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變速箱殼體加工尺寸偏移原因與解決方案

2020-5-11 來源：上海汽車變速器有限公司作者：張璐

摘要:介紹了一例非設(shè)備故障引起的加工尺寸偏移問題，通過對(duì)工件定位夾緊執(zhí)行元件的動(dòng)作順序及機(jī)床夾具液壓控制方式的深入分析，確診了加工尺寸偏移發(fā)生的原因，采取合理的方式解決了加工尺寸偏移的問題。我公司某變速箱殼體機(jī)加工生產(chǎn)線由 3 個(gè)工位共 3 臺(tái)機(jī)床組成，3 臺(tái)機(jī)床均為單主軸雙托盤交換加工的形式。3 臺(tái)機(jī)床所使用的夾具均為恒輪公司設(shè)計(jì)制造的液壓夾具。該生產(chǎn)線的 20 工位使用牧野品牌加工中心經(jīng)供應(yīng)商改造后配以恒輪公司制造的液壓夾具對(duì)殼體進(jìn)行加工，10、 30 工位使用恒輪品牌加工中心。

1.故障現(xiàn)象與設(shè)備例行檢查

產(chǎn)品批量生產(chǎn)之后，20 工位常出現(xiàn)殼體底面上的孔系位置尺寸整體偏移的情況，偏移無固定方向，呈現(xiàn)隨機(jī)性，加工極易產(chǎn)生廢品，質(zhì)量難以控制。對(duì)機(jī)床進(jìn)行了例行檢查，機(jī)床絲杠、導(dǎo)軌無明顯磨損現(xiàn)象，主軸端跳、徑跳和拉力均正常，主軸夾頭及刀柄接觸面無磨損情況，定位軸、進(jìn)給軸的重復(fù)定位精度在機(jī)床合格指標(biāo)范圍內(nèi)，機(jī)床性能良好。查詢重點(diǎn)轉(zhuǎn)向該工位的液壓夾具，經(jīng)檢查，夾具上定位面、定位銷和夾緊頭均無磨損松動(dòng)情況，液壓油溫度壓力均正常。變速箱殼體及其夾具如圖 1 所示。

圖 1 變速箱殼體及其夾具示意圖

1. 脹套 2.定位面 3.定位銷 4.夾緊頭

2.夾具工作原理的分析

深入分析該工位夾具及其液壓控制的工作原理 :

（1）殼體的定位與夾緊。殼體的定位由夾具上的雙脹套、定位面和定位銷實(shí)現(xiàn)，夾緊由夾具上一周均布的 4 個(gè)夾緊頭完成，遵循先定位、后夾緊的順序原則。殼體在 10 工位上已加工完成在 20 夾具上定位所需的基準(zhǔn)平面、銷孔及與雙脹套接觸的基準(zhǔn)大孔。夾具上的雙脹套限制了殼體的橫向移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)、垂直方向移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，定位面限制殼體的縱向移動(dòng)，定位銷限制殼體的縱向轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致殼體的 6 個(gè)自由度被完全限制。殼體上料后，夾具上的定位面、定位銷已與殼體接觸，此時(shí)圖 2 夾具裝配圖中所示的活塞下腔存在著一定壓力的液壓油，當(dāng)執(zhí)行殼體夾緊指令時(shí)，活塞下腔的液壓油卸壓，活塞在碟簧作用下帶動(dòng) 拉桿、壓板和橫銷同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，拽動(dòng)雙脹套向下移動(dòng)，脹套沿斜面外漲，與殼體基準(zhǔn)大孔緊密接觸，實(shí)現(xiàn)殼體的定位。殼體夾緊所用 4 個(gè)夾緊頭在液壓油的作用下縮回，夾緊指令發(fā)出后，液壓油卸壓，夾緊頭依靠其內(nèi)部的彈簧復(fù)位而伸出，其倒角與殼體喇叭口接觸并壓緊，外撐于殼體喇叭口，實(shí)現(xiàn)殼體的夾緊。負(fù)責(zé)殼體定位夾緊的這 5 個(gè)液壓執(zhí)行與彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)均可視為單作用液壓缸，在無液壓壓力狀態(tài)下為殼體的定位和夾緊 ; 殼體放松時(shí)，液壓油進(jìn)入單作用液壓缸推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使外脹的雙脹套形變復(fù)原、4 個(gè)夾緊頭縮回，殼體即可從夾具上取下。

