汽车传动轴压入点焊专机的研制

・工艺与装备・　组合机床与自动化Ｊｍ－ｒ技术　文章编号：１００１—２２６５Ｉ２００６）０６－００７８—０３　汽车传动轴压入点焊专机的研制　孙振军，华晓青，钱东海，陈振华，吴惠兴　（上海大学机电工程与自动化学院，上海２０００７２）　摘要：文章介绍了汽车传动轴压入点焊专机的总体设计方案，针对汽车传动轴的压装总成工艺要求，对　机床的工件定位和夹紧等关键技术进行研究，并提出解决方案。设计了符合定位要求的夹具和同步传　动微调机构。根据机床总体精度分析和调试结果，该机床达到设计要求的技术指标。　关键词：传动轴；点焊；压机；定位夹具　中圈分类号：ｕ４６３．２１６　．２　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｈａｆｔ　Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｐｏｔ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ＳＵＮ　Ｚｈｅｎ－ｊｕｎ，ＨＵＡ　Ｘｉａｏ－ｑｉｎｇ，ＱＩＡＮ　Ｄｏｎｇ－ｈａｉ，ＣＨＥＮ　Ｚｈｅｎ－ｈｕａ，ＷＵ　Ｈｕｉ－ｘｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｄｅｓｉ￣ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｌ１ｍ　ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｓｐｅ－　ｃｉａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏ１．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｒａｆｉ￣ｒｋ　ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｉｏｎ　ｓｈａｆｔ，ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｂｒｉｎｇｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｏ　ａ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｒｔ’Ｓ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｌａｍｐｉｎｇ．Ｔｈｅｎ，ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅ　ｃｌｍｐ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒａｏ－ａ４ｉｕ吐ｆｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅ　ｉｎ－ｐｈａｓｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔ．ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｉｏｎ　ｓｈａｆｔ；ｓｐｏｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ；ｐｒｅｓｓｅｒ；ｃｌｍｐ　ａＯ前言　随着中国汽车工业的迅速发展，对汽车传动轴的　需求量和质量要求不断提高。传动轴的制造一般是将　式，也给定位夹紧带来困难。　下面对该专机的研制进行介绍。　几个零件压装并焊接成一体，并且要求满足一定的跳　动要求。　１传动轴组成和精度要求　该传动轴主要是由万向节、轴管和套管叉压装组　目前，国内多数传动轴压装设备无法自动压装后　成，如图ｌ所示。传动轴压入点焊后，其外圆的跳动要　求如图所示，同时，万向节定位点焊后自动完成三点圆　跳动测量。万向节和套管叉缺齿中心线的相位差（曰　一　即满足传动轴所要求的跳动要求。