變速器副軸快換銑單鍵工裝的設(shè)計(jì)與制造加工

王 軍

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司， 山西 大同 037305）

引言

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，“高精度、低成本、中小批量”的生產(chǎn)方式已經(jīng)成為當(dāng)前機(jī)械加工行業(yè)的主導(dǎo)方式。為了適應(yīng)這種市場(chǎng)需要，變速器需銑單鍵的副軸類零部件，在銑單鍵加工時(shí)需要定位精度高且要換產(chǎn)迅速就成為一種必然趨勢(shì)。

但是受變速器副軸類零部件的結(jié)構(gòu)限制，以前的銑單鍵工裝一般都是根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一種銑單鍵工裝，在進(jìn)行換產(chǎn)時(shí)需把工裝進(jìn)行徹底拆除后再把另外一套工裝安裝在加工中心底板上，調(diào)整后再繼續(xù)加工銑單鍵槽工序，一次換產(chǎn)需要3 h 左右，調(diào)整效率低與現(xiàn)在的生產(chǎn)方式極其不匹配。

原銑單鍵工裝V 形鐵通過(guò)配打定位銷孔的方式安裝在定位底板上，屬于不可互換的連接方式，一旦V 形鐵磨損后，整套工裝報(bào)廢，造成極大的浪費(fèi)。本文設(shè)計(jì)了一種采用快換V 形鐵進(jìn)行定位的加工變速器副軸銑單鍵的快換工裝[1]，此副軸快換銑單鍵工裝包括快換底板、快換V 形鐵、彈簧頂尖機(jī)構(gòu)、連接螺栓和抱緊機(jī)構(gòu)，具體見圖1。在加工前，先確定要需要加工的工件需要幾號(hào)快換V 形鐵，之后把快換V 形鐵安裝在快換底板上，再把要加工的工件擺放在換銑單鍵工裝上，然后使用扳手把抱緊機(jī)構(gòu)擰緊，使其把工件抱緊后進(jìn)行銑單鍵加工。

1 任務(wù)需求

要求在同一臺(tái)銑單鍵工裝上加工多種不同型號(hào)的需銑單鍵的變速器副軸產(chǎn)品，銑單鍵位置度控制在0.05 mm 以內(nèi)，換產(chǎn)輔助時(shí)間15 min 以內(nèi)。而使用以往的工裝，位置度只能控制在0.10 mm 以內(nèi)，換產(chǎn)輔助時(shí)間需在3 h 左右，無(wú)法滿足精度要求和換產(chǎn)節(jié)拍要求，因此要求設(shè)計(jì)新型銑單鍵工裝。

圖1 副軸快換銑單鍵工裝簡(jiǎn)圖

2 工裝設(shè)計(jì)

2.1 快換底板的設(shè)計(jì)

快換底板與快換V 形鐵采用單鍵槽與單鍵定心、端面定位。

為了保證快換底板部分與快換V 形鐵部分連接的精度，特別使用了單鍵槽與單鍵過(guò)渡連接方式進(jìn)行加工，可確保快換底板與快換V 形鐵的連接精度。

為了保證快換底板與快換V 形鐵的平面貼合精度，特別要求了快換底板的平面度和粗糙度。

2.2 快換V 形鐵的設(shè)計(jì)

快換V 形鐵與工件采用端面定位、外圓定心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；快換V 形鐵與快換底板采用單鍵槽與單鍵定心、端面定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

由于每種產(chǎn)品工件的定位端面、外圓、齒部參數(shù)、齒頂圓等不可能完全一致，因此要綜合考慮工件的定位端面、外圓、齒部參數(shù)、齒頂圓等。在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮設(shè)計(jì)出具有通用性的快換V 形鐵，使被加工工件在安裝后處于一個(gè)合理的擺放姿態(tài)，以減少因被加工工件的位置不合理而導(dǎo)致加工不正確，影響加工質(zhì)量。

