差速器壳十字轴孔四面双工位鲇镗组合机床设计.pdf

第 1 2期 2 0 1 2年 1 2月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o du l a r M a c h i ne To o l Aut o m a t i c M a nuf a c t ur i ng Te c hni que NO ． 1 2 De c ．2 01 2 文章编 号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 2 1 2 0 1 0 2 0 3 差速器壳十字轴孔四面双工位鲇镗组合机床设计 苗 晓鹏 1 ． 安 阳工 学 院 机 械 工 程 学 院 ， 河 南 安 阳 4 5 5 0 0 0 ，马 江虎 ， 苏华礼 4 5 5 0 0 0 ；2 ． 安 阳市第 二机 床有 限公司， 河南 安 阳 摘 要 对汽 车差速 器 壳十 字轴孔加 工 中存在 的 问题 进 行 了分析 ， 提 出 了采 用 固定 式 多 工位 夹具 组合 机床 一 次装 夹 完成 十 字轴孔 加 工的 工 艺方 案 ， 并 确 定 了机床 的 总体 结构 ， 对 其 关键 部 件 进行 了选 型 计 算及设 计 。该机 床使 用结 果表 明 ， 十 字轴孔 的位 置精 度得 到保 证 ， 加 工质 量 明显提 高 ， 同时降低 了 装 卸 工件 的 劳动 强度 ， 提 高 了生产效 率。 关 键词 差速 器 壳 ； 十 字轴孔 ； 组合 机床 ； 设计 中图分 类号 T H1 6； T G 6 5 文献 标识 码 A De s i g n o f Fo ur - s i de d Do ub l e S t at i o n Dr i l l i ng- Bo r i ng M o d ul a r M a c h i ne To o l f 0 r t he Cr o s s Ax i s Ho l e i n Di f lf e r e n t i a l Ca s e MI AO Xi a o p e n g ，MA J i a n g hu ，S U Hu a l i 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， A n y a n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， A n y a n g 4 5 5 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． A n y a n g No ． 2 Ma c h i n e T o o l Wo r k s ，An y a n g 4 5 5 0 0 0，Ch i n a Abs t r a c t Th e p r o c e s s i n g p r o bl e ms o f t h e c r os s a x i s a p e r t u r e s i n a u t o mo t i v e d i f f e r e n t i a l c a s e h a v e b e e n a n a l yz e d，t h e p r o c e s s i n g pr o g r a m i s s u p p l i e d u s i n g fix e d mu l t i s t a t i o n f i x t u r e mo d u l a r ma c h i n e t o o l s t o ma c h i n e t h e c r o s s a x i s a p e r t u r e s wi t h o n e t i me c l a mpi n g， a n d t h e ma i n s t r u c t u r e o f t h e ma c hi n e i s s u r e d ．