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1、汽车差速器内球面铣削快速换刀装置摘 要通过对差速器结构的分析，明确差速器需要加工的内球面，了解差速器的具体尺寸进而确定换刀装置的尺寸大小和在哪个方向进行插入换刀装置进行换刀。所要设计的是在加工之前通过换刀装置快速的把刀具送到数控铣床的刀柄处，再加工之后再快速的把刀具取出。带动滑轨的装置是导杆机构，为了防止在送刀的时候发生偏移和旋转设计的是轨道的形式，确保换刀的时候能够准确。换刀装置的床身能够通过夹具夹到数控铣床的工作台上，节省空间和零件材料。关键字：卡刀具；直线导轨；导杆；床身底座Abstract Through the analysis of the structure of differe
2、ntial, clear to the differential in processing sphere, understand the dimensions of a differential and determine the size of the device for the sword size and in which direction to insert change in knife device. Want to design is in the processing by change before the knife device fast to the place
3、of CNC milling machine, and processing of fast again after the cutting tool remove. Card can have stuck tools to prevent tool, cutting tool spin can ensure through the CNC milling machine is for the cutting of FanZhuanLai install and uninstall. According to the job requirements identified in the swo
4、rd of the device, the way around walking style to linear slide rail form. Drive the slippery course of the device is guide-bar, in order to prevent from the sword happened to offset and rotating the design of the orbit, ensure the sword in form to accurately. Change the tools device lathe bed can th
5、rough the fixture to grab a CNC milling machine work on the stage, save a space and parts material. Key word: card cutting tool. Linear guide; Guide bar; Lathe bed base目 录1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.1.1 课题研究背景11.1.2 课题研究的意义21.2 国内外差速器内球面加工研究概况21.2.1 刀具刀柄分离插入铣削21.2.2 刀具拉伸切削31.2.3 多刃面加工31.3 综合比较最佳方案42 汽车差速器内
6、球面快速铣削换刀装置方案设计52.1 差速器的内部加工52.1.1 差速器的结构特征52.1.2 差速器内表面加工62.2 换刀装置的行走方案72.2.1 齿轮传动机构直线运动72.2.2 导杆带动滑轨直线运动82.2.3 方案的对比和最终方案的确立82.3 卡刀的设计93 差速器内球面铣削快速换刀装置设计建模103.1 差速器工件的建模103.1.1 工件的建模103.1.2 工件的装配173.1.3 换刀装置的工作范围213.2 零件选择合理性213.2.1 零件需要考虑的因素214 经济性分析23参考文献241 绪论20世纪90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及和发展数控机床在制造也得
