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加工中心在变速器箱体加工中的应用

时间: 2011-07-01 15:00 来源: 作者: 一拖建机公司 聂福全点击:
1 概述

变速器箱体是机械式传动压路机上的重要零件,其加工质量的好坏将直接影响到压路机传动系统的使用效果。我公司产品所使用的变速器箱体(图1)材料为HT200。该变速器具有体积小、结构简单、使用方便和动作可靠的特点。已经广泛应用于我公司所产的LSS系列振动压路机上。以往箱体加工是在龙门刨床、镗床和上完成平面、轴承挡孔和连接孔的加工,生产效率低且加工质量难以保证,为解决上述问题,我公司引进了以太韩国大宇公司制造的ACE HM800卧式进行箱体加工,取得了很好的应用效果。

2 零件工艺过程分析及工序安排

箱体类工件具有以下几个特点:一是加工内容多,需频繁更换机床、;二是加工精度要求高,采用普通机床加工质量难以保证,且由于工艺流程长,周转次数多,生产效率难以提高;三是形状复杂,且大部分为薄壁壳体,工件刚度差,较难装加。采用数控加工中心进行箱体加工,凭借加工中心自身的精度和加工效率高、刚度好和自动换刀的特点。只要制定好工艺流程,设计采用合理的专用和刀具,就完全可以解决上述问题。鉴于该设备为双工作台,因此,我们将该工件B、C面上各种加工要素加工放在01工作台上完成(加工工序1),其余G、H及排挡侧面的加工要素放在02工作台上完成(加工工序2),根据上述工序安排,设计相应的专用夹具。

3 毛坯准备

工件上加工中心前的准备工序由其它设备来完成,如零件图1上G、H两侧面的粗加工,放在普通机床上加工,这样一是减少了大余量加工造成的热变形;二是为了加工中心提供了必要的定位基准;三是提高了加工效率。两侧面刨完后,以G面为基准(与加工中心加工时基准一致)将工件平放钳工台上,钳工按图1划出B、C面精加工线及箱体K、H(两侧)各面中心基准线,供加工中心校正用。

4 工序1夹具的设计和使用及加工工艺过程

4.1 工艺过程及夹具的结构和使用

按照前文所述,工序1的加工工序主要包括B、C面精铣,以及C面上6-φ18孔(F)的钻削。为提高加工质量和效率,针对该工序的加工特点设计了一套专用夹具(图2),该夹具由压板1弹性定位销2、定位销3、弹性定位销4调整螺栓5和底板6组成。使用时,工件D面平放在四个高度可调的定位销3组成的平面上,夹具上有两个弹性定位销2、4与工件上D、E孔配合,即形成一个典型的一面两销定位,定位销2、4设计成弹性的,这是因为工件基准孔为毛基准,其孔径是不规则的,由于定位销具有弹性,即使孔径变化,工件G表面仍然能够靠平在4个定位销组成的平面上,从而使工件能够快速初定位。该夹具为采用孔系组合夹具,可快速拼装和调整,并具有定位精度高,加紧牢固可靠,适合小批量多品种的生产特点。

4.2 工件校正

以刀库中的为校正工具,并使主轴以1000r/min的速度旋转,在两侧F面水平基准线起止处钻头微切工件表面进行试切,根据试切点与基准线的相对位置,确定工件左右中心线是否在同一水平上,校正号工件F面两侧水平后,工作台旋转90°位置,采用同样的方法校正工件B、C两面基准线。最后移动Z轴,校正工件H面中心基准线,看划的线是否在中心上,如果不在,松或紧夹具上的调整螺栓5,微调工件位置,直到校正为止。各基准线均校正好后,用压板1将工件压紧。

4.3 工件坐标找正

较正好工件后,需要找正B、C两个加工面的工件坐标系,设定工件C面坐标系位G54,B面坐标系位G55,选择功能开关至手动输入位置(MDI),让工件B面面向主轴,调用钻头刀具,钻头对准箱体上事先划好的X和Y轴方向中心线,然后看NC显示器上机械坐标的X轴和Y轴坐标值,并在工件坐标系G55中输入该X坐标值,然后用1250mm(机床X轴圆点坐标)减去X轴坐标所得的数值输入G54坐标系的X坐标。由于工件水平方向已经校正,因此,两坐标系中的Y坐标值相同,按照显示器线实的坐标值输入两坐标系即可。两坐标系的Z坐标值采用试切的方法确定。

5 工序2夹具的设计和适用及工艺过程

该工序的主要加工工艺是个轴承孔的镗削加工,G、H及排挡侧面的铣削加工及各面上联接孔的钻孔及攻丝。此工序的专用夹具(图3)主要是由压板1、垫板2、定位销3、底板4构成,校正后紧固在02工作台上。具体使用方法是:工件加工好的C底板平放于02号工作台专用夹具的垫板2上,并以夹具上两个定位销3为定位基准插入工件上上道工序已加工好的2个F孔中,由于2个F孔的形位精度和尺寸精度较高,这样就可以将工件精确定位在夹具上,同时用垫板2上的4个螺栓与其余4个孔配合,上紧螺母,为提高装夹刚度,再用夹具上4个压板1压紧工件,这样就将工件牢牢地固定在夹具上。调出相应加工程序,执行程序即可加工箱体工序2的各加工要素了。夹具再设计时严格确保了夹具中心、侧面基准与工作台中心、侧面基准高度一致,这样2个定位销的中心就可以看作为工作台的中心,通过采用2个定位销精确定位,工件装夹后,工件中心与工作台中心基本重合,工件在加装后就不需要进行校正了,从而提高了工件的定位精度和加工效率。

