（机械电子工程专业论文）整体式汽车后桥壳三主轴孔加工用机床及控制.pdf

西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 本文对整体式汽车后桥壳身的加工工艺进行了详细的分析，就其三主轴 孔的镗削车端而提出了“一次装央，顺序镗孔车端面，来达到产品图样精度 要求”的思路。根据这一思路设计了专用组合机床。 该组合机床由床身、夹具、动力头、液压滑台、控制部分等组成。本文 对各部分的设计进行了详细的计算论证，并提出了一些优化工艺结构的方法。 采用的p l c 控制稳定可靠。它的研制对车桥制造业在攻克整体扩涨薄壁管式 桥壳的加工方面具有借鉴意义。机床投入使用后所加工的产品经有关专家鉴 定，达到了国内同行业的领先水平。 关键词：桥壳；镗自并组合机荣：控制 堕堕窒望盔堂三塞堡主堕窒生堂焦迨壅 箜! ! 里一 a b s tr a c t a f t e re x p o u n d in gt h ep r o c e s s in gt e c h n o l o g yo ft h ew h o eb e a mb o d y i ol ig h tt r u c kr e a ra x l e ，t h i st h e s ise x p ic a t e st h et r a i no ft h o u g h t w h i c ht h em a c h i d et o o lsb o r e sh 0 1 ea n dt u r n se n di nac e r t a i no r d e r a f t e ran u m b e ro ft i m ea s s e m b l i n ga n dh o l d i n g ，s ot h a ti tc a na c h i e v e t h ep r e c is i o no fp r o d u c tp l a n a c c o r d i n gt ot h ist r a i no ft h o u g h t ，w e d e s i g n e das p e c i a la g g r e g a t em a c h i n et o o i t h isa g g r e g a t em a c h in ei sc o n s is t e do fb e d 、j i g 、e n g if i ep r o c e s s in g p a r t 、h y d r a u l i cs 1 i d e 、c o n t r o ls y s t e ma n ds oo n a f t e r c a r e f u l l y c a l c u l a t i n ga n dp r o v i n go t l rd e s i g no fa 1 1p a r t s i nt h is t b e s i s ，w e e x p l i c a t es o m em e t h o d so fo p t i m i z a t i n gs t r u c t u r e p l co fo u ru s i n g i ss t a b lea n dr e l i a b l e i t sr e s e a r c hh a sb e n e f i ti np r o c e s s i n gt h ew h o l e e x p a n d i n g ( s h e e tw a l l s e a m l e s ss t e e lt u b e ) b e a mf o ro u rr e a ra x l e p r e f e s s i o n t h ep r o d u c t sw h i c ht h ism a c h i n et o o lh a sp r o c e s s e d ，c a n a c h i e v ea d v a n c e d1 e v e lo fo u rc o u n t r ys a m ep r e c i s s i o na c c o r d i n gt o t h ee x p e r t si d e n t i f i c a t i o n k e y w o r d ：b e a mb o d y ：b o r e ：a g g r e g a t em a c h in et o o l ：c o n t r o l 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 开展本项目研究的意义 轻型汽4 ：及农用运输车( 标定载重量1 5 t 以_ 卜) 是我固改斗i 丌放以米， 随蓿城乡经济的发展而大规模、快速走向社会的大众交通工具。自八十年 代中期至今的十几年问，产量增长异常迅猛。生产己逐步走向集约化，车 速和载重量已基本适应城乡人民生活水平的需要。今后城乡人民生活水平 会不断提高，对轻型及农用车的需求量会越来越大，其产量在近十年会有 一个大的提高。各整车厂家都急于在短期内形成规模化生产能力，而又不 愿走过去“大而全，小而全”的扩张道路。在这样的市场背景下，洛阳机 车厂经过长时问的详细的市场调查论证，决定上马开发轻型汽车及农用运 输车驱动桥项目，为整车生产厂家配套，以满足市场需求。 汽车驱动后桥是汽车传动系的最后一个总成。其基本功用就是在承受 载荷的同时，将发动机发出的扭矩最后传递到驱动轮，以达到车辆行驶的 目的。它是涉及到汽车行车性能和安全的关键部件之一。洛阳机车厂丌发 的整体式汽车驱动桥包括0 5 t 、0 7 5 t 、1 o t 、1 5 t 四大系列。各产品均通 过了国家质量检测中，心的性能测试。该系列产品以其独特的技术优势于1 9 9 9 年6 月通过了河南省机械电子工业厅主持的省级鉴定。同年7 月获得了国 家机械工业总局颁发的国家级认证。鉴定委员会认为：“洛阳机车厂开发的 整体式小吨位汽车驱动后桥设计结构合理，有较高的动载强度和环境适应 性。其整体扩涨式桥壳填补了省内空白。开发研究的生产工艺效率高、成 本低，达到了国内先进水平。整体扩涨成形工艺属国内领先”。 在此产品的设计丌发过程中，我们遵循了一条“两头在外”的思路。 这样可以大大加快产品开发的步伐和进入市场的商品化速度。我们集中大 部分技术力量和精力来解决如何在保证质量的前提下，实现桥壳大批量自 制这个难题。