拔叉銑面鉆孔加工中心夾具研制

王柯錦 伍英 陳玉麟 蔡熙源 吳祖國

1、湖北汽車工業學院機械工程學院 2、東風德納車橋公司制造工程部十堰工藝科

引言

汽車同步器拔叉是汽車變速器中的重要構件之一，汽車拔叉屬于汽車變速器中重要安全零部件，撥叉推動同步器嚙合到齒輪盤上，其和不同的齒輪嚙合，產生不同的輸入/輸出轉速比，在變速器中發揮變速換擋的作用，對汽車的變速換擋起著重要作用。撥叉推動同步器嚙合到齒輪盤上的瞬間，撥叉會瞬時承受較大的沖擊力和旋轉磨損[1-2]。形狀較復雜、孔和面位置度要求較高。

汽車同步器拔叉屬叉架類鑄鋼件，幾何形狀較復雜，是汽車上受到載荷較為復雜的重要汽車部件之一，為了適應拔叉大批量生產要求，保證拔叉孔的角度精度要求，提高拔叉生產效率，研制了拔叉銑面鉆孔加工中心夾具。

1 拔叉銑面鉆孔工序要求

拔叉采用ZG310-570鋼，撥叉零件的形狀并不復雜，并且尺寸輪廓也不是很大，具有較高的剛度、抗拉和抗壓強度及良好的抗震性[3]。拔叉零件整體采用鑄造成型方法，鑄造成型后的優點是其外形后續可以不用再去加工，減少了勞動工作量，零件圖如圖1所示，三維圖如圖2所示，壁厚不均勻，形狀較復雜[4]。

圖1 拔叉零件圖

圖2 拔叉三維圖

撥叉的重要表面包括φ18的上下平面、寬4mm的左右兩平面、撥叉叉頭的內側兩平面，拔叉的兩個φ6孔對兩拔叉口內側的對稱面有角度精度要求。叉頭側面的表面粗糙度要求相較其他加工表面要高一些，而主要需要保證的是孔的加工質量以及叉頭上下平面的表面質量要求。基本加工過程為，先銑削加工φ18左、右端面作為后續加工φ18孔的基準，而后加工φ18孔，再去加工寬4mm的兩側面，然后加工叉頭內側面以及叉頭上下平面。

把零件的加工工序集中為幾個步驟進行時，工序的數量會大大減少，工藝路線也會縮短。優點是工序數目少、工件裝夾次數少、減少了裝夾次數造成的誤差、簡化了生產計劃與管理、一次裝夾可以加工多個表面有利于保證各個表面的相互位置精度、縮短了加工時間與生產周期、減少了設備的數量進而減少了操作工人的數量和生產面積。由于制造業的快速發展，高精度加工機床和多軸加工中心的出現增多，工序集中的優勢變得更加突出。即使是在小批量生產中，用許多柔性制造設備將工序集中加工，也能取得良好的經濟效益。

拔叉零件生產類型為大批量時，為了提高生產效率與經濟效益，選擇效率較高的設備對其進行加工；為了便于工件裝卸和加工，采用加工中心進行銑面和鉆孔加工。

拔叉銑面鉆孔加工中心夾具三維示意圖如圖3所示，同時裝夾三個零件，提高生產效率。

圖3 夾具三維示意圖

基準是零件上用以確定其他點、線、面位置所依據的那些點、線、面。零件在夾具中定位是選擇與夾具定位元件接觸的表面，即選擇工件的定位基準。工件的定位基準決定了零件加工時用來確定工件加工位置，零件的定位基準的選擇直接影響夾具定位誤差的大小，為了消除或減少基準不重合誤差，要正確選擇定位基準，盡可能與工序基準重合。選擇精度高、位置誤差小的表面為定位基準，選用位置誤差小的定位元件，提高定位元件間的位置精度；提高零件定位表面與定位元件的配合精度，減小或消除配合間隙來減小基準位移誤差。工件的定位基準一旦選定，則工件的定位方案、夾具的定位元件也就基本確定了。

