50型装载机变速器体同轴度的数控加工

50型装载机变速器体同轴度的数控加工

与一般设备的行驶速度相比，大型装载配平器的结构更复杂，体积大，传动精度要求高。其质量直接受装配工艺和车身的性能，并受装配工艺的操作效率的影响。由于各种各样的原因,可查到的介绍装载机变速箱机械加工的文献资料极少,大部分都是有关汽车变速箱的。50型变速箱体如图1所示,在箱体内安装有转向泵系统、变速泵系统、行星齿轮机构及输入输出机构等多种复杂的零部件。这些零部件和组件的装配精度很大程度上取决于箱体本身的加工精度。因此,箱体的加工不仅要满足轴承孔的尺寸精度要求,更重要的是还要保证各传动机构之间配合运动时的形位公差要求,如与变矩器和端盖相连接平面之间的平面度、传动轴线的平行度及与面的垂直度、同轴孔系的同轴度等。在众多的加工精度要求中,箱体的同轴度精度要求较高,加工难度大。在加工制造过程中,如何保证同轴度是整个箱体加工的关键。作者以一种具体的50型装载机变速箱体的加工为例,在对影响装载机变速箱体加工精度的核心加工项目——同轴孔系的加工要求进行详细分析的基础上,通过对比基于常规加工方法和数控加工方法,详细分析了基于加工中心的同轴度加工过程中的各种问题。1弹性挡圈的安装50型变速箱体设计上对同轴度要求地方有两处:行星变速部分(ⅡⅢ轴总成)和变速箱输出轴(Ⅳ轴总成),如图2所示。行星变速机构主要安装在箱体上ϕ420H7、ϕ358H7、ϕ355H10、ϕ342H8、ϕ90J7、ϕ170h8等一系列同轴孔系上。ϕ90J7是轴承外圈的安装孔,在孔内还有弹性卡槽,安装的弹性挡圈是轴承的轴向定位元件;ϕ342H8、ϕ170h8这两个部位是倒挡活塞安装平台,为保证活塞的运动特性,在公差上采用间隙配合,孔口有30°倒角;ϕ355H10是隔离架的安装位置;ϕ420H7、ϕ358H7是端盖安装孔,在端盖上安装有滚动轴承。ϕ420H7、ϕ90J7两端面之间距离达到440mm,直径上从大到小呈阶梯型变化;孔的类型上既有通孔,又有盲孔,如ϕ342H8就是盲孔,ϕ170h8则是一个凸台,而且嵌在ϕ342H8盲孔内;ϕ355H10还存在断续切削。所有孔的公共轴线是同轴度的基准,意味着孔加工难度提高。变速箱的输出轴通过两个滚珠轴承支承在跨距483mm孔内,孔内安装了轴承、油封及弹性挡圈,因此,每个孔都采用相同的基准尺寸不同的公差,保证了各自的功能需求。在孔的形式上都是外大内小的台阶孔。孔与孔互为基准,有同轴度的要求,并与行星变速机构有平行度的要求,目的是保证齿轮之间的正常啮合。2传统制造技术对轴向加工的影响2.1轴系孔加工工艺50型变速箱箱体制造,依批量大小有两种不同加工方法:单机生产和专机生产。单机生产模式。在50型变速箱的箱体同轴度的加工中采用了两种不同的设备。行星轮系孔系采用的设备是立式车床,为了方便操作,设备上都装有数显装置。加工时利用ϕ420H7、ϕ90J7之间的同轴关系,互为基准;变速箱输出轴孔的加工中采用的设备是卧式镗床,镗模板安装在变矩器结合面上,使用杠杆百分表校正ϕ90J7孔,建立工件坐标系,加工出同轴孔。专机生产模式。依据粗精加工分开原则,采用6点定位方式,在4台专机上加工出2个相应的孔系。2.2孔隙率的影响及定位安装误差用立式车床加工同轴孔时,对其精度影响最大的因素是离心力和基准孔与零件的定位安装精度。离心力是由车床的工作方式造成的,也就是切削加工时,工件在工作台带动下产生旋转运动,车削时刀具产生直线运动。50型变速箱箱体本身是一个异形铸造件,行星孔系与箱体的几何质心有偏差,夹具上的配重不能完全消除车削时离心力。