由于快換V 形鐵要被經(jīng)常使用，處于高頻率工作狀態(tài)，因此要選擇耐磨性好、硬度高的鋼材，如GCr15。要定期檢查快換V 形鐵是否完好，如有磨損要及時(shí)更換。如果使用了已磨損的快換V 形鐵，由于無(wú)法正常加工工件，易出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

2.3 彈簧頂尖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

彈簧頂尖機(jī)構(gòu)與工件采用頂尖插入工件的齒槽后定心但不參與定位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；彈簧頂尖機(jī)構(gòu)與快換底板采用孔軸過(guò)渡配合定心、端面定位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

由于每種產(chǎn)品工件的定位外圓、齒部參數(shù)、齒頂圓等不可能完全一致，且彈簧頂尖機(jī)構(gòu)與快換V 形鐵匹配使用，因此就要根據(jù)工件的定位外圓、齒部參數(shù)、齒頂圓等的不同綜合考慮。設(shè)計(jì)出一個(gè)具有通用性的彈簧頂尖機(jī)構(gòu)。使被加工工件擺放后處于一個(gè)合理的加工姿態(tài)，以減少因被加工工件的位置不合理而導(dǎo)致加工不正確，影響加工質(zhì)量。

由于彈簧頂尖機(jī)構(gòu)要被經(jīng)常進(jìn)行使用，處于高頻率工作狀態(tài)，因此要選擇內(nèi)磨性好、硬度高的鋼材，如GCr15。要定期檢查彈簧頂尖機(jī)構(gòu)是否完好，如有磨損要及時(shí)更換。如果使用了已磨損的彈簧頂尖機(jī)構(gòu)，由于無(wú)法正常加工，出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量事故。

2.4 抱緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

抱緊機(jī)構(gòu)與工件采用螺栓擰緊、兩抱緊塊夾緊工件外圓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抱緊機(jī)構(gòu)與快換底板采用螺紋連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

由于每種產(chǎn)品工件的夾緊外圓、齒部參數(shù)、齒頂圓等不可能完全一致，且抱緊機(jī)構(gòu)與彈簧頂尖機(jī)構(gòu)、快換V 形鐵匹配使用，因此就要根據(jù)工件的夾緊外圓、齒部參數(shù)、齒頂圓等的不同綜合考慮。設(shè)計(jì)出一個(gè)具有通用性的抱緊機(jī)構(gòu)。使被加工工件擺放后處于一個(gè)合理的加工狀態(tài)，以減少因被加工工件的位置不合理而導(dǎo)致加工不正確，影響加工質(zhì)量。

由于抱緊機(jī)構(gòu)要被經(jīng)常進(jìn)行使用，處于高頻率工作狀態(tài)，因此要選擇內(nèi)磨性好、硬度高的鋼材，如GCr15。要定期檢查抱緊機(jī)構(gòu)是否完好，如有磨損要及時(shí)更換。如果使用了已磨損的抱緊機(jī)構(gòu)，由于無(wú)法正常加工，出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量事故。

3 工裝的制造

3.1 快換底板的制造

快換底板要進(jìn)行充分的熱處理、時(shí)效等，防止在使用中發(fā)生異常變形磨損，影響加工精度。由于快換底板部分是保證工件工裝精度的關(guān)鍵部件之一，所以快換底板的公差要相對(duì)嚴(yán)格，平面度為0.005 mm[2]，粗糙度為Ra0.4 μm，以確保工件的工裝精度。

3.2 快換V 形鐵的制造

由于快換V 形鐵是支撐工件的部件，其中心線位置度直接影響此工裝的加工工件精度。因此需要制造出高精度快換V 形鐵，位置度公差在±0.005 mm以內(nèi)，快換V 形鐵與快換底板特別使用了單鍵槽與單鍵過(guò)渡配合方式進(jìn)行加工，確?？鞊Q底板與快換V 形鐵的連接精度，把平行度、平面度以及垂直度要求得較嚴(yán)格一些，以確保配合精度。

