1、 I 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 I 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，解决了细长刀杆刚度不足问题和精度不同的
2、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 大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 II 目 录 内容摘要 I 引 言 1 1 概述 2 1.1 拨叉孔精度要求及工艺分析 5 2 零件工艺分析 5 2.1 机床配置及工艺关键 5 2.2.1 机床配 置 5 2.2.2 工艺关键 6 3 夹具方案及工作循环 8 3.1 夹具方案 8 3.2 工作循环 10 结论 12 参考文献 13 大连理工大学网络教育学院毕
3、业论文（设计）模板 1 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
4、、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
5、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
6、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度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速 10000 20000r/min，最高进给速度可达 20大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 2 60m/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
7、。 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。 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。 大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 3 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
8、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 208mm。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。 1 1 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 HT20
9、0，材料硬度 187 255 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 13.0024 mm止口是为了加盖板 而设计的定位孔，其表面粗糙度为 Ra12 5 m，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，孔径尺寸精度为075.0032.0-16 mm，同轴度要求为 0.04m m，孔轴线到基准面 C 的尺寸精度为 15.0024 mm，孔的表面粗糙度为 Ra3.2 m，两段断续孔间距 105mm，孔深总计 208mm，长径比为l3，属于深孔
10、。平行的三个孔孔距精度为 33 0.05mm，要求也较高。 大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 4 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 076.0040.0-20 ，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 的尺寸精度都不易保证，同时易折断钻头。 大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 5 2
11、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 工位配置一组加长钻头，完 成拨又底孔钻削，
12、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 13.0024 mm 的最终加工，第工位配置一组精绞刀，完成拨叉孔075.0032.0-16 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。 大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 6 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
13、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
14、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 大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 7 钻削加工和铰削加工所用刀具均为定尺寸刀具，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。
