變速器箱體的結構特點和技術要求

變速器箱體形狀復雜，壁薄、呈箱形（圖1），其表面具有多處加工部位，如箱體上的軸承孔、叉軸孔、定位削孔、螺釘連接孔以及各種安裝平面直接影響著變速器的裝配質量和使用性能。因此，變速器箱體加工具有嚴格的技術規(guī)格要求，如：軸承孔的尺寸精度一般為IT6～IT7，表面粗糙度Ra1.6～0.8μm，圓度、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要求為0.05～0.08mm。

箱體加工的工藝分析

箱體屬于薄壁類零件，在裝夾時容易變形，因此在加工時，不僅要選擇合理的夾緊、定位點，而且還要控制切削力的大小。由于箱體上孔系的位置度要求較高，連接孔、連接面較多，故在加工時需要采用工序相對集中的方法。這種結構特點和技術要求決定箱體加工中，加工中心是最優(yōu)化的選擇。

以前后合箱變速器前殼體加工采用加工中心生產線為例，分析其加工的工藝流程：

□ 由專用銑床粗銑前端面；

□ 采用專用銑床粗銑與中殼體連接面；

□ 如圖2所示，在立式加工中心上，完成半精銑、精銑前端面，鉆、攻前端面與離合器殼體各連接孔，鉆、鉸叉軸孔和各種油孔；

□ 如圖3所示，在臥式加工中心上，完成與中殼連接面及連接孔、叉軸孔的加工，粗、精鏜軸承孔、叉軸孔；

□ 如圖4所示，采用臥式加工中心粗精銑頂蓋連接面、標牌平面、側取力面及各面連接螺紋孔；

□ 采用搖臂鉆床鉆斜油孔。

上述工藝過程的安排，具有如下特點：

1、粗加工與精加工分開進行，可以消除零件加工時的內應力變形、提高加工效率。

2、用作精基準的部位（前端面及兩個工藝孔）優(yōu)先加工，這樣使后序部位的加工具有了一個統(tǒng)一的工藝基準，簡化了后序的設備工裝，減少了工件的定位誤差。

3、與傳統(tǒng)的組合機床加工線比較，工藝路線大幅縮減，由原來的30多道工序縮減為6道工序，減少了機床的占地面積，減少了零件搬運過程中的磕碰傷。

4、柔性化程度更高，可以在一條生產線上加工多個品種，滿足市場多樣化的需求。

5、高剛性、高切削速度硬質合金刀具的廣泛使用，提高機床的加工效率。鉆削加工的切削速度可達120m/min，銑削加工的每齒進給可達到0.3mm、切削深度可達6～8mm。表1所示為，加工中心（使用硬質合金刀具）和普通組合機床（使用高速鋼刀具）在效率、精度以及刀具成本等方面的對比�？梢钥闯�，加工中心剛性好、各主軸電機功率大，采用硬質合金刀具替代組合機床上常用的高速鋼刀具，可以提高加工效率3～5倍，并能大幅提高加工精度。在大批量生產時，可以完全滿足產品和工藝的要求，雖然單件刀具成本略有提高，但是從人工成本、設備折舊和產品的性能價格比等多方面考慮，其總的費用大幅度降低。

6、機床具備自動測量和刀具磨損補償功能，使其在精鏜軸承孔等精加工工序中，批量加工精度等級穩(wěn)定在IT6級以上。

加工中心的選擇

每臺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兩種，臥式加工中心適于加工箱型零件，如泵體和箱體等；立式加工中心適合加工板類零件，如上蓋、蓋板、突緣等。相同規(guī)格的加工中心臥式比立式價格上便宜約一半，使用效率也稍差，因此，完成相同的工藝內容，采用立式加工中心比臥式加工中心更經濟，但是臥式加工中心的工藝性比較廣泛。因此，綜合考慮價格和加工工藝的需要，通常在生產線中的加工中心臥式和立式的數(shù)量比約為2：1，基本上實現(xiàn)比較平衡的生產節(jié)拍。

1、機床規(guī)格的選擇

機床最主要的規(guī)格有工作臺尺寸、運動軸數(shù)量、運動軸行程、主軸的功率和轉矩、刀庫容量以及工作臺的額定負載等。

以伊頓變速器廠生產的最大箱體為例，該箱體基本尺寸為520mm×320mm×430mm，為了安裝夾具留出足夠的空間，選取工作臺尺寸為630mm×630mm的臥式加工中心，X、Y、Z軸行程分別為1000mm、800mm、810mm，主軸輸出功率不小于20kW，最大轉矩466Nm，較高的功率和轉矩是機床提高切削效率的一個重要指標。

由于箱體上加工孔系較為分散，所以機床工作臺具備360°分度功能，另外，采用雙交換托盤可以有效提高工作效率。



    通常在立式加工中心中，刀庫容量不低于20把；臥式加工中心中，刀庫容量不低于40把。刀庫容量不宜太大，因為大容量的刀庫成本高，機構復雜，刀具管理復雜，每更換一種新的產品，機床調整人員就要根據工藝要求對刀具進行整理。