离心力的存在使工件容易产生偏心运动,加重了对刀具的冲击,造成车削的不稳定,影响了孔的表面质量和同轴度,特别是在加工ϕ342H8孔时,刀具悬伸大,影响会更显著。工件的定位安装误差主要由两方面因素产生:(1)工件上定位的孔与端面有垂直度误差或安装面上有铁屑等异物,在夹紧力作用下工件发生变形,加工完后工件恢复变形,从而影响同轴度;(2)定位的心轴与孔有配合间隙,这是由孔、心轴的直径公差及安装时相应的间隙产生的。由于此间隙的存在,必然产生中心线的基准位置误差,最大误差在最大直径孔与最小心轴相配合处。采用专机加工是一种刚性的生产方式,在定位上存在基准不重合影响;零件毛胚上的偏差会产生误差复映;专机本身的制造精度、调整等因素都会对同轴度的加工产生影响。3制造工艺和制造精度本身缺陷采用常规的制造工艺,同轴度不易控制,主要因素是设备的精度、制造工艺本身缺陷。提高50型箱体同轴度的加工精度和加工效率,关键是提高机床的精度、减少安装定位的误差、减少工件校正时间,并能方便地进行自动切削。3.1设备的制造—加工设备及工艺安排由于50型变速箱箱体的加工内容多,分布在不同平面上。因此选择韩国斗山集团的卧式加工中心H-100进行箱体的加工。该设备x、y、z直线轴定位精度为±0.005mm/全行程、旋转轴B轴定位精度为±3″。刀库容量为60把。在工艺安排上,采用“工序集中”、“先粗后精”、“先面后孔”的原则,利用卧式加工中心的特点,一次装夹完成关键的工序加工,保证加工质量。3.2与操纵阀安装平面的选择工件装夹采用一面两销的定位方式,用螺栓压板夹紧,实现工件定位和装夹,如图3所示。变速操纵安装阀安装平面是主要定位面,但其面积较小,为了增加定位面的接触刚度,将与操纵阀安装平面处于相同平面的螺栓孔圆台作为工艺凸台,加工时,应提高其加工精度和表面粗糙度。箱体上的ϕ25作为主定位销孔,ϕ32油镜孔作为削边销的安装孔。3.3影响大同零件加工精度的因素(1)工件转角偏差此道工序中,主要定位面(变速阀安装平面)及主定位孔的中心是行星轮系的尺寸基准。因此,此道工序没有基准不重合误差,但一面两销的定位方式与工件存在配合间隙,工件会出现转角偏差,如图4所示。其转角大小与定位孔、定位销的制造精度和配合间隙及两个孔的中心距有关,其影响关系如下:α=±arctanδ1+δ22Lα=±arctanδ1+δ22L(1)转角的存在主要影响工件在机床的准确定位,对于单边镗孔加工,同轴度的影响很小,但对于50型变速箱箱体需要从两边进行镗孔加工,同轴度的影响很大。采用提高定位元件的制造精度、选择的两个定位孔的中心距尽可能大等措施有助于减少转角误差,从而提高加工精度。(2)加工孔轴线误差对旋转精度的影响50型变速箱箱体同轴孔的加工不可避免地需要调头镗孔,以减少镗杆的悬伸长度,提高镗杆的刚性,有利于保障加工精度,但调头镗孔时工作台需要进行反向定位和180°回转,不可避免地带来了轴线不可能完全重合的问题,导致加工孔轴线之间的同轴度误差的存在。误差关系式如下:Δx=2(Lw/2+Lxtanβ2)tanβΔx=2(Lw/2+Lxtanβ2)tanβ(2)式中:β为工作台回转定位精度;Lw为同轴孔系的两端之间距离;Lx为工作台回转180°,x向坐标以回转中心为基准的移动距离。50型变速箱箱体加工方案中,回转精度误差将对同轴度的加工造成较大的影响。因此,以输出轴来进行验算:β=±3″;Lw=483mm;Lx=312.5,则Δx=0.007mm<0.04mm,精度检验合格。(3)铣杆处理工艺镗刀镗孔时,镗杆受切削力矩M、切削力F及镗杆自重G的影响,镗杆相当于悬臂梁,受均布载荷和集中载荷作用,从而产生扭曲变形,切削时影响工件表面粗糙度、刀具寿命及