7、到了越来越广泛的应用。带有换刀装置系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工，换刀装置的主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，提高生产率降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。1.1 课题研究背景及意义1.1.1 课题研究背景汽车差速器壳体零件由于其结构的特殊性，内部球面和端面的加工有较高的难度为此国内外刀具、机床制造商纷纷推出一些解决方案，这些方案主要有以下几类。 (1)采用四轴数控车床加弯形车刀对差壳内球面内端面进行车削加工，国内的沈阳机床厂曾经展示过这一方案。（2）采用具有杠杆机构复杂的刀具系统在刀具通过
8、半轴孔或行星齿轴孔后在差壳内打开切刃进行切削完成后合起切刃退刀。这类工艺方案可在加工中心实施，但可能需要多道工序，效率较低。而这种露决方案的致命问题是可能会产生切刃机构被铁屑卡住而无法正常退刀现象。公司目前4T65E差壳加工采用了这类工艺方案。代表的刀具商如BILZ。(3)采用威型专用刀具在专用机床上加工的解决方案。该方案刀杆和刀具分体制作。加工时通过机械手将刀具从差壳窗口送至差壳内然后刀杆再插入刀具孔进行加工完成后由机械手夹住刀具后刀杆先行拔出最后再将刀具取走。这种工艺方案是较为先进的一种，具有加工效率高质量稳定的优点。1.1.2 课题研究的意义本课题研究意义非常重要，主要解决购买大型专用机
9、床非常昂贵的问题，通过设计这个小型的换刀装置安装在普通数控铣床上能够同样起到对差速器内球面的加工，不必要耗资买差速器内球面加工机床。1.2 国内外差速器内球面加工研究概况1.2.1 刀具刀柄分离插入铣削首先由机械手将成形的双面锪刀从壳体中间空洞处送至球心，然后左右同时向前穿过差速器壳15M7孔与在球心中的双面锪刀连接。此时机械手退回，再由左、右动力头单轴驱动两滑台同时向左、右同步运动，从而分别将两侧球面锪成品。锪完球面，两动力头需将锪刀再送至球心，而后由机械手将锪刀从工件内取出。如图1、2所示。 差速器内球面加工装置 图 1 图 21.2.2 刀具拉伸切削 现在的加工工艺是改锪为镗的方法加工内
10、球面，由于工件内腔小，我们设计了一专用刀杆(见图3)。刀杆局部掏空，镗刀缩在刀杆内，加工时将刀杆从垂直于15M7的两孔32引入，从而将刀杆内的镗刀送至球心，通过刀具的多次拉起进行镗削。如图 3。 图 31.2.3 多刃面加工机夹可转位车刀是把具有合理几何形状的切削刃的成品可转位刀片，用机械夹固的方法装配在刀杆上的车刀。当一条切削刃磨损到不能再用时，可迅速转位换成新的切削刃，操作简单方便，刀具寿命高，刀具几何参数固定切削性能稳定。参考图4 图 41.3 综合比较最佳方案方案一：加工工艺的缺点是机床结构复杂，动作繁多。由于成形锪刀固定需刀杆穿过壳体5孔，再与锪刀相连，因此壳体零件限制了刀杆的直径尺
11、寸，即刀杆直径必须小于5，造成刀杆强度差。同时因球面加工余量不均匀造成刀具无法抵抗来自任意方向的切削力而产生变形。方案二：刀具的拉杆要求强度很高，如果强度能够达到要求整体成本很高，并且对于加工内球面不稳定容易出现偏差，刀具的损害几率也很大。方案三：多刃面加工虽然解决了刀具磨损的问题和精度问题，但强度问题无法保证的。刀具加入时无法保证刀具旋转问题。最佳方案：通过对比分析考虑经济问题最佳答案是方案一，刀具和刀柄分离式加工方案。 差速器内球面的加工2 汽车差速器内球面快速铣削换刀装置方案设计2.1 差速器的内部加工2.1.1 差速器的结构特征具体结构如图2.1.a、图2.1.b 图 2.1,a 图
