齒輪箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求

變速箱形狀復(fù)雜，壁薄，呈盒狀，其表面有許多機(jī)加工零件，如軸承孔、叉軸孔、定位孔、螺紋連接孔以及變速箱上的各種安裝平面，這些零件直接影響變速箱的裝配質(zhì)量和使用性能。因此，變速箱箱體的加工有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范，如:軸承孔的尺寸精度一般為IT6~IT7，表面粗糙度Ra為1.6 ~ 0.8μ m，圓度和圓柱度為0.013~0.025mm，軸承孔之間的平行度為0.03~0.04mm，箱體連接面的平面度為0.05~0.08mm。

箱體加工的工藝分析

箱體是薄壁零件，夾緊時(shí)容易變形。因此，在加工中，不僅要選擇合理的夾緊定位點(diǎn)，還要控制切削力。由于箱體上的孔系位置要求高，連接孔和連接面數(shù)量多，加工時(shí)需要采用工序相對(duì)集中的方法。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求決定了加工中心是箱體加工的最佳選擇。

以加工中心生產(chǎn)線為例，分析了前變速箱前殼的加工工藝:

□用專用銑床粗銑前端面；

□用專用銑床粗銑與中殼的連接面；

□在立式加工中心上，完成前端面的半精銑和精銑，鉆攻前端面與離合器殼體的連接孔，鉆鉸撥叉軸孔和各種油孔；

□在臥式加工中心上，完成與中殼連接面、連接孔、叉軸孔的加工，粗、精鏜軸承孔、叉軸孔；

□用臥式加工中心粗、精銑頂蓋連接面、標(biāo)志面、側(cè)面動(dòng)力輸出面和各面上的連接螺紋孔；

□使用搖臂鉆床鉆斜油孔。

上述工藝流程的安排具有以下特點(diǎn):

1.粗加工和精加工分開進(jìn)行，可以消除零件內(nèi)應(yīng)力和變形，提高加工效率。

2.先加工作為精密基準(zhǔn)的零件(前端面和兩個(gè)工藝孔)，使后續(xù)零件的加工有統(tǒng)一的工藝基準(zhǔn)，簡(jiǎn)化后續(xù)設(shè)備和工裝，減少工件的定位誤差。

3.與傳統(tǒng)的組合機(jī)床加工線相比，工藝路線大大減少，由原來的30多道工序減少到6道工序，減少了機(jī)床占地面積，減少了零件搬運(yùn)過程中的碰傷。

4.靈活程度更高，一條生產(chǎn)線可加工多個(gè)品種，滿足市場(chǎng)多樣化需求。

5.高硬度、高切削速度的硬質(zhì)合金刀具被廣泛用于提高機(jī)床的加工效率。鉆孔的切削速度可達(dá)120m/min，銑削的每齒進(jìn)給量可達(dá)0.36~8mm，切削深度可達(dá)6~8mm，表1給出了加工中心(使用硬質(zhì)合金刀具)和普通組合機(jī)床(使用高速鋼刀具)在效率、精度和刀具成本方面的比較。可以看出加工中心剛性好，各主軸電機(jī)功率高。用硬質(zhì)合金刀具代替組合機(jī)床常用的高速鋼刀具，可提高加工效率3 ~ 5倍，大大提高加工精度。在量產(chǎn)時(shí)，完全可以滿足產(chǎn)品和工藝的要求。雖然單臺(tái)刀具成本略有增加，但從人工成本、設(shè)備折舊、產(chǎn)品性價(jià)比等方面來看，總成本大大降低。

