劉紅霞 王裕喆

（中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司第三裝配廠，河南 洛陽(yáng) 471004）

1 概述

隨著新技術(shù)、新工藝的不斷發(fā)展，以工序集中原則為基礎(chǔ)，提升車削和銑削綜合加工能力的車銑復(fù)合加工工藝被廣泛應(yīng)用到醫(yī)療、航空、汽車加工領(lǐng)域，通過(guò)加工中心和數(shù)控車床兩種高端技術(shù)的完美融合，能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺(tái)設(shè)備上完成不同工序或車、銑、鉆等不同工藝方法的加工，減少零件裝夾次數(shù)，提高加工精度，同時(shí)可以縮短加工路線，減少占地面積，提高生產(chǎn)效率。

差速器是拖拉機(jī)行走系的重要組成部件，其作用是使左、右驅(qū)動(dòng)輪能以不同的速度旋轉(zhuǎn)，以獲得良好的轉(zhuǎn)向性能，產(chǎn)品圖紙對(duì)差速器殼體內(nèi)球面、行星軸孔、鎖銷孔、半軸孔和軸承頸的加工精度要求非常高，其中行星軸孔與半軸孔軸線的重合度為0.03mm；內(nèi)球面相對(duì)于行星軸孔和半軸孔的位置度為φ0.04mm。按照傳統(tǒng)工藝方法，差速器殼體主要采用車床、鉆床、鏜床分工序多工種交叉加工完成。加工過(guò)程中，零件多次裝夾，定位和加工累積誤差大，一些尺寸關(guān)聯(lián)精度高的加工內(nèi)容很難達(dá)到圖紙要求。因此學(xué)習(xí)和應(yīng)用車銑復(fù)合加工技術(shù)解決差速器生產(chǎn)中的質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)一步滿足用戶對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)提升的要求已經(jīng)迫在眉睫。

2 差速器殼體結(jié)構(gòu)工藝性分析和設(shè)備的選型

差速器殼體材質(zhì)為球墨鑄鐵QT500-7，回轉(zhuǎn)體零件，其重要加工內(nèi)容內(nèi)球面、行星軸孔、半軸孔和鎖銷孔分布于零件的圓周及兩端，且相互貫穿，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全序加工。針對(duì)加工中存在的工藝難點(diǎn)，我們?cè)谲囥姀?fù)合設(shè)備選型和工藝方案設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)一進(jìn)行了分析，具體如下：

2.1 車銑復(fù)合加工中心標(biāo)準(zhǔn)配備刀具主軸，可用于零件的車削加工，但刀具主軸用于車削時(shí)精度及剛性較差，很難保證差速器殼體軸承孔、軸承頸等車、鏜加工內(nèi)容的IT6級(jí)精度要求。因此設(shè)備增加星形下刀塔配置，刀塔剛性好且專用于車削加工，能夠有效保證差速器殼體車削部位的高精度要求。

2.2 差速器殼體加工內(nèi)容既有車削內(nèi)容，又有銑削內(nèi)容，分散于零件的圓周及兩端方向，車銑復(fù)合加工中心集合了車削及銑削功能，可以實(shí)現(xiàn)在一次裝夾下完成零件的車削及銑削內(nèi)容。但由于車銑設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)仍為車床結(jié)構(gòu)，零件加工時(shí)用于裝夾的部位及相應(yīng)的干涉部位無(wú)法進(jìn)行加工，需要掉頭裝夾零件才能完成所有已確定加工內(nèi)容的加工。因此設(shè)備增加配置雙主軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)副主軸自動(dòng)抓取零件實(shí)現(xiàn)差速器殼體的掉頭加工，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成所有加工內(nèi)容，確保了各加工內(nèi)容之間的位置關(guān)系。

2.3 差速器殼體內(nèi)球面加工尺寸大，在普通數(shù)控車床上只能實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，刀具無(wú)法自動(dòng)移動(dòng)至加工位置，且內(nèi)球面位置精度要求高。車銑復(fù)合加工中心在標(biāo)準(zhǔn)配置下無(wú)法實(shí)現(xiàn)差速器殼體內(nèi)球面的加工，但通過(guò)增配刀具主軸0.0001°分度功能并使用特殊設(shè)計(jì)的“香蕉刀具”，運(yùn)用B軸、X軸和Z軸三軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)功能以弧線路徑進(jìn)入零件內(nèi)腔，完成內(nèi)球面內(nèi)容的加工。內(nèi)球面的粗、精加工分別由兩把“香蕉刀具”完成，實(shí)現(xiàn)了粗精加工分開，有效地保證了內(nèi)球面的位置精度及表面粗糙度。

2.4 差速器殼體行星軸孔分布在差速器殼體的外圓表面，相互之間位置度要求高，加工很難保證，需要車銑復(fù)合加工中心刀具主軸安裝合適刀具對(duì)其進(jìn)行加工。但標(biāo)準(zhǔn)配置的車銑復(fù)合加工中心無(wú)法對(duì)零件進(jìn)行精確的角向分度，難以確保各行星齒輪軸孔之間的位置度。因此設(shè)備第一主軸增配C軸0.0001°分度功能，實(shí)現(xiàn)了零件回轉(zhuǎn)的精確定位，確保了差速器殼體行星軸孔之間位置度要求。