12、2.1.b 1. 差速器的工作原理和用途差速器具有三种功能：1）使发动机动力指向车轮2）相当于车辆上的最终传动减速器，在变速器撞击车轮之前最后一次降低其旋转速度。3）在以不同的速度旋转期间向车轮传输动力在以不同的速度旋转期间向车轮传输动力车轮旋转的速度是不同的，尤其是转弯时。转弯时每个车轮行驶不同的距离，并且内侧车轮比外侧车轮行驶的距离短。由于速度等于行驶的路程除以通过这段路程所花费的时间，因此行进路程较短的车轮行驶的速度就较低。同时请注意，前轮与后轮的行驶距离也不同。2.1.2 差速器内表面加工汽车差速器整体是铸件其球面S98位于壳体内腔，它相对于差速器壳中心的同轴度为0.08，相对于20m
13、m的孔。旁侧有空宽60mm的方圆孔。刀具要通过该方孔把刀具送入对内表面进行加工铣削。腔体内部的结构为70mm的圆形腔。差速器内部需装配的结构图。如图2.1.c 图2.1.c2.2 换刀装置的行走方案导轨进行直线滑动把刀具送入加工位置使刀具和刀柄结合进行对内球面加工，加工结束后再通过导轨把刀具取出2.2.1 齿轮传动机构直线运动通过对齿轮的旋转啮合带动直齿的直线运动来完成对刀具的送入和送出，具体系统结构如图2.1、2.2、2.3。图2.1 系统结构图图2.2 系统结构图 图2.3 系统机构图2.2.2 导杆带动滑轨直线运动通过导杆的来回摆动带动滑轨的滑动进行直线运动，完成对刀具的送入和抽出。具体
14、工作原理如图2.6。 图 2.6导杆机构2.2.3 方案的对比和最终方案的确立齿轮传动方案：优势是省力、结构紧凑使用寿命长，传动稳定。不足是换刀不够迅速。不能满足快速换刀这一要求，齿轮设计造价高，不够方便。导杆机构传动：优势是省力，设计方便、换刀快速，能满足快速换刀这一要求并且结构简单，造价低。不足是工件磨损较多。通过经济方面和技术要求方面确定方案二导杆机构传动为最佳方案。以下将对此进行设计换刀装置。2.3 卡刀的设计根据刀具的尺寸设计卡刀的尺寸大小，刀具的被卡部位尺寸为23mm。并根据差速器的外空宽度60mm设计卡刀外围尺寸为5mm。刀具尺寸选择如图2.3、2.4。图2.3 a刀具的尺寸设计
15、 图2.4.b刀具尺寸3 差速器内球面铣削快速换刀装置设计建模根据以上确定的导杆机构传动和卡刀装置对换刀装置进行设计建模3.1 差速器工件的建模3.1.1 工件的建模工件一：底座的设计如图3.1.1a,建模如图3.1.1b工作台下的孔是为了安装在数控铣床工作台上。 图 3.1.1a 图 3.1.1b工件二：大支架的设计确定滑轨的高度并起到支撑和定位的作用。如图3.1.2a 3.1.2b。 图 3.1.2a 图 3.1.2b 工件三：小支架的设计，小支架通过螺钉连接在底座上起到对导杆机构的固定。保证导杆的来回摆动对滑轨的拉动，进而完成对刀具的送入和送出。如图3.1.3a , ,3.1.3b。 图
16、3.1.3.a 图 3.1.3.b 工件四：外轨道起到保证内滑轨能在其内部进行无旋转的直线运动把刀具准确的送到铣床的刀柄处。如图3.1.4.a 3.1.4.b。图 3.1.4.a图 3.1.4.b工件五：内滑轨在外导轨内滑动，进行送刀和退刀。具体图形如3.1.5.a3.1.5.a 图 3.1.5.a 图3.1.5.b工件六：封盖的设计具体尺寸如图3.1.6.a 3.1.6.b。 图 3.1.6.a 图 3.1.6.b工件七：卡刀的尺寸和建模如图3.1.7.a 3.1.7.b 。主要起到对刀具的固定和刀具的安装送入和送出。如图 3.1.7.a 图 3.1.7.b工件八：卡块和导杆配合进而对滑轨的
17、拉动进行直线运动。如图3.1.8.a 3.1.8.b 。 图 3.1.8.a 图3.1.8.b工件九：导杆机构，通过卡块对内滑轨进行拉动作用。如图3.1.9.a 、 3.1.9.b。 图 3.1.9.a 图 3.1.9.b3.1.2 工件的装配通过装配对差速器换刀装置设计结构有了立体的感知。1. 底座和大支架的装配文件-打开底座文件-添加组件-大支架-装配约束-移动组件。具体步骤如图：3.1.1.a、3.1.1.b、3.1.1.c、3.1.1.d 。 图3.1.1.a 图3.1.1.b 图 3.1.1.c 图 3.1.1.d2 底座和小支架的装配。添加部件里选择小支架这个部件在约束模块里选择接