拔叉銑面鉆孔加工中心夾具平面示意圖如圖4所示，采用一面、一個短V形塊和兩拔叉口內側采用按等速位移原理工作的定心機構定位的方式，平面定位限制一個移動、兩個轉動自由度，短V形塊定位限制兩個移動，兩拔叉口內側采用按等速位移原理工作的定心機構定位限制一個轉動自由度，實現零件的完全定位。平面定位元件為三個定位塊，選擇拔叉最大的端面為定位面。為了適應大批量生產要求，提高生產率，采用三個氣動缸壓緊零件，拔叉三個壓緊點落于三個定位塊相應范圍內。在定位支撐元件相應范圍內剛性較好，保證夾緊力作用方向使工件變形最小。一個短V形塊定位拔叉軸孔的外側，保證臂厚均勻。

圖4 夾具圖

2 夾具的工作原理

氣動系統具有結構緊湊、使用靈活、安全可靠，是機械加工常用的夾緊機構[5]。采用氣動夾緊的夾具裝配圖如圖4所示。

夾具的工作原理為：檢查夾具在工作臺中的位置，豎直安裝的三個夾緊氣缸活塞桿向是伸出，處于松開狀態，水平安裝的單動氣缸活塞桿向內縮回，拔叉口內側的定位板在彈簧推力作用下向內縮回，便于拔叉的安裝。將拔叉的定位平面朝下，將拔叉放到夾具內，下端面與3個豎直的定位塊接觸，3個豎直的定位塊支撐拔叉，同時短V形塊定位拔叉軸孔的外側；水平安裝的單動氣缸活塞桿向外伸出，拔叉口內側的兩定位板克服彈簧推力向外伸出，同時定位兩拔叉口內側。豎直安裝的三個夾緊氣缸活塞桿向下縮回，活塞桿推動3個壓板壓緊拔叉，使拔叉的定位平面與3個水平定位塊貼緊，完成拔叉的平面定位。3個夾緊塊處于夾緊狀態，完成拔叉的定位和夾緊。操作加工中心，完成拔叉的銑面鉆孔工藝，加工完成后，豎直安裝的三個夾緊氣缸活塞桿向是伸出，處于松開狀態，水平安裝的單動氣缸活塞桿向內縮回，拔叉口內側的定位板在彈簧推力作用下向內縮回，便于拔叉的裝卸，將拔叉卸離夾具。至此完成了第一件拔叉的安裝、定位、夾緊、加工、松開和卸離。后面的拔叉都可按前述的安裝、定位、夾緊、加工、松開和卸離進行銑面鉆孔工作。

3 夾具主要結構的特點

拔叉口內側的定位采用按等速位移原理工作的定心機構如圖5所示，即錐面等距移動定心機構，此機構利用錐面和錐面之間的運動來實現定位元件的同時移動和定位動作。該機構結構簡單、傳動聯系比較精確。該機構的特點是，水平安裝的單動氣缸活塞桿向外伸出，水平安裝的定位錐受推力水平向右移動，定位錐的錐面和推動兩縱向安裝的定位板錐面，兩定位板向外移動，拔叉口內側的兩定位板克服彈簧推力向外伸出，同時定位兩拔叉口內側。定位過程中，按等速位移原理來均分工件兩定位面的尺寸誤差，實現定心或對中，來消除定位面制造誤差或定位尺寸偏差對中的不利影響，從而使這些誤差相對于所定中心的位置，能均勻對稱地分配在拔叉口內側的定位基準面上。

圖5 定心機構

采用三個豎直氣缸進行夾緊。夾具采用氣動夾緊機構夾緊，結構簡單，夾緊可靠。目前，該夾具已用于生產，不僅能滿足拔叉的大批量生產要求，而且取得了良好的經濟效益。大大降低了操作人員勞動強度，提高了生產效率。滿足操作高速、高效和可靠的要求。

4 結語

根據大批量生產要求和拔叉加工特點，研制了拔叉銑面鉆孔夾具，已經成功應用于生產實踐中，完全滿足拔叉加工要求，并且具有可靠的加工性能和穩定的加工精度。在確保拔叉的加工質量的同時，提高了加工效率，縮短了輔助時間，減輕了勞動強度。