王柯錦 伍英 陳玉麟 蔡熙源 吳祖國

1、湖北汽車工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 2、東風(fēng)德納車橋公司制造工程部十堰工藝科

引言

汽車同步器拔叉是汽車變速器中的重要構(gòu)件之一，汽車拔叉屬于汽車變速器中重要安全零部件，撥叉推動(dòng)同步器嚙合到齒輪盤上，其和不同的齒輪嚙合，產(chǎn)生不同的輸入/輸出轉(zhuǎn)速比，在變速器中發(fā)揮變速換擋的作用，對(duì)汽車的變速換擋起著重要作用。撥叉推動(dòng)同步器嚙合到齒輪盤上的瞬間，撥叉會(huì)瞬時(shí)承受較大的沖擊力和旋轉(zhuǎn)磨損[1-2]。形狀較復(fù)雜、孔和面位置度要求較高。

汽車同步器拔叉屬叉架類鑄鋼件，幾何形狀較復(fù)雜，是汽車上受到載荷較為復(fù)雜的重要汽車部件之一，為了適應(yīng)拔叉大批量生產(chǎn)要求，保證拔叉孔的角度精度要求，提高拔叉生產(chǎn)效率，研制了拔叉銑面鉆孔加工中心夾具。

1 拔叉銑面鉆孔工序要求

拔叉采用ZG310-570鋼，撥叉零件的形狀并不復(fù)雜，并且尺寸輪廓也不是很大，具有較高的剛度、抗拉和抗壓強(qiáng)度及良好的抗震性[3]。拔叉零件整體采用鑄造成型方法，鑄造成型后的優(yōu)點(diǎn)是其外形后續(xù)可以不用再去加工，減少了勞動(dòng)工作量，零件圖如圖1所示，三維圖如圖2所示，壁厚不均勻，形狀較復(fù)雜[4]。

圖1 拔叉零件圖

圖2 拔叉三維圖

撥叉的重要表面包括φ18的上下平面、寬4mm的左右兩平面、撥叉叉頭的內(nèi)側(cè)兩平面，拔叉的兩個(gè)φ6孔對(duì)兩拔叉口內(nèi)側(cè)的對(duì)稱面有角度精度要求。叉頭側(cè)面的表面粗糙度要求相較其他加工表面要高一些，而主要需要保證的是孔的加工質(zhì)量以及叉頭上下平面的表面質(zhì)量要求?；炯庸み^程為，先銑削加工φ18左、右端面作為后續(xù)加工φ18孔的基準(zhǔn)，而后加工φ18孔，再去加工寬4mm的兩側(cè)面，然后加工叉頭內(nèi)側(cè)面以及叉頭上下平面。

把零件的加工工序集中為幾個(gè)步驟進(jìn)行時(shí)，工序的數(shù)量會(huì)大大減少，工藝路線也會(huì)縮短。優(yōu)點(diǎn)是工序數(shù)目少、工件裝夾次數(shù)少、減少了裝夾次數(shù)造成的誤差、簡化了生產(chǎn)計(jì)劃與管理、一次裝夾可以加工多個(gè)表面有利于保證各個(gè)表面的相互位置精度、縮短了加工時(shí)間與生產(chǎn)周期、減少了設(shè)備的數(shù)量進(jìn)而減少了操作工人的數(shù)量和生產(chǎn)面積。由于制造業(yè)的快速發(fā)展，高精度加工機(jī)床和多軸加工中心的出現(xiàn)增多，工序集中的優(yōu)勢變得更加突出。即使是在小批量生產(chǎn)中，用許多柔性制造設(shè)備將工序集中加工，也能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

拔叉零件生產(chǎn)類型為大批量時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益，選擇效率較高的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行加工；為了便于工件裝卸和加工，采用加工中心進(jìn)行銑面和鉆孔加工。

拔叉銑面鉆孔加工中心夾具三維示意圖如圖3所示，同時(shí)裝夾三個(gè)零件，提高生產(chǎn)效率。

圖3 夾具三維示意圖

基準(zhǔn)是零件上用以確定其他點(diǎn)、線、面位置所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。零件在夾具中定位是選擇與夾具定位元件接觸的表面，即選擇工件的定位基準(zhǔn)。工件的定位基準(zhǔn)決定了零件加工時(shí)用來確定工件加工位置，零件的定位基準(zhǔn)的選擇直接影響夾具定位誤差的大小，為了消除或減少基準(zhǔn)不重合誤差，要正確選擇定位基準(zhǔn)，盡可能與工序基準(zhǔn)重合。選擇精度高、位置誤差小的表面為定位基準(zhǔn)，選用位置誤差小的定位元件，提高定位元件間的位置精度；提高零件定位表面與定位元件的配合精度，減小或消除配合間隙來減小基準(zhǔn)位移誤差。工件的定位基準(zhǔn)一旦選定，則工件的定位方案、夾具的定位元件也就基本確定了。

