拖拉機箱體反向偏心插補鏜車端面加工研究

白俊杰

（第一拖拉機股份有限公司第三裝配廠，河南洛陽471004）

拖拉機箱體反向偏心插補鏜車端面加工研究

白俊杰

（第一拖拉機股份有限公司第三裝配廠，河南洛陽471004）

通過對拖拉機變速箱體結構的加工工藝性分析，結合工藝實驗的結論，提出變速箱體反向偏心插補鏜車端面的加工方案及具體的工藝步驟。

變速箱體；反向偏心插補；加工工藝；加工程序

0 引言

拖拉機傳動箱體一般為部分開放式結構，為了保證整個箱體零件的強度和剛性，在箱體內部會設計較多的鑄造加強筋及加厚臺階，同時內腔還有很多用于連接外部孔及銷軸用的工藝凸臺，造成整個零件內部結構緊湊，干涉區域較多。在整個拖拉機的產品系列中，常先對變速箱體進行改進，以獲得更多的速度和功率變化，來滿足市場的變化和需求。

當變速箱體內部傳動系統發生變化時，增加的零部件（如變速齒輪、傳動軸、撥塊等）在裝配時常和箱體內腔鑄造結構發生干涉，這就需要在箱體加工時消除干涉，在保證整機性能前提下方便裝配。

在消除箱體結構干涉改制中，有些干涉部位較為特殊，位于箱體內腔，同時給加工造成干涉，造成加工的不方便。現就一種特殊位置消除干涉加工進行工藝分析。

1 加工工藝性分析

如圖1所示箱體的改制，需要在箱體左端隔板內壁φ85 mm孔位置反向加工出一個φ150 mm臺階端面，用于消除因機型改進新安裝的變速齒輪同箱體內壁的干涉。

此加工位置加工工藝性較差，處于箱體的最左端，需要加工的面在φ85 mm孔的右側，處于箱體內部。如果加工φ150 mm端面，通常從右面入刀加工較為便利，但右端還有兩層內腔隔板，干涉距離較長，從右側進行加工，刀具和工藝設計均較為困難。

圖1所示箱體的上面整個敞開，但上面為夾具定位面，加工時此面朝下，無法使用。因此采用從左側φ85 mm孔口入刀來完成φ150 mm臺階端面的加工。

圖1 箱體結構

對于通過底孔口，在孔背端面進行臺階面的加工，常規工藝上采用三面刃盤銑刀在加工中心上使用插補銑來完成加工，利用三面刃盤銑刀的前后兩側面均可進行切削加工的特點，完成背銑加工。但該結構使三面刃銑刀的使用受到限制，底孔直徑為φ85 mm，需要加工的背面臺階端面直徑為φ150 mm，單邊需要加工的半徑差32.5 mm。能夠通過φ85 mm孔的標準三面刃銑刀直徑為φ80 mm，刀具夾持直徑為φ32 mm，最大切削深度只有23 mm，小于32.5 mm切削行程，無法滿足加工要求。

若對三面刃銑刀進行非標特制，需將刀具的最大切削深度增加至32.5 mm方可滿足加工要求。在滿足銑削深度要求前提下，同時滿足刀具能夠通過φ85 mm底孔，并且通過底孔后刀具在加工時，在保證完成φ150 mm直徑的端面銑削同時，又要消除刀具做圓弧插補運動時同φ85 mm底孔的運動干涉，刀具的夾持直徑必須由原先的φ32 mm減至φ20 mm以下，從而降低了刀具的強度，無法完成大面積粗銑加工。

因此采用在加工中心上使用鏜刀進行反鏜插補端面加工的方法，利用鏜刀單刀鏜車的功能和加工中心的標準圓弧插補程序來完成端面加工。

2 工藝實驗

為節約刀具成本，將生產現場已有加工中心刀具BT50-TZ50-195直角粗鏜刀進行改制，用于反鏜加工。為消除刀桿在加工時同φ85 mm底孔的干涉，將刀具前端直徑由φ50 mm加工至φ40 mm以下。該刀具使用12 mm× 12 mm焊接式鏜刀桿，刀具鏜刀主偏角為90°。改制后的刀具能夠完成反鏜加工，但是在實際加工中存在以下問題：

1）改制刀具為整體式刀具，通用性較差，刀體的部分損壞會造成整個刀具的更新。

2）為實現加工時插補鏜車的運動軌跡，刀具在改制時將刀體前端直徑車削至φ40 mm以下，以避免進行插補運動時，在加工中同φ85 mm底孔干涉。但BT50-TZ50-195刀具為標準刀具，刀體改制后，刀體剛性變差，整個刀具在加工過程中產生振動，直接影響加工表面的加工質量。