2.5 鎖銷孔屬于高精度細(xì)長(zhǎng)孔，很難保證其出口處位置精度。為了有效提高鎖銷孔的位置精度，我們?cè)谠O(shè)備上增加了70bar主軸貫通冷卻系統(tǒng)，通過(guò)使用整體內(nèi)冷硬質(zhì)合金刀具完成鎖銷孔的加工，有效地保證了鎖銷孔的位置精度，提高了零件加工效率。

2.6 其它方面：為了提高車銑復(fù)合加工中心的加工精度和效率，在資金允許的情況下，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況考慮增加冷卻液冷卻系統(tǒng)和自動(dòng)門等，控制冷卻液溫度，保證機(jī)床精度穩(wěn)定，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 差速器殼體加工工藝過(guò)程確定

根據(jù)差速器殼體加工內(nèi)容和精度要求，同時(shí)綜合考慮毛坯質(zhì)量狀況、零件加工節(jié)拍和加工成本等，我們將此零件一般尺寸、重要尺寸的粗半精加工工序和車銑工序的定位基準(zhǔn)安排在車床、鉆床等通用機(jī)床加工；同時(shí)重點(diǎn)選取內(nèi)球面、行星軸孔、半軸孔等關(guān)聯(lián)精度高的加工內(nèi)容在車銑復(fù)合加工中心上加工，車銑工序加工工藝過(guò)程如下：

3.1 人工將零件裝到車銑復(fù)合加工中心第二主軸上，以通用機(jī)床加工出的外圓、端面和一銷孔定位，三爪自定心卡盤夾緊工件，車差速器殼體小端各外圓及端面。

3.2 通過(guò)機(jī)床雙主軸自動(dòng)交換功能，自動(dòng)將工件由第二主軸送至第一主軸，以第二主軸精加工過(guò)的外圓、端面定位，專用車床夾具夾緊工件，車差速器殼體內(nèi)球面、精車內(nèi)端面及鉆鏜行星軸孔等。

3.3 第一主軸加工內(nèi)容完成后，機(jī)床自動(dòng)將工件送至第一主軸，人工將零件拆下，到此整個(gè)加工循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入下一循環(huán)。

4 工裝設(shè)計(jì)及刀具選型

4.1 第一主軸選用反向拉緊式15寸卡盤，設(shè)計(jì)專用端面定位套筒，套筒上加工有3道通向主軸內(nèi)孔的氣路，裝夾零件時(shí)，卡爪夾緊差速器小端軸承外徑向后拉至大盤背面端面和套筒貼平，此時(shí)套筒端面的氣孔被零件堵住，機(jī)床左側(cè)的壓力表監(jiān)測(cè)氣路壓力在規(guī)定范圍內(nèi)，從而有效監(jiān)測(cè)零件是否安裝到位。

4.2 第二主軸選用普通15寸卡盤，卡爪為軟爪，卡盤端面加裝定位銷，實(shí)現(xiàn)了差速器殼體在車銑復(fù)合上的徑向定位。

4.3 刀具主軸頂部增加了專用工裝，在第二主軸上裝夾工件時(shí)，刀具主軸轉(zhuǎn)至-90°位置后Z向移動(dòng)至專用工裝頂緊工件（機(jī)床上設(shè)定有壓力），保證工件安裝到位。

4.4 差速器內(nèi)球面加工選用“香蕉刀”，通過(guò)刀具主軸X/Z/B三軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)進(jìn)給，然后分粗、精兩刀完成球窩的加工。刀具切削用量：粗加工s=409r/min，f=0.25mm/r，v=200mm/min；精加工 s=491r/min，f=0.1mm/r，v=240mm/min。

4.5 行星軸孔在毛坯未進(jìn)行預(yù)鑄，加工中為提高加工效率，選用高效φ28U鉆，φ29.6半精鏜刀和φ30精鏜刀，通過(guò)刀具主軸旋轉(zhuǎn)180°完成兩側(cè)行星軸孔的掉頭鏜。

4.6 鎖銷孔為深孔，加工過(guò)程中刀具容易引偏。在選用刀具時(shí)，充分利用機(jī)床刀具主軸貫通冷卻功能，采用內(nèi)冷硬質(zhì)合金鉆頭，使主軸7MPa的冷卻液能將加工中產(chǎn)生的鐵屑熱量迅速帶走，通過(guò)鉆導(dǎo)向孔，鉆深孔有效保證了孔的位置度要求。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在差速器殼體加工中運(yùn)用車銑復(fù)合加工工藝，實(shí)現(xiàn)了車、鉆、鏜工序內(nèi)容的集中加工，使差速器殼體的工藝難題得以解決，差速器殼體內(nèi)球面、行星軸孔、半軸孔及鎖銷孔的加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率大幅提高。同時(shí)，針對(duì)差速器殼體的重點(diǎn)、難點(diǎn)，創(chuàng)新地采用了先進(jìn)的“香蕉”刀具工藝方案，并使用專門設(shè)計(jì)的拉緊式夾具和氣密檢測(cè)裝置解決了差速器殼體的夾緊問(wèn)題，充分發(fā)揮了先進(jìn)工裝在差速器殼體加工過(guò)程中起到的積極作用，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

[1]王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]陳宏鈞.機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)員手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.