差速器殼體內(nèi)球面的車(chē)削加工及設(shè)計(jì)

    差速器殼體是一拖公司生產(chǎn)的意大利FIAT引進(jìn)產(chǎn)品和30～40馬力小輪拖拉機(jī)的重要部件之一，工件材質(zhì)為球墨鑄鐵。產(chǎn)品尺寸公差要求：上偏差為+0.25mm，下偏差為0，相對(duì)于基準(zhǔn)的位置度公差為f0.03mm；表面粗糙度要求為Ra1.6µm。差速器殼體內(nèi)球面的加工難度較高。根據(jù)差速器使用性能要求，為保證殼體尺寸及位置度的加工精度，我們?cè)O(shè)計(jì)了采用鑲齒結(jié)構(gòu)的內(nèi)球面锪鉆及其輔具（锪內(nèi)球面定程刀桿裝置)。但是，球面锪鉆的制造及刃磨難度較大，且刀具磨損后對(duì)刀齒每進(jìn)行一次刃磨，刀齒上各點(diǎn)與被加工面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置關(guān)系都要發(fā)生變化，從而直接影響內(nèi)球面加工質(zhì)量，由于球面锪鉆刃磨后加工零件的位置度誤差常常大于f0.2mm，因此難以完全滿(mǎn)足加工要求。此外，锪內(nèi)球面加工方法對(duì)夾具要求較高，需要配置定程裝置來(lái)控制刀具進(jìn)給，從而使夾具的設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜化。為解決這一問(wèn)題，我們根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)對(duì)工藝方案進(jìn)行了反復(fù)研究，決定采用在S1-325數(shù)控機(jī)床上用差補(bǔ)車(chē)削方法替代锪內(nèi)球面加工方法來(lái)實(shí)現(xiàn)差速器殼體內(nèi)球面的加工，并設(shè)計(jì)了專(zhuān)用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀。 
1 刀具設(shè)計(jì)思路與特點(diǎn)
    機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀是將具有合理幾何形狀和切削刃的成品可轉(zhuǎn)位刀片通過(guò)機(jī)械夾固方法裝配在刀桿上，當(dāng)一條切削刃加工磨損至不能再用時(shí)，可通過(guò)轉(zhuǎn)位迅速更換新的切削刃。采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀進(jìn)行加工具有以下特點(diǎn)：
    刀具幾何參數(shù)和切削性能穩(wěn)定，定位精度和重復(fù)精度較高，可保證刀尖位置變化在工件精度允許范圍內(nèi)以及加工精度的一致性。
    刀片夾緊可靠，在切削力沖擊、振動(dòng)及切削熱作用下不易松動(dòng)。刀具壽命長(zhǎng)，無(wú)需刃磨，操作簡(jiǎn)便，可縮短停機(jī)換刀等輔助工時(shí)。
    刀桿轉(zhuǎn)位方便、快捷，并可反復(fù)使用，使用壽命長(zhǎng)，可減少庫(kù)存量，簡(jiǎn)化刀具管理。
    機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀設(shè)計(jì)前角g=-4°，刃傾角l=-4°，切削刃具有足夠強(qiáng)度，可承受較大切削力沖擊，避免刀尖崩刃。
    可轉(zhuǎn)位車(chē)刀片選用菱形國(guó)標(biāo)通用刀片，可保證切削過(guò)程中自動(dòng)卷屑及曲線(xiàn)加工的平穩(wěn)性，且易于實(shí)現(xiàn)刀具標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，適合自動(dòng)化生產(chǎn)中的仿形車(chē)削。
    刀具采用螺銷(xiāo)壓緊式結(jié)構(gòu)，螺釘通過(guò)刀片沉孔夾緊刀片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，定位精度高，刀刃轉(zhuǎn)位重復(fù)精度高，容屑空間大。
    根據(jù)被加工材料特點(diǎn)，并考慮切削過(guò)程中刀刃的磨損，采用TiC+Al2O3+TiN復(fù)合涂層刀片。這種刀片可減小切屑與刀具的摩擦，在切削高溫下仍可保持高硬度及良好的抗氧化性，從而可提高刀片使用壽命，降低零件表面粗糙度。此外，采用我公司研制的熱處理新工藝在TiC基硬質(zhì)合金中添加TiN，可顯著提高刀片的導(dǎo)熱性和抗崩刃性，在微量切削及表面精度要求較高的切削加工中可充分發(fā)揮TiC基硬質(zhì)合金的性能優(yōu)勢(shì)。
2 刀具設(shè)計(jì)方法
    需加工的差速器殼體內(nèi)球面尺寸分別為S=f138.5mm、f124mm、f161mm。工件材料：球墨鑄鐵GH45-33-15(芯部硬度HB150～190)。加工精度要求：相對(duì)于基準(zhǔn)的位置度公差為f0.03mm，表面粗糙度Ra1.6µm。切削用量：切削速度vc=2m/s，進(jìn)給量f=0.4mm/r，切削深度ap=3mm。加工機(jī)床：S1-325型數(shù)控機(jī)床。
刀具設(shè)計(jì)步驟如下：
    根據(jù)被加工零件材質(zhì)及加工要求，刀片材料選用YG6硬質(zhì)合金基體的新型復(fù)合涂層(TiC+Al2O3+TiN)刀片。
    根據(jù)被加工零件特點(diǎn)及切削參數(shù)，刀片緊固形式設(shè)計(jì)為螺銷(xiāo)壓孔式結(jié)構(gòu)。
    可轉(zhuǎn)位刀片型式選用菱形國(guó)標(biāo)通用刀片，刀尖角為55°，法向后角為7°，單面有V型斷屑槽，刀片厚度S=3.97，刀尖圓角半徑re=0.4±   0.1mm；根據(jù)加工精度要求，刀片精度選用M級(jí)。確定可轉(zhuǎn)位刀片型號(hào)為DCMT11T304-V1。
    刀片切削刃長(zhǎng)度Sa=ap/sinkrcosl=3/sin62.5°cos-4°=3.39mm；粗車(chē)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足切削刃長(zhǎng)度L≥1.5Sa=5.086mm，所選刀片的主切削刃邊長(zhǎng)L≈11.6mm，可滿(mǎn)足切削要求。

