減速機(jī)端蓋的加工工藝研究

陳祥林 郭秀華

(①蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州215104;②蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇蘇州215009)

減速機(jī)廣泛應(yīng)用于起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、冶金、礦山、石油化工、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車(chē)、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門(mén)。減速機(jī)端蓋的作用是支承轉(zhuǎn)子組件，轉(zhuǎn)子組件安裝于定子組件內(nèi)，同時(shí)要求定轉(zhuǎn)子之間的氣隙、軸向間隙在規(guī)定范圍內(nèi)才能穩(wěn)定可靠地工作。因此減速機(jī)端蓋是保證定轉(zhuǎn)子之間同軸度、氣隙均勻度和軸向間隙的關(guān)鍵零件之一。

很多減速機(jī)是利用前端蓋進(jìn)行定位安裝，因此前端蓋形式較多，有圓盤(pán)形、碗形、方形、棱形、三角形等。圖1 為某公司帶逆止器的減速機(jī)端蓋零件圖，該產(chǎn)品屬于小批量生產(chǎn)。從圖中可以看出，一般尺寸的精度要求不高，唯有兩點(diǎn)難以保證:(1)以Φ130 mm 圓為基準(zhǔn)，保證Φ125 mm 圓的同軸度在0.02 mm 以?xún)?nèi);(2)端蓋正反兩個(gè)面相對(duì)于基準(zhǔn)A 的圓跳動(dòng)為0.02 mm。首批加工該產(chǎn)品的設(shè)備是采用立式加工中心，加工后采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢測(cè)，假定Φ125 mm與Φ130 mm 同軸度為X，端蓋正面相對(duì)于基準(zhǔn)A 的圓跳動(dòng)為y1，反面相對(duì)于基準(zhǔn)A 的圓跳動(dòng)為y2，幾組試樣檢測(cè)結(jié)果如表1 所示，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示端蓋達(dá)不到圖紙規(guī)定的精度要求，而且加工該工件耗時(shí)約2.5 h，效率極低。本文通過(guò)對(duì)機(jī)床、夾具、刀具等方面進(jìn)行分析與研究，提出了解決該問(wèn)題的有效辦法。

表1 減速機(jī)端蓋同軸度、圓跳動(dòng)檢測(cè)記錄表(單位/mm)

1 端蓋的原加工工藝分析

該端蓋毛坯選用厚度為35 mm 的Q235A(普通碳素結(jié)構(gòu)鋼)板材，鋸割成325 mm×185 mm×35 mm 的長(zhǎng)方體后在立式銑削加工中心上完成。其加工工序如表2 所示，首先加工圖1 所示的反面，選用機(jī)用平口鉗裝夾毛坯側(cè)面，毛坯高出鉗口30 mm，利用面銑刀銑削端蓋反面，立銑刀銑削Φ115 mm、Φ130 mm、Φ95 mm圓到位，再選用鉆頭、絲錐完成鉆孔和攻絲的加工工序，最后選用立銑刀完成端蓋外輪廓的加工。在此過(guò)程中，Φ115 mm 和Φ130 mm 的圓孔是通過(guò)一次裝夾完成，兩者的同軸度基本一致。

表2 端蓋原加工工序

加工端蓋正面利用了一個(gè)如圖2 所示的夾具，夾具利用壓板安裝于加工中心工作臺(tái)后，采用立銑刀銑出其上表面用于定位的圓柱，一方面保證夾具上表面的水平，另一方面保證圓柱銷(xiāo)的定位精度。圖2 中的定位圓柱與端蓋中已加工好的Φ115 mm 圓孔配合，定位半圓柱用于端蓋側(cè)面定位，再用3 個(gè)螺釘從下方穿過(guò)夾具鎖緊孔，與端蓋已加工好的M10 螺紋鎖緊，完成端蓋正面的后續(xù)加工任務(wù)。

