變速箱上蓋撥叉孔鉆擴(kuò)鉸三工位組合機(jī)床工藝規(guī) 程判定與工裝設(shè)計(jì)

1、大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）模板 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題 目：變速箱上蓋撥叉孔鉆擴(kuò)鉸三工位組合機(jī)床工藝規(guī) 程判定與工裝設(shè)計(jì) II 內(nèi)容摘要 本文詳細(xì)闡述了變速箱上蓋撥叉孔鉆擴(kuò)鉸三工位組合機(jī)床設(shè)計(jì)的論證過程。各種機(jī)械的變速箱中，撥叉類零件以其良好的操縱性和良好的穩(wěn)定性取勝。本文針對變速箱上蓋撥叉子L直徑小、孔深尺寸大、不連續(xù)且精度要求高 ，孔端無加工平面定位易折斷鉆頭、精度難以保證等問題進(jìn)行加工工藝分析 ，設(shè)計(jì)了工序比較集中的三工位鉆擴(kuò)鉸組合機(jī)床，利用一套夾具裝置對工件實(shí)行一次快速定位夾緊，避免了工件的重復(fù)定位誤差；采用整體移動(dòng)式導(dǎo)向模板，解決了細(xì)長刀桿

2、剛度不足問題和精度不同的鉆鉸刀具的定位和導(dǎo)向問題；該機(jī)床實(shí)現(xiàn)了工件快速裝卸，可靠定位夾緊，自動(dòng)完成三個(gè)工位的工作循環(huán)，勞動(dòng)強(qiáng)度低 ，生產(chǎn)效率高，為斷續(xù)的撥叉深孔加工提供了技術(shù)保證，具有科學(xué)性。關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；鉆擴(kuò)鉸加工；小直徑斷續(xù)深孔；夾具目 錄內(nèi)容摘要I引 言11概述21.1 撥叉孔精度要求及工藝分析32 零件工藝分析52.1 機(jī)床配置及工藝關(guān)鍵52.2.1 機(jī)床配置52.2.2 工藝關(guān)鍵63 夾具方案及工作循環(huán)83.1 夾具方案83.2 工作循環(huán)10結(jié)論12參考文獻(xiàn)13II引 言 在我國，組合機(jī)床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)

3、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜

4、式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。 由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我

5、國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。從2002年年底第21屆日本國際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉，在來自世界10多個(gè)國家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速

6、度。該屆博覽會(huì)上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速1000020000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)2060m/min；復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時(shí)，加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用，信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，對運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。

7、在這些方面我國組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距，因此我國組合機(jī)床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。本文詳細(xì)闡述了變速箱上蓋撥叉孔鉆擴(kuò)鉸三工位組合機(jī)床設(shè)計(jì)的論證過程。 1概述 拖拉機(jī)變速箱組件是整機(jī)中最重要的部件之一，機(jī)器的換檔 、變速常常通過撥叉組件更換變速箱中多箱上蓋上。當(dāng)撥叉組件設(shè)計(jì)在上蓋上且撥叉孔為不連續(xù)的深孔時(shí)，由于蓋類零件厚度較薄，空問位置有限，撥叉孔徑小、間距近、精度高，加之?dāng)嗬m(xù)深孔結(jié)構(gòu)，使撥叉孔成為加工中的關(guān)鍵。圖1為鄭州拖拉機(jī)廠180輪式拖拉機(jī)的變速箱上蓋結(jié)構(gòu)簡圖，平行的3個(gè)撥叉孔均為斷續(xù)孔，孔徑為l6 mm，深208