圖2 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀刀頭

車(chē)刀刀桿槽的幾何角度設(shè)計(jì)
    已知參數(shù)：刀片法向后角anb=7°，刀片刃傾角lsb=0°；車(chē)刀的獨(dú)立角度kr=62.5°，ls=4°，預(yù)選后角ao=4°；刀桿槽主偏角krg=kr=62.5°，刀桿槽刃傾角lsg=ls=-4°。則刀桿槽前角gog可按下式計(jì)算：
tangog=(tananb-a0/cosls)/1+tananbtanao/cosls)coslsg=0.052364957
可得aog=2.9975528°，取aog=3°。
驗(yàn)算車(chē)刀后角ao：
arctan(tananb-tanaogcoslsg)cosls/(1+tananbgogcoslsg)=0.06992572
可得ao=3.99°，與預(yù)選后角ao=4°接近，表明預(yù)選后角值合理。
    確定可轉(zhuǎn)位車(chē)刀刀桿與刀夾聯(lián)結(jié)方式：根據(jù)機(jī)床型號(hào)及中心高，為增加刀桿強(qiáng)度，刀桿截面尺寸設(shè)計(jì)為不等截面，裝刀刀夾與刀桿通過(guò)楔面自鎖聯(lián)結(jié)，可使刀具裝卸快捷、準(zhǔn)確、可靠。
設(shè)計(jì)的機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀刀頭如圖2所示。
    采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)削方法替代原球面锪鉆加工方法后，不需制造專(zhuān)用夾具，在數(shù)控機(jī)床上一次裝夾即可完成差速器殼體內(nèi)球面的加工。由于減少了換刀等輔助工時(shí)，提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率，刀具無(wú)需刃磨，耐用度提高，使生產(chǎn)效率提高2倍，刀具成本降低75%。由于避免了原加工方法因刀具重磨帶來(lái)的加工誤差，產(chǎn)品質(zhì)量也得到有效保證。