圖 2 夾具裝配圖

1.殼體 2.雙脹套 3.壓板 4.拉桿 5.橫銷 6.碟簧 7.活塞 8.夾緊頭

（2）夾具液壓控制原理。圖 3 所示為該工位恒輪公司制造夾具的液壓原理圖，分析夾具上與殼體夾緊放松有關(guān)的夾緊、放松，并檢測液壓接口。

圖 3 夾具液壓原理圖

殼體放松指令發(fā)出后，液壓油通過耦合器進(jìn) 入放松接口，流經(jīng)濾芯、單向閥及單向節(jié)流閥 1.8 后，一路通過液控單向閥 1.9、單向節(jié)流閥 1.10 進(jìn)入定位脹套液壓缸，液壓缸中的活塞上移，雙脹套形變復(fù)原 ; 另一路通過液控單向閥 2.3、單向節(jié)流閥 2.4 進(jìn)入 4 個(gè)殼體夾緊液壓缸中，4 個(gè) 夾緊頭縮回，殼體放松。殼體夾緊指令發(fā)出后，液壓油進(jìn)入夾緊接口，通過濾芯、單向閥后，其中一路到達(dá)液控單向閥 1.9 的控制口，將該液控單向閥頂開，殼體放松狀態(tài)下定位脹套液壓缸中的液壓油沿單向節(jié)流閥 1.10、液控單向閥 1.9、單向節(jié)流閥 1.8 及單向閥，從放松接口流出，定位脹套液壓缸的活塞在碟簧的作用下往下移動(dòng)，雙脹套脹開，殼體定位 ; 另一路液壓油在壓力上升到頂開順序閥 2.1 的彈簧后進(jìn)入無桿活塞缸 2.2，同時(shí)到達(dá)液控單向閥 2.3 的控制口，待無桿活塞缸 2.2 中的活塞被液壓油頂?shù)叫谐套钅┒藭r(shí)液壓油壓力升高，這時(shí)升高的壓力油才會(huì)頂開液控單向閥 2.3，使殼體放松狀態(tài)下 4 個(gè)殼體夾緊液壓缸中的液壓油沿單向節(jié)流閥 2.4、液控單向閥 2.3、單向節(jié)流閥 1.8 及單向閥，從放松接口流出，4 個(gè)殼體夾緊液壓缸的活塞經(jīng)彈簧復(fù)位，夾緊頭伸出，殼體夾緊。殼體的定位脹套液壓缸與殼體夾緊液壓缸的動(dòng)作存在先后順序 : 液壓油先到達(dá)液控單向閥 1.9 的控制口，使定位脹套液壓缸中的液壓油泄壓，殼體完成定位動(dòng)作 ; 由于順序閥 2.1 和無桿活塞缸 2.2 的存在，殼體夾緊液壓缸的動(dòng)作需等到液壓油壓力上升到頂開順序閥 2.1 的彈簧，進(jìn)入無桿活塞缸 2.2，待 2.2 中的活塞運(yùn)動(dòng)到行程最末端，液壓油壓力升高到足以頂開液控單向閥 2.3 時(shí)，4 個(gè)夾緊用液壓缸中的液壓油才會(huì)泄壓，夾緊頭伸出將殼體夾緊。液壓元件 2.1 和 2.2 的存在，使殼體先定位、后夾緊的正確動(dòng)作順序得以實(shí)現(xiàn)。理解殼體正確的定位夾緊順序是進(jìn)一步分析和解決問題的關(guān)鍵。

3.機(jī)床的夾具液壓控制分析

恒輪公司按照自己制造的恒輪加工中心配套設(shè)計(jì)了該生產(chǎn)線 3 個(gè)工位的夾具，前文已述該 20 工位使用牧野的機(jī)床配恒輪公司的夾具，在此將生產(chǎn)線 10、30 工位的恒輪加工中心與 20 工位牧野加工中心的夾具液壓控制部分進(jìn)行對(duì)比分析。（1）恒輪加工中心的夾具液壓控制。如圖 4 所示的恒輪加工中心夾具液壓原理圖，夾具托盤中間液壓耦合器上共有 5 個(gè)通道，其中通道 1 為氣路通道，用于殼體定位面的壓縮空氣吹塵 ; 通道 2 為殼體夾緊時(shí)壓力油輸入 ; 通道 3 為殼體放松時(shí)壓力油輸入 ; 通道 4 的管路聯(lián)接到圖中機(jī)床上的壓力繼電器，液壓油在殼體夾緊后從通道 4 返回到該壓力繼電器，用于殼體夾緊的壓力監(jiān)測 ; 通道 5 封閉不用。液壓油通過電磁換向閥實(shí)現(xiàn)殼體的夾緊放松切換。這 5 個(gè)通道分別聯(lián)接至恒輪公司制造夾具的吹氣、夾緊、放松、檢測和附加接口。

