拨叉轴铣削方案的研究与论证

阿明哥哥资料区 2019-12-11

展开全文

作者：韩文静

单位：陕西法士特齿轮有限责任公司

来源：《金属加工（冷加工）》2019年第11期

拨叉轴是变速器操纵机构中的一个主要零件，一般拨叉轴的上表面沿轴向分布有凹槽，相邻凹槽之间的距离，即等于为保证在全齿宽啮合或是完全退出啮合所必需的拨叉及其轴的移动距离，此距离的合格与否是操纵机构实现自锁和互锁的关键因素之一。目前，拨叉轴凹槽的加工是通过成型刀具一次铣削而成，进刀退刀空行程多，铣削效率低，半成品在此堆积等待，影响了整条生产线的节拍。因此重新设计铣削夹具，通过减少装夹时间，增加走刀路径的有效性，优化铣削工序的节拍，减少工序间等待，达到精益生产线目的。

1.拨叉轴结构及工艺分析

如图1所示，零件是典型的轴类产品，其加工工序为：车外圆→车D2槽→铣凹槽→钻锥孔→磨外圆。车削、钻削及磨削工序机加时间基本平衡，约为铣削节拍的1/3，铣削效率低，造成了车削后零件堆积，钻孔工序等待。

铣削工艺主要加工沿表面轴向分布的凹槽，现以V形块定位，D1圆弧轴向定位，虽然工艺基准与设计基准重合，加工精度易保证，但是不符合现场精益化生产要求。如何解决铣削这道瓶颈工序值得思考。

2.铣槽夹具

（1）设计思路夹具作为产品的加工载体，肩负着辅助实现产品加工工艺的重任，它对产品的加工质量，加工成本及生产效率有着直接的影响。原铣槽夹具如图2所示，对其缺点分析主要有以下几点：①因夹具刚性差，进刀时需要垂直加工到工艺要求深度，再进行平行于槽底方向前后走刀完成整个切削，防止切削振动。②以圆弧D1定位，装零件时需对准R槽。

重新设计铣槽夹具，可以考虑一次装夹若干产品，并且采用液压高效夹具装置，通过优化走刀路径，节约装夹等待时间，进一步减轻劳动强度，提高劳动生产率。

拨叉轴为批量生产，希望新夹具满足装夹方便，依靠定位基准与夹具的定位元件相接触，占用正确的相对位置，不再需要找正便可夹紧。定位基准选用外形定位，以产品外圆母线径向定位，靠近D1圆弧端端面轴向定位，远离D1圆弧端对其施加轴向力，这样就只差防止轴径向转动，并选用带斜面的压板径向压紧，给它施加足够大的力，利用其与支撑面的摩擦，正好满足六点定位原理。

（2）设计方案论证现行工艺轴端面与D1圆弧槽两刀加工，它们之间的距离A，A＜100mm为自由公差，在分析以轴端定位之后，工艺基准与产品设计基准不同，一次切削若干根产品可能导致每根产品的凹槽位置不唯一，产品符合性差。因此我们通过进行小批量试验，更改现行工艺方案，将端面与圆弧槽D1一次切削，并抽检尺寸A，因A尺寸较小，其精度可100%保证在±0.02mm。

工艺方案重新验证后合理可行，拨叉轴生产线暂定产量20 000根/月，属于批量生产，考虑整条线的原铣削节拍104s（含平均装夹42s），根据精益线计算，新铣削方案一次装夹6根加工比较符合整条生产线节拍。

设计方案A如图3所示。为了提供足够大的推紧力来抵消铣削力和使压紧块有效压紧产品，防止切削时振动。且为了保证切削平衡，我们选用2个推缸进行夹紧，但是液压缸的同时性是由液压油的流动性能保证，目前还无法保证2个推缸的动作100%同步，会有一定的时间差，这样方案A就有可能在切削部位对产品径向产生剪切力，影响产品的直线度，。因此此方案还需要改进，于是就有了方案B，如图4所示。

由图4可知，方案B只选用一个推紧缸且推紧点位置设计在切削部位，只要选用足够大的推缸，且考虑让开加工刀具就可以实现正常切削。端面顶紧机构相对方案A制作简单，操作性强。

（3）夹具整体设计机械加工过程中，工件会受到切削力、夹紧力、重力及摩擦力等作用，在这些外力作用下，为了使工件仍能在夹具中保持定位元件所确定的加工位置，不发生振动或位移，保证加工质量和生产安全，都必须设置将工件可靠夹持。

液压系统设计：该夹具的系统难点主要在于确定推缸夹紧力，在夹紧工件过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率，根据切削部位特点，确定有助于定位稳定、减少夹紧变形的夹紧力方向，选取工件刚性较好的夹紧点，并且利用估算法、类比法确定夹紧力大小。因该液压夹具液压系统相对简单，只有一个动作缸体，且安装于卧铣XKA6032机床，考虑设计一个保压夹具，选取一个相对较大的推缸，根据推缸型号选取联接阀、蓄能器和压力表等液压相关元件（见图5）。

夹具动作原理：水平安装推缸，冲压时，液压缸带动推缸顶杆，沿导向块推动顶销，顶住夹紧块，夹紧块沿转轴旋转压紧加工件，支撑块上开设6个方孔，夹紧块绕转轴在方孔范围内旋转；泄压时，液压缸拉动推缸顶杆离开顶销，顶销在导向块的导向孔内水平方向处于自由状态，下次装产品时，夹紧块顺时针旋转，其背面接触顶销，使顶销自动复位。

3.铣削方案的验证

为验证工艺基准转换后工艺的稳定性并验证新夹具的合理性，对200件拨叉轴进行小批量试切削，并验证了夹具夹紧变形（见图6），通过分析试切削的成品数据（见表1），工艺人员及操作者一致认为新工艺方案可行，且此夹具夹紧迅速可靠、效果理想。液压夹具投产后减少了装夹时间；一次装夹6件，此工件较小，单手平均可拿3根，减少了操作者以前反复从料框拾取工件；每台机床同时夹紧6根的时间为5s，机床利用率提高，较改进前的安装产品252s（原手动安装一件42s）节约247s，效果理想。而且在试切阶段未发生装夹不紧、工件报废、刀具损坏和机床撞击等现象。因夹具刚性稳定，刀具走刀路径可从直径一侧切入另一侧，走刀路径优化，空行程减少，一次切削6根的时间为192s，原来切削一根62s，6根即362s。