的尺寸進(jìn)行必要的參數(shù)調(diào)整，包括孔加工的參數(shù)、刀具參數(shù)等等，可直接利用專用機(jī)床的內(nèi)置PLC手動(dòng)輸入或修改，也可以利用電腦通過(guò)機(jī)床接口RS232將加工程序等輸入。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

本機(jī)床經(jīng)過(guò)廠家多個(gè)工件加工測(cè)試反饋，機(jī)床運(yùn)行性能穩(wěn)定，十字軸孔尺寸精度及形位公差要求、粗糙度等達(dá)到圖紙技術(shù)要求，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)加工工藝提升了4～5倍。差速器殼體十字軸孔鉆鏜專用機(jī)床的設(shè)計(jì)理念，符合了組合機(jī)床設(shè)計(jì)及優(yōu)化概念，實(shí)現(xiàn)了一次裝夾完成多次加工的功能要求，而且在機(jī)床設(shè)計(jì)中還兼顧了加工對(duì)象多元化特性。本機(jī)床配置的專用夾具，定位準(zhǔn)確，快速響應(yīng)。本機(jī)床配置的液壓滑臺(tái)和液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，性能可靠，響應(yīng)靈敏性滿足加工的要求。進(jìn)給系統(tǒng)工作過(guò)程中無(wú)爬行現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭鵬偉，徐軍升. 差速器殼體工藝改進(jìn)[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2014，41（5）.

[2]大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

[3]苗曉鵬，馬江虎.差速器殼十字軸孔四面雙工位鉆鏜組合機(jī)床設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2012（12）.

[4]王正剛，王福元.氣缸體三面精鏜組合鏜床總體布局及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011（3）.

[5]田子欣，霍蘇萍.KC—TZ118型鏈軌節(jié)數(shù)控鉆鏜組合機(jī)床的研制[J].機(jī)床與液壓，2011（2）.

[6]張永飛.可編程控制器應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.