圖 4 恒輪加工中心的夾具液壓原理圖

（2）牧野加工中心的夾具液壓控制。對(duì)比該工位牧野加工中心的夾具液壓原理圖（見圖 5），牧野加工中心的夾具液壓控制除了分別負(fù) 責(zé)兩個(gè)托盤上夾具殼體夾緊放松的兩組液壓閥外（第一組液壓閥用于上料托盤上殼體的夾緊放松，第二組液壓閥用于加工區(qū)域托盤上殼體的夾緊），還存在第三組液壓閥，該組液壓閥只有一路液壓油輸出，聯(lián)接至托盤 3 上的夾緊裝置 3，而機(jī)床其實(shí)并不存在第3個(gè)托盤。通過現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)該第三組液壓閥的液壓管路聯(lián)接至夾具的檢測接口。

圖 5 牧野加工中心的夾具液壓原理圖

4.加工尺寸整體偏移問題的解決

通過前文的敘述可知，在恒輪機(jī)床液壓的夾具控制部分和夾具的液壓管路中，通道 4 聯(lián)接到壓力繼電器，作用僅僅是監(jiān)測確認(rèn)殼體的夾緊狀態(tài)，對(duì)夾具上的執(zhí)行元件不起驅(qū)動(dòng)作用。而在牧野加工中心上，由于第三組液壓閥的輸出管路聯(lián)接到了夾具的檢測接口，經(jīng)過該通道的液壓油參與了夾具上 4 個(gè)殼體夾緊液壓缸的動(dòng) 作驅(qū)動(dòng)。觀察第三組液壓閥與第一組液壓閥上電磁閥線圈的得失電情況可知，在殼體夾緊指令發(fā) 出后，兩電磁閥同時(shí)動(dòng)作，除了夾緊接口有液壓油輸入夾具，檢測接口的液壓油也開始輸入，使得液壓油快速到達(dá)圖 3 中液控單向閥 2.3 的控制口，順序閥 2.1 對(duì)殼體定位夾緊動(dòng)作先后順序的作用失效，出現(xiàn)定位脹套液壓缸與殼體夾緊液壓缸同時(shí)動(dòng)作，由于管路長短等因素，甚至出現(xiàn)夾緊液壓缸先動(dòng)作的情況，反映在殼體上為定位夾緊動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，甚至夾緊先于定位，造成殼體無法正確定位，且定位狀態(tài)不同，導(dǎo)致加工尺寸無固定方向整體偏移的情況發(fā)生。在第三組液壓閥的輸出管路上增加管式單向閥，如圖 6 所示，確保輸出的液壓油由于單向閥的封閉作用無法進(jìn)入夾具的檢測接口，而該電磁閥線圈的得失電動(dòng)作不做修改，目的在于使檢測接口管路中用于壓力監(jiān)測的油液在殼體放松后，可以通過單向閥從該電磁閥卸壓，實(shí)現(xiàn)與恒輪加工中心夾具液壓控制一致的功能。經(jīng)過改進(jìn)后殼體先定位后夾緊的正確順序出現(xiàn)，加工尺寸整體偏移的問題得到解決。

圖 6 增加管式單向閥示意圖

5.結(jié)語

本文敘述的加工尺寸偏移一例并非設(shè)備故障引起，主要原因?yàn)樵O(shè)備改造供應(yīng)商在實(shí)施改造時(shí)未充分理解兩種品牌加工中心夾具液壓控制方式的區(qū)別，也未深入分析恒輪品牌夾具工件定位夾緊執(zhí)行元件的動(dòng)作順序，使得兩種品牌的機(jī)床與夾具的匹配出現(xiàn)問題。通過維修人員的自主維修，對(duì)機(jī)床與夾具工作原理的深入分析和最終解決，提高了維修人員的故障分析能力，為設(shè)備維修中加工尺寸偏移問題的分析判斷開辟了新思路。

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