6.機(jī)床具有自動(dòng)測(cè)量和刀具磨損補(bǔ)償功能，使軸承孔精鏜等精加工工序的批量加工精度水平穩(wěn)定在IT6級(jí)以上。

加工中心的選擇

每個(gè)加工中心都有一定的規(guī)格，一定的功能和最佳的使用范圍。加工中心分為臥式和立式。臥式加工中心適用于加工箱體類零件，如泵體、箱體等。立式加工中心適用于加工板類零件，如上蓋、蓋板、法蘭等。同規(guī)格的臥式加工中心比立式便宜一半左右，使用效率也略差。所以用立式加工中心完成同樣的工藝內(nèi)容比臥式加工中心更經(jīng)濟(jì)，但是臥式加工中心的工藝性范圍很廣。因此，綜合考慮價(jià)格和加工工藝的需要，生產(chǎn)線中臥式和立式加工中心的數(shù)量比通常在2: 1左右，基本實(shí)現(xiàn)了相對(duì)均衡的生產(chǎn)節(jié)奏。

1.機(jī)床規(guī)格的選擇

機(jī)床最重要的規(guī)格包括工作臺(tái)尺寸、移動(dòng)軸數(shù)量、移動(dòng)軸行程、主軸功率和扭矩、刀庫容量和工作臺(tái)額定載荷。

以伊頓變速器廠生產(chǎn)的最大箱體為例。箱體的基本尺寸為520mm×320mm×430mm。為了給安裝夾具留出足夠的空間，選用工作臺(tái)尺寸為630mm×630mm的臥式加工中心。x、y、z軸行程分別為1000mm、800mm、810mm，主軸輸出功率不低于20kW，最大扭矩466Nm。

因?yàn)橄潴w上的加工孔比較分散，所以機(jī)床工作臺(tái)有360度分度功能。另外，雙交換托盤可以有效提高工作效率。

通常在立式加工中心，刀庫容量不小于20個(gè)；臥式加工中心的刀庫容量應(yīng)不小于40。刀庫容量不宜過大，因?yàn)榇笕萘康稁斐杀靖?，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，刀具管理復(fù)雜。每次更換新產(chǎn)品，機(jī)床調(diào)整人員都會(huì)根據(jù)工藝要求整理刀具。

2.機(jī)床精度的選擇

根據(jù)箱體零件關(guān)鍵零件的加工精度，選擇精度高的機(jī)床。機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度反映了所有運(yùn)動(dòng)部件的綜合精度，特別是重復(fù)定位精度，反映了軸的有效行程中任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，是衡量數(shù)控軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。

加工中心數(shù)控系統(tǒng)的軟件可以補(bǔ)償控制軸的螺距誤差和反向差，還可以補(bǔ)償傳動(dòng)鏈中各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差的穩(wěn)定性。進(jìn)給傳動(dòng)鏈中的反向動(dòng)量損失也可以通過反向間隙補(bǔ)償功能進(jìn)行補(bǔ)償。比如數(shù)控軸正向給定的運(yùn)動(dòng)指令是40mm，測(cè)得的運(yùn)動(dòng)距離是39.985mm，可以稱之為反向損失0.015mm的動(dòng)量，數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償0.015mm的移動(dòng)量就可以將坐標(biāo)移動(dòng)到原點(diǎn)。機(jī)械傳動(dòng)鏈和各軸驅(qū)動(dòng)伺服元件工作特性不良造成的重復(fù)性誤差無法通過插補(bǔ)完全補(bǔ)償。

3、機(jī)床的使用效率

在加工過程中，主軸轉(zhuǎn)速是由工件的材料決定的。例如，加工有色金屬時(shí)，必須選擇較高的速度。影響加工效率最重要的因素是換刀時(shí)間，因?yàn)橄裣潴w這樣的復(fù)雜零件，每加工一個(gè)成品零件需要換40 ~ 50把左右的刀具。采用帶機(jī)械臂的滾子凸輪換刀機(jī)構(gòu)(與帽式換刀機(jī)構(gòu)相比)，換刀時(shí)間大大縮短，約5.5s

加工中心常用的工具和夾具

1、夾具的選擇

夾具是零件加工的重要保證。只有夾具設(shè)計(jì)合理，才能方便零件安裝，滿足加工精度要求。因此，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)考慮以下因素:

(1)工件定位基準(zhǔn)及裝夾要求:加工中心為多工序集中加工。在一次裝夾中，零件要進(jìn)行粗銑、粗鏜、精銑和精鏜，夾具要能承受較大的切削力，并滿足定位精度的要求。

