拖拉機(jī)箱體反向偏心插補(bǔ)鏜車端面加工研究

白俊杰

（第一拖拉機(jī)股份有限公司第三裝配廠，河南洛陽471004）

拖拉機(jī)箱體反向偏心插補(bǔ)鏜車端面加工研究

白俊杰

（第一拖拉機(jī)股份有限公司第三裝配廠，河南洛陽471004）

通過對拖拉機(jī)變速箱體結(jié)構(gòu)的加工工藝性分析，結(jié)合工藝實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，提出變速箱體反向偏心插補(bǔ)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(bǔ)；加工工藝；加工程序

0 引言

拖拉機(jī)傳動(dòng)箱體一般為部分開放式結(jié)構(gòu)，為了保證整個(gè)箱體零件的強(qiáng)度和剛性，在箱體內(nèi)部會(huì)設(shè)計(jì)較多的鑄造加強(qiáng)筋及加厚臺(tái)階，同時(shí)內(nèi)腔還有很多用于連接外部孔及銷軸用的工藝凸臺(tái)，造成整個(gè)零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，干涉區(qū)域較多。在整個(gè)拖拉機(jī)的產(chǎn)品系列中，常先對變速箱體進(jìn)行改進(jìn)，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(dāng)變速箱體內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，增加的零部件（如變速齒輪、傳動(dòng)軸、撥塊等）在裝配時(shí)常和箱體內(nèi)腔鑄造結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，這就需要在箱體加工時(shí)消除干涉，在保證整機(jī)性能前提下方便裝配。

在消除箱體結(jié)構(gòu)干涉改制中，有些干涉部位較為特殊，位于箱體內(nèi)腔，同時(shí)給加工造成干涉，造成加工的不方便?，F(xiàn)就一種特殊位置消除干涉加工進(jìn)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(nèi)壁φ85 mm孔位置反向加工出一個(gè)φ150 mm臺(tái)階端面，用于消除因機(jī)型改進(jìn)新安裝的變速齒輪同箱體內(nèi)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(cè)，處于箱體內(nèi)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(nèi)腔隔板，干涉距離較長，從右側(cè)進(jìn)行加工，刀具和工藝設(shè)計(jì)均較為困難。

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

圖1 箱體結(jié)構(gòu)

對于通過底孔口，在孔背端面進(jìn)行臺(tái)階面的加工，常規(guī)工藝上采用三面刃盤銑刀在加工中心上使用插補(bǔ)銑來完成加工，利用三面刃盤銑刀的前后兩側(cè)面均可進(jìn)行切削加工的特點(diǎn)，完成背銑加工。但該結(jié)構(gòu)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(tái)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行非標(biāo)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(shí)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(shí)，在保證完成φ150 mm直徑的端面銑削同時(shí)，又要消除刀具做圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)同φ85 mm底孔的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(jìn)行反鏜插補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)圓弧插補(bǔ)程序來完成端面加工。

2 工藝實(shí)驗(yàn)

為節(jié)約刀具成本，將生產(chǎn)現(xiàn)場已有加工中心刀具BT50-TZ50-195直角粗鏜刀進(jìn)行改制，用于反鏜加工。為消除刀桿在加工時(shí)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(shí)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(huì)造成整個(gè)刀具的更新。

2）為實(shí)現(xiàn)加工時(shí)插補(bǔ)鏜車的運(yùn)動(dòng)軌跡，刀具在改制時(shí)將刀體前端直徑車削至φ40 mm以下，以避免進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工中同φ85 mm底孔干涉。但BT50-TZ50-195刀具為標(biāo)準(zhǔn)刀具，刀體改制后，刀體剛性變差，整個(gè)刀具在加工過程中產(chǎn)生振動(dòng)，直接影響加工表面的加工質(zhì)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(qiáng)度差，加工余量稍大或遇到材料硬點(diǎn)時(shí)，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(shí)，由于刀桿懸伸較長，刀桿同已加工面干涉，使得整個(gè)刀具切削抗力較大，造成刀桿或已加工表面破壞。

3 根據(jù)工藝實(shí)驗(yàn)對加工方案進(jìn)行改進(jìn)

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

由以上結(jié)論，對反鏜刀具進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，刀具分3個(gè)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(jié)構(gòu)

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(shè)計(jì)，刀體前端刀柄夾持部分設(shè)計(jì)成φ40H6削平型刀桿。刀柄使用標(biāo)準(zhǔn)加工中心模塊化BT50主刀柄，為SANDVIK標(biāo)準(zhǔn)Capto模塊化刀柄系統(tǒng)部件，由側(cè)壓刀柄（C6-391.27-40 085）和BT主刀柄（C6-390.58-50 040）兩個(gè)模塊組成。模塊化刀柄系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是通過更換不同型號(hào)的主刀柄，即可在不同類型主軸的設(shè)備上使用。與夾持部分緊連的刀體部分設(shè)計(jì)成φ50 mm，提高了整個(gè)刀體的強(qiáng)度和剛性，同時(shí)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(wěn)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(bǔ)運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)同φ85 mm的底孔發(fā)生干涉。為消除加工干涉，對刀體進(jìn)行偏心設(shè)計(jì)，在刀桿沿軸向方向干涉區(qū)域進(jìn)行了削平處理。

圖3 刀具加工過程中的切削狀態(tài)

在刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)狀態(tài)。

用于夾持鏜刀桿的刀頭夾持部分也進(jìn)行了增加剛性和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，整個(gè)刀頭部分進(jìn)行了加厚，并根據(jù)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(gè)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(shí)增加了加工過程中的穩(wěn)定性。

為提高鏜刀桿強(qiáng)度和剛性，刀桿采用SANDVIK標(biāo)準(zhǔn)側(cè)壓式鏜刀桿DCLNR1616H12，鏜刀桿為16mm×16 mm，刀片型號(hào)為CNMG120408-KR3210。為保證刀片在加工過程中的穩(wěn)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(dá)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(gè)刀頭部分在加工時(shí)需要越過φ85 mm底孔后再進(jìn)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(qū)域進(jìn)行削平處理（如圖2側(cè)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(tài)如圖3，先將刀具刀頭部分通過φ85 mm底孔，進(jìn)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(zhuǎn)，準(zhǔn)備切削。

圖4

此切削加工的加工程序主要使用了FANUC標(biāo)準(zhǔn)圓弧插補(bǔ)指令，利用刀具插補(bǔ)圓弧和刀具自身的旋轉(zhuǎn)，及鏜刀的運(yùn)動(dòng)軌跡將整個(gè)圓端面鏜車出來。由于加工時(shí)從毛坯面開始加工，零件內(nèi)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(gè)鏜車加工。

標(biāo)準(zhǔn)FANUC代碼加工程序：M30

5 結(jié)語

改進(jìn)后的刀具和加工工藝，經(jīng)過在生產(chǎn)現(xiàn)場的使用，加工穩(wěn)定、切削過程中無振動(dòng)、加工面無損傷，滿足產(chǎn)品圖紙和裝配的要求。

［1］ 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊［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［M］.北京：機(jī)械工業(yè)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(shù)控設(shè)備及拖拉機(jī)變速箱體加工工藝。

2014-02-23