8、mm。如果采用通用立式鉆床加工，加工工藝復(fù)雜，加工困難，效率低，斷續(xù)深孔的同軸精度不易保證，且腔內(nèi)撥叉孔端面不加工，鉆頭無引導(dǎo)平面，易折斷鉆頭。本文采用鉆擴(kuò)鉸組合機(jī)床加工則很好的解決了這一問題。11 撥叉孔精度要求及工藝分析一、精度要求圖 1 所示的變速箱上蓋材料為HT200，材料硬度187255 HBS，其左端面上設(shè)計(jì)有3個(gè)與基面C平行的撥叉孔，每個(gè)孔均為三段不連續(xù)的同軸孔：左端17m m 階梯孔是為了加工位于腔內(nèi)的撥叉孔而設(shè)計(jì)的工藝孔mm止口是為了加蓋板 而設(shè)計(jì)的定位孔，其表面粗糙度為Ra125m，精度要求不高；位于上蓋腔內(nèi)與17mm同軸的兩段斷續(xù)孔用于安裝撥叉軸，精度要求比較高，孔徑尺寸

9、精度為mm，同軸度要求為0.04m m，孔軸線到基準(zhǔn)面C的尺寸精度為mm，孔的表面粗糙度為Ra3.2m，兩段斷續(xù)孔間距105mm，孔深總計(jì)208mm，長徑比為l3，屬于深孔。平行的三個(gè)孔孔距精度為33±0.05mm，要求也較高。 圖1 變速箱上蓋結(jié)構(gòu)簡圖二、工藝分析 為保證撥叉孔的加工精度，前道工序已在基面C上加工好兩定位銷孔，故采用銷定位，限制六個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)工件的完全定位。由于工件在設(shè)計(jì)上只有一端有工藝孔，受結(jié)構(gòu)限制，只能采用單向鉆擴(kuò)鉸孔工藝。由于孔較深且不連續(xù)，兩段孔的左側(cè)端面為毛面，對鉆頭的定位性差，鉆頭在兩處毛面位置都容易被引偏，因而兩段孔的同軸度以及其軸線到基面 C 的尺

10、寸精度都不易保證，同時(shí)易折斷鉆頭。 2 零件工藝分析2.1 機(jī)床配置及工藝關(guān)鍵2.1.1 機(jī)床配置組合機(jī)床的配置形式受到被加工零件的結(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，考慮零件的撥叉孔為斷續(xù)的不通孔，工藝上又有較高的同軸度及尺寸精度要求，機(jī)床不受生產(chǎn)節(jié)拍限制，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工效率等要求，機(jī)床采用臥式三工位單側(cè)加工配置方案，如圖 2 所示。三個(gè)工位配置三組刀具，分別完成撥叉孔的鉆、擴(kuò)、鉸加工。為了減少機(jī)床配置成本，并考慮動(dòng)力在單工位加工時(shí)沒有額外增加，擴(kuò)孔加工行程較短 (孔深 10 m m )等，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用第1工位和第工位共用一套動(dòng)力部件，第1工位配置一組加長

11、鉆頭，完成撥又底孔鉆削，第工位配置一組復(fù)合擴(kuò)孔鉆，完成工件左側(cè)工藝孔17mm 和止口mm的最終加工，第工位配置一組精絞刀，完成撥叉孔mm的最終加工。配合三組刀具加工 ，配置臥式兩導(dǎo)軌液壓精密滑臺一個(gè)，液壓精密移動(dòng)工作臺一個(gè)，鉆擴(kuò)鉸液壓夾具一套，PLC 控制變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)兩臺，單獨(dú)液壓站及液壓控制系統(tǒng)一套。2.1.2 工藝關(guān)鍵本組合機(jī)床在整體配置方案上雖然已充分考慮被加工零件的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)，采用較分散的多工步工序來保證孔的精度，但由于被加工零件孔徑小、孔深尺寸大，單側(cè)加工所用刀具細(xì)長，在加工過程中還是存在諸多工藝關(guān)鍵問題，主要有：(1)定位問題包括工件在夾具上的定位和工件相對于各工位刀桿軸線的

