MPV車橋橋殼的定位夾緊分析

鄧 姣

（柳州乘龍專用車有限公司，廣西 柳州 545006）

MPV車橋是貨運(yùn)汽車中常見的車橋種類之一。傳統(tǒng)的橋殼毛坯，大多數(shù)是通過鑄造出來的，而MPV車橋橋殼，是通過板料沖壓成兩個半殼組焊起來，再把各個附件和加強(qiáng)圈及兩頭的軸管焊接上去，這樣形成一個完整車橋，如圖1所示。

圖1 車橋

不同種類的車橋的外形，大體都差不多，主要在于尺寸大小上和附件的樣式不同而已。本文以MPV橋殼琵琶孔端面的粗鏜、精鏜時的工序為例，運(yùn)用六點定位原則，探討實際生產(chǎn)中類似車橋的定位夾緊要點。

1 橋殼六點定位方案

圖2所示為MPV橋殼琵琶孔端面的粗鏜、精鏜時的模擬工作平臺。

圖2 橋殼加工平臺

橋殼兩端軸管通過專機(jī)進(jìn)行校正，選用已加工的軸管表面，作為工序加工的定位基準(zhǔn)，可使定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，避免基準(zhǔn)不重合誤差。由于定位基準(zhǔn)為兩外圓柱表面，因此在選擇定位元件時，采用常用的定心定位元件——雙短V形塊，即可以限定工件的4個自由度（即Y、Z軸方向上的移動和Y、Z軸的轉(zhuǎn)動）。

工件還剩下2個自由度（即X方向上的移動和X軸的轉(zhuǎn)動），由于工件的形狀和結(jié)構(gòu)都比較特殊，中間的琵琶孔的位置與兩頭的軸管的位置尺寸關(guān)系不大，即不能以兩頭的軸管來定位；而其他的附件是鑄造出來的，沒有精基準(zhǔn)面，而且其位置與中間的琵琶孔的位置誤差較大，所以要實現(xiàn)工件剩下的2個自由度（即X方向上移動和X 軸的轉(zhuǎn)動）的限定，都必須以工件中間的琵琶孔來確定。對于中間的琵琶孔來說，由于孔的直徑比較大，經(jīng)過分析，可以通過以下方案來定位：

在琵琶孔的X方向采用一個自動伸縮定心裝置，來使其工件在X方向上的移動，而在琵琶孔端面Y方向上距離最遠(yuǎn)的兩點處，運(yùn)用一個平面來進(jìn)行校平，如圖3所示。

圖3 六點定位方案示意圖

這樣工件的6個自由度都可以有效地限定。

2 定位誤差的分析與計算

工件定位造成的加工面，相對其工序基準(zhǔn)的位置誤差，簡稱為定位誤差。在加工時，夾具相對刀具及切削形成運(yùn)動的位置，經(jīng)調(diào)定后不再變動。因此，可以認(rèn)為加工面的位置是固定的。在這種情況下，加工面對其工序基準(zhǔn)的位置誤差，必然是工序基準(zhǔn)的位置變動所引起的。所以定位誤差，也就是工件定位時工序基準(zhǔn)（一批工件的）沿加工要求方向上的位置變動量。