经过对桥壳各制造环节的详细分析研究，我们认为要大幅度 提高桥壳制造批量，难点在桥壳壳身的三主轴j l 加工效率太低。 整体扩涨式桥壳壳身的加工精度高，其横向两端孔的同轴度，中间琵 琶孑l 轴线相对于横向轴线的位置度公差均要求为7 级。过去采用普通机床 分次t i j i j ：难以保证加工精度月效率低一卜，成为实现批量化正常生产的障碍。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 页 急j 府研制l 台液压传动，自动控制程度较：i 的0 川镗孔1 ：端i n i 耵【床米露现 次性装火，将j 孔加l 。l ：完毕。 此项| 1 在研究过程巾着重解决以下几个办而的问题： ( 1 ) 在研究确定合理的加：l ：【艺方案的前提下，确定该专用机j 术的总体设 计们i 局，要求具有经济上的可行性。 ( 2 ) 根据详细的计算论证，确定选择加工用通用动力头。 ( 3 ) 选择合理的央具，解决好薄壁管件在内孔加工过程中的央紧及防止变 形。 ( 4 ) 选择合理的刀具来实现产品图样规定的各加工表面的精度要求。 ( 5 ) 三动力头顺序动作的实现与控制。 1 2 本项目在国内的研究水平和发展趋势 整体式汽车驱动后桥三主轴孔的加工，一直是困扰着后桥制造业的一 个难题。过去传统的加工方法是：用普通车床+ 普通镗床来分多次完成。7 0 年代以来大部分企业采用的是：两动力头镗床( 镗两端孔，车端倒角) + 单 动力头镗床( 镗中间琵琶孔) 来分次完成。以上这两种加工方式均要求配 备两台( 或两台以上) 的机床。固定资产投入大，生产效率也低。 8 0 年代以来陆续开展了液压驱动进给的三动力头专用镗床的研制，来 完成三主轴孔的加工，此项工作目前j 下处于不断完善之中，对厚壁铸造桥 壳的加工，已取得可喜的进展。 三主轴孔的加工问题吸引了我国后桥制造业不少技术人员的关注。今 后，此项工作必然会得到大的改观。其发展趋势为： ( 1 ) 提高生产率和自动化水平，特别是工件装央和拆卸的自动化。 ( 2 ) 提高组成件的通用化程度。 ( 3 ) 进一步扩大加工范围，使此类机床不仅能镗孑l 车端面，还能完成其他 加工工序。 ( 4 ) 通过采用自动测量和刀具自动补偿技术做到调刀不停车来提高加工精 度和精度的可靠保持性。 ( 5 ) 实现c n c 控制及柔性化，向机f 乜一体化迈进，大幅度提高后桥制造业 的技术水平。 1 3 开展本项目研究的原则及要达到的目标 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 页 此譬川机眯实际j ：是针对桥壳壳身二ii ；4 ：i t l 孔加i ：而构思的种组合机 j 术。j e7 0 9 0 f l j 零件足标准件或通| 】件，仃利于提高性能和l ，j 稚陀_ _ j ：1 1 便 于维修。争娜什在技i t 时也应烬i l l 减少强种，向近似化椎拢。此，本项 f l 完成后应达到以下h 标： ( i ) 桥管央紧变形量不超过o 0 5 m m ，火紧定位安全可靠。尽量减少火紧状 态的加：j ：尺寸精度与拆卸后零件尺寸精度的差异。具有较充裕的尺寸调整 参数，便于今后机床使用范围的扩大。 ( 2 ) 能实现产品图样要求的加工精度且实现过程要稳定。采用多刀、多刃、 连续一次加工各孔及端面。尺寸加工精度应达到h 8 级以上，位置度达到7 级，三孔表面粗糙度 w = 7 7 1 2 ( n ) 西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第2 4 页 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 晓l j 火紧机构( 1 ) 可满足机床对壳身两端孔的和：加工州的火紧力的 婴求。 ( 2 ) 火紧装置( 1 1 ) ：属普通螺纹央紧机构。压头为平面。 w 2 * = 2 q l ( d 2 2 ) t g ( + 1 l r ) + 2 f 2 d l 3 ( 3 0 6 ) 式l i l ：q l = 1 2 3 5n m m ，d 2 = 1 4 7 ，q = 2 4 8 。，d l = 3 0 m m ，l l ，2 1 0 。 f 2 = o 2 2 代入后：w 2 + = 3 2 2 8 8 ( n ) w 2 = 1 4 6 4 ( n ) 说1 1 月央紧机构( 1 1 ) 能够满足机床在加工中间琵琶孔时对兴紧力的要求。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第2 5 页 第4 章刀具 川具足本机术的二卜要组成部分之一。它的没计、制造、使川的n 况将 影f l m 到机床加丁的桥壳壳身的质量，机床的效率及经济效果。 本号机的7 j 具，从它的作用和对它的攮本要求上看，与般川贝一样。 但丁| 小专机属组合机床，它有着本身的特殊加工条件，又带来了一些与 般刀具不同的特点： ( 1 ) 本专机要求高效，它的循环时间较短，而在每一循环中，刀具不工作的 时问很短，同时它的两端孔及中阳j 琵琶孔均采用顺序多刀加工，更换调整 刀具较费时i 瑚。因此要求刀具有较高的耐用度和可靠性，并便于拆卸。 ( 2 ) 刀具的复合程度较高。 ( 3 ) 刀具有一定的通用性。本专机为批量生产服务，要求刀具的结构系列 化、通用化。 4 1 刀具的材料 在切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务。它 的性能优劣取决于切削部分( 即刀尖) 的材料几何形状和刀具结构。而刀 具材料的重要性属于首位，这对刀具耐用度、加工效率、质量、成本影响 极大，因此，合理恰当地选择加工用刀具的材料是刀具设计的关键。 4 1 1 刀具材料( 刀尖) 选择的原则 ( 1 ) 要有高的硬度和耐磨性：刀具( 刀尖) 材料的硬度必须比工件材料的 硬度高，耐磨性好； ( 2 ) 要有足够的强度和韧性即刀具材料的抗弯强度和冲击韧性值要尽量 高； ( 3 ) 要有高的耐热性：耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标。要求 刀具材料能在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性等的同时，具有抗氧 化、粘结、扩散的性能即拥有良好的热稳定性。 ( 4 ) 要有良好的工艺性能：刀具材料应