挖掘机驱动桥壳体专用加工中心设计与研究

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Design and study of special machining center for excavator S driving axle housingMIAO Xiaopeng①，YANG Wei①。WEI Feng②(###Anyang Institute of Technology，Anyang 455000，CHN；###YNC Tool Works，Dalian 1 16023，CHN)Abstract：Processing driving axle housing by CNC machine tools has some problems，such as large re-position er-rors and long time for positioning adjustment and low eficiency，etc.A design for special machiningcenter is introduced，which uses the special fixture to position workpiece quickly and accurately；swit-ches workstation by an high--precision turntable to process a variety of procedures with one time clam·-ping.Practical application shows that the machining center achieves automation manufacturing of drivingaxle housing，guarantees machining accuracy and improves production eficiency。

Keywords：Driving Axle Housing；Maching Center；Fixture驱动桥桥壳是工程机械上的主要承载部件之-，承受整车重量及行驶时路面对其的冲击载荷，并将整车重量、载荷及作用在驱动车轮上的各个力传到车轮与车架上。桥壳的加工精度对挖掘机的性能有着非常重要的影响。

桥壳形状复杂，加工内容多，需要加工外圆面、端面、孔和螺纹等，涉及车、铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序，若使用普通数控车床和数控铣床加工，往往存在以下问题 ：(1)车削时工件高速旋转，由于桥壳重量大、形状不规则，故动平衡性较差，加工质量不高；(2)外圆车削需要经过粗加工-半精加工-精加工多道工序完成，工件每次装夹需要花费大量时间调整，效率低；(3)车削与铣削工序定位基准不-致，重复定位精度低。

针对上述问题，决定设计专用加工中心，采用专用夹具，工件-次装夹，通过工件转换工位配合加工中心自动换刀完成上述加工内容。

U / 、 扩 001 驱动桥壳体工艺分析图 1所示为驱动桥壳体加工工序图，桥壳材料为ZG310-570，硬度 160-240 HB，重量为 70 kg。

本机床加工内容为：(1)粗铣法兰盘端面及 6262mm孔底平面。(2)粗镗 6262 mm内孔并倒角。(3)定位孔加工，定位孔 617.2 mm H7是后序周向定位基准，加工精度、位置度要求很高，要求保证孑L心相对基准位置度 西0.05 mm，孔心轴线相对基准平行度 0.05mm，其工艺流程：钻引导孑L-钻孑L-铰孔。(4)套车小端阶梯外圆。(5)铣小端端面。(6)粗镗小端阶梯内孔。(7)加工侧面螺纹孔，螺纹孔 M30位于工件侧面，加工时工件需水平回转 90。，工艺流程：钻底孔-锪端面-扩孔-攻丝～上述加工内容分 3个工位加工，分别是加工大端、加工小端、加工侧面螺纹孔。

图1驱动桥壳体加-razj图2 机床的总体方案设计2.1 机床配置加工中心的配置形式受到被加工工件的结构形式、加工要求、安装形式、导向精度及生产率等多种因素的影响。根据被加工工件的加工内容，考虑到加工过程中需要回转分度转换 3个工位，所以机床布局采用单立柱卧式加工中心结构。加工中心各个坐标轴的运动可由工作台或主轴移动来完成，如果采取工作台移动，就必须配备大功率的拖动电动机、较高强度的支承导轨和直径较大的滚珠丝杠，这会大大增加机床的成本。所以本加工中心采取工作台固定，主轴完成 、y、z三个轴向移动的运动方式。主轴箱安装在立柱导轨上，由立柱带动完成 、z轴向移动，主轴箱沿立柱导轨上下移动完成 y向移动。这种可移动单立柱结构，制造精度低，制造成本也较低，又能满足加工所需要的切削力，所以，本加工中心采用这-结构形式。

2.2 机床结构图2所示为机床的整体结构示意图，立柱3安装在滑台上，数控十字滑台2安装在底座 1上，滑台带动立柱完成 、z轴向移动， 向最大行程 700 mm，Z向最大行程 600 mm，主轴 5安装在立柱导轨上，沿立柱· 106 ·导轨上下移动完成 y向移动，l，向最大行程 500 mm。

