分析了汽車轉向架殼體的特點，介紹了一種汽車轉向架鋁制殼體的加工工裝，在生產實踐中得到了應用，并總結了該類零件工裝的設計要點。
1序言
汽車轉向架是汽車轉向系統(tǒng)的重要組成部分，保證了汽車方向盤和轉向輪之間的準確聯(lián)動。其中轉向架殼體是安裝和固定軸承、蝸輪蝸桿、傳動軸等零件的重要組件，其作用是保證軸承的準確安裝，保證蝸輪蝸桿的間距精度和傳動的穩(wěn)定輸出，
同時要能確保轉向架在汽車車架上的位置安裝。轉向架殼體的機械精度高，可以避免內部零部件的磨損和損壞，延長整體轉向架的使用壽命，提高其運行效率，增強轉向架的剛性，提高轉向架的響應速度。因此，轉向架殼體本身的制造精度對于保障上述功能起到重要的作用。
目前，汽車零部件的生產設備絕大部分已經應用了數控機床，高精度多功能數控機床的使用簡化了對工裝的要求，提高了加工效率，降低了生產成本。但也不可以一概而論，有時候設計較復雜的工裝能降低對數控機床的性能要求，從而降低加工費
用，提高加工效率，本文是一個明顯的例證。多功能五軸加工機床雖然功能強大，但根據加工零件的精度要求，綜合考慮加工效率、加工成本等方面，使用通用數控機床結合復雜工裝也能優(yōu)化得出最佳工藝方案。本文通過設計轉向架殼體加工工裝，結合現有企業(yè)生產條件，提出了較為合理的工藝解決方案。
2殼體零件的特點分析
本文所要設計加工工裝的轉向架殼體零件如圖1所示。該零件采用鋁合金材質，外形不規(guī)則。批量件毛坯通過模具澆鑄成型，一致性好。零件需要4面加工，其中有1個方向的面及孔需要旋轉角度進行加工。圖2是該零件的二維圖，圖中方框位置是需要加工的4個方向部位。
圖1 轉向架殼體零件
圖2 零件二維圖樣
本零件的加工要求主要是4個方向的平面和軸承孔[1]，尺寸公差0～0.02mm。角度面的角度及公差為16°±3' ，位于此面上的特征圓孔軸線和水平軸線的距離公差為0～0.05mm。從圖中可以看出該零件的加工精度要求不是很高，主要的加工復雜點在于多面加工和異形裝夾。如果用三軸機床加工，需要做多套工裝，分4個工序完成。但在確定零件的裝夾方法時，應注意減少次數[2]。如果用五軸機床采用定位加工的話，1次裝夾即可完成，但效率低，成本高，該零件在試制過程中也采用過五軸定位加工方式。結合企業(yè)生產現場條件和批量生產情況，決定采用臥式加工中心的交換工作臺分兩步完成加工。制作2個工裝，一個工裝完成互相垂直的3個面加工，另一個工裝負責角度面方向的加工，可以實現產品不間斷生產，從而大大提高效率。
3加工工裝設計
根據上述殼體零件的分析，在臥式加工中心上可采用兩道工序完成加工，第一道工序（工序1）完成圖2所示中方框1、3、4三面加工，可設計1套工裝
（工裝1），安裝在臥式加工中心的A工作臺。第二道工序（工序2）完成方框2有角度特征面的加工，使用第2套工裝（工裝2），安裝在臥式加工中心的B工作臺。本次工裝設計采用與CimatronE軟件完成，該軟件的特點是CAD與CAM高度集成[3]，可方便進行設計和制造。
3.1 工裝1設計
工裝1主要完成零件3個面的加工，3個面互成90°，可以利用臥式加工中心的工作臺角度旋轉來完成。為提高效率，根據現有機床行程，在工裝上同時放置3個零件進行加工[4]。
首先設計1個工裝立柱，3個工件在立柱高度方向上均勻分布。工裝立柱上裝配3個支撐板，把3個殼體零件放置于支撐板上，具體如圖3所示。
圖3 工序1工裝設計
1—底板 2—立柱 3—加強筋 4—零件 5—壓板 6—支撐板
設計要點如下。
1）為便于工裝的裝配與維修，各工裝零件之間采用銷釘定位，通過螺栓夾緊[5]。支撐板應該有一定的厚度，保證有足夠大的貼合面積。如圖3所示，3個支撐板和立柱之間采用銷釘定位，并通過4個M10高強度螺栓緊固。底板和立柱之間用2個φ10mm的銷釘定位和4個M12高強度內六角頭螺栓緊固。由于立柱尺寸長100mm、寬80mm、高420mm，所以在底板和立柱之間還增加了加強筋，提高整體剛性。實際加工中，充分證明剛性完全滿足要求。