12、定位。夾具在移動(dòng)工作臺上安裝調(diào)整后，其在每一工位相對于機(jī)床動(dòng)力頭主軸的位置是固定的，而工件在夾具上安裝后相對于機(jī)床刀桿軸線的位置，取決于其相對于夾具體的位置，所以，工件在夾具中的定位精度，直接影響著工件的加工精度。(2)細(xì)長刀桿剛性不足問題考慮到刀具的剛性，雖然組合機(jī)床的I和工位所配置的麻花鉆和絞刀與機(jī)床主軸的連接是剛性連接，但因其長度超過210mm，細(xì)長刀桿剛性不足所引起的軸線擺動(dòng)問題顯得尤為突出，它會(huì)引起工件孔位的嚴(yán)重偏移和孔軸線與基面的尺寸精度超差，該工序的斷續(xù)長孔，會(huì)使問題更為嚴(yán)重。撥叉孔端面的非加工面，更不利于鉆頭定位，甚至折斷鉆頭。(3 )導(dǎo)向問題鉆削加工和鉸削加工所用刀具均為定尺

13、寸刀具，工件的尺寸精度一方面取決于刀具的制造精度、刀具的剛性 ，另一方面取決于導(dǎo)向套 的導(dǎo) 向精度 。表面粗糙度取決于刀具的剛性、刀具的幾何參數(shù)及合理的切削用量 。同軸度取決于導(dǎo)向套與支承的剛性。為使被加工要素達(dá)到不同的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度，常采用不同的導(dǎo)向精度，即鉆鉸孔所用導(dǎo)向裝置的精度不同。而為了有效解決工件重復(fù)定位誤差問題，本機(jī)床整體方案配置中已采用了三個(gè)工位共用一套夾具方案，由此帶來的在一套夾具中實(shí)現(xiàn)不同工步的不同導(dǎo)向精度問題 ，是解決加工精度的又一個(gè)工藝關(guān)鍵問題。3 夾具方案及工作循環(huán)3.1 夾具方案 考慮解決上述定位問題、刀桿剛性不足問題和導(dǎo)向問題等，夾具結(jié)構(gòu)方案如圖 3

14、 所示。工件在夾具上采用一面兩銷定位一次裝夾后完成三個(gè)工位的加工。由于工件相對于夾具體位置在整個(gè)工序中固定，只要調(diào)整好夾具相對于機(jī)床的位置，工件相對于機(jī)床的位置即被確定，避免了使用多套夾具時(shí)工件重復(fù)定位帶來的加工誤差，解決了定位問題。夾具中，兩定位銷和壓緊機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)。液壓油缸 13 的活塞桿向下推動(dòng)推板16，帶動(dòng)杠桿17向下轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使定位銷14上移進(jìn)行工件定位的同時(shí)，帶動(dòng)拉桿10壓緊工件，勾形壓板7的壓緊行程等于定位銷 14 的定位行程，且壓緊時(shí)定位銷的階梯端面位于墊板頂面下方，以防干涉。當(dāng)液壓油缸l3 的活塞桿反向移動(dòng)時(shí)，定位銷14下移到墊板頂面以下，以方便工件裝卸。同時(shí)，勾形壓板7松開。16

15、1718161718圖3夾具總圖考慮到第I、工位鉆鉸刀桿細(xì)長，加工過程中剛性不足不易定位，且易引偏孔向，所以，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，I、工位設(shè)置導(dǎo)向模架，但受到工件結(jié)構(gòu)的限制，只在工件左側(cè)和撥叉孔間斷處兩個(gè)位置設(shè)置了導(dǎo)向模板，以增加刀桿剛性和提高定位、引導(dǎo)的準(zhǔn)確性。因?yàn)楣ぜ谡麄€(gè)加工過程中共用一套夾具，鉆孔、鉸孔所用導(dǎo)套精度不同，所以，必須在I、m 兩個(gè)工位設(shè)置兩套導(dǎo)向裝置，這就帶來了導(dǎo)向設(shè)計(jì)的困難。為此，將導(dǎo)向模架 4 設(shè)計(jì)成可移動(dòng)式 。導(dǎo)向模架4在液壓油缸12的帶動(dòng)下工作 時(shí)有三個(gè)位置 ，原始位置導(dǎo)向模架頂面縮回到夾具墊板 6 頂 面以下，使工件能夠順利裝卸 ；鉆孔位置 S1導(dǎo)向模架 4 由液壓油