Th e n t h e k e y c o mp o n e n t s o f t h e ma c hi n e h a v e b e e n c a l c u l a t e d a n d d s i g n e d． Th e u s i n g r e s u l t o f t h e ma c h i n e p r o v e s t h a t t h e p o s i t i o n p r e c i s i o n o f c r o s s a x i s a p e rtu r e s c a n b e g u a r a n t e e d a n d p r o c e s s i n g q u a l i t y i s i mp r o v e d ． Me a n wh i l e， t h e l a b o r i n t e n s i t y o f u n l o a d i n g wo r k pi e c e s i s r e d u c e d a n d t h e p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y i s i mp r o v e d． Ke y wo r dsd i f f e r e n t i a l c a s e；c r o s s a x i s ho l e；mo d ul a r ma c h i n e t oo l s； d e s i g n O 引 言 差 速器是 汽 车 的关 键 部 件 ， 它 的性 能 好 坏 直 接 影响汽车的整体性能。差速器壳上用 于安装行 星齿 轮 十字 轴 的 4个 轴孔 加 工 是一 个 难 题 。 目前 十字 轴 孔加 工 的方法 ， 主要有 采 用 加工 中心 ， 一 次装 夹 多 次 换刀完成加工 ， 十字轴孔垂 直度依靠高精度机床保 证 ， 但多次换刀 ， 效率偏低 ； 或使用 回转工作 台组合 机床 加 工 ， 一 次 装 夹 通 过 回转 工 作 台 实 现 十 字 轴 孔 加工 ， 效率较高， 但 回转工作台 回转精度偏低 ， 使十 材料 为 Q T 4 5 0 1 0 ， 本 组 合 机 床 的加 工 内容 是在 差 速 器左 、 右外 壳 的分 界 面 上加 工 出 十字 轴 孔 ， 孑 L 径 尺寸 为 2 8 o ， 表 面粗 糙 度 为 1 ． 6 ，4个轴 孔 之 间 的垂 直度要求为 0 ． 0 6 ram， 对称度为 0 ． 0 4 mm。经过分析 认为 ， 要达到此精度最后必须镗孑 L ， 并且必须在同一 工位上 同时完成 4个孑 L 的镗孑 L 加 工， 考虑到加工部 位是实体 ， 没有底孑 L ， 还需要有钻孔丁序。最后制定 工艺方 案 ， 通 过 钻 、 镗 两 个 T 序 完 成 十 字 轴 孔 的加 _丁 ， 同时为 了保证 垂 直度 的要 求 ， 4个 孔 必须 在 一 个 工位 上 同时完成 加工 。 字孔垂直度有所 降低 ； 还有使 用通用机床外加专用 工装夹具加工， 效率低且精度无法保证。基于以上 [ 一 一十一 ＼ ＼ 情况， 本文提出一次装夹工件， 完成十字轴孔的钻、 瘟 镗两工序的工艺设想， 并设计了用于差速器壳十字 4 三 轴孔加工的卧式四面双工位钻镗组合机床。 兰_ 孟 螫 J』 ⋯ 1 差速器 壳十字轴 孔加 工工艺分析 ＼ j 图 1 所示为被加工工件 的工序 图。差速器壳体 ⋯ ～一 收稿 日期 2 0 1 2 0 43 0 作者简介 苗晓鹏 1 9 7 0 一 ， 女 ， 河南 安阳人 ， 安 阳工学院机械工程学院副教授 ， 硕士 ， 主要从事机械设计 、 先进制造技术教学与科研工作 ， E ma i l mi a o x i a o p e n g 1 2 6 ． e o m。 2 0 1 2年 l 2月 苗晓鹏 ， 等差速器壳十字轴孔 四面双工位钻镗组合机床设计 1 0 3 2 机床 的设计方案 3 关键部件选型及 设计 2 ． 1机床 的 总体 布局 根据工艺方案确定了组合机床的型式 和总体 局 ， 如图 2所示。为卧式四面上下双工位组合机床。 图 2机 床 总 体 布 局 机床 的结构组成如图 3所示。机床中间为 固定 式双工位夹具 ， 夹具能够带动工件上下移动实现钻、 镗两工位的转换 ， 机床四周 由四个侧床身 1 ， 四个标 准滑 台垫铁 3 ， 四个液压滑台 4加四个上下双头专用 镗头箱 7及其传动装置 6组成。其中侧床身、 滑台垫 铁 ， 液压滑台均为西德标准的通用部件 ， 夹具 、 双头 专用镗头及其传动装置为专用部件 。 6 7 R 9 1 n 1 l 1 ． 侧 床 身 2 ． 专 用 底 座 3 ． 滑 台垫 铁 4 ． 液 压 滑 台 5 ． 驱 动 电机 6 ． 传 动装置 7 ． 镗头箱 8 ． 