而往往需增加人工　校直的工序，或者需要配置液压校直机来实现自动的　校直，因此，其制作一般的工艺过程是压装、校直、焊接　和再校直，这样对传动轴的压装和焊接其实需要有四　台设备。而上海大学上海机电一体工程有限公司研制　了压入点焊专机和环焊专机，使传动轴压装和焊接由　两台设备完成。大大提高了生产效率。　压入点焊专机是将双万向十字节、轴管和套管叉　与ｃ—ｃ角度差）≤Ｏ．７。。　压装成一体，并实施定位焊（即点焊），保证传动轴的跳　动要求、长度要求及相位要求等。同时压入过程中对　长度、相位角及点焊完成后跳动具有在线测量功能。　这类传动轴由于双万向十字节绕两个互成９０。的轴线　转动，因此它的定位夹紧相当困难，套管叉的花键形　图１　传动轴总成和三点跳动要求　２总体方案设计　该专机采用卧式结构，主要由床身及传动机构、法　兰头架组件、压装尾架组件、轴管夹紧组件、焊接组件、　测量组件、液压系统和控制系统等组成。机床传动及　收稿日期：２００５—１１—１５；修回日期：２００５—１２—２０　作者简介：孙振军（１９７９一），男，山东烟台人，上海大学硕士研究生，（Ｅ—ｍａｉｌ）Ｓｕｎｚｈｅｎｊｕｎ＠１６３．ｎｅｔ　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年第６期　夹具部分的结构示意图如图２所示。　万向节、轴管、套管叉由法兰头架组件、轴管夹紧　组件、套管叉内涨式夹具组件分别定位与夹紧，为保证　左右两端相位要求，采用同步传动方式，驱动电机带动　同步带、六角棒传动轴使头架和尾架同步转动。并在头　架和尾架中分别设置相位检测传感器，对传动的同步　性进行监测，同时在尾架上设有调节方便的相位调整　装置，以利于相位的调整。　１．驱动电机２．法兰架头架组件３．万向节４．轴管５．套管叉６．　内涨式夹具７．相位微调机构８．压紧液压缸９．六角棒传动轴　ｌＯ．导轨１１．轴管夹紧组件　图２机床驱动及夹具部分结构示意图　３关键技术和解决方案　３．１工件的定位　根据传动轴的三点圆跳动的公差要求，在整个设　备的研制中，万向节、轴管和套管叉的定位与夹紧是关　键，而工件的定位难点在于：　（１）万向节是双铰支联接，这种构件在无约束的　情况下存在多个自由位置；　（２）万向节各组装零件的公差较大，因此该组件　的尺寸公差和形位公差的分散性很大；　（３）套管叉内孔为花键形式，且其大径尺寸公差　较大，但根据图纸要求又应以其大径定位；　（４）轴管跳动大，因此，在轴管上测量跳动时包含　了原有的跳动偏差，给机床定位精度提出更高要求。　３．２两端组件的相位要求　为了保证套管叉与万向节焊接后的相位要求，要　求两端精确定位同时还要保证两端严格同步驱动。　３．３解决方案　根据传动轴组成特点及机床压装要求，拟定了左　中右三段同轴定位方案，但针对零件的分析，万向节定　位后其跳动将达０．２．５ｍｍ，而轴管的跳动仅０．１Ｏｍｍ，因　此，在压人过程中仅以轴管和套管叉作为定位基准，万　向节定位夹具只是作为辅助的定位夹紧，以保证在工　件压人前能有初定位，而其轴线依靠压人时轴管的轴　线将其纠正，这样的优点是克服了万向节无约束的转　动及分散大的尺寸、形位公差给定位带来的影响。　・工艺与装备・　（１）万向十字节的定位与夹紧。　采用如图３所示的方案。万向节采用一面两销定　位方式，即以端面作为定位面，中心孔进行径向定位，　而为了保证头尾部的相位要求，以万向节底面四孔中　的任意一个定位。　采用连杆四爪定心方式，对万向节前叉的四个端　面进行夹紧。同轴精度靠中心孔和头端面的连杆四爪　定心来确定万向节的中心轴线。　＇／－　Ｉ、　表示基准　●表示夹紧　定　图３万向节定位与夹紧方案和夹具简图　（２）套管叉的定位与夹紧。　图４套管叉内涨式定位夹具　由于套管叉花键大径的尺寸公差和形状公差相对　其它尺寸具有较高的精度，所以采用高精度内涨式定　位夹具对大径定心，使工件定位同时进行对中夹紧。　其具体结构如图４所示。　当向右拉动拉杆，涨紧套向右滑动弹性张开实现　定心夹紧。该结构的特点是由于锥角较小，变形均匀，　定心精度较高。同时，拉杆只起推拉作用，而不承受径　向力，径向力完全由有效直径大的定位轴承受，因此，　压装过程中由径向力矩引起的变形小，提高工件定位　的同轴精度。该结构存在的缺点是需要较大的轴向力　才能使涨紧套张开，并且由于锥角小于摩擦角，必须控　・７９・　维普资讯 http://www.cqvip.com