2 影響因素分析

通過(guò)對(duì)原加工工序及檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可以排除加工設(shè)備和刀具的影響，而推斷出夾具的結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題，由二次裝夾引起重復(fù)定位精度達(dá)不到要求。

在端蓋加工完反面后，翻轉(zhuǎn)端蓋加工正面時(shí)采用了Φ115 mm 圓孔來(lái)定位(Φ130 mm 與Φ115 mm 圓孔同軸度一致性高)，實(shí)際生產(chǎn)中為了提高加工效率，方便裝夾，端蓋的Φ115 mm 圓孔與夾具的定位圓柱采用了間隙配合，而間隙的大小則決定了同軸度的大小。

如圖3 所示，假設(shè)夾具上定位圓柱與端蓋中Φ115 mm圓孔存在的間隙為ΔX，加工中心完成Φ125 mm圓加工時(shí)，是以定位圓柱為基準(zhǔn)，則Φ125 mm 圓與定位圓柱的同軸度一致，這樣造成了Φ125 mm 與Φ115 mm 同軸度超差，間接導(dǎo)致了Φ130 mm 同軸度超差。

另外，由于毛坯采用的是板材，在反面加工過(guò)程中用平口鉗夾緊時(shí)，將導(dǎo)致毛坯發(fā)生微小變形;正面加工時(shí)，端蓋反面通過(guò)貼緊夾具的表面定位，則夾具表面及端蓋反面加工的質(zhì)量、螺釘?shù)逆i緊變形是造成端面圓跳動(dòng)超差的主要原因。

3 解決方法

3.1 端蓋新加工工藝

根據(jù)以上分析，超差的主要原因是由二次裝夾引起，為了解決同軸度和圓跳動(dòng)超差問(wèn)題，制定了新的加工工藝，首先從設(shè)備上，由原來(lái)加工中心獨(dú)立完成，改為利用數(shù)控車(chē)床和加工中心配合完成，毛坯選用32 mm厚的Q235A 板材，利用數(shù)控等離子火焰切割機(jī)床直接割出外形和Φ105 mm 內(nèi)圓孔，外形留5 mm 余量。車(chē)床加工部分工序步驟如表3 所示，加工中心完成鉆孔等后續(xù)工作。

表3 端蓋新加工工序(車(chē)床加工部分)

在端蓋新加工工藝中，采用四爪單動(dòng)卡盤(pán)夾持毛坯，四爪單動(dòng)卡盤(pán)用四個(gè)絲杠分別帶動(dòng)四爪，沒(méi)有自動(dòng)定心的作用，但可以通過(guò)調(diào)整四爪位置，裝夾各種矩形的、不規(guī)則的工件，每個(gè)卡爪都可單獨(dú)調(diào)節(jié)。主要加工步驟如下:

(1)利用四爪卡盤(pán)裝夾毛坯，打表找出Φ105 mm圓的粗略中心，精度要求不高，只要保證外輪廓加工出來(lái)，而且只需打表一次，再次裝夾毛坯到當(dāng)前位置。

(2)用端面刀車(chē)削端蓋反面，鏜孔刀鏜削Φ115 mm和Φ130 mm 兩個(gè)圓孔。

(3)拆除工件，安裝到三爪卡盤(pán)的數(shù)控車(chē)床上，此處使用軟爪裝夾Φ115 mm 圓內(nèi)孔。

(4)利用端面刀車(chē)削端蓋正面，再用外圓刀完成Φ125 mm 外輪廓加工。

(5)利用加工中心完成鉆孔、攻絲等后續(xù)工作。

3.2 加工注意事項(xiàng)

