1 概述
變速器箱體 機(jī)械式傳動(dòng)壓路機(jī)上的重要零件，其加工質(zhì)量的好壞將直接影響到壓路機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的使用效果。我公司產(chǎn)品所使用的變速器箱體(圖1)材料為HT200。該變速器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便和動(dòng)作可靠的特點(diǎn)。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我公司所產(chǎn)的LSS系列振動(dòng)壓路機(jī)上。以往箱體加工是在龍門刨床、鏜床和鉆床上完成平面、軸承擋孔和連接孔的加工，生產(chǎn)效率低且加工質(zhì)量難以保證，為解決上述問題，我公司引進(jìn)了以太韓 大宇公司制造的ACE HM800臥式加工中心進(jìn)行箱體加工，取得了很好的應(yīng)用效果。
2 零件工藝過程分析及工序安排
箱體類工件具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是加工內(nèi)容多，需頻繁更換機(jī)床、刀具；二是加工精度要求高，采用普通機(jī)床加工質(zhì)量難以保證，且由于工藝流程 ，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，生產(chǎn)效率難以提高；三是形狀復(fù)雜，且大部分為薄壁殼體，工件剛度差，較難裝加。采用數(shù)控加工中心進(jìn)行箱體加工，憑借加工中心自身的精度和加工效率高、剛度好和自動(dòng)換刀的特點(diǎn)。只要制定好工藝流程，設(shè)計(jì)采用合理的專用夾具和刀具，就完全可以解決上述問題。鑒于該設(shè)備為雙工作臺(tái)，因此，我們將該工件B、C面上各種加工要素加工放在01工作臺(tái)上完成(加工工序1)，其余G、H及排擋側(cè)面的加工要素放在02工作臺(tái)上完成(加工工序2)，根據(jù)上述工序安排，設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用夾具。
3 毛坯準(zhǔn)備
工件上加工中心前的準(zhǔn)備工序由其它設(shè)備來完成，兩側(cè)面的粗加工，放在普通機(jī)床上加工， 樣一是減少了大余量加工造成的熱變形；二是為了加工中心提供了必要的定位基準(zhǔn)；三是提高了加工效率。兩側(cè)面刨完后，以G面為基準(zhǔn)(與加工中心加工時(shí)基準(zhǔn)一致)將工件平放鉗工臺(tái)上，鉗工劃出B、C面精加工線及箱體K、H(兩側(cè))各面中心基準(zhǔn)線，供加工中心校正用。
4 工序1夾具的設(shè)計(jì)和使用及加工工藝過程
4.1 工藝過程及夾具的結(jié)構(gòu)和使用
按照前文所述，工序1的加工工序主要包括B、C面精銑，以及C面上6-φ18孔(F)的鉆削。為提高加工質(zhì)量和效率，針對(duì)該工序的加工特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套專用夾具，該夾具由壓板1彈性定位銷2、定位銷3、彈性定位銷4調(diào)整螺栓5和底板6組成。使用時(shí)，工件D面平放在四個(gè)高度可調(diào)的定位銷3組成的平面上，夾具上有兩個(gè)彈性定位銷2、4與工件上D、E孔配合，即形成一個(gè)典型的一面兩銷定位，定位銷2、4設(shè)計(jì)成彈性的，這是因?yàn)楣ぜ鶞?zhǔn)孔為毛基準(zhǔn)，其鑄造孔徑是不規(guī)則的，由于定位銷具有彈性，即使孔徑變化，工件G表面仍然能夠靠平在4個(gè)定位銷組成的平面上，從而使工件能夠快速初定位。該夾具為采用孔系組合夾具，可快速拼裝和調(diào)整，并具有定位精度高，加緊牢固可靠，適合小批量多品種的生產(chǎn)特點(diǎn)。
4.2 工件校正
以刀庫中的鉆頭為校正工具，并使主軸以1000r/min的速度旋轉(zhuǎn)，在兩側(cè)F面水平基準(zhǔn)線起止處鉆頭微切工件表面進(jìn)行試切，根據(jù)試切點(diǎn)與基準(zhǔn)線的相對(duì)位置，確定工件左右中心線是否在同一水平上，校正號(hào)工件F面兩側(cè)水平后，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°位置，采用同樣的方法校正工件B、C兩面基準(zhǔn)線。最后移動(dòng)Z軸，校正工件H面中心基準(zhǔn)線，看劃的線是否在中心上，如果不在，松或緊夾具上的調(diào)整螺栓5，微調(diào)工件位置，直到校正為止。各基準(zhǔn)線均校正好后，用壓板1將工件壓緊。
4.3 工件坐標(biāo)找正