(2)夾具、工件、機(jī)床工作臺(tái)的連接方式:加工中心工作臺(tái)應(yīng)有基準(zhǔn)T型槽、轉(zhuǎn)盤中心定位孔、工作臺(tái)側(cè)面基準(zhǔn)等。

(3)設(shè)計(jì)夾具時(shí)，必須考慮刀具軌跡:夾具不能干涉各工序的刀具軌跡。比如用端銑刀加工零件時(shí)，在進(jìn)給路徑和進(jìn)給路徑上不能干涉夾具的夾緊螺栓和壓板；如鉆頭、鏜刀桿等。都容易與夾具發(fā)生干涉，可以考慮在加工箱體時(shí)利用其內(nèi)部空間來布置夾緊裝置。

(4)夾具設(shè)計(jì)必須考慮夾緊變形:零件粗加工時(shí)，切削力較大，需要較大的夾緊力。但要防止工件被夾緊變形，夾具的支撐點(diǎn)、定位點(diǎn)、夾緊點(diǎn)一定要仔細(xì)選擇，壓板的夾緊點(diǎn)要盡量靠近支撐點(diǎn)，避免給零件的無支撐區(qū)域增加夾緊力。

(5)夾具必須易于拆卸:夾具的夾緊方式有液壓夾緊、氣動(dòng)夾緊和手動(dòng)夾緊。在被加工零件毛坯尺寸合格的情況下，利用液壓擰緊和氣動(dòng)夾具，可以提高零件拆裝的效率。

(6)對(duì)于批量小、品種變化頻繁的零件，應(yīng)優(yōu)先采用成組夾具或組合夾具，以節(jié)省夾具成本和準(zhǔn)備時(shí)間。

2.刀具的選擇

加工中心使用的刀具分為刀柄部分和刀具部分。刀具與一般刀具相同，如鉆頭、絲錐、鏜刀、鉸刀等。但是必須考慮刀具的直徑、長度和自重。

(1)刀柄類型:不同規(guī)格的機(jī)床和不同的廠家，選用不同規(guī)格和系列的刀柄。常用工具手柄分為BT系列(常用)、CAT系列和DIN系列(德國常用)。刀柄的規(guī)格根據(jù)機(jī)床規(guī)格的不同分為30、40、50等品種。

(2)選擇刀柄和刀具的注意事項(xiàng):首先要考慮刀柄的通用化。比如伊頓變速器廠有30臺(tái)液壓鉗加工中心，但刀架只有兩種。臥式加工中心選用BT50刀架，立式加工中心選用BT40刀架，既提高了刀架的利用率，又降低了刀具管理的成本。其次，首選標(biāo)準(zhǔn)工具，盡量減少專用工具的使用。專用刀具適合大批量生產(chǎn)，比如復(fù)合刀具，可以有效節(jié)省加工時(shí)間。但在目前汽車零部件多品種、小批量的生產(chǎn)條件下，使用專用刀具并不是一種經(jīng)濟(jì)的選擇。

3.加工中心附件的選擇

冷卻、保護(hù)、排屑、主軸油溫控制、冷卻液溫度供應(yīng)控制等附件要求高可靠性。加工中心機(jī)床冷卻保護(hù)裝置設(shè)計(jì)的合理性是衡量機(jī)床綜合水平的重要標(biāo)志。臥式加工中心冷卻液噴射采用多頭多管噴淋冷卻沖洗，并有主軸內(nèi)冷卻裝置，使刀具具有內(nèi)冷卻功能。

總結(jié)

與傳統(tǒng)的組合機(jī)床相比，加工中心用于加工箱體類零件，在提高加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本方面效果顯著。在選擇加工中心時(shí)，必須考慮其加工經(jīng)濟(jì)性，即必須考慮機(jī)床規(guī)格、切削參數(shù)、夾具、工件材料、生產(chǎn)批量等方面。此外，人員的素質(zhì)培訓(xùn)也至關(guān)重要。