差速器殼體球面車削加工及刀具設計

     差速器殼體是一拖公司生產的意大利FIAT引進產品和30～40馬力小輪拖拉機的重要部件之一，工件材質為球墨鑄鐵。產品尺寸公差要求：上偏差為+0.25mm，下偏差為0，相對于基準的位置度公差為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，設計了采用鑲齒結構的內球面锪鉆及其輔具（锪內球面定程刀桿裝置)。但是，球面锪鉆的制造及刃磨難度較大，且刀具磨損后對刀齒每進行一次刃磨，刀齒上各點與被加工面上對應點的位置關系都要發(fā)生變化，從而直接影響內球面加工質量，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，因此難以完全滿足加工要求。
    此外，锪內球面加工方法對夾具要求較高，需要配置定程裝置來控制刀具進給，從而使夾具的設計、制造復雜化。為解決這一問題，我們根據(jù)產品特點對工藝方案進行了反復研究，決定采用在S1-325數(shù)控機床上用差補車削方法替代锪內球面加工方法來實現(xiàn)差速器殼體內球面的加工，并設計了專用機夾可轉位車刀。
1 刀具設計思路與特點 機夾可轉位車刀是將具有合理幾何形狀和切削刃的成品可轉位刀片通過機械夾固方法裝配在刀桿上，當一條切削刃工加磨損至不能再用時，可通過轉位迅速更換新的切削刃。
    采用機夾可轉位車刀進行加工具有以下特點：刀具幾何參數(shù)和切削性能穩(wěn)定，定位精度和重復精度較高，可保證刀尖位置變化在工件精度允許范圍內以及加工精度的一致性。刀片夾緊可靠，在切削力沖擊、振動及切削熱作用下不易松動。刀具壽命長，無需刃磨，操作簡便，可縮短停機換刀等輔助工時。刀桿轉位方便、快捷，并可反復使用，使用壽命長，可減少庫存量，簡化刀具管理。機夾可轉位車刀設計前角g=-4°，刃傾角l=-4°，切削刃具有足夠強度，可承受較大切削力沖擊，避免刀尖崩刃�？赊D位車刀片選用菱形國標通用刀片，可保證切削過程中自動卷屑及曲線加工的平穩(wěn)性，且易于實現(xiàn)刀具標準化、系列化，適合自動化生產中的仿形車削。
    刀具采用螺銷壓緊式結構，螺釘通過刀片沉孔夾緊刀片，結構簡單，零件少，定位精度高，刀刃轉位重復精度高，容屑空間大。根據(jù)被加工材料特點，并考慮切削過程中刀刃的磨損，采用TiC+Al2O3+TiN復合涂層刀片。
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基硬質合金中添加TiN，可顯著提高刀片的導熱性和抗崩刃性，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基硬質合金的性能優(yōu)勢。
2 刀具設計方法 需加工的差速器殼體內球面尺寸分別為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：相對于基準的位置度公差為f0.03mm，表面粗糙度Ra1.6µm。
    切削用量：切削速度vc=2m/s，進給量f=0.4mm/r，切削深度ap=3mm。加工機床：S1-325型數(shù)控機床。刀具設計步驟如下：根據(jù)被加工零件材質及加工要求，刀片材料選用YG6硬質合金基體的新型復合涂層(TiC+Al2O3+TiN)刀片。根據(jù)被加工零件特點及切削參數(shù)，刀片緊固形式設計為螺銷壓孔式結構�？赊D位刀片型式選用菱形國標通用刀片，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。確定可轉位刀片型號為DCMT11T304-V1。刀片切削刃長度    Sa=ap/sinkrcosl=3/sin62.5°cos-4°=3.39mm；粗車時應滿足切削刃長度L≥1.5Sa=5.086mm，所選刀片的主切削刃邊長L≈11.6mm，可滿足切削要求。
     機夾可轉位車刀刀頭車刀刀桿槽的幾何角度設計已知參數(shù)：刀片法向后角anb=7°，刀片刃傾角lsb=0°；車刀的獨立角度kr=62.5°，ls=4°，預選后角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可按下式計算：tangog=(tananb-a0/cosls)/1+tananbtanao/cosls)coslsg=0.052364957可得aog=2.9975528°，取aog=3°。驗算車刀后角ao：arctan(tananb-tanaogcoslsg)cosls/(1+tananbgogcoslsg)=0.06992572可得ao=3.99°，與預選后角ao=4°接近，表明預選后角值合理。
     確定可轉位車刀刀桿與刀夾聯(lián)結方式：根據(jù)機床型號及中心高，為增加刀桿強度，刀桿截面尺寸設計為不等截面，裝刀刀夾與刀桿通過楔面自鎖聯(lián)結，可使刀具裝卸快捷、準確、可靠。設計的機夾可轉位車刀刀頭如圖2所示。采用機夾可轉位車削方法替代原球面锪鉆加工方法后，不需制造專用夾具，在數(shù)控機床上一次裝夾即可完成差速器殼體內球面的加工。由于減少了換刀等輔助工時，提高了數(shù)控機床的加工效率，刀具無需刃磨，耐用度提高，使生產效率提高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的加工誤差，產品質量也得到有效保證。