變速器箱體合理選擇加工中心

變速器箱體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求

變速器箱體形狀復(fù)雜，壁薄、呈箱形（圖1），其表面具有多處加工部位，如箱體上的軸承孔、叉軸孔、定位削孔、螺釘連接孔以及各種安裝平面直接影響著變速器的裝配質(zhì)量和使用性能。因此，變速器箱體加工具有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)格要求，如：軸承孔的尺寸精度一般為IT6～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra1.6～0.8μm，圓度、圓柱度為0.013～0.025mm，軸承孔之間的平行度為0.03～0.04mm，箱體連接面的平面度要求為0.05～0.08mm。

箱體加工的工藝分析

箱體屬于薄壁類零件，在裝夾時(shí)容易變形，因此在加工時(shí)，不僅要選擇合理的夾緊、定位點(diǎn)，而且還要控制切削力的大小。由于箱體上孔系的位置度要求較高，連接孔、連接面較多，故在加工時(shí)需要采用工序相對(duì)集中的方法。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求決定箱體加工中，加工中心是最優(yōu)化的選擇。

以前后合箱變速器前殼體加工采用加工中心生產(chǎn)線為例，分析其加工的工藝流程：

□ 由專用銑床粗銑前端面；

□ 采用專用銑床粗銑與中殼體連接面；

□ 如圖2所示，在立式加工中心上，完成半精銑、精銑前端面，鉆、攻前端面與離合器殼體各連接孔，鉆、鉸叉軸孔和各種油孔；

□ 如圖3所示，在臥式加工中心上，完成與中殼連接面及連接孔、叉軸孔的加工，粗、精鏜軸承孔、叉軸孔；

□ 如圖4所示，采用臥式加工中心粗精銑頂蓋連接面、標(biāo)牌平面、側(cè)取力面及各面連接螺紋孔；

□ 采用搖臂鉆床鉆斜油孔。

上述工藝過(guò)程的安排，具有如下特點(diǎn)：

1、粗加工與精加工分開進(jìn)行，可以消除零件加工時(shí)的內(nèi)應(yīng)力變形、提高加工效率。

2、用作精基準(zhǔn)的部位（前端面及兩個(gè)工藝孔）優(yōu)先加工，這樣使后序部位的加工具有了一個(gè)統(tǒng)一的工藝基準(zhǔn)，簡(jiǎn)化了后序的設(shè)備工裝，減少了工件的定位誤差。

3、與傳統(tǒng)的組合機(jī)床加工線比較，工藝路線大幅縮減，由原來(lái)的30多道工序縮減為6道工序，減少了機(jī)床的占地面積，減少了零件搬運(yùn)過(guò)程中的磕碰傷。

4、柔性化程度更高，可以在一條生產(chǎn)線上加工多個(gè)品種，滿足市場(chǎng)多樣化的需求。

5、高剛性、高切削速度硬質(zhì)合金刀具的廣泛使用，提高機(jī)床的加工效率。鉆削加工的切削速度可達(dá)120m/min，銑削加工的每齒進(jìn)給可達(dá)到0.3mm、切削深度可達(dá)6～8mm。表1所示為，加工中心（使用硬質(zhì)合金刀具）和普通組合機(jī)床（使用高速鋼刀具）在效率、精度以及刀具成本等方面的對(duì)比�？梢钥闯�，加工中心剛性好、各主軸電機(jī)功率大，采用硬質(zhì)合金刀具替代組合機(jī)床上常用的高速鋼刀具，可以提高加工效率3～5倍，并能大幅提高加工精度。在大批量生產(chǎn)時(shí)，可以完全滿足產(chǎn)品和工藝的要求，雖然單件刀具成本略有提高，但是從人工成本、設(shè)備折舊和產(chǎn)品的性能價(jià)格比等多方面考慮，其總的費(fèi)用大幅度降低。

6、機(jī)床具備自動(dòng)測(cè)量和刀具磨損補(bǔ)償功能，使其在精鏜軸承孔等精加工工序中，批量加工精度等級(jí)穩(wěn)定在IT6級(jí)以上。

