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如何使用立式加工中心加工變速箱體

某變速箱體零件由于原來的生產規模不大，原工藝是把零件的所有加工內容安排在普通的鉆、銑和臥式鏜床上加工，由于加工效率低，加工周期長，企業將一部分產品發至外廠用鏜銑加工中心進行加工，雖然產品的質量得到很好的保證，但是生產進度受到了限制，成本也提高了很多。隨著企業的規模不斷壯大，該變速箱體的總產量增高，目前的生產模式和工藝方案無法滿足目前的生產配套任務。
因此，如何利用目前企業內先進的數控加工設備從原有的工藝進行改進，確定更優的工藝方案是企業目前迫切需要解決的難題。本文通過對該變速箱體的結構特點進行分析，制定了基于立式加工中心的變速箱體加工工藝方案，將多個工序集中在同一臺立式加工中心上完成，有效地發揮了工序集中的特點，減少了大量的輔助時間，很大程度上縮短了生產周期，提高生產率和產品質量，降低了加工成本，滿足了批量生產的要求。
1   變速箱體零件的結構特點
如圖 1 所示，該箱體零件長寬高約為 425mm × 210mm × 105mm，材料為 HT200，硬度約為 190HBS。箱體兩側面有四組軸承孔，它們分別是2-Φ80J7、2-Φ47J7、Φ52J7、3-Φ40J7，尺寸精度和位置精度要求比較高，同組軸承孔系之間的跨距較大，而且存在同一軸線上的孔徑大小不一的情況。軸承孔周圍分布有多個大小不一的孔和螺孔：3-Φ10、4-Φ14、4-M10-6H、12-M6-6H。表面粗糙度方面，軸承孔和底面的表面粗糙度都是Ra1.6,零件兩側面凸臺位置和螺孔為Ra6.3，其余為鑄造面。
2   技術難點和問題分析
根據以上的零件特點可以看出，該汽車變速箱體零件的加工存在以下兩個難點：
第一，各個軸承孔系加工過程中同軸度的保證，如圖 1 所示，Φ80J7、2-Φ47J7、Φ52J7 和Φ40J7、2-Φ40J7 三組軸承孔系的同軸度均為Φ0.025，圓柱度為 0.008，要達到這些精度要求，最好的方案就是同一孔系一次性加工。原來工藝中這些孔系的加工是在臥鏜或者是鏜銑加工中心上完成的，鏜桿的長度和軸向的行程不受限制，同一孔系一次性加工容易實現，但是立式加工中心由于受到刀具和Z 向行程的限制，必須要考慮孔系之間的跨距問題。
第二，零件的兩面，即每個軸承孔周邊都分布有多個螺孔和通孔，結合加工中心自動換刀的特點，如果能一次裝夾就能完成兩面各孔的加工，不僅生產率得到了大大的提高，也可以大大縮短了因拆裝工件所耗費的輔助時間，同時精度和質量都得到很好的保證。
圖1   變速箱體零件圖
3   工藝路線分析與確定
3.1   加工順序的確定
經過對工件毛坯和圖紙進行研究和探索，該變速箱體零件需要加工三個面和多個孔，設計時本著基準先行、先粗后精、先面后孔的原則，首先把三個需要加工的面粗、精加工完畢后，再以三個面作為后續孔加工的定位基準，這樣有利于孔的加工，同時可以保證各孔的機械加工精度。根據工序集中的原則，為了縮短加工輔助時間，提高生產率和產品質量設計一套相應的工裝夾具使工件在一次裝夾后可以完成兩面各孔的加工。
3.2   加工工序的安排
由于是批量生產，因此對于平面的加工，粗加工和精加工分別安排在不同的機床上完成。而孔的加工，利用加工中心自動換刀的特點，根據工序集中的原則，利用相應的工裝夾具使工件在同一臺設備上一次裝夾完成兩面各孔的加工。
3.3   定位基準的選擇
該變速箱體的各加工面特別是軸承孔系的機械加工精度要求比較高，所以選擇定位基準的時候盡量以基準統一和基準重合為原則，以減少定位誤差帶來的影響。
（1）粗基準的選擇
如圖1 所示,底面B 面是該零件重要的基準表面，因此，應以該面為粗基準，即先以B 面自為基準，劃線校正，按線加工B 面合要求后再以該面為基準加工箱體兩側面。
（2）精基準的選擇
根據基準重合的原則，選擇加工過表面B 面和箱體一側面為精基準，并一次裝夾后，加工軸承孔系端面上的各孔，再以A——A 軸線為旋轉基準翻轉夾具，加工另一面的軸承孔和端面各孔。這樣可以避免基準不重合誤差的影響，保證了同一孔系兩端軸承孔的精度。
3.4   加工工藝方案的確定
（1）平面的加工
由于是大批量生產，箱體的底面和兩側面的粗精加工安排在數控銑床上進行加工，這樣既可以提高生產效率，也可以確保各個平面的尺寸精度和表面質量要求。
（2）孔的加工
該箱體兩側面有四組軸承孔，尺寸精度和位置精度要求比較高，尺寸精度可以通過機床的精度來保證，但是想要保證其同軸度必須采用一次裝夾加工完兩端的軸承孔。但是同組軸承孔系之間的跨距較大，而且同一軸線上的孔徑有大小不一的情況，在立式加工中心受到刀具和Z 向行程的限制，不能實現一次性加工兩端的軸承孔。因此，采用專用夾具進行裝夾，工件在夾具上定位夾緊后，先加工一面上的軸承孔和端面上各孔，然后夾具繞如圖1 所示的A-A 軸線進行180°翻轉到位后再進行另一面的加工，以實現一次裝夾完成同一軸線上兩端孔系的加工，從而保證了軸承孔系的同軸度要求。
基于上述的分析與研究，確定工藝方案如下：
工序1：劃線，以B 面為基準，劃線校正；
工序2：按線銑平B 面合圖紙平面度要求（普通銑床）；工序3：以B 面為基準，銑箱體一側面（臥式鏜床）；
工序4：以B 面和銑過的一側面基準，銑箱體另一側面（臥式鏜床）；
工序5：粗精加工Φ80J7、2-Φ47J7、Φ52J7 和Φ40J7、2-Φ40J7
三組軸承孔，加工3-Φ10、4-Φ14、4-M10-6H、12-M6-6H 各孔（立式加工中心、專用夾具）。
工序5 中專用夾具的設計，采用液壓控制可在立式加工中心上自動翻轉只要一次裝夾就能對上下兩面各孔的加工，保證了各孔的精度要求，不僅滿足了生產需要，而且還大大提高了立式加工中心的功能和利用率。工序2、3、4 利用普通機床加工結構簡單、精度要求不高的部位，使企業現有的設備得以有效利用。
4   結語
該工藝方案經過實際的生產，驗證了這種工藝的正確性和可行性。該工藝方案將零件的加工內容從普通鏜床和鏜銑加工中心移至立式加工中心上來，簡化了工藝過程，縮短了生產周期，也更好地利用了工廠自身的設備，滿足生產需要，不但降低了加工成本、提高了工作效率和經濟效益、保證了零件質量，而且也為此類零件的后續生產提供了技術儲備。

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4 結語

該工藝方案經過實際的生產，驗證了這種工藝的正確性和可行性。該工藝方案將零件的加工內容從普通鏜床和鏜銑加工中心移至立式加工中心上來，簡化了工藝過程，縮短了生產周期，也更好地利用了工廠自身的設備，滿足生產需要，不但降低了加工成本、提高了工作效率和經濟效益、保證了零件質量，而且也為此類零件的后續生產提供了技術儲備。

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