50型裝載機(jī)變速器體同軸度的數(shù)控加工

50型裝載機(jī)變速器體同軸度的數(shù)控加工

與一般設(shè)備的行駛速度相比，大型裝載配平器的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，體積大，傳動(dòng)精度要求高。其質(zhì)量直接受裝配工藝和車身的性能，并受裝配工藝的操作效率的影響。由于各種各樣的原因,可查到的介紹裝載機(jī)變速箱機(jī)械加工的文獻(xiàn)資料極少,大部分都是有關(guān)汽車變速箱的。50型變速箱體如圖1所示,在箱體內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)向泵系統(tǒng)、變速泵系統(tǒng)、行星齒輪機(jī)構(gòu)及輸入輸出機(jī)構(gòu)等多種復(fù)雜的零部件。這些零部件和組件的裝配精度很大程度上取決于箱體本身的加工精度。因此,箱體的加工不僅要滿足軸承孔的尺寸精度要求,更重要的是還要保證各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間配合運(yùn)動(dòng)時(shí)的形位公差要求,如與變矩器和端蓋相連接平面之間的平面度、傳動(dòng)軸線的平行度及與面的垂直度、同軸孔系的同軸度等。在眾多的加工精度要求中,箱體的同軸度精度要求較高,加工難度大。在加工制造過(guò)程中,如何保證同軸度是整個(gè)箱體加工的關(guān)鍵。作者以一種具體的50型裝載機(jī)變速箱體的加工為例,在對(duì)影響裝載機(jī)變速箱體加工精度的核心加工項(xiàng)目——同軸孔系的加工要求進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)比基于常規(guī)加工方法和數(shù)控加工方法,詳細(xì)分析了基于加工中心的同軸度加工過(guò)程中的各種問(wèn)題。1彈性擋圈的安裝50型變速箱體設(shè)計(jì)上對(duì)同軸度要求地方有兩處:行星變速部分(ⅡⅢ軸總成)和變速箱輸出軸(Ⅳ軸總成),如圖2所示。行星變速機(jī)構(gòu)主要安裝在箱體上?420H7、?358H7、?355H10、?342H8、?90J7、?170h8等一系列同軸孔系上。?90J7是軸承外圈的安裝孔,在孔內(nèi)還有彈性卡槽,安裝的彈性擋圈是軸承的軸向定位元件;?342H8、?170h8這兩個(gè)部位是倒擋活塞安裝平臺(tái),為保證活塞的運(yùn)動(dòng)特性,在公差上采用間隙配合,孔口有30°倒角;?355H10是隔離架的安裝位置;?420H7、?358H7是端蓋安裝孔,在端蓋上安裝有滾動(dòng)軸承。?420H7、?90J7兩端面之間距離達(dá)到440mm,直徑上從大到小呈階梯型變化;孔的類型上既有通孔,又有盲孔,如?342H8就是盲孔,?170h8則是一個(gè)凸臺(tái),而且嵌在?342H8盲孔內(nèi);?355H10還存在斷續(xù)切削。所有孔的公共軸線是同軸度的基準(zhǔn),意味著孔加工難度提高。變速箱的輸出軸通過(guò)兩個(gè)滾珠軸承支承在跨距483mm孔內(nèi),孔內(nèi)安裝了軸承、油封及彈性擋圈,因此,每個(gè)孔都采用相同的基準(zhǔn)尺寸不同的公差,保證了各自的功能需求。在孔的形式上都是外大內(nèi)小的臺(tái)階孔?？着c孔互為基準(zhǔn),有同軸度的要求,并與行星變速機(jī)構(gòu)有平行度的要求,目的是保證齒輪之間的正常嚙合。2傳統(tǒng)制造技術(shù)對(duì)軸向加工的影響2.1軸系孔加工工藝50型變速箱箱體制造,依批量大小有兩種不同加工方法:單機(jī)生產(chǎn)和專機(jī)生產(chǎn)。單機(jī)生產(chǎn)模式。在50型變速箱的箱體同軸度的加工中采用了兩種不同的設(shè)備。行星輪系孔系采用的設(shè)備是立式車床,為了方便操作,設(shè)備上都裝有數(shù)顯裝置。加工時(shí)利用?420H7、?90J7之間的同軸關(guān)系,互為基準(zhǔn);變速箱輸出軸孔的加工中采用的設(shè)備是臥式鏜床,鏜模板安裝在變矩器結(jié)合面上,使用杠桿百分表校正?90J7孔,建立工件坐標(biāo)系,加工出同軸孔。專機(jī)生產(chǎn)模式。依據(jù)粗精加工分開(kāi)原則,采用6點(diǎn)定位方式,在4臺(tái)專機(jī)上加工出2個(gè)相應(yīng)的孔系。2.2孔隙率的影響及定位安裝誤差用立式車床加工同軸孔時(shí),對(duì)其精度影響最大的因素是離心力和基準(zhǔn)孔與零件的定位安裝精度。離心力是由車床的工作方式造成的,也就是切削加工時(shí),工件在工作臺(tái)帶動(dòng)下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),車削時(shí)刀具產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。