較正好工件后，需要找正B、C兩個(gè)加工面的工件坐標(biāo)系，設(shè)定工件C面坐標(biāo)系位G54，B面坐標(biāo)系位G55，選擇功能開關(guān)至手動(dòng)輸入位置(MDI)，讓工件B面面向主軸，調(diào)用鉆頭刀具，鉆頭對(duì)準(zhǔn)箱體上事先劃好的X和Y軸方向中心線，然后看NC顯示器上機(jī)械坐標(biāo)的X軸和Y軸坐標(biāo)值，并在工件坐標(biāo)系G55中輸入該X坐標(biāo)值，然后用1250mm(機(jī)床X軸圓點(diǎn)坐標(biāo))減去X軸坐標(biāo)所得的數(shù)值輸入G54坐標(biāo)系的X坐標(biāo)。由于工件水平方向已經(jīng)校正，因此，兩坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)值相同，按照顯示器線實(shí)的坐標(biāo)值輸入兩坐標(biāo)系即可。兩坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)值采用試切的方法確定。
5 工序2夾具的設(shè)計(jì)和適用及工藝過程
該工序的主要加工工藝是個(gè)軸承孔的鏜削加工，G、H及排擋側(cè)面的銑削加工及各面上聯(lián)接孔的鉆孔及攻絲。此工序的專用夾具(圖3)主要是由壓板1、墊板2、定位銷3、底板4構(gòu)成，校正后緊固在02工作臺(tái)上。具體使用方法是：工件加工好的C底板平放于02號(hào)工作臺(tái)專用夾具的墊板2上，并以夾具上兩個(gè)定位銷3為定位基準(zhǔn)插入工件上上道工序已加工好的2個(gè)F孔中，由于2個(gè)F孔的形位精度和尺寸精度較高，這樣就可以將工件精確定位在夾具上，同時(shí)用墊板2上的4個(gè)螺栓與其余4個(gè)孔配合，上緊螺母，為提高裝夾剛度，再用夾具上4個(gè)壓板1壓緊工件，這樣就將工件牢牢地固定在夾具上。調(diào)出相應(yīng)加工程序，執(zhí)行程序即可加工箱體工序2的各加工要素了。夾具再設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格確保了夾具中心、側(cè)面基準(zhǔn)與工作臺(tái)中心、側(cè)面基準(zhǔn)高度一致，這樣2個(gè)定位銷的中心就可以看作為工作臺(tái)的中心，通過采用2個(gè)定位銷精確定位，工件裝夾后，工件中心與工作臺(tái)中心基本重合，工件在加裝后就不需要進(jìn)行校正了，從而提高了工件的定位精度和加工效率。
該工序有3個(gè)加工面，因此，工件坐標(biāo)系分別確定為G56、G57、G58，由于該箱體基本上屬于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此，X坐標(biāo)的選取最好是工件的中心，我們將X軸坐標(biāo)值取機(jī)床第2 考點(diǎn)，即主軸中心與工作臺(tái)中心對(duì)應(yīng)的位置，X坐標(biāo)值為625mm(即1250mm的一般)，分別輸入以上3個(gè)坐標(biāo)系中，Y軸坐標(biāo)值以工件上φ150孔中心為基準(zhǔn)選取，Z軸坐標(biāo)值同樣采用試切的方法確定，并分別輸入相應(yīng)的坐標(biāo)系中。
6 程序編制
加工中心具有自動(dòng)換刀裝置，能在工件一次裝夾自動(dòng)完成銑、鉆、鏜、鉸、攻螺紋等工序，具有高生產(chǎn)力和質(zhì)量穩(wěn)定性的特點(diǎn)。為充分發(fā)揮加工中心高效率、多功能的特點(diǎn)，應(yīng)在加工程序設(shè)計(jì)上注意工序的劃分和工藝方法的合理性，它直接關(guān)系到加工中心的使用效率、加工精度、刀具數(shù)量和經(jīng)濟(jì)性等問題，盡量做到工序集中、工藝路線最短、機(jī)床停頓時(shí)間和輔助時(shí)間最少。設(shè)計(jì)程序時(shí)，應(yīng)將一次換刀作為一個(gè)工步，并注明加工內(nèi)容和要保證的尺寸要求。工步與工步之間增加M01指令，與機(jī)床上的OPTION-AL STOP開關(guān)配合使用，機(jī)床換刀后停止運(yùn)行，可檢驗(yàn)換刀的準(zhǔn)確性，以對(duì)程序進(jìn)行充分驗(yàn)證，批量加工時(shí)只需將OPTIONAL STOP開關(guān)關(guān)閉，程序仍執(zhí)行連續(xù)運(yùn)行模式。粗銑平面時(shí)，加工余量較大，工件會(huì)產(chǎn)生較大的熱變形，應(yīng)將粗、精銑分開，使零件能夠充分冷卻。設(shè)計(jì)鉆孔程序時(shí)，應(yīng)考慮孔的加工精度要求，對(duì)于精度要求一般的孔加工，可以不使用中心鉆預(yù)鉆。