電動三輪車差速器左蓋右蓋多軸粗精鏜孔專機及其主要部件設計

施兆春

（南京工程學院工業中心，南京 211167）

電動三輪車差速器左蓋右蓋為鋁合金壓鑄，大批量生產。它的加工順序一般先面后孔，螺紋連接孔采用高效的多軸器鉆孔。輸入輸出及中間軸軸承孔采用加工中心加工。加工中心單軸加工，加工節拍為每件80 s。采用多軸精密鏜孔動力頭專用機床生產該產品，節拍為每件40 s。

1 零件工藝分析

右蓋精鏜孔工序圖，如圖1所示[1]。工件以圖1（b）大面及圖1（a）中A06、A07兩孔定位，分別精鏜A01、A02、A03、A04以及A05。左蓋工序圖與右蓋相似，對應孔以B標注，不再贅述。其中，A04和A05（B04和B05）為左右蓋合蓋定位銷孔，A03（B03）孔為電機輸入軸軸承孔，A02（B02）孔為中間調速軸軸承安裝孔，A01（B01）孔為輸出軸軸承安裝孔。這些孔的孔徑尺寸精度7級，位置尺寸精度8級，表面粗糙度1.6，一般稱為零件關鍵孔。大批量零件加工中，零件尺寸穩定，生產節拍短是選擇設備主要考慮的因素。十軸剛性精鏜孔動力頭和主軸軸心與孔位一一對應，能夠保證零件孔的位置精度[2]。加工刀具為專用復合刀具，可以保證加工孔徑公差。加工時，所有刀具參加切削，加工效率高。與加工中心相比，專用多軸精鏜孔機床大批量生產時，加工尺寸穩定，生產效率高，性價比高，是更優的方案。

2 機床總圖

機床為單面臥式四工位[3]，如圖2所示。圖2（a）機床主視圖顯示的是粗加工工位，包括工位一左蓋粗鏜孔、工位二右蓋粗鏜孔、滑臺以及動力頭，夾具布置參照精加工所述。減震器2安裝在床身1底部，可調節床身水平，減緩機床加工時產生的震動。滑臺防護罩4安裝在滑鞍前后端，阻擋切屑。切削液進入滑臺導軌面，可防止顆粒磨損導軌面。兩個滑臺與床身之間分別裝有調整墊一5和調整墊二6，分別調節動力頭與各自夾具等高。潤滑部件15定期潤滑滑臺絲桿、軸承以導軌面。氣動部件16能夠自動開關門。主軸端部氣密封吹氣及清掃氣槍供氣。防護部件17為整體防護，可增加設備外觀的美觀性。加工區與操作者分離，可隔離飛濺的冷卻液和切屑，保護操作者安全。控制部件18包括日本三菱PLC控制器、國產伺服電機以及進口MPT操作面板。控制機床按指定動作執行。冷卻部件19含冷卻箱和三相電泵。電泵給切削刀具持續通過冷卻液，而冷卻液起冷卻、潤滑以及清洗作用。大流量冷卻液將切屑沖洗排出機床，進入冷卻箱接屑箱。接屑箱留下切屑，需人工定期清除切屑。冷卻液經網多次過濾，重新進入泵再次循環使用。液壓部件20給夾具壓緊缸提供動力，其中油液壓力流量可調節。壓力繼電器可實現低壓報警[4]。圖2（b）中，潤滑部件15為貝奇爾產品，用于定時潤滑兩個滑臺。氣動部件16為亞德客產品，用于主軸端面氣密封，阻止冷卻水進入主軸銹蝕軸承，同時給氣槍吹屑供氣。防護部件17為全防護，隔離加工區，保護操作者和車間環境。圖2（c）中，控制部件18采用三菱PLC控制機床動作。冷卻部件19用于刀具冷卻，沖屑供液，定量收集切屑，使冷卻液過濾循環使用。液壓部件20給夾具油缸提供夾緊動力。圖2（d）為精加工工位，包括工位三左蓋精鏜孔和工位四右蓋精鏜孔。數控滑臺安裝在床身右邊，十軸鉆鏜孔傳動箱14及十軸剛性鉆鏜孔主軸箱15安裝在數控滑臺滑鞍上，夾具部件二12固定連接在夾具墊塊，夾具墊塊安裝在操作者右側床身上，刀、輔具部件9安裝在各自主軸端面。