2、機床精度的選擇

根據箱體類零件關鍵部位的加工精度選擇機床的精度。機床的定位精度和重復定位精度反映了各運動部件的綜合精度，尤其是重復定位精度，它反映了該軸向在有效行程內任意定位點的定位穩(wěn)定性，這是衡量數(shù)控軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標。

加工中心數(shù)控系統(tǒng)的軟件可以對控制軸的螺距誤差和反向差值進行補償，也可對進行傳動鏈上各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差進行穩(wěn)定性補償。進給傳動鏈中反向失動量也可以用反向間隙補償功能來補償，例如，一個數(shù)控軸正向給予的運動指令為40mm，實測移動距離為39.985mm，可稱反向失動量為0.015mm，由數(shù)控系統(tǒng)補償0.015mm的運動量，便可使坐標移到原點。對于由于各軸機械傳動鏈、驅動伺服元器件工作特性差造成的重復性誤差，無法用插補方法得到全部補償。

3、機床的使用效率

在加工過程中，主軸轉速是由被加工件材料所決定的，如加工有色金屬，必須選擇較高的轉速。影響加工效率的最主要因素是換刀時間，因為對于類似箱體類的復雜零件，每加工一個制件，大約需要更換40～50把刀具。采用帶機械臂的滾子凸輪式換刀機構（圖5）相比斗笠式換刀機構（圖6），換刀時間大為縮短，約為5.5s左右。

加工中心常用的刀具和夾具

1、夾具的選用

夾具是完成零件加工的重要保證，夾具設計合理，才能保證零件安裝方便和滿足加工精度要求。因此，設計夾具時，需考慮下列因素：

（1）工件的定位基準和對夾緊的要求：加工中心是多工序集中加工，零件在一次裝夾中，既要粗銑、粗鏜，又要精銑、精鏜，要求夾具既要能承受大切削力，又要滿足定位精度的要求。

（2）夾具、工件與機床工作臺面的連接方式：加工中心工作臺面上要有基準T型槽、轉臺中心定位孔、工作臺面?zhèn)让婊鶞实取?/p>

（3）夾具設計時，必須考慮刀具運動軌跡：夾具不能和各工序刀具軌跡發(fā)生干涉。例如使用端銑刀加工零件時，在進刀軌跡和出刀軌跡處不能和夾具的壓緊螺栓和壓板發(fā)生干涉；由于鉆頭及鏜刀桿等容易與夾具干涉，因此，箱體加工時，可以考慮利用其內部空間來安排夾緊裝置（圖7）。

（4）夾具在設計時必須考慮夾緊變形：零件在粗加工時，切削力大，需要夾緊力大，但要防止將工件夾壓變形，因此，必須慎重選擇夾具的支撐點、定位點和夾緊點，壓板的夾緊點要盡可能接近支撐點，避免把夾緊力加在零件無支撐的區(qū)域。

（5）夾具必須拆裝方便：夾具的夾緊方式有液壓夾緊、氣動夾緊和手動夾緊。在所加工零件毛坯尺寸合格的情況下，采用液壓加緊和氣動夾緊夾具可以提高拆裝零件的效率。

（6）對批量不大，又經常變換品種的零件，應優(yōu)先考慮使用成組夾具或組合夾具，以節(jié)省夾具的費用和準備時間。

2、刀具的選用

加工中心使用的刀具分為刀柄部分和刃具部分。刃具部分和通用刃具一樣，如鉆頭、絲錐、鏜刀、鉸刀等。但是必須考慮刀具的直徑、長度以及自重。

（1）刀柄的種類：不同的機床規(guī)格和不同的生產商，所選用的刀柄規(guī)格和系列各有不同。常見的刀柄分為BT系列（常用）、CAT系列、DIN系列（德國常用）。刀柄的規(guī)格又根據機床規(guī)格的不同分為30、40、50等多個品種。

（2）選擇刀柄及刀具的注意事項：首先必須考慮刀柄的通用化，例如，伊頓變速器廠擁有30臺加工中心，雖然生產廠家不同，但選擇的刀柄僅有兩種，臥式加工中心選用BT50刀柄，立式加工中心選用BT40刀柄，不僅增加了刀柄的使用率，還降低了刀具管理成本；其次，首選標準刀具，盡量減少特殊刀具的使用。特殊刀具適用于大批量加工生產中，如復合刀具可以有效節(jié)省加工時間，但在目前汽車零部件多品種、小批量的生產條件下，采用特殊刀具并不是經濟的選擇。

3、加工中心附件的選擇

對機床的冷卻、防護、排屑、主軸油溫控制、冷卻液溫供控制等附件，要求可靠性高。加工中心機床上冷卻防護裝置設計的合理性是衡量機床綜合水平的重要標志。圖8所示臥式加工中心的冷卻液噴射采用多頭、多管淋浴式冷卻、沖洗，并且具有主軸內冷裝置，使刀具具備內冷功能。

小結

與傳統(tǒng)組合機床相比，采用加工中心加工箱體類零件，無論從提高加工質量、提高生產效率，還是降低生產成本方面，效果都是顯著的。選用加工中心，必須考慮其加工經濟性，也就是必須從機床規(guī)格、切削參數(shù)、工裝夾具、工件材料、生產批量等多方面考慮。另外，人員的素質培訓也是必不可少的。