傳動(dòng)箱體加工難點(diǎn)的工藝分析和解決

張秀紅

（中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司第三裝配廠，河南洛陽(yáng)471004）

傳動(dòng)箱體加工難點(diǎn)的工藝分析和解決

張秀紅

（中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司第三裝配廠，河南洛陽(yáng)471004）

結(jié)合工作實(shí)際，針對(duì)傳動(dòng)箱體加工中的特殊主軸孔系加工、特殊倒角要求、定位基準(zhǔn)誤差消除等方面存在的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行工藝分析并采取措施解決，保證了加工精度。

箱體；加工難點(diǎn)；工藝分析；工藝方案

0 引言

傳動(dòng)箱體是我廠的核心關(guān)鍵件，其精度要求高。由于傳動(dòng)箱體具有體積大、壁薄、內(nèi)外腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜等的特點(diǎn)，加工精度不易保證，加工難度很大。如箱體內(nèi)腔的多組主軸深孔孔系中，有的孔系不但精度要求很高，其孔間距也特別大，且最大的長(zhǎng)徑比可達(dá)到22倍；另外由于傳動(dòng)箱體腔大、壁薄，結(jié)構(gòu)剛性不足，容易在夾緊力的作用下產(chǎn)生較大變形，從而造成加工的位置尺寸誤差大，突出表現(xiàn)在傳動(dòng)箱體前后端面的銷孔位置度超差嚴(yán)重。

我們通過(guò)對(duì)箱體加工進(jìn)行工藝分析，制定合理的工藝方案，選用合適的工裝與加工方法等措施，逐項(xiàng)解決了該箱體在加工中遇到的各項(xiàng)加工難點(diǎn)問(wèn)題，保證了加工質(zhì)量。

1 傳動(dòng)箱殼體加工難點(diǎn)分析

傳動(dòng)箱體材料為HT250，毛坯為鑄件，箱體的主要加工表面有平面、傳動(dòng)主軸孔和軸承孔等。在對(duì)傳動(dòng)箱體的加工工藝方案設(shè)計(jì)和工藝調(diào)試過(guò)程中，主要存在了以下方面需要工藝分析解決的加工難點(diǎn)：

1）加工難點(diǎn)一。傳動(dòng)主軸孔及軸承孔主軸孔系的尺寸精度、同軸度公差及孔系之間的平行度公差要求較高，其中4層軸承孔：φ225±0.007 5、φ210、φ200±0.007 5、φ180，同軸度公差為φ0.01，孔圓柱度公差0.007，圓柱度精度均達(dá)到了4級(jí)，形位公差一直不穩(wěn)定，加工難度非常大。

2）加工難點(diǎn)二。該箱體存在多組細(xì)深孔系，孔的深度較大，特別是Ⅲ軸的孔系，從外到內(nèi)的3個(gè)孔徑分別是φ45H7、φ28H10、φ22H7，孔距485 mm，同軸度要求為0.03 mm、0.025 mm，其長(zhǎng)徑比達(dá)22倍，鏜孔時(shí)鏜刀易振，孔系的同軸度、孔表面粗糙度易超差。常規(guī)加工手段難以達(dá)到如此小孔且這樣高的孔距的同軸度要求。孔系具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 箱體孔系

3）加工難點(diǎn)三。為保證傳動(dòng)箱體裝配質(zhì)量和整機(jī)清潔度，在傳動(dòng)箱體很多不同規(guī)格的孔口及銳邊均設(shè)計(jì)有倒角，以避免在整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下銳邊及尖角材料破損掉落造成箱體內(nèi)部的污染。這些倒角大部分設(shè)計(jì)成了30°，并且要求將倒角后的倒棱進(jìn)行圓角處理。在傳動(dòng)箱體倒角設(shè)計(jì)中還存在如圖2所示的孔口倒角，除了以上要求外，同倒角相連接的2個(gè)圓周面均有尺寸要求和公差要求，2個(gè)圓周面先加工完成后進(jìn)行倒角加工，如果用常規(guī)的倒角銑刀進(jìn)行倒角加工，會(huì)把與倒角相連接下面的內(nèi)孔圓弧面破壞。由于非標(biāo)刀具制造周期長(zhǎng)，刀具費(fèi)用昂貴，如何在試制中利用常用標(biāo)準(zhǔn)刀具來(lái)保證如圖2中粗糙度Ra6.3的內(nèi)孔表面不被二次加工造成破壞，并將粗糙度Ra3.2倒角面一同加工出來(lái)是非常重要的。