钻头 9 ． 工件 1 0 ． 夹具体 1 1 ． 镗刀 图 3机床 结构图 加工时 ， 工件 9装夹在夹具体 1 0中间固定不动 ， 由水 平 布 置在 工 件 四面 的 钻头 8实 现 主运 动 和进 给 运动 ， 以完成 对工 件 的钻 削加 工 。然 后 ， 夹 具 体 带 动 工件下行到镗孑 L 工位 ， 由四把镗刀 1 1同时完成十字 轴 孔 的镗 削加 工 。 2 ． 2机床 的 工作循 环 机床工作循环如图 4所示 ， 人工上件． 定位夹紧． 夹 具 快进 转慢 进至 钻孔 加工 工 位一 前后 左右 滑 台 同时 快 进 一 滑 台 工 进 、 完 成 钻 孔 加 工 ， 滑 台快 退． 夹具 快 退 转慢退至镗孔工位． 滑台快进． 滑 台工进、 完成镗孔加 工． 滑 台快退 ． 夹 具松 卡 ． 人 工下件 一 进入 下一 个循 环 。 图 4 机床 工作循环图 3 ． 1动 力部件 的选 型 动力部件 用 以实 现切 削刀具 的旋转 和进 给运 动 ， 是组合机床最主要 的通用部件 。动力部件包括 动力滑台及与其 相配套 使用 的动力箱 和各种 单轴 头。由于本机床 四面配置动力头 ， 采用固定式双工 位夹具 ， 通过夹具上下移动来 实现工件 4个十字轴 孔的钻削与镗削加工 ， 动力头不能采用通用镗头 ， 必 须采用上下双头专用镗头。 1 高速钢钻头切削功率计算 扭矩的计算 MD S 。 HB。 2 6 0 ．2 。 21 0 。 9 7 06 ．9 6Kg ’mm 切削功率的计算 N肘 ／71 6． 21 ． 36wd 9 7 06． 9 621 ．3 9 0／ 71 6． 21 ． 3 63．1 4 2 6 2． 6 kW 2 硬 质合 金镗 刀切 削功 率 的计算 圆周力的计算 Pz 5．1 4t s 。 HB。 ’ K越 K 。 5．1 4 10． 0 62 。 21 0 。 0 ．9 4 1 ． 03 1 1 ． 7Kg 切削功率的计算 NPz r／6 01 02 l1 ． 773 ．8 5 2／ 6 0 t 020． 1 4k W 上下双头专用镗头的设计按 2 ． 6 k W 规格设计并 考虑备量。驱动 电动机选用 型号为 Y1 3 2 S - 6 B 5 ， 电 动机功率为 3 ． 0 k W， 转速为 9 6 0 r p m。同上计算进给 功率并考 虑专用 镗头重 量等 因素 ， 选用 S E HY 3 2 0 - 4 0 0西德标准的液压滑台作刀具进给用。 3 ． 2专用 镗头 传动 装置 的设 计 1 传动系统 本机 床 钻 孔 加 工 主 轴 转 速 为 2 6 2 r ／ mi n ， 镗 孔 加 工 主轴转速为 8 4 0 r ／ mi n ， 专用镗头驱 动电机转速为 9 6 0 r ／ m i n ， 传动示意图如图 5所示。电动机 3的运动 经一对齿轮副传至镗刀驱动轴 1 ， 经三对齿轮副传至 钻 头 驱动 轴 2 。 2 l 工 一 - I ／ ， 工 ／ I - T 一 _ 1 ． 镗刀驱动轴 2 ． 钻头驱动轴 3 ． 主轴 图 5传动 系统示意图 2 传动箱结构 传动箱结构展开 图如 图 6所示 ， 前后 箱体合箱 l 0 4- 组合 机床 与 自动化 加工技 术 第 1 2期 后 ， 与专用镗头箱体联接 ， 在保证 主轴与箱体平行的 前提下 ， 刮研底面， 使前后箱体底面与镗头箱体底面 共 面 。 1 母 母 崎 ／ } j事 一 7 r 、 ／ j ＼ 1 ． 镗 刀驱 动轴 2、 3、 5 ． 传 动轴 4 ． 前 箱 体 6 ． 钻 头 驱 动 轴 7 ． 后 箱 体 8 ． 电动机 图 6传动箱 结构 展开图 3 ． 3支 撑部件 的选 型 侧床身用 于固定动力 部件， 一般和通用部 件相 配套 。S E H Y 3 2 0 - 4 0 0西 德 标 准 的 液 压 滑 台 配 备 S HT 3 2 0 ／ 4 0 0西德标准 的侧 床身 即可。考虑上 料高 度问题 ， 侧床身上需要 加 Z WH 3 2 0 ／ 4 0 0标准滑 台垫 铁以使工件上料高度达到丁人操作最合适的高度 。 3 ． 4夹 具设计 本机床采用 固定式双工位夹具 ， 工件安装 在夹 具体 中， 由液压驱动夹具体带动_T件上下移动 ， 实现 钻孔 、 镗 孔两 工位 的 转换 。夹 具 的结 构 如 图 7所 示 ， 夹具采 用 四立柱结构形式 ， 夹具体 6装在 四立柱 4 上 ， 并能 沿 四立 柱 上 下 移 动 实 现 工 位 的转 换 。 