发动机薄壁齿轮室加工的三点联动浮动支撑夹具设计.pdf

栏目主持 梅 峰 Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ／Ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｅ ｓ／Ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ机床 ／ 附件 ／ 工装 冷加工２ ０ １ １年 第３期４ ７４ ７ ｗｗｗ． ｍｅ ｔ ａ ｌ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ １ ９ ５ ０ ． ｃ ｏｍ发动机薄壁齿轮室加工的 三点联动浮动支撑夹具设计一拖一拖 （（ 洛阳洛阳））柴油机有限公司柴油机有限公司 （（ 河南河南 ４ ７ １ ０ ０ ４４ ７ １ ０ ０ ４）） 李文军李文军 喻世学喻世学 倪献峰倪献峰 段华荣段华荣我公司生产的非道路车辆用柴油机是一拖集团公司的主导产品之一，柴油机动力输出系统壳体齿轮室、齿轮室盖等薄壁零件，在面铣削加工时一直存在变形较大等问题，具体表现在经粗铣加工后的正是齿轮室的前后端面出现不规则变形，不仅造成面精铣余量不均，而且影响后序齿轮系孔位置和形状精度，造成柴油机的整机装配质量问题如孔形状偏差引起油封漏油；孔位置偏差、位置度偏差引起齿轮啮合间隙过大或过小或啮合不均，振动噪声大、使用寿命降低等此前，在面加工时采用传统辅助支撑，单点支撑单独锁紧，受锁紧气缸外形限制，很难布置足够的、有效的支撑点，采取改变刀具及其切削参数等减少切削力的方法，依然没有有效地改善和彻底解决变形带来的问题。

为此，需要采用比传统辅助支撑更有效的办法，克服切削力作用引起的变形问题及质量问题结合生产实际，经过研究试验，开发了一种三点联动浮动支撑，有效提高了工件在加工时的刚性，从而大大减小了变形１．技术原理及方案薄壁工件变形在加工环节的主要原因是支撑点位置与夹紧点位置选择不当，支撑点不足，不能克服切削过程中切削力的挤压影响，造成薄壁件加工后在应力作用下弹性回复，引起不规则变形本机构结构新颖，能更加有效地减小加工引起的变形结合生产需要，进行创新性研制，其中包括确立总体技术方案、设计夹具结构等２．夹具整体技术方案本机构以在立式回转工作台铣床Ｔ Ｘ １ ６ ０ ０上使用为例工件如图１所示，工作台布置４个工位，同时放置４个工件，其中两个工件加工Ａ面，另两个工件加工Ｂ面，工件外形５ ５ ０ ｍｍ×４ ０ ０ ｍｍ变形最大的是在加工Ａ面时产生，因此需要更多的辅助支撑，本例主要介绍该状态下的夹具结构图１ 工件形状图１中，孔１、２、３、４精度要求６级，孔５、６、７为铸孔，网格区域壁厚８ ｍｍ研制的设备作为湿式缸体通过式辊道使用，需要满足两项要求：（１）铣削加工Ａ面时，内腔悬空，由于壁厚只有８ ｍｍ，受４ ５ °主偏角铣刀铣削时产生的切削力作用，Ａ面向下退让，薄壁工件变形严重。

为此，在内腔Ｃ面需要设置辅助支撑２）结合选择合适的主支撑点及压紧点位置，铣Ａ面工位夹具总体结构设计如图２所示，Ｚ向在Ｂ面设置３个主支撑点 （Ｙ Ｄ１、Ｙ Ｄ２、Ｙ Ｄ３）起定位作用，对应３个压紧点，另外设置７个浮动支撑点 （Ｆ１～Ｆ７） ，支撑悬空部位Ｘ向、Ｙ向设置３个挡块 （Ｄ１～Ｄ３）以外形定位这样工件实现完全定位，并有可靠的辅助支撑，装夹稳固可靠，保证了切削时工件具有足够的刚度克服机床 ／ 附件 ／ 工装Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ／Ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｅ ｓ／Ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ４ ８４ ８ ２ ０ １ １年 第３期ｗｗｗ． ｍｅ ｔ ａ ｌ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ １ ９ ５ ０ ． ｃ ｏｍ冷加工切削力的影响图２ 夹具总体结构３．三点联动结构设计一般浮动支撑结构采用单点独立支撑，单点锁紧方式，对于需要多个辅助支撑的夹具，要实现辅助支撑的锁紧，需要多个气缸，夹具结构复杂，或受空间限制无法布置设计本夹具浮动支撑采用了全新三点联动和两点联动的结构，支撑到位后，通过气缸驱动同时三点／两点锁紧，实现了有效的支撑三点联动机构如图３所示。

