变速箱上盖拨叉孔钻扩铰三工位组合机床工艺规 程判定与工装设计

1、大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：变速箱上盖拨叉孔钻扩铰三工位组合机床工艺规 程判定与工装设计 II 内容摘要 本文详细阐述了变速箱上盖拨叉孔钻扩铰三工位组合机床设计的论证过程。各种机械的变速箱中，拨叉类零件以其良好的操纵性和良好的稳定性取胜。本文针对变速箱上盖拨叉子L直径小、孔深尺寸大、不连续且精度要求高 ，孔端无加工平面定位易折断钻头、精度难以保证等问题进行加工工艺分析 ，设计了工序比较集中的三工位钻扩铰组合机床，利用一套夹具装置对工件实行一次快速定位夹紧，避免了工件的重复定位误差；采用整体移动式导向模板，解决了细长刀杆

2、刚度不足问题和精度不同的钻铰刀具的定位和导向问题；该机床实现了工件快速装卸，可靠定位夹紧，自动完成三个工位的工作循环，劳动强度低 ，生产效率高，为断续的拨叉深孔加工提供了技术保证，具有科学性。关键词：组合机床；钻扩铰加工；小直径断续深孔；夹具目 录内容摘要I引 言11概述21.1 拨叉孔精度要求及工艺分析32 零件工艺分析52.1 机床配置及工艺关键52.2.1 机床配置52.2.2 工艺关键63 夹具方案及工作循环83.1 夹具方案83.2 工作循环10结论12参考文献13II引 言 在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业

3、实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜

4、式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我

5、国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速

6、度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。

7、在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。本文详细阐述了变速箱上盖拨叉孔钻扩铰三工位组合机床设计的论证过程。 1概述 拖拉机变速箱组件是整机中最重要的部件之一，机器的换档 、变速常常通过拨叉组件更换变速箱中多箱上盖上。当拨叉组件设计在上盖上且拨叉孔为不连续的深孔时，由于盖类零件厚度较薄，空问位置有限，拨叉孔径小、间距近、精度高，加之断续深孔结构，使拨叉孔成为加工中的关键。图1为郑州拖拉机厂180轮式拖拉机的变速箱上盖结构简图，平行的3个拨叉孔均为断续孔，孔径为l6 mm，深208

8、mm。如果采用通用立式钻床加工，加工工艺复杂，加工困难，效率低，断续深孔的同轴精度不易保证，且腔内拨叉孔端面不加工，钻头无引导平面，易折断钻头。本文采用钻扩铰组合机床加工则很好的解决了这一问题。11 拨叉孔精度要求及工艺分析一、精度要求图 1 所示的变速箱上盖材料为HT200，材料硬度187255 HBS，其左端面上设计有3个与基面C平行的拨叉孔，每个孔均为三段不连续的同轴孔：左端17m m 阶梯孔是为了加工位于腔内的拨叉孔而设计的工艺孔mm止口是为了加盖板 而设计的定位孔，其表面粗糙度为Ra125m，精度要求不高；位于上盖腔内与17mm同轴的两段断续孔用于安装拨叉轴，精度要求比较高，孔径尺寸

9、精度为mm，同轴度要求为0.04m m，孔轴线到基准面C的尺寸精度为mm，孔的表面粗糙度为Ra3.2m，两段断续孔间距105mm，孔深总计208mm，长径比为l3，属于深孔。平行的三个孔孔距精度为33±0.05mm，要求也较高。 图1 变速箱上盖结构简图二、工艺分析 为保证拨叉孔的加工精度，前道工序已在基面C上加工好两定位销孔，故采用销定位，限制六个自由度，实现工件的完全定位。由于工件在设计上只有一端有工艺孔，受结构限制，只能采用单向钻扩铰孔工艺。由于孔较深且不连续，两段孔的左侧端面为毛面，对钻头的定位性差，钻头在两处毛面位置都容易被引偏，因而两段孔的同轴度以及其轴线到基面 C 的尺