2）產品殼體零件在支撐板上安裝定位采用6點定位原則（見圖4）。由于零件是通過模具澆鑄的異形件，零件外形一致性好，但沒有完整規(guī)則的平面可以安裝支撐，所以在支撐板上設計了3個小凸起，相當于架起零件，并構成了1個假想定位面進行支撐，這樣對零件限制了3個自由度（見圖4中底面3點定位位置）。支撐板上左右方向設置小擋塊，安裝零件時通過緊靠此處可以限制左右移動自由度（見圖4中左右方向定位位置）。同時在立柱上設定了2個定位塊，通過工件緊貼此處達到限制前后移動和旋轉2個自由度（見圖4中立柱上的定位位置）的目的。
圖4 支撐板上6點定位示意
3）殼體零件夾緊采用壓板螺栓壓緊的方式，零件安裝定好位置后，利用3套壓板螺栓進行夾緊，夾緊位置與3個小凸起的支撐點重合，如圖5所示。這樣可以避免在夾緊的時候鋁制工件產生變形。
圖5 對應支撐點的壓板位置
3.2 工裝2設計
工裝2主要用于加工圖2所示方框2部位，加工內容主要為帶角度的平面和該部位的孔。需要保證的位置精度有16°±3'，孔軸線和水平軸線間距0～0.05mm的位置公差。尺寸精度有孔直徑和螺紋精度。
工裝2中加工零件的定位采用2銷釘結合1平面的方式。將工序1加工過的平面（見圖2中方框4位置）作為基準放置在工裝水平面上，可以限制工件上下移動、前后轉動和左右轉動3個自由度。在工裝水平面上設計2個定位銷（1個為圓柱銷，1個為菱形銷，以提高定位精度和便于安裝），利用工件上的2個輔助基準孔與之配合，限制工件前后、左右移動和水平面內的轉動3個自由度。輔助基準孔利用了工件上已有的孔（見圖6），其在圖樣中沒有精度要求，為了工序2的定位準確，對需要做基準的2個孔進行了精加工，尺寸精度為φ
。零件在工裝上定位后采用壓板和螺栓夾緊。
圖6 輔助基準孔示意
對于16°±3' 的位置精度，設計時考慮把工裝上2個定位銷的中心連線與機床X軸方向形成16°夾角，工件定位后，刀具沿X軸運動加工后形成的平面自然保證達到夾角尺寸要求。對于角度的公差±3' ，如前所述，工件上的2個輔助基準孔在工序1精加工后孔直徑做到
，間距為51.5mm和56mm兩個尺寸之和，保證在（107.5±0.01）mm。工裝上的兩定位銷直徑做到9.98mm，間距也保證在（107.5±0.01）mm，定位孔與銷之間形成間隙配合，間隙保證在0.03mm以內。通過三角函數計算，107.5×tan3'≈0.094（mm），即2個銷孔在107.5mm距離上的垂直擺動誤差在±0.094mm就可以保證精度。而銷、孔的位置和尺寸精度通過機床加工后完全能夠滿足上述的誤差擺動范圍，達到工裝的工藝要求，并最終確保殼體零件在工裝上定位后經過加達到圖樣公差要求。工序2工裝如圖7所示。
圖7 工序2工裝
其他尺寸如軸線之間的間距和孔徑完全可以通過機床的精度來保證。
4加工對比
4.1 產品在五軸加工中心進行試制加工
圖8所示為該零件在五軸加工中心上進行加工的狀態(tài)。裝夾一次即可完成所有加工內容。
圖8 利用五軸加工中心加工零件
此加工方式的優(yōu)點：①工裝簡單。②精度高。③操作人員操作強度低。缺點：①效率低。②加工成本高。
4.2 利用工裝在臥式加工中心上批量加工
圖9所示為在臥式加工中心上進行的工序1加工。此加工方式的優(yōu)點：①效率高。②加工成本低。③加工精度滿足要求。缺點：工裝復雜。
圖9 利用臥式加工中心進行工序1加工
4.3 加工對比
因利用臥式加工中心生產3件的時間為20min，每件產品加工時間僅為6～7min，且交換工作臺可以不停機狀態(tài)下裝夾工件，生產效率高。而五軸加工中心每件加工時間為12min，且每次更換零件需要停機。另外五軸加工中心的工時費是臥式加工中心的2～3倍，故用臥式加工中心是合適的。
5結束語
1）根據實際加工過程的對比，本文所設計的工裝安裝便捷，剛性強，效率高，工件的加工精度完全符合圖樣要求。
2）對于鋁制澆鑄零件，設計工裝時，為防止因裝夾而產生的變形，盡量采用3點支撐（采用液壓浮動支撐的另行考慮），同時壓板的夾緊點必須和支撐點重合。澆鑄和壓鑄零件雖然理論上外形尺寸一致，但實際是有變形的，如果采用4點以上的支撐和夾緊，會因為過定位而產生裝夾變形，加工完畢松開壓板后加工精度受到影響。同時，3個支撐點本身的面積也要盡量小，防止面積大造成的壓緊變形。
