辛百靈 陳桂芳

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 三門峽 472000)

0 引言

差速器是汽車的重要部件,其殼體的加工精度和加工質(zhì)量直接影響差速器的裝配精度和運(yùn)動(dòng)精度,進(jìn)而影響其正常的工作[1］。該零件上十字軸孔的尺寸公差及形位公差精度要求較高,采用傳統(tǒng)的鉆床、鏜床加工,很難保證技術(shù)要求,且效率低。為解決這一難題,許多差速器殼生產(chǎn)廠家采用高精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式鉆鏜專機(jī)進(jìn)行加工,不僅保證了十字軸孔精度,而且提高了生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)了一次裝夾完成粗精全部加工。專機(jī)能否加工出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,夾具非常重要。經(jīng)過對(duì)差速器殼十字軸孔工藝分析,結(jié)合鉆鏜專機(jī)的技術(shù)要求,設(shè)計(jì)了適用回轉(zhuǎn)式鉆鏜專機(jī)的專用夾具。

1 差速器殼十字軸孔工藝分析

1.1 差速器殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

差速器殼分為整體式和分體式兩種。鑒于整體式內(nèi)部球面加工困難,大多差速器采用了分體式結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)由左右兩個(gè)半殼組成,十字軸孔設(shè)置在合裝體安裝面上。不過,無論是整體式還是分體式差速器殼,為保證十字軸孔的尺寸精度和位置精度,都必須在整體或合裝狀態(tài)時(shí)加工十字軸孔。鑒于十字軸孔的尺寸和位置精度頗高,在大批量生產(chǎn)的情況下,一般都采用專用機(jī)床進(jìn)行加工。一臺(tái)專機(jī)如果僅能加工一種差速器殼,則加工成本高,因此一臺(tái)專機(jī)要具有通過更換刀具和少量夾具零件兼顧多品種差速器殼加工的能力,且保證夾具定位夾緊可靠穩(wěn)定[1］。

1.2 被加工零件情況

工件名稱:差速器殼(合裝體)。

工件狀態(tài):鑄件、合裝件,材料:QT400-8,硬度:HB160—210,余量:盲孔。

加工內(nèi)容:鉆、鏜十字軸孔,直徑:4x?28.529,粗糙度為Ra1.6,加工工序圖如圖1所示。

加工節(jié)拍:180秒/件。

加工工藝:每個(gè)孔第一序?yàn)殂@孔加工,第二序?yàn)榘刖M、精鏜復(fù)合加工。加工示意圖如圖2所示。

1.I工位刀桿連接盤;2.I工位復(fù)合半精鏜、精鏜刀桿;3.II工位U鉆; 4.II工位刀桿連接盤; 5.III刀桿連接盤;6.I工位復(fù)合半精鏜、精鏜刀桿;7.IV工位U鉆; 8.IV工位刀桿連接盤

加工設(shè)備:高精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式鉆鏜專機(jī)。

1.3 差速器殼體十字軸孔加工工藝分析[2-3］

(1)傳統(tǒng)加工方法:鉆、擴(kuò)、鉸。采用通用鉆床,配置專用旋轉(zhuǎn)夾具,三臺(tái)機(jī)床分別完成鉆、擴(kuò)、鉸工序。缺陷是效率低,精度長(zhǎng)期保持性差。

(2)加工中心加工:臥式加工中心配以專用夾具,通過刀庫換刀、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn),分別完成鉆、擴(kuò)、鉸或鉆、粗鏜、精鏜工序。缺陷:效率低,加工成本高。

(3)數(shù)控組合機(jī)床:組成:專用鉆削頭、專用鏜削頭、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、專用夾具。采用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),配以專用夾具,安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)中心,完成鉆、粗鏜、精鏜工序。加工效率高,精度保持性好。

鑒于以上基于以上情況,針對(duì)有一定批量,多個(gè)品種的差速器殼體,采用四面數(shù)控鉆鏜組合機(jī)床,工件固定在機(jī)床中間的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)夾具上,采用對(duì)鉆、對(duì)鏜工藝完成十字軸孔加工。

工作循環(huán):安裝工件-II、IV工位對(duì)鉆(I、III工位不運(yùn)動(dòng))-數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°-II、IV工位對(duì)鉆、I、III工位對(duì)鏜-數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)再次旋轉(zhuǎn)90°-I、III工位對(duì)鏜(II、IV工位不運(yùn)動(dòng))-卸工件,安裝新工件。

這種工藝不僅能很好地保證十字軸孔的位置精度,而且能提高生產(chǎn)效率。

(4)加工方式:II、IV工位采用U鉆,中心出水冷卻,I、III工位采用復(fù)合半精鏜、精鏜刀。

(5)品種更換方式:更換工件定位盤,更換加工刀具,更換壓緊壓板。

(6)自動(dòng)化程度:一次裝夾,自動(dòng)定位夾緊,自動(dòng)依次加工,加工結(jié)束自動(dòng)頂出工件,方便裝卸。

(7)夾具設(shè)計(jì)充分考慮整體夾具剛性,防止U鉆切削振動(dòng),保證加工精度;充分考慮裝卸夾具、裝卸工件與操作使用的方便性;充分考慮夾具結(jié)構(gòu)的工藝性,既要保證加工精度穩(wěn)定,又要方便維修、更換定位元件等易損零件。

2 夾具設(shè)計(jì)[4-6］

2.1 夾具設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)