10、寸精度都不易保证，同时易折断钻头。 2 零件工艺分析2.1 机床配置及工艺关键2.1.1 机床配置组合机床的配置形式受到被加工零件的结构形式、加工要求、安装形式、导向精度及生产率等多种因素的影响，考虑零件的拨叉孔为断续的不通孔，工艺上又有较高的同轴度及尺寸精度要求，机床不受生产节拍限制，同时考虑经济性和加工效率等要求，机床采用卧式三工位单侧加工配置方案，如图 2 所示。三个工位配置三组刀具，分别完成拨叉孔的钻、扩、铰加工。为了减少机床配置成本，并考虑动力在单工位加工时没有额外增加，扩孔加工行程较短 (孔深 10 m m )等，所以设计时采用第1工位和第工位共用一套动力部件，第1工位配置一组加长

11、钻头，完成拨又底孔钻削，第工位配置一组复合扩孔钻，完成工件左侧工艺孔17mm 和止口mm的最终加工，第工位配置一组精绞刀，完成拨叉孔mm的最终加工。配合三组刀具加工 ，配置卧式两导轨液压精密滑台一个，液压精密移动工作台一个，钻扩铰液压夹具一套，PLC 控制变频调速电动机两台，单独液压站及液压控制系统一套。2.1.2 工艺关键本组合机床在整体配置方案上虽然已充分考虑被加工零件的结构和工艺特点，采用较分散的多工步工序来保证孔的精度，但由于被加工零件孔径小、孔深尺寸大，单侧加工所用刀具细长，在加工过程中还是存在诸多工艺关键问题，主要有：(1)定位问题包括工件在夹具上的定位和工件相对于各工位刀杆轴线的

12、定位。夹具在移动工作台上安装调整后，其在每一工位相对于机床动力头主轴的位置是固定的，而工件在夹具上安装后相对于机床刀杆轴线的位置，取决于其相对于夹具体的位置，所以，工件在夹具中的定位精度，直接影响着工件的加工精度。(2)细长刀杆刚性不足问题考虑到刀具的刚性，虽然组合机床的I和工位所配置的麻花钻和绞刀与机床主轴的连接是刚性连接，但因其长度超过210mm，细长刀杆刚性不足所引起的轴线摆动问题显得尤为突出，它会引起工件孔位的严重偏移和孔轴线与基面的尺寸精度超差，该工序的断续长孔，会使问题更为严重。拨叉孔端面的非加工面，更不利于钻头定位，甚至折断钻头。(3 )导向问题钻削加工和铰削加工所用刀具均为定尺

13、寸刀具，工件的尺寸精度一方面取决于刀具的制造精度、刀具的刚性 ，另一方面取决于导向套 的导 向精度 。表面粗糙度取决于刀具的刚性、刀具的几何参数及合理的切削用量 。同轴度取决于导向套与支承的刚性。为使被加工要素达到不同的尺寸精度、位置精度和表面粗糙度，常采用不同的导向精度，即钻铰孔所用导向装置的精度不同。而为了有效解决工件重复定位误差问题，本机床整体方案配置中已采用了三个工位共用一套夹具方案，由此带来的在一套夹具中实现不同工步的不同导向精度问题 ，是解决加工精度的又一个工艺关键问题。3 夹具方案及工作循环3.1 夹具方案 考虑解决上述定位问题、刀杆刚性不足问题和导向问题等，夹具结构方案如图 3