16、缸 12 的活塞桿推到其上部三個(gè)鉆套孔軸線與刀具軸線對齊，位置精度由側(cè)面的定位鋼球 1 和與其配合的球形凹坑的精度以及球形凹坑與導(dǎo)向套軸線之間的尺寸精度確定。定位鋼球從左端裝入，調(diào)整緊定螺釘，可以調(diào)整鋼球1壓緊導(dǎo)向模架 4 的壓力 ，導(dǎo)向模架 4 到位后定位鋼球1 觸動(dòng)液壓控制器 ，使與導(dǎo) 向模架 4 相連 的液壓油缸12 泄壓而使導(dǎo)向模架 4 鎖定在鉆孔位置 S ；鉸孔位置S2導(dǎo)向模架 4 由液壓油缸 12 的活塞桿推到其下部三個(gè)鉸套孔軸線與刀具軸線對齊 ，位置精度仍由側(cè)面的定位鋼球 1 確定。考慮到第 工位的擴(kuò)孔精度要求不高，刀桿短，剛性較好，無需定位和導(dǎo)向。加工時(shí)除了鉆鉸套位置精確定位外

17、，撥叉孔的尺寸精度還受到導(dǎo)向裝置精度的影響，為了使導(dǎo)向更加精確，采用了固定導(dǎo)套，其與鉆模架為緊配合，以消除導(dǎo)套與模板之間的間隙；導(dǎo)套長度取值也比一般鉆鉸孔時(shí)導(dǎo)向長度稍長一些。鉸孔加工決定了撥叉孔的最終精度，所以，選擇絞刀與鉸套3之問的配合時(shí)，以既要有效地提高導(dǎo)向精度，又不影響刀桿和導(dǎo)套之間的相對運(yùn)動(dòng)為原則，選擇了較緊的間隙配合，并在導(dǎo)套和刀桿之間加潤滑劑 ，以保證導(dǎo)向順暢。為了提高導(dǎo)套的耐磨性，導(dǎo)套材料選擇錫青銅。考慮到夾具移動(dòng)工位時(shí)，刀具須脫開導(dǎo)套的特點(diǎn)，刀具部分設(shè)計(jì)有托架，以提高刀具對導(dǎo)向孔的準(zhǔn)入性。3.2 工作循環(huán) 機(jī)床自動(dòng)工作循環(huán)如圖 4 所示，工件在夾具上初定位后 ，定位銷 14 和

18、鉤形壓板 7 在液壓油缸 13 的驅(qū)動(dòng)下聯(lián)動(dòng) ，實(shí)現(xiàn)工件先定位后夾緊導(dǎo)向模架 4 移動(dòng)到鉆孔位置 S1 (到位后油缸泄壓)I 滑臺開始第一次工作循環(huán)：快進(jìn) (冷卻 供、主軸轉(zhuǎn))工 進(jìn) (死擋塊停留)快退至原位 (主軸停 )導(dǎo)向模架 4 退 回原始位置一液壓移動(dòng)工作臺開始工作循環(huán)：快進(jìn)緩進(jìn)至 工位(行程開關(guān)停留)，滑臺進(jìn)行第二次工作循環(huán)：快進(jìn)(冷卻供 、主軸轉(zhuǎn))工進(jìn) (死擋塊停留)快退至原位(主軸停 、冷卻停)導(dǎo)向模架 4 移動(dòng)到鉸孔位置 S2(到位后油缸泄壓)液壓移動(dòng)工作臺 8 進(jìn)行第二次工作循環(huán) ：快進(jìn)緩進(jìn)至 工位(行程開關(guān)停留)，滑臺開始工作循環(huán) ：快進(jìn)(冷卻供 、主軸轉(zhuǎn) )工進(jìn)(死擋塊停留)工退快退至原位 (主軸停