苗曉鵬 楊 威 魏 峰

(①安陽工學院，河南 安陽 455000; ②億達日平機床有限公司，遼寧大連 116023)

驅(qū)動橋橋殼是工程機械上的主要承載部件之一，承受整車重量及行駛時路面對其的沖擊載荷，并將整車重量、載荷及作用在驅(qū)動車輪上的各個力傳到車輪與車架上。橋殼的加工精度對挖掘機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、銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等多種工序，若使用普通數(shù)控車床和數(shù)控銑床加工，往往存在以下問題:(1)車削時工件高速旋轉(zhuǎn)，由于橋殼重量大、形狀不規(guī)則，故動平衡性較差，加工質(zhì)量不高;(2)外圓車削需要經(jīng)過粗加工—半精加工—精加工多道工序完成，工件每次裝夾需要花費大量時間調(diào)整，效率低;(3)車削與銑削工序定位基準不一致，重復(fù)定位精度低。

針對上述問題，決定設(shè)計專用加工中心，采用專用夾具，工件一次裝夾，通過工件轉(zhuǎn)換工位配合加工中心自動換刀完成上述加工內(nèi)容。

1 驅(qū)動橋殼體工藝分析

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

本機床加工內(nèi)容為:(1)粗銑法蘭盤端面及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，加工精度、位置度要求很高，要求保證孔心相對基準位置度φ0.05 mm，孔心軸線相對基準平行度φ0.05 mm，其工藝流程:鉆引導(dǎo)孔—鉆孔—鉸孔。(4)套車小端階梯外圓。(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，加工時工件需水平回轉(zhuǎn)90°，工藝流程:鉆底孔—锪端面—擴孔—攻絲。將上述加工內(nèi)容分3個工位加工，分別是加工大端、加工小端、加工側(cè)面螺紋孔。

2 機床的總體方案設(shè)計

2.1 機床配置

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，考慮到加工過程中需要回轉(zhuǎn)分度轉(zhuǎn)換3個工位，所以機床布局采用單立柱臥式加工中心結(jié)構(gòu)。加工中心各個坐標軸的運動可由工作臺或主軸移動來完成，如果采取工作臺移動，就必須配備大功率的拖動電動機、較高強度的支承導(dǎo)軌和直徑較大的滾珠絲杠，這會大大增加機床的成本。所以本加工中心采取工作臺固定，主軸完成X、Y、Z三個軸向移動的運動方式。主軸箱安裝在立柱導(dǎo)軌上，由立柱帶動完成X、Z軸向移動，主軸箱沿立柱導(dǎo)軌上下移動完成Y向移動。這種可移動單立柱結(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 機床結(jié)構(gòu)

圖2所示為機床的整體結(jié)構(gòu)示意圖，立柱3安裝在滑臺上，數(shù)控十字滑臺2安裝在底座1上，滑臺帶動立柱完成X、Z軸向移動，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)軌上下移動完成Y向移動，Y向最大行程500 mm。并配有φ800 mm任意分度轉(zhuǎn)臺，通過液壓自動夾緊，可以實現(xiàn)不同工位的轉(zhuǎn)換。

為了滿足不同加工內(nèi)容對切削參數(shù)的不同要求，主軸轉(zhuǎn)速、進給運動速度需要改變，因而主軸、進給運動均采用伺服驅(qū)動。機床由數(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行加工。

X向、Y向、Z向移動，均采用直線導(dǎo)軌，滾珠絲杠，伺服電動機驅(qū)動結(jié)構(gòu)型式，運動摩擦小，動作靈敏。滾珠絲杠通過無間隙聯(lián)軸器與伺服電動機軸連接，傳動誤差小，剛性高，運動部件整體響應(yīng)速度快。

加工中機床需要完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等自動加工，因而在機床側(cè)面設(shè)計了刀庫，并配置了換刀機械手，用于實現(xiàn)自動換刀。刀庫設(shè)計刀具容量25把，刀柄采用HSK形式。加工中心自動加工過程中，可能會發(fā)生刀具折斷，若不能及時發(fā)現(xiàn)，則有可能造成工件報廢。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，采用了刀具折斷自動檢測裝置。當?shù)毒咄瓿杉庸し祷氐稁烨埃毒咦詣訖z測裝置對此刀具進行檢測，若有異常馬上報警，這樣就避免了因刀具折斷造成工件報廢、刀具及機床的損壞。

3 夾具方案及工作循環(huán)

3.1 夾具方案設(shè)計

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

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。軸向定位以法蘭盤左側(cè)端面作為定位基準面，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。加工法蘭盤大端端面時，為防止干涉，需將推靠拔出。加工時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，當需要楔緊時，楔緊油缸活塞左移，通過斜面配合施加楔緊力。

3.2 工作循環(huán)

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

4 結(jié)語

該加工中心實現(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橋殼的加工。整機總體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，自動全封閉防護并帶有油霧吸收裝置、自動排屑裝置，對加工過程中的切屑、粉塵、切削液、油霧進行及時清理，保證數(shù)控系統(tǒng)及各運動部件靈活可靠，創(chuàng)造舒適工作環(huán)境。經(jīng)實踐證明，所加工工件達到技術(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。該機床可以加工不同規(guī)格的前、后驅(qū)動橋殼體，可實現(xiàn)批量柔性自動化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟效益。

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