一种客运机车传动盘镗铣复合加工夹具的设计

一种客运机车传动盘镗铣复合加工夹具的设计

刘柏 万国兵

（中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲，412001）

摘  要：为提高客运机车传动盘的加工质量和效率，设计了一种适合数控龙门铣床的镗铣复合夹具。通过分析传动盘的结构特点和加工要求，从装夹点位、定位精度、进刀空间、变形控制等多个方面进行探讨，完成对复合加工夹具设计，并介绍夹具使用方法。

关键词：传动盘；镗铣复合；夹具；一次装夹

0 引言

传动盘是客运机车转向架空心轴两级驱动装置中的一个关键部件，如图1所示，传动盘属于空间异形件，结构复杂，加工精度要求高，传动加工工艺包含车、铣、镗等多道工序，各工序均需使用专用夹具，因加工过程多次装夹，加工质量不稳定，生产效率较低。因此，结合现场现有资源条件和产品加工要求，考虑设计出一套镗铣复合加工夹具，实现一次装夹完成镗削和铣削工序，提升产品加工质量和生产效率，降低制造成本。

1 复合加工夹具设计技术难点分析

如图1所示，传动盘材质为低碳钢，属于异形结构，主体结构为圆环状，三个法兰面隔120°分布且与主体部分不在同一平面，过渡连接部位（斜面）厚度仅25mm，整体刚性较差。图纸要求传动盘全表面加工，各加工部位的的形位公差和粗糙度要求都比较高。

图1 传动盘部分关键尺寸

如图2、3所示，传动盘已在上工序完成两个侧面和基准孔φ320H7孔的车削精加工，在镗削、铣削工序需要以φ320H7为定位基准，完成φ95H8孔先钻后镗和周边轮廓铣削。因此，要实现传动盘一次装夹完成镗削和铣削主要有以下技术难点：

（1）传动盘材质偏软，是异形薄壁件，其形位公差和粗糙度要求都比较高，加工过程中易出现装夹变形、震刀等现象，造成尺寸超差。

（2）装夹点位的设计空间有限，钻镗φ95H8孔时需要装夹三个法兰面，同时周边轮廓铣削时还应设计点位防止传动盘周向转动，且不能影响周边轮廓铣削进刀。

图2 车削后传动盘                 图3 铣削、镗削后传动盘

2 解决方案

为实现一次装夹完成钻镗孔和铣轮廓，需确保夹具有足够的装夹点位，并保证加工过程中与夹具不能出现干涉，同时可有效控制装夹变形量。根据工艺难点分析，对设备、刀具以及工艺流程等方面进行深入分析，提出以下解决方案：

（1）加工方式

采用数控龙门铣床主轴立式加工方式，相对于卧式加工方式，减少机床附件头转换和工件装夹姿态造成的加工精度误差，同时可简化夹具整体结构。

（2）工艺流程设计

因周边轮廓铣削的加工范围是传动盘整圈，防止传动盘周向转动的装夹点位不能设计在周边轮廓上，只能设计在传动盘内部。因此，在工艺流程上考虑先进行φ95H8孔的钻削和镗削，再完成周边轮廓铣削。该工艺流程可使φ95H8孔先成型，然后在孔内设计一个可升降的防止传动盘周向转动的止挡，即可完成周边轮廓铣削。

（3）装夹方案设计

    为解决装夹点位与刀具干涉问题，以定位基准φ320H7孔为主装夹点，鉴于三个法兰面易发生变形和加工震刀，在φ95H8孔的钻削和镗削时设计辅助支撑和夹紧点位，孔完成加工后松开辅助夹紧点位，辅助支撑点位保持不动，然后升起防止传动盘周向转动止挡，再进行周边轮廓铣削。

（4）模拟仿真

夹具设计过程中按照工艺流程进行模拟仿真，确保辅助装夹点位和防止传动盘周向转动止挡的形状尺寸及松夹位置均可避开φ95H8孔和周边轮廓铣削切削区域。

1-夹具体  2-螺杆压板 3-防转动止挡  4-吊环螺钉  5-移动压板 6-调整顶 

7-内六角螺钉  8-定位套 9-定位键

图4 夹具结构示意图

按照夹具设计技术难点的解决方案，设计出传动盘镗铣复合加工夹具，结构如图4所示。夹具以定位套的外圆和顶平面作为基准限位面，与传动盘基准孔φ320H7及止口端面组成定位副，由螺杆压板夹紧，定位套顶平面与夹具体底平面的平行度以及定位套的外圆直径均保持较高精度要求，确保传动盘的整体加工精度。

通过模拟仿真确定移动压板和调整顶的形状和位置，避开φ95H8孔切削区域，夹紧传动盘三个法兰面，在钻、镗孔时可减小法兰面变形，提高孔的尺寸精度。

通过模拟仿真确定防转动止挡的形状和位置，将其设置在φ95H8孔内，在铣轮廓周边时使其顶住φ95H8孔，防止传动盘铣削过程中出现旋转，同时防转动止挡通过螺纹连接实现可升降功能，在钻、镗φ95H8孔时降至安全位置，避免与刀具出现干涉。

    基于数控龙门铣床工作台的T型键槽形式，在夹具体底部安装定位键，并在夹具体两条边上开U型槽用于机床工作台T型槽与夹具体之间的螺栓连接固定，确保夹具在加工过程中不会出现位移。

3夹具使用方法

夹具固定在机床工作台后，按照图4所示将传动盘放入夹具，确保基准孔φ320H7与夹具定位套配合紧密，用百分表检查三个法兰面跳动；然后将3个调整顶旋转至与法兰面接触，再使用螺杆压板和移动压板将传动盘压紧，夹紧前后均需确保三个法兰面跳动仍在工艺要求范围内。完成工件装夹和跳动检查合格后，校正中心孔，定工件中心坐标系，按钻削、粗镗、精镗的工步顺序完成φ95H8加工，然后松开夹具的移动压板并移至安全位置，将防转动止挡升起至φ95H8孔内，旋转防转动止挡上的侧顶螺栓，使其在圆周方向顶住φ95H8孔，完成上述步骤后即可开始进行铣削轮廓周边工步。

4 结束语

传动盘传统加工工艺将镗削和铣削分为两道工序，工艺路线较长，工件吊运及装夹次数较多，生产效率较低。通过设计制作镗铣复合加工夹具，工件吊运和装夹次数均减半，夹具充分考虑传动盘结构特点，有效控制装夹变形和定位误差。批量应用证明，该夹具适用于数控龙门铣床镗铣复合加工传动盘，夹具结构新颖，操作简便，保证产品加工质量的同时，可提升生产效率，降低制造成本，达成预期目标。