该工序有3个加工面,因此,工件坐标系分别确定为G56、G57、G58,由于该箱体基本上属于对称结构,因此,X坐标的选取最好是工件的中心,我们将X轴坐标值取机床第2参考点,即主轴中心与工作台中心对应的位置,X坐标值为625mm(即1250mm的一般),分别输入以上3个坐标系中,Y轴坐标值以工件上φ150孔中心为基准选取,Z轴坐标值同样采用试切的方法确定,并分别输入相应的坐标系中。

6 程序编制

加工中心具有自动换刀装置,能在工件一次装夹自动完成铣、钻、镗、铰、攻螺纹等工序,具有高生产力和质量稳定性的特点。为充分发挥加工中心高效率、多功能的特点,应在加工程序设计上注意工序的划分和工艺方法的合理性,它直接关系到加工中心的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题,尽量做到工序集中、工艺路线最短、机床停顿时间和辅助时间最少。设计程序时,应将一次换刀作为一个工步,并注明加工内容和要保证的尺寸要求。工步与工步之间增加M01指令,与机床上的OPTION-AL STOP开关配合使用,机床换刀后停止运行,可检验换刀的准确性,以对程序进行充分验证,批量加工时只需将OPTIONAL STOP开关关闭,程序仍执行连续运行模式。粗铣平面时,加工余量较大,工件会产生较大的热变形,应将粗、精铣分开,使零件能够充分冷却。设计钻孔程序时,应考虑孔的加工精度要求,对于精度要求一般的孔加工,可以不使用中心钻预钻。鉴于钻孔后还要攻丝,因此,可将各孔位置编成子程序,采用M98指令呼叫到主程序中,即可方便的重复使用,又可减少编成时坐标的错误。在机床功率许可的情况下,螺孔全部采用刚性攻丝方式,以提高加工效率。精镗孔时,由于一般使用单刃镗刀,编成时还应注意几个问题:一是当手工在主轴位置装刀时,应先用M19指令时主轴递给,然后让刀尖朝内(即背对操作者)进行安装;二是采用G76指令编成时,应设定相应Q值,镗孔完成后,主轴会向刀尖相反的方向移动以定位值(Q)值,退刀时,可避免刀具划伤孔表面。由于该工件个 对称孔的同轴精度要求较高,精镗孔时,应采用不调头的形式镗两侧孔。如果两侧孔直径相同,就可以使用一把刀采用直镗的形式完成两侧孔的加工,如果两侧孔径不同,在编制加工程序时可以先镗孔径大的一头孔,然后换刀(对称孔小孔的精镗刀),工作台不换位,利用镗大孔的X、Y坐标,通过设定适当的Z坐标,使镗刀从大孔一端直伸过去,完成另一侧小孔的镗削。这样,由于采用同一个平面坐标系和同一主轴坐标,消除了调头加工工作台回转的误差,因此,可以确保获得很高的同轴度的加工精度。采用这种方法有一个前提:即两孔间距不能过大,否则会因刀杆过长,在加工时引起振动反而影响加工精度。加工程序总的设计原理是:遵循由粗渐精的原则,先进行粗加工、重切削,去除毛坯上大部分加工余量,然后安排一些发热量小、加工要求不高的部位,使零件在精加工之前有充分的时间冷却,最后再进行精加工。该工件的加工程序顺序为:粗铣各平面—钻孔—攻丝—粗镗孔—精铣—精镗孔。

7 切削用量选择

粗加工时,再工艺系统刚性和机床功率允许的条件下,尽可能选取较大的却削深度,较高的进给量。一般选择的切削深度为5~6mm,主轴转速S为200~300r/min,粗铣平面时主轴移动速度F为300mm/min,粗镗孔时主轴移动速度F为200mm/min;精加工时为了获得较好形位精度和表面粗糙度,切削深度可以小一些,一般选择为0.3~0.5mm,主轴转速S为300~450r/min,精铣平面主轴移动速度F为220mm/min,精镗加工孔时主轴移动速度为100~150mm/min;钻孔时主轴移动速度为300mm/min;攻丝时主轴移动速度为主轴转速乘以螺距,该数值不能有小数点。

8 刀具选择

面、镗刀选用机夹可转位刀具,刀片材料为硬质合金或涂层刀片。钻头和攻丝选用内冷式硬质合金整体式刀具。采用不调头法加工两面对称孔时,由于刀杆较长,长刀杆可以通过不同需要按照模块化刀柄、刀杆系统进行组合;同时,为降低切削时的振动,应选用重金属减振刀杆或阻尼减振刀杆。加工中心所有刀具尽量选用国际中的标准刀具。刀具规格、专用刀具代号和该刀具所要加工的内容,应列表记录下来,供编成时使用。同时,刀库中所有使用的刀具都必须使用进行检测,并将数据输入OFFSET内的刀具补偿值中。从性价比上考虑,粗加工时由于毛坯余量大,加工精度要求低,尽量采用国产刀具,如粗铣刀、粗镗刀。精加工时为提高却削效率,获得较好的表面加工质量,刀具的品牌可以选用伊斯卡、肯纳、瓦尔特、山特维克等知名品牌。

9 结论

采用加工中心加工箱体,批量生产后,每个工件加工时间约为2h,仅为过去加工时间的1/6,加工效率得到极大的提高。此外,由于机床精度自身的保证,彻底消除了接刀痕,各轴承挡之间的同轴度也得到了有效的保证,从而使变速器箱体的加工质量得到了显著的提高,夹具设计简单、实用,使用方便,取得了较好的应用效果。

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