鑒于鉆孔后還要攻絲，因此，可將各孔位置編成子程序，采用M98指令呼叫到主程序中，即可方便的重復(fù)使用，又可減少編成時(shí)坐標(biāo)的錯(cuò)誤。在機(jī)床功率許可的情況下，螺孔全部采用剛性攻絲方式，以提高加工效率。精鏜孔時(shí)，由于一般使用單刃鏜刀，編成時(shí)還應(yīng)注意幾個(gè)問題：一是當(dāng)手工在主軸位置裝刀時(shí)，應(yīng)先用M19指令時(shí)主軸遞給，然后讓刀尖朝內(nèi)（即背對(duì)操作者）進(jìn)行安裝；二是采用G76指令編成時(shí)，應(yīng)設(shè)定相應(yīng)Q值，鏜孔完成后，主軸會(huì)向刀尖相反的方向移動(dòng)以定位值（Q）值，退刀時(shí)，可避免刀具劃傷孔表面。由于該工件個(gè) 對(duì)稱孔的同軸精度要求較高，精鏜孔時(shí)，應(yīng)采用不調(diào)頭的形式鏜兩側(cè)孔。如果兩側(cè)孔直徑相同，就可以使用一把刀采用直鏜的形式完成兩側(cè)孔的加工，如果兩側(cè)孔徑不同，在編制加工程序時(shí)可以先鏜孔徑大的一頭孔，然后換刀（對(duì)稱孔小孔的精鏜刀），工作臺(tái)不換位，利用鏜大孔的X、Y坐標(biāo)，通過設(shè)定適當(dāng)?shù)腪坐標(biāo)，使鏜刀從大孔一端直伸過去，完成另一側(cè)小孔的鏜削。這樣，由于采用同一個(gè)平面坐標(biāo)系和同一主軸坐標(biāo)，消除了調(diào)頭加工工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的誤差，因此，可以確保獲得很高的同軸度的加工精度。采用這種方法有一個(gè)前提：即兩孔間距不能過大，否則會(huì)因刀桿過長，在加工時(shí)引起振動(dòng)反而影響加工精度。加工程序總的設(shè)計(jì)原理是：遵循由粗漸精的原則，先進(jìn)行粗加工、重切削，去除毛坯上大部分加工余量，然后安排一些發(fā)熱量小、加工要求不高的部位，使零件在精加工之前有充分的時(shí)間冷卻，最后再進(jìn)行精加工。該工件的加工程序順序?yàn)椋捍帚姼髌矫妗@孔—攻絲—粗鏜孔—精銑—精鏜孔。
7 切削用量選擇
粗加工時(shí)，再工藝系統(tǒng)剛性和機(jī)床功率允許的條件下，盡可能選取較大的卻削深度，較高的進(jìn)給量。一般選擇的切削深度為5~6mm，主軸轉(zhuǎn)速S為200~300r/min，粗銑平面時(shí)主軸移動(dòng)速度F為300mm/min，粗鏜孔時(shí)主軸移動(dòng)速度F為200mm/min；精加工時(shí)為了獲得較好形位精度和表面粗糙度，切削深度可以小一些，一般選擇為0.3~0.5mm，主軸轉(zhuǎn)速S為300~450r/min，精銑平面主軸移動(dòng)速度F為220mm/min，精鏜加工孔時(shí)主軸移動(dòng)速度為100~150mm/min；鉆孔時(shí)主軸移動(dòng)速度為300mm/min；攻絲時(shí)主軸移動(dòng)速度為主軸轉(zhuǎn)速乘以螺距，該數(shù)值不能有小數(shù)點(diǎn)。
8 刀具選擇
面銑刀、鏜刀選用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，刀片材料為硬質(zhì)合金或涂層刀片。鉆頭和攻絲選用內(nèi)冷式硬質(zhì)合金整體式刀具。采用不調(diào)頭法加工兩面對(duì)稱孔時(shí)，由于刀桿較長，長刀桿可以通過不同需要按照模塊化刀柄、刀桿系統(tǒng)進(jìn)行組合；同時(shí)，為降低切削時(shí)的振動(dòng)，應(yīng)選用重金屬減振刀桿或阻尼減振刀桿。加工中心所有刀具盡量選用國際中的標(biāo)準(zhǔn)刀具。刀具規(guī)格、專用刀具代號(hào)和該刀具所要加工的內(nèi)容，應(yīng)列表記錄下來，供編成時(shí)使用。同時(shí)，刀庫中所有使用的刀具都必須使用對(duì)刀儀進(jìn)行檢測，并將數(shù)據(jù)輸入OFFSET內(nèi)的刀具補(bǔ)償值中。從性價(jià)比上考慮，粗加工時(shí)由于毛坯余量大，加工精度要求低，盡量采用國產(chǎn)刀具，如粗銑刀、粗鏜刀。精加工時(shí)為提高卻削效率，獲得較好的表面加工質(zhì)量，刀具的品牌可以選用伊斯卡、肯納、瓦爾特、山特維克等知名品牌。
9 結(jié)論
采用加工中心加工箱體，批量生產(chǎn)后，每個(gè)工件加工時(shí)間約為2h，僅為過去加工時(shí)間的1/6，加工效率得到極大的提高。此外，由于機(jī)床精度自身的保證，徹底消除了接刀痕，各軸承擋之間的同軸度也得到了有效的保證，從而使變速器箱體的加工質(zhì)量得到了顯著的提高，夾具設(shè)計(jì)簡單、實(shí)用，使用方便，取得了較好的應(yīng)用效果。
