車銑復合加工技術在差速器殼體加工中的應用

劉紅霞 王裕喆

（中國一拖集團有限公司第三裝配廠，河南 洛陽 471004）

1 概述

隨著新技術、新工藝的不斷發(fā)展，以工序集中原則為基礎，提升車削和銑削綜合加工能力的車銑復合加工工藝被廣泛應用到醫(yī)療、航空、汽車加工領域，通過加工中心和數(shù)控車床兩種高端技術的完美融合，能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺設備上完成不同工序或車、銑、鉆等不同工藝方法的加工，減少零件裝夾次數(shù)，提高加工精度，同時可以縮短加工路線，減少占地面積，提高生產(chǎn)效率。

差速器是拖拉機行走系的重要組成部件，其作用是使左、右驅(qū)動輪能以不同的速度旋轉(zhuǎn)，以獲得良好的轉(zhuǎn)向性能，產(chǎn)品圖紙對差速器殼體內(nèi)球面、行星軸孔、鎖銷孔、半軸孔和軸承頸的加工精度要求非常高，其中行星軸孔與半軸孔軸線的重合度為0.03mm；內(nèi)球面相對于行星軸孔和半軸孔的位置度為φ0.04mm。按照傳統(tǒng)工藝方法，差速器殼體主要采用車床、鉆床、鏜床分工序多工種交叉加工完成。加工過程中，零件多次裝夾，定位和加工累積誤差大，一些尺寸關聯(lián)精度高的加工內(nèi)容很難達到圖紙要求。因此學習和應用車銑復合加工技術解決差速器生產(chǎn)中的質(zhì)量問題，進一步滿足用戶對產(chǎn)品品質(zhì)提升的要求已經(jīng)迫在眉睫。

2 差速器殼體結構工藝性分析和設備的選型

差速器殼體材質(zhì)為球墨鑄鐵QT500-7，回轉(zhuǎn)體零件，其重要加工內(nèi)容內(nèi)球面、行星軸孔、半軸孔和鎖銷孔分布于零件的圓周及兩端，且相互貫穿，無法實現(xiàn)一次裝夾完成全序加工。針對加工中存在的工藝難點，我們在車銑復合設備選型和工藝方案設計時統(tǒng)一進行了分析，具體如下：

2.1 車銑復合加工中心標準配備刀具主軸，可用于零件的車削加工，但刀具主軸用于車削時精度及剛性較差，很難保證差速器殼體軸承孔、軸承頸等車、鏜加工內(nèi)容的IT6級精度要求。因此設備增加星形下刀塔配置，刀塔剛性好且專用于車削加工，能夠有效保證差速器殼體車削部位的高精度要求。

2.2 差速器殼體加工內(nèi)容既有車削內(nèi)容，又有銑削內(nèi)容，分散于零件的圓周及兩端方向，車銑復合加工中心集合了車削及銑削功能，可以實現(xiàn)在一次裝夾下完成零件的車削及銑削內(nèi)容。但由于車銑設備的基本結構仍為車床結構，零件加工時用于裝夾的部位及相應的干涉部位無法進行加工，需要掉頭裝夾零件才能完成所有已確定加工內(nèi)容的加工。因此設備增加配置雙主軸結構，通過副主軸自動抓取零件實現(xiàn)差速器殼體的掉頭加工，實現(xiàn)一次裝夾完成所有加工內(nèi)容，確保了各加工內(nèi)容之間的位置關系。

2.3 差速器殼體內(nèi)球面加工尺寸大，在普通數(shù)控車床上只能實現(xiàn)兩軸聯(lián)動，刀具無法自動移動至加工位置，且內(nèi)球面位置精度要求高。車銑復合加工中心在標準配置下無法實現(xiàn)差速器殼體內(nèi)球面的加工，但通過增配刀具主軸0.0001°分度功能并使用特殊設計的“香蕉刀具”，運用B軸、X軸和Z軸三軸聯(lián)動插補功能以弧線路徑進入零件內(nèi)腔，完成內(nèi)球面內(nèi)容的加工。內(nèi)球面的粗、精加工分別由兩把“香蕉刀具”完成，實現(xiàn)了粗精加工分開，有效地保證了內(nèi)球面的位置精度及表面粗糙度。

2.4 差速器殼體行星軸孔分布在差速器殼體的外圓表面，相互之間位置度要求高，加工很難保證，需要車銑復合加工中心刀具主軸安裝合適刀具對其進行加工。但標準配置的車銑復合加工中心無法對零件進行精確的角向分度，難以確保各行星齒輪軸孔之間的位置度。因此設備第一主軸增配C軸0.0001°分度功能，實現(xiàn)了零件回轉(zhuǎn)的精確定位，確保了差速器殼體行星軸孔之間位置度要求。