橋殼體在V形塊上定位時，以外圓柱面與平面相接觸。因此，定位基準(zhǔn)中心在V形塊的對稱面上，則定位基準(zhǔn)在水平方向上的位移為零。

在垂直方向上（如圖4所示）。

圖4 形塊定位誤差計算

由圖4可知，因工件外圓有制造誤差，致使定位基準(zhǔn)相對于在夾具中的理想位置產(chǎn)生位移，其值為

加工過程中必須保證

其中，

ΔY為基準(zhǔn)位移誤差；

α為V形塊夾角，α=90°；

TD為定位外圓柱直徑公差，TD=-0.1 mm；

加工誤差δ=0.2 mm。

所以

滿足加工要求。

3 切削力的估算

粗鏜時的切削力，比精鏜時的切削力大得多，查表計算出粗鏜琵琶孔端面的切削力。

加工材料為45鋼，硬度σb=650 MPa；

工件尺寸 寬度ae=40 mm，為一個圓環(huán)，如圖5所示。

圖5 工件圖

加工要求：用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金端銑刀銑削，加工余量h=4 mm；

機(jī)床為VMC1690加工中心。

3.1 選擇刀具

根據(jù)《切削用量簡明手冊》，選擇YT15硬質(zhì)合金刀片；

銑削深度ap≤4 mm時，

端銑刀的直徑d0=63 mm，ae=40 mm，齒數(shù)Z=4；

選擇 kr=60°；

刀具轉(zhuǎn)速 n=2 000 r/min。

3.2 選擇切削用量

（1）銑削深 ap=h=4 mm；

（2）每齒進(jìn)給量 fz=0.09～0.18 mm/z，

因采用不對稱端銑，取fz=0.18 mm/z。

3.3 圓周力的計算

按以下公式計算銑削時切削力

式中kFc為切削條件改變時，切削力修正系數(shù)。

通過查表，公式中的系數(shù)及指數(shù)得

最后計算得

4 兩端V形塊的夾緊力計算

工件在夾具里定位正確及準(zhǔn)確與否，是關(guān)系到能否保證加工品質(zhì)的重要問題。

如果只解決定位問題，還是不能保證加工的正常進(jìn)行，因為工件在加工過程受切削力、慣性力與重力等影響，會導(dǎo)致工件變形，從而影響工件的加工品質(zhì)；又如果工件不夾緊、或夾而不緊、或夾而過緊，以及夾緊機(jī)構(gòu)不合理等，均將影響工件加工多、快、好、省地進(jìn)行。因此，工件的夾緊，也是保證加工精度的一個十分重要的問題（如圖6所示）。

圖6 V形塊上夾緊力分析

橋殼上作用力P1，為拉動上推力桿支座機(jī)構(gòu)時氣缸拉力，由于橋殼體是有雙V形塊定位的，因此每端的作用力為氣缸拉力的一半，所以

在力P1的作用下，橋殼體有沿V形塊左斜面滑出的趨勢，在夾緊力W的作用，V形塊工作表面給予橋殼體的反作用力為

N在水平方向的分力為

由反作用力N產(chǎn)生的摩擦力F在水平方向上的分力為

防止橋殼體沿V形塊斜面滑出的靜力平衡條件為

式中，

N為V形塊工作表面給予橋殼體的反作用力，N；

F為摩擦力，N；

W為夾緊力，N；

P1為液壓缸拉力，N；

a為V形塊工作面夾角（°），α=90°；

f1為夾緊件與工件間的摩擦系數(shù)；

f2為工件與定位件間的摩擦系數(shù)，取0.15。

由《機(jī)械設(shè)計手冊》查得，鋼與鋼接觸時的靜摩擦系數(shù)為0.15，即

將各數(shù)據(jù)代入

得

計算出理論的夾緊力，再乘以安全系數(shù)K，作為實際的夾緊力。

安全系數(shù)K可以按下式計算

式中，

K1為一般安全系數(shù)，考慮增加夾緊的可靠性和因工件的材料性質(zhì)及余量不均勻等引起的切削力的變化。一般取K1=1.5～2，選用K1=1.8；

K2為加工性質(zhì)系數(shù)，粗加工取K2=1.2，精加工取K2=1；

K3為刀具鈍化系數(shù)，考慮刀具磨鈍后，切削力增大，一般取K3=1.1～1.3，選用K3=1.2；

K4為斷續(xù)切削系數(shù)，斷續(xù)切削時取K4=1.2，連續(xù)切削時，取K4=1.0。

所以，實際夾緊力W為

5 液壓缸的選用

VMC1690加工中心選用液動夾緊的方式，使橋殼體固定并保證正確的加工位置，液壓的額定壓力為5 MPa，計算液壓缸推力F時，可以以最危險的情況下來考慮，即為橋殼體在加工時受到切削的最大力，所以

（1）確定液壓缸內(nèi)徑D。由

得

由《機(jī)械設(shè)計手冊》（液壓傳動）查出，選用內(nèi)徑D=40 mm，活塞內(nèi)徑d=18mm的旋轉(zhuǎn)夾緊液壓缸，即可以滿足要求。

（2）確定液壓缸長度。液壓缸的長度由最大工作行程確定，一般不超過其內(nèi)徑的20倍。根據(jù)氣缸內(nèi)徑D=40 mm，由《機(jī)械設(shè)計手冊》（液壓傳動）查出，因此時所需要液壓缸的工作行程為20 mm，則氣缸的長度為60 mm。其型號為QGHJ40×20ZB。

6 結(jié)束語

本文以MPV車橋為例，通過對其定位方案分析、定位誤差分析，計算定位誤差、估算切削力以及定位原件V型塊夾緊工件所需的夾緊力的計算，確定所需要液壓缸的工作行程為20 mm，氣缸的長度為60 mm，型號為QGHJ40×20ZB，使整個工序得以進(jìn)行。

[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué)，上海工業(yè)大學(xué).機(jī)床夾具設(shè)計[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996.

[2]白成軒.機(jī)床夾具設(shè)計新原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[3]《金屬切削機(jī)床設(shè)計》編寫組.金屬切削機(jī)床設(shè)計[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1979.