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:介紹了一例非設備故障引起的加工 尺寸偏移問題，通過對工件定位夾緊執(zhí)行元件的 動作順序及機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加工生產(chǎn)線由 3 個工 位共 3 臺機床組成，3 臺機床均為單主軸雙托盤 交換加工的形式。3 臺機床所使用的夾具均為恒 輪公司設計制造的液壓夾具。該生產(chǎn)線的 20 工 位使用牧野品牌加工中心經(jīng)供應商改造后配以 恒輪公司制造的液壓夾具對殼體進行加工，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)隨機性，加工極易產(chǎn)生廢品，質(zhì)量 難以控制。對機床進行了例行檢查，機床絲杠、 導軌無明顯磨損現(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、進給軸的重復定位精度在機床合格指標范圍 內(nèi)，機床性能良好。查詢重點轉(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、定位面和定位銷實現(xiàn)，夾緊由夾具 上一周均布的 4 個夾緊頭完成，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平面、銷孔及與雙 脹套接觸的基準大孔。夾具上的雙脹套限制了殼 體的橫向移動與轉(zhuǎn)動、垂直方向移動與轉(zhuǎn)動，定 位面限制殼體的縱向移動，定位銷限制殼體的縱 向轉(zhuǎn)動，導致殼體的 6 個自由度被完全限制。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，當執(zhí)行殼體夾緊指令時， 活塞下腔的液壓油卸壓，活塞在碟簧作用下帶動 拉桿、壓板和橫銷同時向下運動，拽動雙脹套向 下移動，脹套沿斜面外漲，與殼體基準大孔緊密 接觸，實現(xiàn)殼體的定位。殼體夾緊所用 4 個夾緊 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，實現(xiàn)殼體的夾緊。負責殼體定位夾緊的這 5 個液壓執(zhí)行與彈簧復位機構均可視為單作用液 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，液壓油進入單作用液壓缸推動活塞 運動，使外脹的雙脹套形變復原、4 個夾緊頭縮回， 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 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 進入定位脹套液壓缸，液壓缸中的活塞上移，雙 脹套形變復原 ; 另一路通過液控單向閥 2.3、單 向節(jié)流閥 2.4 進入 4 個殼體夾緊液壓缸中，4 個 夾緊頭縮回，殼體放松。 殼體夾緊指令發(fā)出后，液壓油進入夾緊接口， 通過濾芯、單向閥后，其中一路到達液控單向閥 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，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 后進入無桿活塞缸 2.2，同時到達液控單向閥 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液壓油壓力升高，這時升高的 壓力油才會頂開液控單向閥 2.3，使殼體放松狀 態(tài)下 4 個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 個殼體夾緊液壓缸的 活塞經(jīng)彈簧復位，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作存在 先后順序 : 液壓油先到達液控單向閥 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作需等到液壓油壓力上升到頂開順序閥 2.1 的彈簧，進入無桿活塞 缸 2.2，待 2.2 中的活塞運動到行程最末端，液 壓油壓力升高到足以頂開液控單向閥 2.3 時，4 個夾緊用液壓缸中的液壓油才會泄壓，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、后夾緊的正確動作順序得以實現(xiàn)。 理解殼體正確的定位夾緊順序是進一步分析和解 決問題的關鍵。
3.機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 設計了該生產(chǎn)線 3 個工位的夾具，前文已述該 20 工位使用牧野的機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行對比分析。 （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 為殼體夾緊時壓力油輸入 ; 通道 3 為殼體放 松時壓力油輸入 ; 通道 4 的管路聯(lián)接到圖中機床 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現(xiàn)殼 體的夾緊放松切換。這 5 個通道分別聯(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 責兩個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， 而機床其實并不存在第3個托盤。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)測確認殼體的夾緊狀 態(tài)，對夾具上的執(zhí)行元件不起驅(qū)動作用。 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 個殼體夾緊液壓缸的動 作驅(qū)動。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，兩電磁閥同時動作，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 得液壓油快速到達圖 3 中液控單向閥 2.3 的控制 口，順序閥 2.1 對殼體定位夾緊動作先后順序的 作用失效，出現(xiàn)定位脹套液壓缸與殼體夾緊液壓 缸同時動作，由于管路長短等因素，甚至出現(xiàn)夾 緊液壓缸先動作的情況，反映在殼體上為定位夾 緊動作同時進行，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入夾具的檢測接口，而 該電磁閥線圈的得失電動作不做修改，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.結語
本文敘述的加工尺寸偏移一例并非設備故 障引起，主要原因為設備改造供應商在實施改 造時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)行元件的動作順序，使得兩種品 牌的機床與夾具的匹配出現(xiàn)問題。通過維修人 員的自主維修，對機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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