四 立 柱 4固定 在专 用底 座 1 上 ， 专用 底座 1中放一 驱动 油 缸 2来驱动上部夹具体 6的动作 ， 四立柱上放置挡铁 来 控制 夹具体 上 下移 动 的距 离与 精 确性 。专 用 底 座 四周为 标 准 的 水槽 ， 用 于加 工 切 屑 的清 除 。夹 具 体 上除定位等用水平面外其余全部 为斜面 ， 便于切屑 顺夹具体落到专用底座的水槽 中。夹具体 6中部放 夹 紧油 缸 1 l ， 用 于_T件 的夹 紧。 加 工时 ， 工件 7顺 导 向拉杆 9放人 夹具 体 6中的 正确位置， 由各定位元件实现T件定位， 在拉杆上部 槽中放人压环 8 ， 夹紧油缸 1 1的活塞向下运动 ， 带动 导 向拉 杆 9及 压环 8 一 起下 移 ， 工件夹 紧 。图 7所 示 为钻孑 L T位。钻孔加工结束后 ， 专用底座 1中的驱 动 油缸 2的活 塞 3带动 夹 具体 及 工 件一 起 向下 移 动 至 镗孔 工 位 ， 镗孔 加 工 结 束 后 ， 夹具 体 上 移 ， 夹 紧 油 缸松 开工 件 ， 即可将 工件 卸下 。 0 1 1 ． 专用底座 2 ． 驱动油缸 3 ． 活塞杆 4 立柱 5 ． 导 向套 6 ． 夹具体 7 ． 工 件 8 ． 压环 9 ． 导向拉杆 1 0 ． 定位套 1 1 ． 夹紧油缸 图 7夹 具 结 构 图 4 结束语 本组 合机 床能 一次 装 夹 完成 差 速 器壳 十字 轴 孔 的加工 ， 减少 了多 次装 夹 带来 的加 工误 差 ， 很 好 地 解 决 了现 阶段差 速器 壳 钻 镗工 序 分 开加 _ [ 导 致镗 孑 L 余 量不均 ， 孔垂直度 、 圆度差等缺点 ， 实际使用证明 ， 加 工 零件精 度达 到用 户 图纸要 求 。采 用 本组 合 机 床 有 效解决了差速器壳十字轴孔加工这个难题 ， 不但T 件加工精度得到保证 ， 质量明显提高 ， 生产效率也提 高了 4～ 5倍 ， 取得了很好的经济效益和社会效益。 『 参考 文献 ] [ 1 ]大连组合机床研究所．组合 机床设 计 第 一册 [ M] ．北 京 机 械 工 业 出 版礼 ， 1 9 7 5 ． [ 2 ]王正刚 ， 王福元 ．汽 缸体 三面精 镗组 合镗床 总体 布局及 夹具结构设 计 [ J ] ．组合 机 床及 自动化 加丁 技 术 ， 2 0 1 1 3 7 37 7 ． [ 3 ]韩 海 群 ， 李 春 燕．WD 汽缸 体 三 轴 孔 精 镗 机床 的 设计 [ J ] ．组合 机床及 自动化加T技术 ， 2 0 1 1 1 9 4 9 8 ． [ 4 ]刘代瑞．Z F差速器壳专机夹具 设计 [ J ] ．汽车 艺与材 料 ， 2 0 0 9 2 4 5 4 9 ． [ 5 ]汗炼钢 ．浅谈 差速器壳体的加T及装配互换性问题 [ J ] ． _丁程建设与设计 ， 2 0 0 8 1 0 7 9 8 O ． [ 6 ]郑建喜 ．铣钻 汽车 “ 十字 ” 轴 的组合机 床设 计 [ J ] ．机械 工程师 ， 2 0 0 6 2 6 1 6 3 ． 编辑李秀敏 上接 第 1 0 1页 [ 参考文献 ] [ 1 ]刘力双 ， 孙双花．电子摄像式 对刀仪 的研 究[ J ] ．先进检 测技术与装置 ， 2 0 0 7 1 1 1 2一l 5 ． [ 2 ]黄诗悔 ， 产文 良．基 于宏程 序 的电子对 刀仪 在加 T中心 的应崩 [ J ] ．机床与液压 ， 2 0 1 1 1 0 3 9 4 0 ． [ 3 ]朱宏伟．基于 F A N U C用 户宏程 序 的刀长测 量程 序设计 [ J ] ．机床与液压 ， 2 0 1 2 2 4 0 4 1 ． [ 4 ]B E I J I N G F A N U C机 电有 限公 司．F A N U C 0 i C系统 功 能 说 明书 软件 [ z ]2 0 0 4 ． [ 5 ]王庆有．光电传感器应用 [ M] ． 2 0 07． [ 6 ]B E I J I N G F A N U C机电有 限公 司 书 硬 件 [ z ]2 0 0 4 ． [ 7 ]B E I J I N G F A N U C机 电有 限公 司 说 明书[ z ]2 0 0 4 ． 北京 机械 T业 版社 ， F ANU C- 0 I M 连 接 说 明 F A N U C 0 i ． C系统 参数 编辑李秀敏 6 5 4 3 2