50型變速箱箱體本身是一個(gè)異形鑄造件,行星孔系與箱體的幾何質(zhì)心有偏差,夾具上的配重不能完全消除車削時(shí)離心力。離心力的存在使工件容易產(chǎn)生偏心運(yùn)動(dòng),加重了對(duì)刀具的沖擊,造成車削的不穩(wěn)定,影響了孔的表面質(zhì)量和同軸度,特別是在加工?342H8孔時(shí),刀具懸伸大,影響會(huì)更顯著。工件的定位安裝誤差主要由兩方面因素產(chǎn)生:(1)工件上定位的孔與端面有垂直度誤差或安裝面上有鐵屑等異物,在夾緊力作用下工件發(fā)生變形,加工完后工件恢復(fù)變形,從而影響同軸度;(2)定位的心軸與孔有配合間隙,這是由孔、心軸的直徑公差及安裝時(shí)相應(yīng)的間隙產(chǎn)生的。由于此間隙的存在,必然產(chǎn)生中心線的基準(zhǔn)位置誤差,最大誤差在最大直徑孔與最小心軸相配合處。采用專機(jī)加工是一種剛性的生產(chǎn)方式,在定位上存在基準(zhǔn)不重合影響;零件毛胚上的偏差會(huì)產(chǎn)生誤差復(fù)映;專機(jī)本身的制造精度、調(diào)整等因素都會(huì)對(duì)同軸度的加工產(chǎn)生影響。3制造工藝和制造精度本身缺陷采用常規(guī)的制造工藝,同軸度不易控制,主要因素是設(shè)備的精度、制造工藝本身缺陷。提高50型箱體同軸度的加工精度和加工效率,關(guān)鍵是提高機(jī)床的精度、減少安裝定位的誤差、減少工件校正時(shí)間,并能方便地進(jìn)行自動(dòng)切削。3.1設(shè)備的制造—加工設(shè)備及工藝安排由于50型變速箱箱體的加工內(nèi)容多,分布在不同平面上。因此選擇韓國(guó)斗山集團(tuán)的臥式加工中心H-100進(jìn)行箱體的加工。該設(shè)備x、y、z直線軸定位精度為±0.005mm/全行程、旋轉(zhuǎn)軸B軸定位精度為±3″。刀庫(kù)容量為60把。在工藝安排上,采用“工序集中”、“先粗后精”、“先面后孔”的原則,利用臥式加工中心的特點(diǎn),一次裝夾完成關(guān)鍵的工序加工,保證加工質(zhì)量。3.2與操縱閥安裝平面的選擇工件裝夾采用一面兩銷的定位方式,用螺栓壓板夾緊,實(shí)現(xiàn)工件定位和裝夾,如圖3所示。變速操縱安裝閥安裝平面是主要定位面,但其面積較小,為了增加定位面的接觸剛度,將與操縱閥安裝平面處于相同平面的螺栓孔圓臺(tái)作為工藝凸臺(tái),加工時(shí),應(yīng)提高其加工精度和表面粗糙度。箱體上的?25作為主定位銷孔,?32油鏡孔作為削邊銷的安裝孔。3.3影響大同零件加工精度的因素(1)工件轉(zhuǎn)角偏差此道工序中,主要定位面(變速閥安裝平面)及主定位孔的中心是行星輪系的尺寸基準(zhǔn)。因此,此道工序沒(méi)有基準(zhǔn)不重合誤差,但一面兩銷的定位方式與工件存在配合間隙,工件會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)角偏差,如圖4所示。其轉(zhuǎn)角大小與定位孔、定位銷的制造精度和配合間隙及兩個(gè)孔的中心距有關(guān),其影響關(guān)系如下:α=±arctanδ1+δ22Lα=±arctanδ1+δ22L(1)轉(zhuǎn)角的存在主要影響工件在機(jī)床的準(zhǔn)確定位,對(duì)于單邊鏜孔加工,同軸度的影響很小,但對(duì)于50型變速箱箱體需要從兩邊進(jìn)行鏜孔加工,同軸度的影響很大。采用提高定位元件的制造精度、選擇的兩個(gè)定位孔的中心距盡可能大等措施有助于減少轉(zhuǎn)角誤差,從而提高加工精度。(2)加工孔軸線誤差對(duì)旋轉(zhuǎn)精度的影響50型變速箱箱體同軸孔的加工不可避免地需要調(diào)頭鏜孔,以減少鏜桿的懸伸長(zhǎng)度,提高鏜桿的剛性,有利于保障加工精度,但調(diào)頭鏜孔時(shí)工作臺(tái)需要進(jìn)行反向定位和180°回轉(zhuǎn),不可避免地帶來(lái)了軸線不可能完全重合的問(wèn)題,導(dǎo)致加工孔軸線之間的同軸度誤差的存在。誤差關(guān)系式如下:Δx=2(Lw/2+Lxtanβ2)tanβΔx=2(Lw/2+Lxtanβ2)tanβ(2)式中:β為工作臺(tái)回轉(zhuǎn)定位精度;Lw為同軸孔系的兩端之間距離;Lx為工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°,x向坐標(biāo)以回轉(zhuǎn)中心為基準(zhǔn)的移動(dòng)距離。50型變速箱箱體加工方案中,回轉(zhuǎn)精度誤差將對(duì)同軸度的加工造成較大的影響。因此,以輸出軸來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算:β=±3″;Lw=483mm;Lx=312.5,則Δx=0.007mm<0.04mm,精度檢驗(yàn)合格。(3)銑桿處理工藝鏜刀鏜孔時(shí),鏜桿受切削力矩M、切削力F及鏜桿自重G的影響,鏜桿相當(dāng)于懸臂梁,受均布載荷和集中載荷作用,從而產(chǎn)生扭曲變形,切削時(shí)影響工件表面粗糙度、刀具壽命及