(1)三爪卡盤(pán)使用久了，隨著卡盤(pán)的磨損三爪會(huì)出現(xiàn)喇叭口狀，三爪也會(huì)慢慢偏離車(chē)床主軸中心，造成加工工件的形位公差增大。此處使用軟爪并采用圓環(huán)預(yù)先夾緊的方式，消除間隙造成的誤差，在軟爪受壓的情形下車(chē)削出軸向定位面和徑向定位圓弧面，重新安裝工件后，在幾乎同樣大小的卡盤(pán)鎖緊力下，三個(gè)軟爪組成的定位面保證了圓跳動(dòng)和同軸度。

(2)端蓋質(zhì)心不在卡盤(pán)中心，機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心慣性力通過(guò)軸承作用到機(jī)床上，引起振動(dòng)和噪音，會(huì)加速軸承磨損，必須對(duì)端蓋進(jìn)行平衡，使其達(dá)到允許的平衡精度等級(jí)，或使產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)幅度減小至允許的范圍內(nèi)。為此，三爪卡盤(pán)的軟爪結(jié)構(gòu)做了一下修正，在其中一個(gè)軟爪上增加配重塊，其平衡原理如圖4所示，配重塊重量為G1，質(zhì)心距離卡盤(pán)回轉(zhuǎn)中心為L(zhǎng)1，工件重量G2，質(zhì)心距離卡盤(pán)回轉(zhuǎn)中心為L(zhǎng)2，使?jié)M足公式:

如圖5 所示，圖中正上方的軟爪，質(zhì)量大于其他兩個(gè)軟爪，其目的就是將卡盤(pán)的質(zhì)量分布不均衡程度減小到允許的范圍內(nèi)，消除掉安全隱患，同時(shí)提高主軸轉(zhuǎn)速和切削速度，加工效率也得以提高。

4 工藝對(duì)比分析

端蓋加工新工藝靈活應(yīng)用工序集中與分散相結(jié)合的方法，與原加工工藝相比主要區(qū)別有以下幾點(diǎn):

(1)在原工藝中采用加工中心獨(dú)立完成，而新加工工藝則使用數(shù)控車(chē)床與加工中心配合完成。在生產(chǎn)實(shí)際中，一般批量生產(chǎn)零件時(shí)，趨向于采用高效、專(zhuān)用機(jī)床，使工序相對(duì)集中;但在某些復(fù)雜零件生產(chǎn)中，適當(dāng)采用工序分散，也會(huì)凸顯出其加工優(yōu)勢(shì)，這需要工藝人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出正確選擇。

(2)新加工工藝使工件加工時(shí)間縮短到1 h，效率提高了60%，產(chǎn)能得到了顯著提高，降低了生產(chǎn)成本。一方面是因?yàn)樾聤A具裝夾工件簡(jiǎn)單快捷，縮短了人工裝夾時(shí)間;另一方面，車(chē)削是連續(xù)切削，銑削是斷續(xù)切削，車(chē)削去除材料的速度高于銑削速度，且車(chē)削工件表面粗糙度和加工精度均高于銑削工件。

(3)新加工工藝在使用加工中心基礎(chǔ)上，額外使用兩臺(tái)數(shù)控車(chē)床，對(duì)設(shè)備的多樣性提高了要求，且增加了一個(gè)夾具，但夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工、安裝。相對(duì)于批量加工，成本投入并不大。在軟爪受壓的情形下車(chē)削出軸向定位面和徑向定位圓弧面，保證了毛坯安裝的定位精度，經(jīng)過(guò)三坐標(biāo)機(jī)床檢測(cè)，合格率超過(guò)98%，大大提高了產(chǎn)品的合格率。

5 結(jié)語(yǔ)

加工工藝在生產(chǎn)中占有極其重要的地位，根據(jù)減速機(jī)端蓋的結(jié)構(gòu)，重新制訂了合理的加工工藝，不但使端蓋精度得以保證，同時(shí)使加工效率得到了極大的提高，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，產(chǎn)能得以顯著提高，協(xié)助該企業(yè)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益，完成了既定的生產(chǎn)目標(biāo)，在同類(lèi)零件加工中具有一定的參考意義和推廣價(jià)值。

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