4）加工難點(diǎn)四。在傳動(dòng)箱體的批量加工過(guò)程中，為保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，所有工序的加工定位采用統(tǒng)一的工藝銷孔，在各序間反復(fù)使用的工藝銷孔易發(fā)生磨損和擠壓變形，會(huì)增大定位誤差，使工序間加工要素的關(guān)聯(lián)誤差加大。

5）加工難點(diǎn)五。由于夾緊與加工變形等原因，在加工傳動(dòng)箱體的端面上2-φ20F7定位銷孔時(shí)，兩銷孔位置尺寸420±0.05和210±0.05長(zhǎng)期存在0.02～0.05 mm的超差。

圖2 箱體孔系倒角

2 傳動(dòng)箱殼體加工難點(diǎn)解決方案

針對(duì)上述加工難點(diǎn)，我們開(kāi)展了多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)和工藝研究，具體解決方案如下：

2.1 加工難點(diǎn)一的解決方案

將粗、精加工分開(kāi)，先在臥式鏜床上對(duì)該箱體的傳動(dòng)軸孔和系列軸承孔進(jìn)行粗加工，然后在高精度進(jìn)口臥式加工中心上一次裝夾進(jìn)行孔的精加工，從而減少精加工的變形量。由于主軸孔的尺寸精度和圓柱度公差要求很高，我們選用品牌刀具配備立方氮化硼刀片在加工中心上加工，孔徑尺寸非常穩(wěn)定。在臥式加工中心上加工內(nèi)腔多層孔時(shí)，箱體需要調(diào)頭加工，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)存在誤差，而且由于4個(gè)孔尺寸不同，所用刀具長(zhǎng)度不同，都會(huì)影響到加工精度。我們通過(guò)對(duì)零件的測(cè)量，摸索偏移規(guī)律，對(duì)同軸度孔的編程原點(diǎn)進(jìn)行修正，利用程序改變坐標(biāo)系對(duì)這些誤差進(jìn)行補(bǔ)償，使其與實(shí)際加工后的軸承孔在同一軸線上，使加工保證同軸度要求。針對(duì)加工中心在工作臺(tái)交換后，工件坐標(biāo)系與工作臺(tái)中心在X方向有一微量差值，變化范圍在0.01～0.05 mm左右波動(dòng),這也勢(shì)必影響工作臺(tái)回轉(zhuǎn)后加工兩端孔中心坐標(biāo)的偏差,引起兩端孔不同軸。為了解決這一問(wèn)題,經(jīng)過(guò)反復(fù)研究,決定利用該機(jī)床自身RENISHAW檢測(cè)系統(tǒng),每次工作臺(tái)交換后用測(cè)量頭來(lái)檢測(cè)夾具,通過(guò)檢測(cè)數(shù)值來(lái)修正工件坐標(biāo)系與工作臺(tái)中心在X軸上的差值變化,使每次交換工作臺(tái)后,工作臺(tái)中心坐標(biāo)與工件坐標(biāo)系實(shí)際數(shù)值相一致,達(dá)到加工孔同軸度不發(fā)生偏差,為了達(dá)到這一目的,在傳動(dòng)箱殼體精加工工序前增加RENISHAW測(cè)量工序，并編制了測(cè)量程序。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),傳動(dòng)箱殼體4個(gè)軸承孔同軸度能夠控制在φ0.03mm以內(nèi)，解決了這一難題。