图３ 三点联动浮动支撑结构１．驱动杆 ２、４．钢球 ３．圆锥形体 ５．中心螺杆 ６．锁紧销杆７、９．导向销 ８．支撑柱组件 １ ０．弹簧该机构的基本原理是：锁紧工况时，气缸驱动锁紧部件，靠斜面／圆锥面实现自锁，放松工况时，靠弹簧力顶出支撑件回复到自由状态１）机构的组成 主要由支撑部件、锁紧部件和气缸驱动部件等组成，如图３所示支撑柱组件８（ 共３个，根据支撑面高低不同，可以不一样高）起支撑作用，柱上有１个用于自锁的１ ０ °斜面，一个防止转动和限位的沟槽，浮动范围达到５ ｍｍ锁紧销杆６（ 共３个）两端同样有１ ０ °的斜面和一个限位的沟槽圆锥形体３内部有一台阶面及圆孔，台阶面上放置一组小钢球，中间穿过１个螺钉及平面垫片，垫片置于小钢球上，螺钉与圆锥形体之间有足够的间隙，以便形成浮动需要的空间，锥形体再放置在一组钢球上，钢球置于一短圆柱体平面上，中间的螺钉穿过短圆柱体固定在气缸推杆上短圆柱体、圆锥形体、螺钉、垫片、两组钢球组成的部件放置在于驱动气缸同心的圆柱套内，当气缸驱动该组件上下移动时，短圆柱体起导向作用两组钢球的作用是当锥形体移动时起平面滚动轴承的作用２）三点联动机构的工作过程 在工件安装前，支撑柱组件８在弹簧力的作用下，并在导向销７的限位和导向作用下，处于最上位置 （ 自由状态） ，此时气缸位置和驱动杆１处于放松状态，锁紧销杆６和圆锥形体３也处于不受力状态。

当安放工件时，在工件重力的作用下，克服弹簧力的作用，压下支撑柱组件８，其他两点的支撑柱组件同样受到重力作用，３个支撑点工件表面的限制下压到位三处的锁紧销杆６也在斜面的推动下向圆锥形体方向靠拢并到位此时由于气缸处于放松状态，圆锥形体３与锁紧销杆６不接触当打开气缸阀门，气缸驱动组件带动圆锥形体３上升，当与三处锁紧销６接触，此三点受到的力通过每一对应的锁紧销杆６传递到圆锥形体３上，此３个力推动圆锥形体３以沿着两平面及两组钢球（ 钢球２和钢球４）组成的框架内平行移动，直到在３个作用力下平衡，保持不动在切削过程中，切削力传递到支撑柱组件，支撑柱组件在斜面处的分力通过锁紧销杆６，再通过圆锥形体３传递到驱动杆及气缸，当此力克服不了各环节的摩擦力和气缸压力时，支撑柱组件８将处于自锁状态３）夹紧气缸的选择 实际生产中铣削参数为：切削速度１ ０ ０ ｍｍ／ｍ ｉ ｎ，每齿进给量０ ． ３ ｍｍ，背吃刀量平均５ ｍｍ，铣刀直径５ ０ ０ ｍｍ，同时参与切削的有效刀具齿数Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ／Ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｅ ｓ／Ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ机床 ／ 附件 ／ 工装 冷加工２ ０ １ １年 第３期４ ９４ ９ ｗｗｗ． ｍｅ ｔ ａ ｌ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ １ ９ ５ ０ ． ｃ ｏｍ櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏７个，铣刀主偏角为４ ５ °，经过计算 （ 计算过程略） ，切削时作用在工件表面的总压力约１ ０ ０ ０ Ｎ，由１ ０个支撑点 （ 主支撑点３个和辅助支撑点７个）承担，若按每点受到的力最大２ ０ ０ Ｎ计算，支撑组柱件受到的力通过１ ０ °斜面分解作用传递到气缸上的力很小 （２ ０ ０×ｔ ａ ｎ １ ０ °≈３ ５ Ｎ） ，因此可以选择较小规格的气缸直径及较短的行程就能实现支撑自锁。

４）本机构的优点 ①对零件的制造精度要求不高，没有特殊的要求，便于制造支撑部件上端还设有防尘套，防止切屑进入支撑柱间隙，引起卡死等现象，基本不需要维护②当锁紧销杆两端、锥形体锥面或支撑柱斜面磨损后，对气缸上升距离的影响十分微小，不影响使用③当采用两点联动时，由于两点位置布置在通过圆心的直径方向上，且锁紧销杆斜面与圆锥形体是线接触，仍然可以很好地达到平衡并自锁④本机构三点支撑可以不等高，可移植到任何薄壁工件或不规则工件需要辅助支撑的夹具上４．应用情况本夹具投入使用后，粗铣整体平面度偏差由此前的０ ． ５～０ ． ８ ｍｍ，减小到０ ． １ ５ ｍｍ以内原来精铣出现的由于粗铣变形问题造成余量不均，出现加工黑皮，以及精加工后仍然变形大等问题得到解决，并保证了在镗孔加工时，几乎不存在应力变形，孔的形状精度、孔对面的垂直度、孔之间相对位置度精度，都得到了有效地保证从而保证了装配精度需要，油封孔与曲轴的同心度，齿轮之间啮合精度，杜绝漏油，减少啮合不均引起的噪声，提高齿轮寿命等本夹具自投入生产以来，已加工零件２ ０多万件除正常磨损外，未出现过其他问题此机构的应用，提高工件精度，最终为提高柴油机产品的整机装配质量，降低产品售后的质量 （ 服务）成本，从而为企业取得可观的经济效益。

收稿日期：２ ０ １ ０ １ ０ １ １）（２ ０ １ ０年工艺征文获奖作品选登）数控机床机械结构设计分析沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂 （（ 辽宁辽宁 １ １ ０ １ ４ ２１ １ ０ １ ４ ２）） 易易 刚刚一、结构要求与总体布局在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位及手柄操作等方面做些改变随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和使用寿命提出了更高的要求数控机床的主体机构有以下特点：①由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的机械传动结构大为简化，传动链也大大缩短②为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小③为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副、滚动导轨和消隙齿轮传动副等④为了改善劳动条件，减少辅助时间，改善操作性，提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置二、具体要求根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构提出以下要求。

１．较高的机床静、动态刚度数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的由于机械结构 （ 如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支。