并配有 4，800 mm任意分度转台，通过液压 自动夹紧，可以实现不同工位的转换。

211-底座；2-数控十字滑台；3～立柱；4-刀库；5-主轴；6-夹具；7-转台；8-副底座。

图2 机床结构示意图为了满足不同加工内容对切削参数的不同要求，主轴转速、进给运动速度需要改变，因而主轴、进给运动均采用伺服驱动。机床由数控系统控制，选用 日本FANUC数控系统，按设定好的程序对工件进行加工。

向、y向、z向移动，均采用直线导轨，滚珠丝杠，伺服电动机驱动结构型式，运动摩擦小，动作灵敏。

u l0 ， 丹j滚珠丝杠通过无间隙联轴器与伺服电动机轴连接，传动误差小，刚性高，运动部件整体响应速度快。

加工中机床需要完成车、铣、镗、钻、铰、攻丝等自动加工，因而在机床侧面设计了刀库，并配置了换刀机械手，用于实现 自动换刀。刀库设计刀具容量 25把，刀柄采用 HSK形式。加工中心自动加工过程中，可能会发生刀具折断，若不能及时发现，则有可能造成工件报废。为了避免这种现象的发生，采用了刀具折断 自动检测装置。当刀具完成加工返回刀库前，刀具 自动检测装置对此刀具进行检测，若有异常马上报警，这样就避免了因刀具折断造成工件报废、刀具及机床的损坏3 夹具方案及工作循环3.1 夹具方案设计工件毛坯除作为定位基准面外圆205 mm、248mm和法兰盘左侧端面已加工外，其余均未加工。两个外圆面用 V形块定位，限制 4个 自由度，端面用挡块定位，限制轴向 1个 自由度。

工件主定位使用 V形块支撑外圆 6205 mm和外圆 6248 mm。主定位很大程度决定了定位的精度，因此 V形块的加工精度和装配精度要求很高。轴向定位以法兰盘左侧端面作为定位基准面，使用挡块侧面定位。周向定位利用工件大端端面正下方的半圆形孔，将推靠插入到该半圆形孔可以调整工件的周向角度。加工法兰盘大端端面时，为防止干涉，需将推靠拔出。加工时完全靠夹紧和楔紧装置固定工件。

3 9l 4定位用V形块；2-推靠；3-夹紧用V形块；4-下夹具体；5-上夹具体；6-夹紧油缸；7-夹紧油缸活塞杼；8-楔紧油缸活塞杆；9-楔紧油缸；10-喷淋装置。

图3 夹具总图等/簪 culJ耳 朋Design and ResearCn设计与研究图3所示为夹具总图，夹具主体采用上下分体式结构。定位用 V形块 1安装在下夹具体4上，夹紧用V形块 3安装在上夹具体 5上。上、下夹具体之间用销钉定位，螺钉固定。夹紧力由夹紧油缸6提供，并使用楔紧油缸 9增大夹紧力。夹紧油缸和楔紧油缸相互垂直布置，夹紧油缸活塞杆下行施加夹紧力。夹紧油缸活塞杆7顶端和楔紧油缸活塞杆 8侧面加工成 15。

斜角的斜面，当需要楔紧时，楔紧油缸活塞左移，通过斜面配合施加楔紧力。

3.2 工作循环机床工作循环为：自动上料-推靠向上旋转-推靠轴向平动(周向粗基准定位)-主定位夹紧-主夹紧楔紧-定位面气检-转台回转90。-加工小端-转台回转90。-加工侧面螺纹孑L-转台回转 90。-推靠轴向向外平动-推靠向下旋转-加工大端-主夹紧楔紧松开-主夹紧松开-自动下料，工作循环结束。

4 结语该加工中心实现了形状不规则，不易定位，加工内容多，精度要求高的挖掘机桥壳的加工。整机总体结构采用拈化设计，自动全封闭防护并带有油雾吸收装置、自动排屑装置，对加工过程中的切屑、粉尘、切削液、油雾进行及时清理，保证数控系统及各运动部件灵活可靠，创造舒适工作环境。经实践证明，所加工工件达到技术要求，并且由于后序加工采用相同的定位方式，极大地提高了定位精度和生产效率。该机床可以加工不同规格的前、后驱动桥壳体，可实现批量柔性自动化生产，具有良好的经济效益。