通過以上分析,設(shè)計(jì)夾具方案如圖3夾具結(jié)構(gòu)示意圖所示。

高精密數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式鉆鏜專機(jī)是用來專一加工差速器殼體十字軸孔的專用機(jī)床,夾具安裝在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)中心,機(jī)床數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心裝配時(shí)必須保證與夾具工件中心重合,其同軸度不大于0.01mm,檢測(cè)方法為制作一標(biāo)準(zhǔn)樣件,回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái),檢測(cè)樣件中心孔。四套動(dòng)力頭主軸回轉(zhuǎn)軸線必須與樣件四根檢棒同軸,且轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°再檢也同軸。如此保證加工工件四孔的位置度。夾具定位盤6通過一面兩銷與夾具體1安裝連接,定位盤6可根據(jù)不同品種規(guī)格的差速器殼體分別設(shè)計(jì),其與夾具體的定位方式相同,與差速器殼體的定位依據(jù)各自的定位止口直徑及菱形銷孔直徑分別設(shè)計(jì),一種差速器殼體對(duì)應(yīng)一種定位盤。夾緊油缸4共四套,均勻分布四周,采用旋轉(zhuǎn)壓板油缸結(jié)構(gòu)形式,壓板可依據(jù)不同品種規(guī)格的差速器殼體分別設(shè)計(jì),可更換。工件底部設(shè)卸工件油缸3,工件加工結(jié)束,卸工件油缸活塞桿帶動(dòng)托板頂出工件,使之脫離定位止口和菱形銷,便于卸掉工件,又不傷害工件定位盤上的定位止口及菱形銷。

2.2 夾具使用工作原理

人工上工件(殼體在定位盤上正確安裝)—四套夾緊油缸壓板壓緊工件—循環(huán)啟動(dòng)—依次按程序加工—加工結(jié)束—四套動(dòng)力頭快退至原位—循環(huán)結(jié)束—壓板松開并旋轉(zhuǎn)—卸工件油缸頂出工件—人工卸工件。

2.3 夾具主要零件設(shè)計(jì)

(1)夾具體設(shè)計(jì)

夾具體是夾具最重要的基礎(chǔ)件,安裝四套夾緊油缸、工件定位盤、卸工件油缸等零部件,還需要承受加工載荷,因此設(shè)計(jì)夾具體要考慮:夾具體的剛性、零部件的安裝面、冷卻液排放方式、液壓管路走向、裝配工藝性和加工工藝性等。夾具體設(shè)計(jì)方案如圖4所示。材料HT200,粗加工前后時(shí)效處理。夾具體與轉(zhuǎn)臺(tái)安裝通過一面兩銷定位,工件定位盤于夾具體安裝通過一面兩銷定位。

圖4 夾具體結(jié)構(gòu)示意圖

工件定位盤是保證工件安裝精度的關(guān)鍵零件。材料采用40Cr,鍛件,氮化處理。根據(jù)加工差速器殼體的定位尺寸設(shè)計(jì)不同的定位盤,以適應(yīng)不同的差速器殼體,變化的尺寸為:工件定位直徑、定位盤厚度、工件菱形銷位置。定位盤與夾具體定位固定采用統(tǒng)一的一面兩銷定位和把合螺釘固定。標(biāo)注相應(yīng)的尺寸公差、形位公差、粗糙度等技術(shù)要求。定位盤結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 定位盤結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 夾具裝配及調(diào)試要求

(1)夾具零件清洗干凈,按照裝配圖精細(xì)裝配;

(2)利用標(biāo)準(zhǔn)樣件檢測(cè)檢測(cè)夾具中心與轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心同軸,檢測(cè)樣件十字孔檢棒與回轉(zhuǎn)臺(tái)面平行,檢測(cè)十字孔檢棒在轉(zhuǎn)臺(tái)每旋轉(zhuǎn)90°時(shí)重復(fù)定位精度,保證夾具準(zhǔn)確裝配到回轉(zhuǎn)臺(tái)上;

(3)夾緊油缸和卸工件油缸裝好后進(jìn)行壓力試驗(yàn),旋轉(zhuǎn)壓板旋轉(zhuǎn)靈活,油缸、油管無滲漏油現(xiàn)象;

(4)切換不同定位盤,分別安裝差速器殼體,檢查工件與夾具有無干涉,及時(shí)處理。

3 使用夾具后的加工精度檢測(cè)[7］

在機(jī)床上安裝好專用夾具,找正夾具與動(dòng)力頭的位置精度,選擇各動(dòng)力滑臺(tái)進(jìn)給速度、快進(jìn)速度、快退速度,選擇動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速,選擇液壓夾緊力,裝配好U鉆及復(fù)合鏜刀,開始機(jī)床對(duì)工件的試加工,檢查工件四孔的尺寸精度、形位公差及粗糙度,合格后連續(xù)加工10件,在三座標(biāo)檢測(cè)機(jī)上逐個(gè)檢查,檢測(cè)結(jié)果均符合工序圖技術(shù)要求。

4 結(jié)論

本專用夾具,滿足了定位準(zhǔn)確、安裝方便、夾緊可靠、切換品種快捷的工藝要求,有效的保證了加工精度,實(shí)現(xiàn)了專用機(jī)床的加工柔性,是夾具設(shè)計(jì)的一次創(chuàng)新體驗(yàn)。該夾具經(jīng)用戶使用,效果良好。該夾具著重考慮不同品種快速切換的工藝方法,設(shè)計(jì)出了新穎的夾具結(jié)構(gòu),具有夾具設(shè)計(jì)的借鑒和推廣意義。