拔叉銑面鉆孔加工中心夾具平面示意圖如圖4所示，采用一面、一個(gè)短V形塊和兩拔叉口內(nèi)側(cè)采用按等速位移原理工作的定心機(jī)構(gòu)定位的方式，平面定位限制一個(gè)移動(dòng)、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，短V形塊定位限制兩個(gè)移動(dòng)，兩拔叉口內(nèi)側(cè)采用按等速位移原理工作的定心機(jī)構(gòu)定位限制一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，實(shí)現(xiàn)零件的完全定位。平面定位元件為三個(gè)定位塊，選擇拔叉最大的端面為定位面。為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)率，采用三個(gè)氣動(dòng)缸壓緊零件，拔叉三個(gè)壓緊點(diǎn)落于三個(gè)定位塊相應(yīng)范圍內(nèi)。在定位支撐元件相應(yīng)范圍內(nèi)剛性較好，保證夾緊力作用方向使工件變形最小。一個(gè)短V形塊定位拔叉軸孔的外側(cè)，保證臂厚均勻。

圖4 夾具圖

2 夾具的工作原理

氣動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、安全可靠，是機(jī)械加工常用的夾緊機(jī)構(gòu)[5]。采用氣動(dòng)夾緊的夾具裝配圖如圖4所示。

夾具的工作原理為：檢查夾具在工作臺(tái)中的位置，豎直安裝的三個(gè)夾緊氣缸活塞桿向是伸出，處于松開狀態(tài)，水平安裝的單動(dòng)氣缸活塞桿向內(nèi)縮回，拔叉口內(nèi)側(cè)的定位板在彈簧推力作用下向內(nèi)縮回，便于拔叉的安裝。將拔叉的定位平面朝下，將拔叉放到夾具內(nèi)，下端面與3個(gè)豎直的定位塊接觸，3個(gè)豎直的定位塊支撐拔叉，同時(shí)短V形塊定位拔叉軸孔的外側(cè)；水平安裝的單動(dòng)氣缸活塞桿向外伸出，拔叉口內(nèi)側(cè)的兩定位板克服彈簧推力向外伸出，同時(shí)定位兩拔叉口內(nèi)側(cè)。豎直安裝的三個(gè)夾緊氣缸活塞桿向下縮回，活塞桿推動(dòng)3個(gè)壓板壓緊拔叉，使拔叉的定位平面與3個(gè)水平定位塊貼緊，完成拔叉的平面定位。3個(gè)夾緊塊處于夾緊狀態(tài)，完成拔叉的定位和夾緊。操作加工中心，完成拔叉的銑面鉆孔工藝，加工完成后，豎直安裝的三個(gè)夾緊氣缸活塞桿向是伸出，處于松開狀態(tài)，水平安裝的單動(dòng)氣缸活塞桿向內(nèi)縮回，拔叉口內(nèi)側(cè)的定位板在彈簧推力作用下向內(nèi)縮回，便于拔叉的裝卸，將拔叉卸離夾具。至此完成了第一件拔叉的安裝、定位、夾緊、加工、松開和卸離。后面的拔叉都可按前述的安裝、定位、夾緊、加工、松開和卸離進(jìn)行銑面鉆孔工作。

3 夾具主要結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

拔叉口內(nèi)側(cè)的定位采用按等速位移原理工作的定心機(jī)構(gòu)如圖5所示，即錐面等距移動(dòng)定心機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)利用錐面和錐面之間的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)定位元件的同時(shí)移動(dòng)和定位動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)聯(lián)系比較精確。該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，水平安裝的單動(dòng)氣缸活塞桿向外伸出，水平安裝的定位錐受推力水平向右移動(dòng)，定位錐的錐面和推動(dòng)兩縱向安裝的定位板錐面，兩定位板向外移動(dòng)，拔叉口內(nèi)側(cè)的兩定位板克服彈簧推力向外伸出，同時(shí)定位兩拔叉口內(nèi)側(cè)。定位過程中，按等速位移原理來均分工件兩定位面的尺寸誤差，實(shí)現(xiàn)定心或?qū)χ校瑏硐ㄎ幻嬷圃煺`差或定位尺寸偏差對(duì)中的不利影響，從而使這些誤差相對(duì)于所定中心的位置，能均勻?qū)ΨQ地分配在拔叉口內(nèi)側(cè)的定位基準(zhǔn)面上。

圖5 定心機(jī)構(gòu)

采用三個(gè)豎直氣缸進(jìn)行夾緊。夾具采用氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊，結(jié)構(gòu)簡單，夾緊可靠。目前，該夾具已用于生產(chǎn)，不僅能滿足拔叉的大批量生產(chǎn)要求，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。大大降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。滿足操作高速、高效和可靠的要求。

4 結(jié)語

根據(jù)大批量生產(chǎn)要求和拔叉加工特點(diǎn)，研制了拔叉銑面鉆孔夾具，已經(jīng)成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，完全滿足拔叉加工要求，并且具有可靠的加工性能和穩(wěn)定的加工精度。在確保拔叉的加工質(zhì)量的同時(shí)，提高了加工效率，縮短了輔助時(shí)間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。