3）刀頭的鏜刀刀桿為焊接刀桿，12mm×12mm方體刀桿，加工過程中刀桿懸伸太長，刀桿強度差，加工余量稍大或遇到材料硬點時，刀桿極易損壞。

4）該刀具安裝的鏜刀桿為直角90°刀桿，刀具副偏角接近0°，在鏜至端面外圓時，由于刀桿懸伸較長，刀桿同已加工面干涉，使得整個刀具切削抗力較大，造成刀桿或已加工表面破壞。

3 根據工藝實驗對加工方案進行改進

根據實際使用情況得出以下結論：改制后的刀具在生產現場的使用并不理想，必須提高刀體的剛性和強度，來保證加工過程中切削的穩定性。并且需要解決在使用過程中出現的下述問題：1）刀具在生產現場使用的通用性；2）增加刀體強度，減少長徑比；3）增加鏜刀桿的強度，減少加工振動；4）選擇合適的切削角度，避免鏜刀桿的干涉。

由以上結論，對反鏜刀具進行了重新設計，刀具分3個部分：刀具夾持部分、鏜刀桿夾持部分、中間連接部分，如圖2。

圖2 刀具結構

如圖2所示，該刀具在加工中心上使用，采用了刀體和刀柄分體設計，刀體前端刀柄夾持部分設計成φ40H6削平型刀桿。刀柄使用標準加工中心模塊化BT50主刀柄，為SANDVIK標準Capto模塊化刀柄系統部件，由側壓刀柄（C6-391.27-40 085）和BT主刀柄（C6-390.58-50 040）兩個模塊組成。模塊化刀柄系統的優點是通過更換不同型號的主刀柄，即可在不同類型主軸的設備上使用。與夾持部分緊連的刀體部分設計成φ50 mm，提高了整個刀體的強度和剛性，同時增大的刀體直徑也直接減少了刀具的長徑比，提高了刀具的穩定性。此刀體部分在加工過程中處于φ85 mm底孔中（如圖3所示），φ50 mm的刀桿直徑在底孔中做圓弧插補運動過程中會同φ85 mm的底孔發生干涉。為消除加工干涉，對刀體進行偏心設計，在刀桿沿軸向方向干涉區域進行了削平處理。

圖3 刀具加工過程中的切削狀態

在刀具的回轉運動過程中，此部分刀體與其后面相鄰的刀頭夾持部分共同處于偏心旋轉狀態。

用于夾持鏜刀桿的刀頭夾持部分也進行了增加剛性和強度的設計，整個刀頭部分進行了加厚，并根據鏜刀桿的安裝位置，將夾持部分在直徑方向上加大，增加了整個刀頭部分的體積，增大了刀桿同刀頭夾持部分的接觸面積，保證安裝后的鏜刀桿牢固可靠，同時增加了加工過程中的穩定性。

為提高鏜刀桿強度和剛性，刀桿采用SANDVIK標準側壓式鏜刀桿DCLNR1616H12，鏜刀桿為16mm×16 mm，刀片型號為CNMG120408-KR3210。為保證刀片在加工過程中的穩定性，刀片的壓緊形式為壓板壓緊。

刀片選用菱形刀片，安裝后的刀片主偏角大于90°，達到約93°～95°，副偏角約20°，能夠很好地解決刀具副切削刃及刀桿對已加工表面干涉問題，消除了在加工中對已加工面的損傷。

整個刀頭部分在加工時需要越過φ85 mm底孔后再進行反鏜加工（如圖3），為消除同底孔的干涉，同樣將刀頭部分軸向方向干涉區域進行削平處理（如圖2側視圖）。

4 加工工藝過程及加工程序

刀具加工過程中的切削狀態如圖3，先將刀具刀頭部分通過φ85 mm底孔，進行刀具中心定位，如圖4（a），定位后刀具做X方向偏置，如圖4（b），然后刀具開始旋轉，準備切削。

圖4

此切削加工的加工程序主要使用了FANUC標準圓弧插補指令，利用刀具插補圓弧和刀具自身的旋轉，及鏜刀的運動軌跡將整個圓端面鏜車出來。由于加工時從毛坯面開始加工，零件內壁存在拔模斜度，加工余量深淺不一，因此將余量分為6～7次完成整個鏜車加工。

標準FANUC代碼加工程序：M30

5 結語

改進后的刀具和加工工藝，經過在生產現場的使用，加工穩定、切削過程中無振動、加工面無損傷，滿足產品圖紙和裝配的要求。

［1］ 孟少農.機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業出版社，1998.

［2］ 袁錫璠.現代機械制造工藝裝備標準應用手冊［M］.北京：機械工業出版社，1997.

（編輯立 明）

TH 161

B

1002－2333（2014）05－0175－03

白俊杰（1971—），男，工程師，主要研究方向數控設備及拖拉機變速箱體加工工藝。

2014-02-23