摘要：3 t 內(nèi)燃叉車機械變速器箱體加工復(fù)雜，精度要求高，其中在臥式加工中心上的加工內(nèi)容尤為豐富，涉及 97 處不同尺寸的通孔、盲孔、臺階孔、螺紋孔的加工以及 22 處平面銑削?？椎募庸げ粌H精度要求高，而且加工步驟繁多，由于毛坯形狀和加工內(nèi)容的差異，部分孔的加工甚至需要近 5 把刀具。整個變速器箱體在臥式加工中心的加工過程中，共需使用 67 把刀具，加工時間總計 85′13″。優(yōu)化叉車機械變速器在臥式加工中心的刀具設(shè)計，通過組合各類鏜孔刀具并改進刀具結(jié)構(gòu)，從而提高 3 t 變速器箱體在臥式加工中心的加工效率。

　　一、叉車概述

　　叉車是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業(yè)的各種輪式搬運車輛，國際標準化組織 ISO/TC 110 將其稱為工業(yè)車輛，常用于倉儲大型物件的運輸，通常使用燃油機或者電池驅(qū)動。

　　叉車在企業(yè)的物流系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，是物料搬運設(shè)備中的主力軍，廣泛應(yīng)用于車站、港口、機場、工廠、倉庫等國民經(jīng)濟各部門，是機械化裝卸、堆垛和短距離運輸?shù)母咝гO(shè)備。自行式叉車出現(xiàn)于 1917 年，我國從 20 世紀 50 年代初開始制造叉車。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大部分企業(yè)的物料搬運已經(jīng)脫離了原始的人工搬運，取而代之的是以叉車為主的機械化搬運。因此，近年來，我國的叉車技術(shù)得到快速發(fā)展。

　　二、叉車變速器

　　叉車變速器概述與分類

　　叉車變速器將來自發(fā)動機的動力，通過機械或液力傳動傳遞到驅(qū)動橋上，其功用是改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并保持發(fā)動機在最有利的工況范圍內(nèi)工作，以滿足車輛在各種工況下的行駛和牽引特性要求。

　　叉車變速器按動力形式分為內(nèi)燃動力傳動、電力傳動;按發(fā)動機形式，分為汽油動力傳動、柴油動力傳動、液化氣動力傳動;按結(jié)構(gòu)形式分為機械傳動、液力傳動、靜壓傳動。

　　變速器的功用

　　在內(nèi)燃機驅(qū)動的車輛傳動系統(tǒng)中，變速器的功用有以下 3 點：

　　1)改變內(nèi)燃機至驅(qū)動車輪之間的傳動比，從而改變車輛的驅(qū)動力和行駛速度以適應(yīng)各種行駛工況的需要;

　　2)使車輛能后退行駛;

　　3)切斷內(nèi)燃機至驅(qū)動車輪的動力傳遞，以便于內(nèi)燃機無載起動，便于車輛短暫停歇時使內(nèi)燃機不熄火而怠速運轉(zhuǎn)。

　　對變速器的要求

　　叉車對變速器的性能具有以下要求：

　　1)應(yīng)具有適宜的擋數(shù)及合理傳動比，使車輛具有良好的牽引性和經(jīng)濟性;

　　2)應(yīng)具有合理的后退擋數(shù)。對于叉車、單斗裝載機來說，由于后退的使用頻率幾乎與前進相當，應(yīng)具有基本相同的前進和后退擋數(shù);

　　3)換擋應(yīng)輕便，無沖擊，以減輕駕駛員的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率;

　　4)傳動效率高，工作可靠，噪聲小，壽命長;

　　5)結(jié)構(gòu)和制造簡單，質(zhì)量輕，軸向尺寸小，維修方便。

　　機械變速器組成及動力傳遞路線

　　機械變速器主要由 1 根主動軸、1 根輸出軸、1 根主軸及 1 根惰輪軸組成。每根軸上都有一種或幾種不同齒數(shù)的齒輪，齒輪通過主軸上的兩組嚙合套式的同步器，利用換擋手柄進行換擋，由輸出軸通過低速齒輪和差速器及半軸，將發(fā)動機的動力傳遞到驅(qū)動輪上?？論跷恢脮r，主動軸的動力通過常嚙合的輸入齒輪、雙聯(lián)齒輪傳遞到高速齒輪和低速齒輪上，但由于操作速度和換擋的方向，嚙合套處于空擋位置上，主軸輸出齒輪和輸出軸就不會轉(zhuǎn)動，所以動力也不能輸出。動力傳遞路線為：主動軸—輸入齒輪—雙聯(lián)齒輪—高速或低速擋齒輪—同步器—主軸—同步器—倒擋齒輪或前進擋齒輪—輸出齒輪—輸出軸，實現(xiàn)動力輸出。