18、触对齐选项再点击小支架的底面和工作台的上表面，点击确定。这样出现的图就是小支架和工作台在同一平面内，再点击移动部件尽力使小支架靠近要安装的位置，再进行约束，点击装配约束按钮，在里面选同心。这样就装配好小支架。如图3.2.1 图3.2.13 大支架和外滑轨的装配.选择外滑道部件，再进行约束，约束导轨截面与工作台，再进行约束外滑道的滑道半圆和大支架的半圆形卡槽进行同心约束，再进行旋转移动部件，使花道与工作台垂直。具体图形如图3.1.3 图 3.1.34 对内滑轨的装配，选择部件内滑轨如图3.1.4 图 3.1.45 对卡刀的装配。如图3.1.5 图3.1.56 对封盖卡块以及导杆的装配。添加组件-
19、打开部件器-选择部件封盖这时会出现部件视图看是否为自己想要装配的部件，然后对部件进行移动选择移动部件模块进行挪动，再通过装配约束对部件进行约束。螺钉的装配要通过同心约束才可把螺钉与工件孔配合好，最终装配图如图3.1.6。 图 3.1.63.1.3 换刀装置的工作范围底座长度为320mm宽度为200mm，外滑道的长度为130mm，内滑道的长度为230mm，导杆卡槽的长度为120mm经过装配关系确定换刀装置的滑轨滑动范围为0-108mm。3.2 零件选择合理性零件的选择既要满足受力的要求、刚度要求、强度要求，又要考虑到经济合理防止不必要的浪费。3.2.1 零件需要考虑的因素1. 零件的可靠性可靠性
20、就是指采用该种零件后设备的加工精度、准确度的保持，零件的耐用性、安全可靠性等。如果可靠性不好，会带来不必要的经济损失。2. 零件的标准性标准性就是指，零件的通用化、标准化，也就是在选用零件时，尽量选用标准件，互换性比较好。3. 零件的环保性环保性就是指零件使用后会不会有有害的物质对环境有所污染。选择时要在保护人体健康的卫生保准范围内。4. 零件的节能性节能性顾名思义，就是在选择零件时要选择及经济又实用的，不要造成不必要的经济浪费。5. 零件的灵活性零件的灵活性是指在工作对象固定的条件下，零件能够适应不同的工作条件和环境，适应多种加工性能。此外，灵活性还包括重量轻、体积小，简易化、廉价化等。以上
21、就是选择零件时要考虑的主要因素。对于这些因素也要结合具体的生产情况、资金情况、技术情况等等统筹兼顾、全面权衡。6. 概述技术经济分析是研究领域的经济问题和经济规律的科学，是研究一定技术条件下如何提高经济效果的科学，是经济与技术的交叉。其主要是研究技术的经济效果问题，技术与经济的最佳组合问题。7. 总原则（1）.技术上的先进性（2）.生产上的可行性（3）.经济上的合理性4 经济性分析选择零件时除了考虑到零件的可用性之外，主要考虑零件的经济性。此设备所应用到的主要零件都始终遵循着这一原则，来真正达到既实用又经济。为了使成组夹具达到优化设计，必须对NK进行求解，但当已经掌握了它们内在的数学关系之后，
22、便没有必要在每套成组夹具设计中都逐个进行求解，为了达到提高设计工效之目的，可以通过建立速查表的办法来提高优化设计和评价效率。参考文献1 孙振国. 崔占全. 工程材料 北京：机械工业出版社，2007.72 王伯平. 互换性与测量技术基础 北京：机械工业出版社，2004.43 王磊.谢龙汉 UGNX5三维建模入门与实例进阶 清华大学出版社，2008.104 郝维春. CAD工程制图AutoCAD2008软件应用 电子工业出版社，2009.115 Yoshikawa H. Design philosophy-the state of the art. Annals of the CIRP, 1989
23、, 38(2): 579-5866 ADEKOYA L. and W.BUCHELE. A Precision punch planter for use in tilled and untilled soils. J.Agr.Engng Res, 1987,37(3):171-1787 BAINER R. Precision planting equipment. Agric.Engng, 1947,28(2):45-548 FRANK W.F.Posi-flow planting systemASAE Paper No.91-1012, 1991, ASAE. St.Joseph，MI490859 百度百科网. 10 豆丁网. 11 电子天下.
