□ 钱海燕
南通开放大学 机电工程学院 江苏南通 226006
汽车动力转向器能够将来自汽车转向盘的转向力矩和转向角度进行有效、适当地变换,以实现对汽车行驶方向的控制。随着汽车技术的发展和制造工艺水平的提高,目前循环球式转向器和齿轮齿条式转向器得到广泛应用,货车及大型车辆上一般都使用循环球式转向器,轿车和微型车上广泛使用齿轮齿条式转向器。
目前大型工程车的转向桥一般为三桥、四桥,多的甚至五桥、六桥,半整体式动力转向器由于油缸外置,可以挂多个油缸,满足了多桥转向的需要,此类动力转向器特别适合多轴转向的大型工程车、特种车和矿用车等。动力转向器进、出油口的要求为,进油口必须与油泵相连,出油口必须与油罐相连。油泵为高压油,油罐为低压油。由此,阀体进油口、出油口平面及孔加工的要求均比较高。
为满足不同的使用要求,企业生产的动力转向器型号较多,但结构基本类似。动力转向器外形如图1所示。转向器的主要零件是阀芯、阀体,其中阀体的结构形状如图2所示,但尺寸规格有多种不同。
▲图1 动力转向器外形▲图2 转向器阀体
图2所示的阀体,其进、出油口用箭头表示,形状不规则。不同型号的转向器阀体的尺寸不同,进、出油口尺寸也不同,孔口带有内螺纹,进、出油口平面与零件回转中心均呈一定角度,位置精度要求较高。阀体材料为QT500-7,属于球墨铸铁,切削加工性尚可。
钻铣进出油口工序因位置精度、尺寸精度要求较高,工序加工内容较多,一般安排在数控加工中心上进行加工。进、出油孔的加工工艺以M18×1.5 mm-6H的规格为例,加工时为保证尺寸精度、位置精度,必需先铣削进油口平面、出油口平面,然后钻油孔、钻螺纹底孔φ16.3 mm,确保孔中心线与端面垂直。孔口用锪钻倒角,最后采用内螺纹铣刀铣削螺纹。
从上述工艺分析看,阀体的尺寸精度和位置精度都有较高要求,而且企业生产的批量较大,设计专用的铣进出油口夹具,将有利于提高生产质量和生产效率,满足动力转向器的生产计划需求。
由于阀体尺寸规格较多,加工进、出油口所需工装也较多,但夹具结构基本类似。而且原夹具手动夹紧,更换不同规格零件时,夹具调整找正比较麻烦,操作者劳动强度较大,精度不易保证。因此,有必要设计一种适用多种型号阀体加工的通用可调钻铣进、出油口平面及孔的夹具,以减少更换调整夹具所需的时间。
在夹具定位方案的设计过程中,必须确保定位面选择的合理性、科学性、有效性,还要兼顾多种型号转向器阀体的可调节使用,以此确保阀体的加工品质并能提高生产效率。根据加工工艺安排,利用已有加工出的平面和孔,笔者采用一面两销的定位原理,以阀体已加工好的外圆和端面定位。短圆柱外圆定位限制两个自由度,端面定位限制三个自由度,另在安装孔中装入菱形销,限制一个自由度,实现六点完全定位。
确保夹具体本身能够具备较强的刚度、强度,同时拥有较好的结构工艺,满足生产需求,定位后应能可靠夹紧工件。考虑方便工件装卸及夹具制造工艺性,选择使用Q235钢板连接的夹具体,材料为普通碳素结构钢,含碳量适中,综合性能较好,强度、塑性和焊接等性能得到较好配合,一般用途最广泛。为增强夹具体的刚度和稳定性,在夹具体上焊接加强筋,防止夹具在使用时变形。定位板应可调整方便更换,适用多种规格的阀体零件加工。夹紧装置采用气动快换结构,抽出开口垫圈,就能快速方便取出工件,达到减轻操作者劳动强度的目的。
在充分考虑阀体的经济成本、质量性能后,进行阀体钻铣进出油口夹具综合优化设计,能够快速高效地更换各型号阀体,确保充分满足夹具的使用要求。夹具具体结构如图3所示。
▲图3 钻铣夹具结构
在底板上连接立板,构成L形夹具体。在立板的两侧对称设计有左支撑板和右支撑板,左支撑板与右支撑板的底部与底板相连,都通过内六角螺栓连接。整个夹具体结构简单,为实现两零件同时加工,提高生产效率的要求,设计有加强筋。加强筋与底板、立板采用焊接方式,以提高夹具的刚性和稳定性。立板如图4所示,中间部位的上下各有一个销孔,用于阀体更换型号时与定位板快速定位更换。调整更换时,立板与不同尺寸规格的定位板通过五个内六角螺栓连接,仅需两个圆柱销定位。
▲图4 立板
在加工阀体进、出油口平面及孔时,将前工序已经加工好的阀体装到定位板上,并旋转阀体,使进出油口面向上。在阀体安装孔与对应定位板上的孔中放入菱形销,使阀体无法旋转,实现完全定位,消除六个自由度。定位板如图5所示,根据不同型号的阀体,设计有多块定位板。
▲图5 定位板
在左支撑板与右支撑板的外侧分别设置两个薄型气缸,型号为SDA80×15。薄型气缸通过气缸连接轴连接锁紧锲板,在立板上通过衬套安装拉杆,在拉杆上依次为压缩弹簧、开口垫圈、六角螺母。机床启动后,气缸推动锁紧锲板,拉杆随之后退,快速夹紧阀体。对于不同型号尺寸的阀体,只需要更换与其对应尺寸的定位板,即可实现多型号规格阀体的可调定位和加工。钻铣进出油口夹具三维模型如图6所示。
▲图6 钻铣夹具三维模型
笔者设计的阀体钻铣进出油口夹具结构简单,使用方便,经企业生产实践验证,能大大提高阀体进、出油口的加工尺寸精度,降低零件的报废率,并且不会对阀体零件的外观产生破坏,尺寸精度稳定,同时能减少更换工装次数和节约校准工装的时间,对于不同阀体,只需更换定位板,降低了生产成本。总之,设计的钻铣进出油口夹具能降低操作者的劳动强度,实现阀体的快速装夹和型号更换,减少阀体加工线上工装的数量,提高了生产效率,阀体的加工精度得到可靠保证,完全满足工艺要求。
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