圖1 工位一右蓋工序圖

3 機床動作

工件裝料后，油缸夾緊工件，主軸旋轉，冷卻液打開，數控滑臺快進327 mm，工進1行程約32 mm，工進2行程約2 mm，到位停留0.5 s，快退360 mm，滑臺前后端備量各為20 mm。快退后，冷卻液停止，動力頭停止旋轉，油缸松開卸料，開啟下一個加工循環。一般工進2 h，開始加工臺階面，降低進給量，控制軸向力升高，以避免產生加工振動而影響表面粗糙度。到位停留可保證端面完整切出[5]。

4 夾具設計

機床粗精加工各設一個夾具，粗精夾具定位夾緊形式一致，并以精加工為例進行介紹，如圖3所示。

圖2 機床總圖

圖3 夾具圖

4.1 工件定位

左右蓋都為一面兩銷定位，即彈性錐銷A定位組件3，彈性錐銷B定位組件10，支撐塊組件6完成工件定位[4]。

4.2 工件夾緊

油缸夾緊點1、油缸夾緊點7以及油缸夾緊點9完成左蓋夾緊。油缸夾緊點11、油缸夾緊點16以及油缸夾緊點17完成右蓋夾緊。夾緊油缸緊固在夾具體12上，油缸松緊信號由裝在接近開關支架8（6處）上的接近開關控制。工件與夾具體12之間分別裝有調整板A13、調整板B14、調整板A以及調整板B。經調整板圓柱銷組件4（各2處）定位后，與夾具體螺釘緊固連接。因工件安裝面垂直，設計了預夾緊組件5（左右蓋各1處），防止工件掉落。此外，防錯銷15可防止左右蓋錯裝。定位板調整組件2用來微調調整板A13和調整板B14。

5 十軸動力頭設計

圖4（a）為十軸剛性動力頭主視圖[5]。動力頭由十軸主軸箱1、十軸傳動箱2、后蓋3以及電機4組成。不同軸徑系列主軸部件結構一致，如圖4（b）所示，由前端法蘭1、O形圈2、內隔擋圈3、外隔擋圈4、角接觸球軸承5、主軸6、中間擋圈7、內隔擋圈8、外隔擋圈9、角接觸球軸承10、軸向擋圈11、精密鎖緊螺母12以及鍵13組成。十軸主軸箱將多根主軸集成在一個主軸箱體上，使用時左端通過傳動健套與傳動箱對應輸出軸連接。多軸箱體須保證軸與軸之間的軸承要有足夠的安放空間，主軸所有軸承孔圓度不大于0.003 mm，圓柱度不大于0.004 mm，前后軸承孔同心度不大于0.005 mm，粗糙度不大于0.4 μm，孔中心與端面垂直度不大于0.02 mm，并且保證軸心線相互平行度小于0.004 mm，中心距小于±0.008 mm，軸承孔留0.008～0.010 mm配研量，配研保證間隙-0.001～0.004 mm[6]。軸承采用鋰基脂潤滑，鋰基脂注入量為軸承空腔的15%～20%。裝配完成后，主軸應轉動靈活，連續2 h空運轉。主軸軸承達到穩定溫度時，主軸軸承外殼處的溫升不超過20 ℃。十軸傳動箱輸入電機動力，經四級傳動轉換輸出十一軸，位置與主軸箱一一對應，轉速與鏜孔要求的線速度一致。如圖4（c）所示，由動力頭A向視圖可見左工位5根主軸B01J、B02J、B03J、B04J以及B05J，右工位5根主軸A01J、A02J、A03J、A04J、A05J以及D3手動軸。其中，手動軸D3可人工左右旋轉，方便調整主軸前端刀具刀尖尺寸，以保證加工尺寸。手動軸結構如圖4（d）所示，由前端法蘭1、O形圈2、主軸3、圓錐滾子軸承4、軸向擋圈5、圓螺母6以及鍵7組成，且左端通過傳動健套與傳動箱對應輸出軸連接。10根主軸部件對應加工孔徑，可選擇不同軸徑系列[7]。

圖4 十軸精鏜孔動力頭

6 設備優點

專機技術成熟，可與機器人配合使用，能夠自動裝卸料和自動檢測，實現智能生產。加工產品質量穩定，生產效率高，工人只需簡單培訓即可上崗。但是，多軸主軸箱加工裝配調試技術要求高，需要專業廠家定制，研發成本較高，僅適用于中大批量生產投資[8]。

7 結語

用戶使用專機生產，按兩班統計，專機日產2 000件，加工中心日產1 000件，在電動車行業具有推廣價值。