2.5 鎖銷孔屬于高精度細長孔，很難保證其出口處位置精度。為了有效提高鎖銷孔的位置精度，我們在設備上增加了70bar主軸貫通冷卻系統(tǒng)，通過使用整體內(nèi)冷硬質(zhì)合金刀具完成鎖銷孔的加工，有效地保證了鎖銷孔的位置精度，提高了零件加工效率。

2.6 其它方面：為了提高車銑復合加工中心的加工精度和效率，在資金允許的情況下，也可根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況考慮增加冷卻液冷卻系統(tǒng)和自動門等，控制冷卻液溫度，保證機床精度穩(wěn)定，降低工人勞動強度。

3 差速器殼體加工工藝過程確定

根據(jù)差速器殼體加工內(nèi)容和精度要求，同時綜合考慮毛坯質(zhì)量狀況、零件加工節(jié)拍和加工成本等，我們將此零件一般尺寸、重要尺寸的粗半精加工工序和車銑工序的定位基準安排在車床、鉆床等通用機床加工；同時重點選取內(nèi)球面、行星軸孔、半軸孔等關聯(lián)精度高的加工內(nèi)容在車銑復合加工中心上加工，車銑工序加工工藝過程如下：

3.1 人工將零件裝到車銑復合加工中心第二主軸上，以通用機床加工出的外圓、端面和一銷孔定位，三爪自定心卡盤夾緊工件，車差速器殼體小端各外圓及端面。

3.2 通過機床雙主軸自動交換功能，自動將工件由第二主軸送至第一主軸，以第二主軸精加工過的外圓、端面定位，專用車床夾具夾緊工件，車差速器殼體內(nèi)球面、精車內(nèi)端面及鉆鏜行星軸孔等。

3.3 第一主軸加工內(nèi)容完成后，機床自動將工件送至第一主軸，人工將零件拆下，到此整個加工循環(huán)結束，進入下一循環(huán)。

4 工裝設計及刀具選型

4.1 第一主軸選用反向拉緊式15寸卡盤，設計專用端面定位套筒，套筒上加工有3道通向主軸內(nèi)孔的氣路，裝夾零件時，卡爪夾緊差速器小端軸承外徑向后拉至大盤背面端面和套筒貼平，此時套筒端面的氣孔被零件堵住，機床左側(cè)的壓力表監(jiān)測氣路壓力在規(guī)定范圍內(nèi)，從而有效監(jiān)測零件是否安裝到位。

4.2 第二主軸選用普通15寸卡盤，卡爪為軟爪，卡盤端面加裝定位銷，實現(xiàn)了差速器殼體在車銑復合上的徑向定位。

4.3 刀具主軸頂部增加了專用工裝，在第二主軸上裝夾工件時，刀具主軸轉(zhuǎn)至-90°位置后Z向移動至專用工裝頂緊工件（機床上設定有壓力），保證工件安裝到位。

4.4 差速器內(nèi)球面加工選用“香蕉刀”，通過刀具主軸X/Z/B三軸聯(lián)動實現(xiàn)刀具的自動進給，然后分粗、精兩刀完成球窩的加工。刀具切削用量：粗加工s=409r/min，f=0.25mm/r，v=200mm/min；精加工 s=491r/min，f=0.1mm/r，v=240mm/min。

4.5 行星軸孔在毛坯未進行預鑄，加工中為提高加工效率，選用高效φ28U鉆，φ29.6半精鏜刀和φ30精鏜刀，通過刀具主軸旋轉(zhuǎn)180°完成兩側(cè)行星軸孔的掉頭鏜。

4.6 鎖銷孔為深孔，加工過程中刀具容易引偏。在選用刀具時，充分利用機床刀具主軸貫通冷卻功能，采用內(nèi)冷硬質(zhì)合金鉆頭，使主軸7MPa的冷卻液能將加工中產(chǎn)生的鐵屑熱量迅速帶走，通過鉆導向孔，鉆深孔有效保證了孔的位置度要求。

結語

通過在差速器殼體加工中運用車銑復合加工工藝，實現(xiàn)了車、鉆、鏜工序內(nèi)容的集中加工，使差速器殼體的工藝難題得以解決，差速器殼體內(nèi)球面、行星軸孔、半軸孔及鎖銷孔的加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率大幅提高。同時，針對差速器殼體的重點、難點，創(chuàng)新地采用了先進的“香蕉”刀具工藝方案，并使用專門設計的拉緊式夾具和氣密檢測裝置解決了差速器殼體的夾緊問題，充分發(fā)揮了先進工裝在差速器殼體加工過程中起到的積極作用，具有廣泛的推廣應用前景。

[1]王先逵.機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2]陳宏鈞.機械加工工藝設計員手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.