14、 所示。工件在夹具上采用一面两销定位一次装夹后完成三个工位的加工。由于工件相对于夹具体位置在整个工序中固定，只要调整好夹具相对于机床的位置，工件相对于机床的位置即被确定，避免了使用多套夹具时工件重复定位带来的加工误差，解决了定位问题。夹具中，两定位销和压紧机构联动。液压油缸 13 的活塞杆向下推动推板16，带动杠杆17向下转动，迫使定位销14上移进行工件定位的同时，带动拉杆10压紧工件，勾形压板7的压紧行程等于定位销 14 的定位行程，且压紧时定位销的阶梯端面位于垫板顶面下方，以防干涉。当液压油缸l3 的活塞杆反向移动时，定位销14下移到垫板顶面以下，以方便工件装卸。同时，勾形压板7松开。16

15、1718161718图3夹具总图考虑到第I、工位钻铰刀杆细长，加工过程中刚性不足不易定位，且易引偏孔向，所以，在设计夹具时，I、工位设置导向模架，但受到工件结构的限制，只在工件左侧和拨叉孔间断处两个位置设置了导向模板，以增加刀杆刚性和提高定位、引导的准确性。因为工件在整个加工过程中共用一套夹具，钻孔、铰孔所用导套精度不同，所以，必须在I、m 两个工位设置两套导向装置，这就带来了导向设计的困难。为此，将导向模架 4 设计成可移动式 。导向模架4在液压油缸12的带动下工作 时有三个位置 ，原始位置导向模架顶面缩回到夹具垫板 6 顶 面以下，使工件能够顺利装卸 ；钻孔位置 S1导向模架 4 由液压油

16、缸 12 的活塞杆推到其上部三个钻套孔轴线与刀具轴线对齐，位置精度由侧面的定位钢球 1 和与其配合的球形凹坑的精度以及球形凹坑与导向套轴线之间的尺寸精度确定。定位钢球从左端装入，调整紧定螺钉，可以调整钢球1压紧导向模架 4 的压力 ，导向模架 4 到位后定位钢球1 触动液压控制器 ，使与导 向模架 4 相连 的液压油缸12 泄压而使导向模架 4 锁定在钻孔位置 S ；铰孔位置S2导向模架 4 由液压油缸 12 的活塞杆推到其下部三个铰套孔轴线与刀具轴线对齐 ，位置精度仍由侧面的定位钢球 1 确定。考虑到第 工位的扩孔精度要求不高，刀杆短，刚性较好，无需定位和导向。加工时除了钻铰套位置精确定位外

17、，拨叉孔的尺寸精度还受到导向装置精度的影响，为了使导向更加精确，采用了固定导套，其与钻模架为紧配合，以消除导套与模板之间的间隙；导套长度取值也比一般钻铰孔时导向长度稍长一些。铰孔加工决定了拨叉孔的最终精度，所以，选择绞刀与铰套3之问的配合时，以既要有效地提高导向精度，又不影响刀杆和导套之间的相对运动为原则，选择了较紧的间隙配合，并在导套和刀杆之间加润滑剂 ，以保证导向顺畅。为了提高导套的耐磨性，导套材料选择锡青铜。考虑到夹具移动工位时，刀具须脱开导套的特点，刀具部分设计有托架，以提高刀具对导向孔的准入性。3.2 工作循环 机床自动工作循环如图 4 所示，工件在夹具上初定位后 ，定位销 14 和

18、钩形压板 7 在液压油缸 13 的驱动下联动 ，实现工件先定位后夹紧导向模架 4 移动到钻孔位置 S1 (到位后油缸泄压)I 滑台开始第一次工作循环：快进 (冷却 供、主轴转)工 进 (死挡块停留)快退至原位 (主轴停 )导向模架 4 退 回原始位置一液压移动工作台开始工作循环：快进缓进至 工位(行程开关停留)，滑台进行第二次工作循环：快进(冷却供 、主轴转)工进 (死挡块停留)快退至原位(主轴停 、冷却停)导向模架 4 移动到铰孔位置 S2(到位后油缸泄压)液压移动工作台 8 进行第二次工作循环 ：快进缓进至 工位(行程开关停留)，滑台开始工作循环 ：快进(冷却供 、主轴转 )工进(死挡块停留)工退快退至原位 (主轴停