2.2 加工難點(diǎn)二的解決方案

從孔系的簡(jiǎn)圖可以看出，孔φ22H7和φ28H10的間距為135，孔φ22H7和φ45H7的間距為455，孔φ28H10和 φ45H7的間距為 320。因 φ45H7距離 φ22H7和φ28H10較遠(yuǎn)，采用三階梯復(fù)合鉸刀同時(shí)鉸這3個(gè)孔就不夠經(jīng)濟(jì)。我們考慮先加工孔φ45H7，再采用階梯復(fù)合鉸刀同時(shí)鉸孔φ28H10與孔φ22H7。孔φ45H7對(duì)公共軸線的同軸度要求φ0.03靠臥式加工中心和刀具的精度保證，φ28H10與孔φ22H7對(duì)公共軸線的同軸度要求φ0.025靠輔助支撐夾具和刀具的精度保證。

根據(jù)孔系3個(gè)孔的直徑公差、粗糙度及同軸度要求，制定如下加工方案：先加工孔φ45H7，加工方案為：鉆、粗鏜、精鏜。再加工孔φ28H10和φ22H7?？爪?8H10和φ22H7距離孔φ45H7較遠(yuǎn)，為保證3個(gè)孔對(duì)公共軸線的同軸度要求，在加工刀具和加工中心的主軸刀柄間，需要增加一個(gè)加長(zhǎng)過(guò)渡定位套筒，再安裝輔助支撐夾具，由夾具上的導(dǎo)向套通過(guò)加長(zhǎng)過(guò)渡定位套筒對(duì)鉆頭等進(jìn)行導(dǎo)向、定位，如圖3所示。

圖3 長(zhǎng)距孔加工簡(jiǎn)圖

導(dǎo)向套的內(nèi)壁加工有螺旋槽，可以存儲(chǔ)冷卻液從而起到潤(rùn)滑作用，也可以把一些小鐵屑排出來(lái)，避免過(guò)渡定位套筒與導(dǎo)向套之間研死，導(dǎo)向套的內(nèi)徑為φ40。

加長(zhǎng)過(guò)渡定位套筒的外徑為φ40，保證導(dǎo)向套和加長(zhǎng)過(guò)渡定位套筒之間有0.04 mm左右的間隙。如果這個(gè)間隙過(guò)小，就有可能發(fā)生導(dǎo)向套和過(guò)渡定位套筒研死的事故。如果這個(gè)間隙過(guò)大，又起不到很好的導(dǎo)向、定位作用，這3個(gè)孔對(duì)公共軸線的同軸度要求就無(wú)法保證。

采用倒推法制定孔φ28H10和φ22H7的具體加工方案如下：

1）考慮鉸孔余量。確定孔φ28H10的鉸前尺寸為φ27.6，φ22H7的鉸前尺寸為φ21.6。又考慮孔φ28H10和φ22H7對(duì)公共軸線的同軸度要求都是φ0.025，采用階梯復(fù)合鉸刀同時(shí)鉸孔φ28H10和φ22H7。采用φ22H7/φ28H10階梯復(fù)合鉸刀鉸孔時(shí)，合理確定兩段鉸刀的間距為120，使先鉸孔φ28H10，等鉸刀進(jìn)入φ28H10一定深度后，再開(kāi)始鉸孔φ22H7。

2）考慮鉸前孔的加工方法?？爪?8H10鉸前孔φ27.6的底孔定為 φ24，φ22H7鉸前孔 φ21.6的底孔定為φ18.5。跟鉸孔的道理一樣，采用φ21.6/φ27.6階梯復(fù)合擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔時(shí)，合理定兩段擴(kuò)孔鉆的間距為120，使先擴(kuò)孔φ24到φ27.6，等擴(kuò)孔鉆進(jìn)入φ27.6一定深度后，再開(kāi)始擴(kuò)孔φ18.5到φ21.6。

3）底孔的加工方法。先在孔φ28H10的位置打中心孔，鉆一個(gè)φ20的小底孔，采用φ18.5/φ24階梯鉆（合理定兩段鉆的間距），把φ20的小底孔擴(kuò)到φ24，等擴(kuò)孔鉆進(jìn)入φ24一定深度后，再在φ22H7的位置鉆一個(gè)φ18.5的底孔。