加工中心的選擇

每臺(tái)加工中心都有一定的規(guī)格、一定的功能和最佳的使用范圍。加工中心分為臥式和立式兩種，臥式加工中心適于加工箱型零件，如泵體和箱體等；立式加工中心適合加工板類零件，如上蓋、蓋板、突緣等。相同規(guī)格的加工中心臥式比立式價(jià)格上便宜約一半，使用效率也稍差，因此，完成相同的工藝內(nèi)容，采用立式加工中心比臥式加工中心更經(jīng)濟(jì)，但是臥式加工中心的工藝性比較廣泛。因此，綜合考慮價(jià)格和加工工藝的需要，通常在生產(chǎn)線中的加工中心臥式和立式的數(shù)量比約為2：1，基本上實(shí)現(xiàn)比較平衡的生產(chǎn)節(jié)拍。

1、機(jī)床規(guī)格的選擇

機(jī)床最主要的規(guī)格有工作臺(tái)尺寸、運(yùn)動(dòng)軸數(shù)量、運(yùn)動(dòng)軸行程、主軸的功率和轉(zhuǎn)矩、刀庫(kù)容量以及工作臺(tái)的額定負(fù)載等。

以伊頓變速器廠生產(chǎn)的最大箱體為例，該箱體基本尺寸為520mm×320mm×430mm，為了安裝夾具留出足夠的空間，選取工作臺(tái)尺寸為630mm×630mm的臥式加工中心，X、Y、Z軸行程分別為1000mm、800mm、810mm，主軸輸出功率不小于20kW，最大轉(zhuǎn)矩466Nm，較高的功率和轉(zhuǎn)矩是機(jī)床提高切削效率的一個(gè)重要指標(biāo)。

由于箱體上加工孔系較為分散，所以機(jī)床工作臺(tái)具備360°分度功能，另外，采用雙交換托盤可以有效提高工作效率。



    通常在立式加工中心中，刀庫(kù)容量不低于20把；臥式加工中心中，刀庫(kù)容量不低于40把。刀庫(kù)容量不宜太大，因?yàn)榇笕萘康牡稁?kù)成本高，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，刀具管理復(fù)雜，每更換一種新的產(chǎn)品，機(jī)床調(diào)整人員就要根據(jù)工藝要求對(duì)刀具進(jìn)行整理。

2、機(jī)床精度的選擇

根據(jù)箱體類零件關(guān)鍵部位的加工精度選擇機(jī)床的精度。機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度反映了各運(yùn)動(dòng)部件的綜合精度，尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該軸向在有效行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，這是衡量數(shù)控軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。

加工中心數(shù)控系統(tǒng)的軟件可以對(duì)控制軸的螺距誤差和反向差值進(jìn)行補(bǔ)償，也可對(duì)進(jìn)行傳動(dòng)鏈上各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行穩(wěn)定性補(bǔ)償。進(jìn)給傳動(dòng)鏈中反向失動(dòng)量也可以用反向間隙補(bǔ)償功能來(lái)補(bǔ)償，例如，一個(gè)數(shù)控軸正向給予的運(yùn)動(dòng)指令為40mm，實(shí)測(cè)移動(dòng)距離為39.985mm，可稱反向失動(dòng)量為0.015mm，由數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償0.015mm的運(yùn)動(dòng)量，便可使坐標(biāo)移到原點(diǎn)。對(duì)于由于各軸機(jī)械傳動(dòng)鏈、驅(qū)動(dòng)伺服元器件工作特性差造成的重復(fù)性誤差，無(wú)法用插補(bǔ)方法得到全部補(bǔ)償。

3、機(jī)床的使用效率

在加工過(guò)程中，主軸轉(zhuǎn)速是由被加工件材料所決定的，如加工有色金屬，必須選擇較高的轉(zhuǎn)速。影響加工效率的最主要因素是換刀時(shí)間，因?yàn)閷?duì)于類似箱體類的復(fù)雜零件，每加工一個(gè)制件，大約需要更換40～50把刀具。采用帶機(jī)械臂的滾子凸輪式換刀機(jī)構(gòu)（圖5）相比斗笠式換刀機(jī)構(gòu)（圖6），換刀時(shí)間大為縮短，約為5.5s左右。

加工中心常用的刀具和夾具

1、夾具的選用

夾具是完成零件加工的重要保證，夾具設(shè)計(jì)合理，才能保證零件安裝方便和滿足加工精度要求。因此，設(shè)計(jì)夾具時(shí)，需考慮下列因素：

（1）工件的定位基準(zhǔn)和對(duì)夾緊的要求：加工中心是多工序集中加工，零件在一次裝夾中，既要粗銑、粗鏜，又要精銑、精鏜，要求夾具既要能承受大切削力，又要滿足定位精度的要求。