・工艺与装备・　组合机床与自动化加工技术　根据零件图，涨紧套的跳动０．０１５ｍｍ，定位轴的跳　制涨紧的距离，以免轴向位移过大，导致涨紧力太大而　使涨紧套无法松开。　采用高精度的内涨式定位夹具根据误差合成原理　（见４．１理论计算），可以达到０．０５８ｍｍ的定心精度。　（３）轴管定位与夹紧。　从整个设备的角度出发，当万向节夹具和轴管叉　涨紧套夹具对工件定位后，轴管只需带有浮动的初定　位即可，但考虑到万向节的夹紧面对称性不佳，且夹紧　过程中的摩擦死区，因此，增加轴管的夹紧，同时，通过　动０．０２５ｉ／ｌｍ，花键套的跳动０．０５ｍｍ。　套管叉内涨式定位夹具的定位精度：　６　＝　。　＝００５８ｍｍ　．由于轴管的内外径误差较大，轴管夹具定心精度　相对轴管零件本身误差较小，所以根据测量取轴管的　定位精度为０．１Ｏｍｍ。　影响整个机床的定位精度包括机床万向节夹具与　轴管叉内涨式夹具的同轴度、轴管夹具的跳动、轴管叉　压入过程中，动态控制万向节夹紧组件夹爪开启，使其　定位主要由轴管保证，防止过定位现象。　轴管夹紧组件由两部分，在左端采用两两相对的　四个滚轮组成的Ｖ形型式进行轴管径向定位。由气缸　通过连杆机构使滚轮相对移动，实施夹紧。在右端采　用浮动的定位结构。　（４）万向节夹紧组件、内涨式夹具同步传动及调整　根据套管叉与万向节焊接后的相位要求，除了保　证万向节夹具和套管叉夹具的同步外，还采用在线实　时检测传感器监测两端相位是否超差。同步传动采用　同步齿形带和六角棒传动轴。轴管轴向压紧移动，套　管叉夹具需要在导轨上滑动。传动轴安装长的滑键，　不仅加工困难，而且由于长度长不能保证精度。因此，　采用六角棒传动轴，不仅具有传动和滑动的双重作用，　并且加工简单，精度高。利用安装于万向竹爽具和套　管叉夹具主轴处两个分辨率为０．１。的环形编码器进行　相位角的监测。相位微调机构主要采用如图５所示的　楔形块夹紧机构，依靠摩擦力完成周向转动。楔形块２　在螺栓３旋紧时压紧楔形块１，同时压紧同步带轮。在　拆卸时旋松螺栓３，旋动螺栓４将楔形块顶出。轻松快　捷的完成相位调整。　ｌ　Ｆ　ｌ　＼４　Ｉ．锲形块２．锲形块３．螺栓４．螺栓　图５相位微调机构　４机床总体精度分析　４．１　理论计算　厂　—　相互独立误差合成原理：６　√　・８０・　内涨式夹具的跳动。　根据误差理论：△　＝“＋６，　ｕ一系统误差　６一随机误差　△　一总的误差　由于轴管、轴管叉内涨式夹具定位误差相互独立，　根据误差合成原理６＝　＋　＝　ｏ．１　＋０．０５８　＝　Ｏ．１１６ｍｍ　６．一轴管夹紧后的跳动值　６　一套管叉夹紧后的跳动值　根据设计组合机床调整后取机床万向节夹具与轴　管义内涨式夹具的同轴／Ｚ＝０．０５ｍｍ，所以，△　＝¨＋６　＝０．０５＋０．１　１６＝０．１６６＜０．２ｍｍ，而套管叉接近支　撑点，故跳动值根据线性公式得到０．１Ｏｍｍ＜０．１２ｍｍ，　靠近万向节端的跳动值为０．３２ｍｍ＜０．４５ｍｍ。　４．２调试结果　经过调整试车后，三点完成圆跳动分别为靠近万　向节端跳动≤０．４５ｍｍ，轴管中间跳动≤０．２０ｍｍ，花键　套处外圆跳动≤０．１３１１１１１１；相位差≤０．５。完全满足精度　要求。　５　结束语　汽车传动轴压人点焊专机的精度比以前有了较大　的提高，达到了传动轴的精度要求。本专机自动监测　和＿监控功能，不仅改善了传动轴制造工艺，并且提高了　自动化程度。该产品已经在传动轴加工企业投入使用　产品质量和生产效率得到较大提高，降低成产成本，取　得了显著的经济效益。　［参考文献］　［１］徐鸿本．机床夹具设计手册［Ｍ］．沈阳：辽宁科技出版社，　２ｏｏ３．　［２］刘崇仁．ＣＯ　半自动焊焊接机床在铁马汽车传动轴中的应　用［Ｊ］．铁马科技，１９９６（１）．　［３］孙学娟．汽车传动轴精确定位双环缝自动焊接专机的研制　［Ｊ］．焊接技术，２００３，３２（４）．　（编辑李秀敏）