綜上所述，孔φ28H10和φ22H7的加工工藝流程如圖4所示。

2.3 加工難點(diǎn)三的解決方案

不使用專用倒角銑刀和非標(biāo)刀具，使用加工軸承孔端面的整體硬質(zhì)合金立銑刀對(duì)此類倒角進(jìn)行加工。由于在標(biāo)準(zhǔn)立銑刀設(shè)計(jì)中一般從刀尖到刀柄側(cè)的直徑略微減小即帶有向后的錐度稱圓錐刃倒錐的結(jié)構(gòu)，同時(shí)選用合適刃長(zhǎng)立銑刀，保證入刀點(diǎn)無(wú)干涉，利用標(biāo)準(zhǔn)立銑刀的端頭進(jìn)行加工，能夠保護(hù)已加工表面。具體加工時(shí)使用立銑刀的刀尖部分按照倒角的輪廓對(duì)倒角進(jìn)行分層次加工，每次進(jìn)給0.1 mm，按圓周進(jìn)行插補(bǔ)，插補(bǔ)一圈后，刀具沿倒角的30°方向進(jìn)給0.1 mm，再次進(jìn)行圓周插補(bǔ)加工。依次類推，直至完成整個(gè)倒角的加工。這種加工方法同時(shí)保護(hù)了2個(gè)已加工表面。另外，小進(jìn)給量加工過(guò)程中，立銑刀的底刃后角（R角）可對(duì)加工倒角后的倒棱進(jìn)行圓角處理。立銑刀刀尖方案實(shí)施后，倒角加工達(dá)到圖紙要求，與倒角相連的2個(gè)已加工表面完整，沒(méi)有二次加工的痕跡，已加工表面保護(hù)良好，如圖2所示。

圖4 孔加工工藝流程圖

圖5 簡(jiǎn)易可調(diào)內(nèi)置支撐裝置簡(jiǎn)圖

2.4 加工難點(diǎn)四的解決方案

我們?cè)趭A具設(shè)計(jì)中打破慣例，通過(guò)定位精度誤差的累積計(jì)算，將粗加工工序定位銷孔長(zhǎng)度減至4 mm，半精加工的定位銷孔長(zhǎng)度減至6 mm，加工中心精加工定位銷長(zhǎng)度保持8 mm不變，這樣既可保證精加工的準(zhǔn)確定位，又有效避免了粗加工工序定位銷孔發(fā)生磨損和擠壓變形對(duì)定位誤差造成的影響，經(jīng)過(guò)后續(xù)的批量生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，加工質(zhì)量穩(wěn)定。

2.5 加工難點(diǎn)五的解決方案

針對(duì)長(zhǎng)期存在端面上定位銷超差問(wèn)題，我們對(duì)加工零件在加工后的上下料前后各狀態(tài)下分別進(jìn)行連續(xù)的跟蹤測(cè)量，同時(shí)繪制出箱體簡(jiǎn)易三維模型進(jìn)行受力分析，同樣得出銷孔處變形量較大結(jié)果。主要原因是受定位面的不平度及腔壁夾緊變形影響造成，因此實(shí)施工藝改進(jìn)，根據(jù)工裝的壓緊位置和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，在內(nèi)腔設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的可調(diào)內(nèi)置支撐裝置，如圖5所示，從而加強(qiáng)了殼體的裝夾剛性，減小了零件的壓緊變形。另一方面使用扭矩扳手來(lái)量化零件的夾緊力，通過(guò)試驗(yàn)確定夾緊力的大小，穩(wěn)定控制零件夾緊變形量，從而有效地避免了定位面不平及腔壁壓緊變形引起的加工誤差。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)箱體加工難點(diǎn)進(jìn)行工藝分析，從工藝方法、刀具、工裝上全面解決了傳動(dòng)箱體加工過(guò)程中存在的加工難點(diǎn)問(wèn)題，使箱體的加工質(zhì)量得到大幅度的提高。提出的解決方案在類似零件的加工中都具有良好的借鑒意義。

［1］ 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［2］ 袁錫璠.現(xiàn)代機(jī)械制造工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

（編輯：明 濤）

TH 161

B

1002－2333（2014）04－0248－03

張秀紅（1967-），女，工程師，主要從事機(jī)械制造工藝技術(shù)方面工作。

2014-02-10