3.3 彈簧頂尖機(jī)構(gòu)的制造

由于彈簧頂尖機(jī)構(gòu)是支撐工件的部件，其中心線位置度直接影響此工裝的加工工件精度。因此需要制造出高精度彈簧頂尖機(jī)構(gòu)，其工裝組裝后，要求彈簧頂尖機(jī)構(gòu)的位置度、彈簧頂尖機(jī)構(gòu)自身的同軸度公差在±0.005 mm 以內(nèi)。

彈簧頂尖機(jī)構(gòu)與快換底板特別使用了孔軸過(guò)渡配合進(jìn)行加工，確保快換底板與彈簧頂尖機(jī)構(gòu)的連接精度，把位置度、平面度以及垂直度要求得較嚴(yán)格一些，以確保配合精度。

3.4 抱緊機(jī)構(gòu)的制造

由于抱緊機(jī)構(gòu)是夾緊工件的部件，其夾緊工件后的中心線位置度直接影響此工裝的加工工件精度。因此需要制造出高精度的抱緊機(jī)構(gòu)，以達(dá)到被抱緊的工件中心線變動(dòng)在0.1 mm 以內(nèi)。

4 工件的要求

被加工工件在車削外圓端面、滾剃齒部序時(shí)要考慮工件的外圓端面、齒部在快換銑單鍵工裝上定位的需要，特別是要滿足外圓端面、齒部尺寸的精度要求。因?yàn)楣ぜ闹行木€與V 形鐵的中心線只有高度重合，齒部中心與彈簧頂尖中心的高度貼合，才能加工出位置度合格的單鍵槽。如果外圓尺寸超差會(huì)導(dǎo)致工件在工裝上擺放不準(zhǔn)確，以致單鍵槽加工不正確；工件定位面加工跳動(dòng)超差會(huì)導(dǎo)致工件的端面與快換V 形鐵端面不能完全貼合，出現(xiàn)工件在工裝上擺放時(shí)中心線與工裝中心線不重合，以致單鍵槽位置度不穩(wěn)定；齒部跳動(dòng)、累計(jì)超差[3]會(huì)導(dǎo)致工件在工裝上擺放時(shí)工件中心線與工裝中心線不重合，以致單鍵槽位置度不穩(wěn)定。

5 工件的加工

首先確定要加工的工件需要幾號(hào)快換V 形鐵，把快換V 形鐵安裝在快換底板上，再把要加工的工件擺放在工裝上，然后把抱緊機(jī)構(gòu)擰緊，確保工件在工裝上的各個(gè)自由度完全被限制。最后由操作工啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工銑單鍵工序。

6 檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證及結(jié)論

使用本文新設(shè)計(jì)的快換工裝加工需銑單鍵的變速器副軸產(chǎn)品的位置度數(shù)據(jù)及換產(chǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，見下頁(yè)表 1、表 2。

由表1 可以看出，使用此快換工裝加工零件的銑單鍵，其單鍵位置度檢測(cè)結(jié)果均小于要求值，即被加工零件位置度≤0.05 mm，可以滿足使用要求。

表1 圖號(hào)為AZ2210030208 被檢測(cè)零件的位置度統(tǒng)計(jì)表 mm

表2 各種規(guī)格的被加工零件換產(chǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

由表2 可以看出，通過(guò)進(jìn)行換產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，共換產(chǎn)20 次，實(shí)際換產(chǎn)時(shí)間均小于要求時(shí)間15 min，可以滿足快換使用要求。

通過(guò)以上加工銑單鍵后，經(jīng)檢驗(yàn)單鍵位置度的數(shù)據(jù)和換產(chǎn)時(shí)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，本文設(shè)計(jì)的快換工裝適合現(xiàn)“高精度、低成本、中小批量”的快速換產(chǎn)需求。使用此工裝在保證工件加工精度、生產(chǎn)線節(jié)拍的前提下，減少了工人換產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了生產(chǎn)線的加工效率，同時(shí)減少了工裝費(fèi)用的投入。隨后開發(fā)的變速器需銑單鍵的副軸類零部件也使用了同樣結(jié)構(gòu)的工裝，為企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提升、成本下降做出了重大貢獻(xiàn)。