（2）夾具、工件與機(jī)床工作臺(tái)面的連接方式：加工中心工作臺(tái)面上要有基準(zhǔn)T型槽、轉(zhuǎn)臺(tái)中心定位孔、工作臺(tái)面?zhèn)让婊鶞?zhǔn)等。

（3）夾具設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮刀具運(yùn)動(dòng)軌跡：夾具不能和各工序刀具軌跡發(fā)生干涉。例如使用端銑刀加工零件時(shí)，在進(jìn)刀軌跡和出刀軌跡處不能和夾具的壓緊螺栓和壓板發(fā)生干涉；由于鉆頭及鏜刀桿等容易與夾具干涉，因此，箱體加工時(shí)，可以考慮利用其內(nèi)部空間來(lái)安排夾緊裝置（圖7）。

（4）夾具在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮夾緊變形：零件在粗加工時(shí)，切削力大，需要夾緊力大，但要防止將工件夾壓變形，因此，必須慎重選擇夾具的支撐點(diǎn)、定位點(diǎn)和夾緊點(diǎn)，壓板的夾緊點(diǎn)要盡可能接近支撐點(diǎn)，避免把夾緊力加在零件無(wú)支撐的區(qū)域。

（5）夾具必須拆裝方便：夾具的夾緊方式有液壓夾緊、氣動(dòng)夾緊和手動(dòng)夾緊。在所加工零件毛坯尺寸合格的情況下，采用液壓加緊和氣動(dòng)夾緊夾具可以提高拆裝零件的效率。

（6）對(duì)批量不大，又經(jīng)常變換品種的零件，應(yīng)優(yōu)先考慮使用成組夾具或組合夾具，以節(jié)省夾具的費(fèi)用和準(zhǔn)備時(shí)間。

2、刀具的選用

加工中心使用的刀具分為刀柄部分和刃具部分。刃具部分和通用刃具一樣，如鉆頭、絲錐、鏜刀、鉸刀等。但是必須考慮刀具的直徑、長(zhǎng)度以及自重。

（1）刀柄的種類：不同的機(jī)床規(guī)格和不同的生產(chǎn)商，所選用的刀柄規(guī)格和系列各有不同。常見的刀柄分為BT系列（常用）、CAT系列、DIN系列（德國(guó)常用）。刀柄的規(guī)格又根據(jù)機(jī)床規(guī)格的不同分為30、40、50等多個(gè)品種。

（2）選擇刀柄及刀具的注意事項(xiàng)：首先必須考慮刀柄的通用化，例如，伊頓變速器廠擁有30臺(tái)加工中心，雖然生產(chǎn)廠家不同，但選擇的刀柄僅有兩種，臥式加工中心選用BT50刀柄，立式加工中心選用BT40刀柄，不僅增加了刀柄的使用率，還降低了刀具管理成本；其次，首選標(biāo)準(zhǔn)刀具，盡量減少特殊刀具的使用。特殊刀具適用于大批量加工生產(chǎn)中，如復(fù)合刀具可以有效節(jié)省加工時(shí)間，但在目前汽車零部件多品種、小批量的生產(chǎn)條件下，采用特殊刀具并不是經(jīng)濟(jì)的選擇。

3、加工中心附件的選擇

對(duì)機(jī)床的冷卻、防護(hù)、排屑、主軸油溫控制、冷卻液溫供控制等附件，要求可靠性高。加工中心機(jī)床上冷卻防護(hù)裝置設(shè)計(jì)的合理性是衡量機(jī)床綜合水平的重要標(biāo)志。圖8所示臥式加工中心的冷卻液噴射采用多頭、多管淋浴式冷卻、沖洗，并且具有主軸內(nèi)冷裝置，使刀具具備內(nèi)冷功能。

小結(jié)

與傳統(tǒng)組合機(jī)床相比，采用加工中心加工箱體類零件，無(wú)論從提高加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，還是降低生產(chǎn)成本方面，效果都是顯著的。選用加工中心，必須考慮其加工經(jīng)濟(jì)性，也就是必須從機(jī)床規(guī)格、切削參數(shù)、工裝夾具、工件材料、生產(chǎn)批量等多方面考慮。另外，人員的素質(zhì)培訓(xùn)也是必不可少的。