　　三、3 t 機械變速器箱體加工分析

　　立式車床 1 序

　　3 t 機械變速器箱體的加工過程包含以下 3 個關(guān)鍵工序。

　　(1)在立式車床上，利用專用夾具以毛坯底部的兩個孔(Φ105、Φ45)為基準進行定位，精確校正工件上端面 4 個軸承座安裝臺階的外圓部位圓心，確保上下圓心誤差控制在 1 mm 以內(nèi)。

　　(2)使用專用壓板在 125 mm 軸承孔位置進行壓緊，若出現(xiàn)偏差，則通過側(cè)面調(diào)整螺栓進行再次校正。完成這些裝夾校正工作后，進入立車工序的加工階段。此階段首先利用端面外圓車刀對外圓 Φ338、Φ395 法蘭面進行粗車加工，隨后反車加工 Φ395 法蘭面的反面。

　　(3)換外圓端面精車刀進行精加工。待 Φ338 和 Φ395 的外圓及端面加工尺寸均符合要求后，拆卸工件，完成第一工序。

　　需要注意的是，立車工序的主要任務(wù)是在毛坯校正后(考慮鑄造變形)進行法蘭面的粗加工，為后續(xù)工序的定位裝夾提供基準，因此，其加工質(zhì)量直接關(guān)聯(lián)到后續(xù)臥式加工的整體質(zhì)量。

　　臥式加工中心 2 序

　　臥式加工中心 2 序示意圖如圖 1 所示，該工序采用機械變速器專用高精度、高強度夾具，以立式車床工序加工后的 Φ338 外圓及法蘭面端面為定位基準，精確校正軸承座安裝平臺的高度，確保變速器加工過程中保持正確的裝夾狀態(tài)，隨后，通過各位置壓板進行壓緊。本工序涉及 54 處孔和 14 處平面的加工，共需使用 30 把加工刀具，整個加工過程耗時 42′22″。

　　臥式加工中心 3 序

　　臥式加工中心 3 序示意圖如圖 2 所示，此工序為機械變速器金屬加工的最終環(huán)節(jié)。采用專用的高精度夾具，確保產(chǎn)品各尺寸及形位公差滿足要求。利用兩處定位，即10 銷孔和上道工序加工的窗口平面，精確調(diào)整各夾具支撐點，確保產(chǎn)品裝夾的強度和剛性。隨后，嚴格按照壓緊順序和力度要求，壓緊各處壓板，以控制壓緊力對產(chǎn)品變形的影響。完成裝夾后，再對剩余的 45 處孔和 8 處平面進行加工，整個工序耗時 42′51″。

　　四、加工刀具設(shè)計

　　加工刀具的設(shè)計要求使用 BT50 刀柄、標準刀片，不能縮短刀具使用壽命，確保變速器箱體的加工質(zhì)量，不能使設(shè)備負載過大，不能降低設(shè)備穩(wěn)定性及使用壽命。根據(jù)以上要求設(shè)計了 6 把組合刀具，刀具設(shè)計如圖 3 所示。

　　在對加工刀具進行組合設(shè)計后，進行可行性分析，經(jīng)過討論和評估，最終選擇圖 3(a)～(f)這 6 把非標組合刀具。通過與加工人員的溝通研討，初步預(yù)估，使用這 6 把組合刀具后，預(yù)計將提高變速器箱體加工時間為 19 min/件，單臺設(shè)備日產(chǎn)能預(yù)計提升約 18%。樣刀交付后，對其進行了精度測試，結(jié)果顯示精度符合設(shè)計要求。通過優(yōu)化，將原臥式加工中心工序上所需的 67 把刀具減少至 56 把，共減少了 11 把刀具。這一改進不僅提高了加工效率，還降低了成本。

　　經(jīng)過對刀具的試加工測試(見圖 4)，刀具切削表現(xiàn)穩(wěn)定，機床主軸負載適中。產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，換刀次數(shù)減少，加工效率得到得到有效提升。同時，刀具數(shù)量的減少也降低了使用成本。

　　五、結(jié)論

　　本文研究了 3 t 內(nèi)燃叉車機械變速器箱體的加工過程，針對加工效率低，資源占用時間長的問題，提出刀具優(yōu)化組合與共用調(diào)整的策略。通過優(yōu)化，將多道工序中使用的粗精鏜刀及倒角锪孔刀具進行了有效整合，設(shè)計了 6 把復(fù)合粗鏜刀，減少了刀具數(shù)量和換刀次數(shù)。最終，臥式加工中心的刀具數(shù)量從 67 把減少至 56 把，換刀次數(shù)相應(yīng)減少 11 次，加工效率提升了 20.95%，大大降低了刀具 使用成本。這一研究為內(nèi)燃叉車機械變速器箱體加工提供了有效的刀具優(yōu)化方案，有助于提升加工效率和降低加工成本。

　　參考文獻略.