半轴钻法兰锥孔组合机床的研制

胡漫科 周旭 张帅琪 陈玉麟 钟显旭

摘 要：为了适应半轴大批量生产要求，保证半轴钻法兰锥孔精度要求，提高半轴生产效率，研制了半轴钻法兰锥孔组合机床。介绍了半轴钻法兰锥孔精度要求。介绍组合机床的整体布局，着重说明了数控机械滑台关键部件的结构及其功能，同时简介了半轴钻法兰锥孔刀具的动力头。半轴钻法兰锥孔组合机床的成功研制，提高了半轴钻法兰锥孔效率和加工精度，使半轴钻法兰锥孔的成本大大降低。

关键词：半轴 法兰锥孔 钻 组合机床

中图分类号：TG52 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（c）-0117-02

汽车半轴是汽车后桥中的重要部件[1]。它是汽车的轴类零件中承受扭矩最大的零件，用于传递差速器和驱动轮之间的扭矩，其内端用花键与半軸齿轮连接，外端用螺栓与轮毂连接。其作用是将差速器传来的转矩传给车轮，推动汽车行驶[2]。

随着汽车保有量的不断增加，汽车半轴的需求量也随之上升[3]，因此，提高汽车半轴生产效率和加工精度至关重要，半轴钻法兰锥孔如转换装夹会增加安装误差，影响加工的精度，且生产效率低。为了减少半轴钻法兰锥孔过程中装夹次数，保障半轴加工质量和生产效率，研制了了半轴钻法兰锥孔组合机床。实现半轴钻法兰锥孔一次安装加工，满足了精度、效率的工艺需求。

1 半轴钻法兰锥孔工序要求

半轴材料为40Cr，由于在工作过程中经常受扭交变载荷及冲击性载荷，故采用锻件；硬度为HB210-HB235。半轴钻法兰锥孔工序主要尺寸有：10个锥孔的锥度为28°，粗糙度为Ra6.3，中心距为Φ194mm，小端孔径为Φ17.45 mm；大端孔径为Φ24.08mm，公差要求范围为0.2mm，锥孔对两端中心孔和端面基准C的位置度公差要求范围为0.25mm。

加工难度分析：（1）零件属于细长轴且较重，装夹困难。（2）锥孔的加工精度难保证。10个锥孔的粗糙度为Ra6.3，大端孔径为Φ24.08mm，公差要求范围为0.2mm，加工时要保证滑台位置精度；锥孔对两端中心孔和端面基准C的位置度公差要求范围为0.25mm。对钻模板有位置要求。（3）10个锥孔同时加工，动力头的主轴电机功率较大。

本工序主要难点就是如何保证法兰盘上均布锥孔的公差及其对基准轴线的位置度公差要求，在保证质量的情况下大批量稳定生产。所以根据半轴锥孔的加工特点，研制了半轴钻法兰锥孔组合机床，一次装夹，缩短辅助加工时间，提高了加工效率。

2 组合机床简介

半轴钻法兰锥孔组合机床工作原理如下：调整好动力头及其刀具，安装半轴并定位夹紧后，启动加工按钮，钻削动力头转动，同时数控机械滑台快速移动；当刀具快接近工件时，数控机械滑台快速移动转换为工进，开始进行钻削；钻削完成后快速退回到初始位置，然后钻削动力头停止转动，完成半轴法兰锥孔的加工。然后取下半轴，进入下一个循环。

2.1 数控机械滑台

数控机械滑台是组合机床的关键动力部件，直接关系到机床的加工能力[4]。数控机械滑台动力传动图如图1所示，由伺服电机、减速器、联轴器、滑鞍、滑座体、丝杠螺母支座和丝杠等组成。伺服电机驱动减速器，减速器带动联轴器、联轴器带动丝杠旋转，丝杠带动滑鞍左右移动，从而使夹具和工件左右移动，保证工件左右移动的行程需求。伺服电机能较准确地保证夹具和工件左右移动位置，保证了钻孔轴向深度，从而保证了锥孔大端孔径的公差要求范围。

数控滑台动力部分采用伺服电机驱动高精密双螺母滚珠丝杠的形式。在使用过程中，为降低由于滚珠丝杠因温度变化导致运动精度变化对加工精度的影响，滚珠丝杠采用中空冷却设计，配合温度控制系统来改善热变形，同时在滑台上配置有光栅尺系统，对滑台运动精度进行双重保障[5]。

数控滑台通过集中润滑系统，为导轨之间以及其他部分提供润滑。在导轨和贴塑导轨板之间形成油膜，大幅度降低相对运动时的摩擦系数；润滑油的循环也能够起到降温控制热变形的作用。

滚珠丝杆机械滑台与液压动力滑台相比具有下列优越性[6]。

（1）运行安全可靠，维修方便。维修时间少，由于减少停机周期，可提高产量。

（2）具有较好的抗冲击能力。

（3）无慢速爬行，进给稳定，进给精度和重复定位精度； 能保证被加工工件的表面粗糙度。

（4）简化传动装置， 减少生产场地面积，节省投资。

采用这种数控机械滑台，在满足零件加工要求的前提下，降低劳动强度，提高加工效率。

2.2 动力头

10把钻头同时加工半轴法兰锥孔，一次性钻10个锥孔。动力头的10个钻头中心距、孔距由半轴钻法兰锥孔工序尺寸而定，它又决定了动力头齿轮及轴的最大尺寸。动力头刀具中心与钻模套孔中心位置要对中；调整夹具两顶点中心线与模套上钻模套孔中心距中心的位置对中，从而保证10个锥孔的位置度。

3 结语

半轴钻法兰锥孔组合机床一次装夹完成10个锥孔的加工， 提高了半轴钻法兰锥孔的效率；这台组合机床已经成功应用于生产实践中，完全满足半轴法兰锥孔加工精度要求，并且具有可靠的加工性能和稳定的加工精度。同时该组合机床可以通过改变机床夹具、钻模、刀具和动力头来适用于不同型号的半轴加工，具有较大的工艺扩展功能，节省了成本。

参考文献

[1] 王涛，于晓华，段会忠，等.半轴巧工装提效率降成本方案[J].汽车工艺师，2014（11）：82.

[2] 陈秀珍.半轴多孔钻专用夹具设计[J].轻工科技，2012（12）：31，33.

[3] 潘兴东.汽车锻件开发技术的研究与应用[D].济南：山东大学，2012.

[4] 刘建辉.曲轴箱体精镗、铰孔组合机床的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2015（7）：138，140.

[5] 周江辉，赵鑫，谢哲，等.发动机缸体三轴镗组合机床的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2016（5）：113-117.

[6] 邓雄飞，胡旭东，鲁文其，等.基于永磁交流伺服同步驱动的拉床控制系统[J].机电工程，2014，31（1）：32-37.