如何使用立式加工中心加工变速箱体

某变速箱体零件由于原来的生产规模不大，原工艺是把零件的所有加工内容安排在普通的钻、铣和卧式镗床上加工，由于加工效率低，加工周期长，企业将一部分产品发至外厂用镗铣加工中心进行加工，虽然产品的质量得到很好的保证，但是生产进度受到了限制，成本也提高了很多。随着企业的规模不断壮大，该变速箱体的总产量增高，目前的生产模式和工艺方案无法满足目前的生产配套任务。
因此，如何利用目前企业内先进的数控加工设备从原有的工艺进行改进，确定更优的工艺方案是企业目前迫切需要解决的难题。本文通过对该变速箱体的结构特点进行分析，制定了基于立式加工中心的变速箱体加工工艺方案，将多个工序集中在同一台立式加工中心上完成，有效地发挥了工序集中的特点，减少了大量的辅助时间，很大程度上缩短了生产周期，提高生产率和产品质量，降低了加工成本，满足了批量生产的要求。
1   变速箱体零件的结构特点
如图 1 所示，该箱体零件长宽高约为 425mm × 210mm × 105mm，材料为 HT200，硬度约为 190HBS。箱体两侧面有四组轴承孔，它们分别是2-Φ80J7、2-Φ47J7、Φ52J7、3-Φ40J7，尺寸精度和位置精度要求比较高，同组轴承孔系之间的跨距较大，而且存在同一轴线上的孔径大小不一的情况。轴承孔周围分布有多个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，轴承孔和底面的表面粗糙度都是Ra1.6,零件两侧面凸台位置和螺孔为Ra6.3，其余为铸造面。
2   技术难点和问题分析
根据以上的零件特点可以看出，该汽车变速箱体零件的加工存在以下两个难点：
第一，各个轴承孔系加工过程中同轴度的保证，如图 1 所示，Φ80J7、2-Φ47J7、Φ52J7 和Φ40J7、2-Φ40J7 三组轴承孔系的同轴度均为Φ0.025，圆柱度为 0.008，要达到这些精度要求，最好的方案就是同一孔系一次性加工。原来工艺中这些孔系的加工是在卧镗或者是镗铣加工中心上完成的，镗杆的长度和轴向的行程不受限制，同一孔系一次性加工容易实现，但是立式加工中心由于受到刀具和Z 向行程的限制，必须要考虑孔系之间的跨距问题。
第二，零件的两面，即每个轴承孔周边都分布有多个螺孔和通孔，结合加工中心自动换刀的特点，如果能一次装夹就能完成两面各孔的加工，不仅生产率得到了大大的提高，也可以大大缩短了因拆装工件所耗费的辅助时间，同时精度和质量都得到很好的保证。
图1   变速箱体零件图
3   工艺路线分析与确定
3.1   加工顺序的确定
经过对工件毛坯和图纸进行研究和探索，该变速箱体零件需要加工三个面和多个孔，设计时本着基准先行、先粗后精、先面后孔的原则，首先把三个需要加工的面粗、精加工完毕后，再以三个面作为后续孔加工的定位基准，这样有利于孔的加工，同时可以保证各孔的机械加工精度。根据工序集中的原则，为了缩短加工辅助时间，提高生产率和产品质量设计一套相应的工装夹具使工件在一次装夹后可以完成两面各孔的加工。
3.2   加工工序的安排
由于是批量生产，因此对于平面的加工，粗加工和精加工分别安排在不同的机床上完成。而孔的加工，利用加工中心自动换刀的特点，根据工序集中的原则，利用相应的工装夹具使工件在同一台设备上一次装夹完成两面各孔的加工。
3.3   定位基准的选择
该变速箱体的各加工面特别是轴承孔系的机械加工精度要求比较高，所以选择定位基准的时候尽量以基准统一和基准重合为原则，以减少定位误差带来的影响。
（1）粗基准的选择
如图1 所示,底面B 面是该零件重要的基准表面，因此，应以该面为粗基准，即先以B 面自为基准，划线校正，按线加工B 面合要求后再以该面为基准加工箱体两侧面。
（2）精基准的选择
根据基准重合的原则，选择加工过表面B 面和箱体一侧面为精基准，并一次装夹后，加工轴承孔系端面上的各孔，再以A——A 轴线为旋转基准翻转夹具，加工另一面的轴承孔和端面各孔。这样可以避免基准不重合误差的影响，保证了同一孔系两端轴承孔的精度。
3.4   加工工艺方案的确定
（1）平面的加工
由于是大批量生产，箱体的底面和两侧面的粗精加工安排在数控铣床上进行加工，这样既可以提高生产效率，也可以确保各个平面的尺寸精度和表面质量要求。
（2）孔的加工
该箱体两侧面有四组轴承孔，尺寸精度和位置精度要求比较高，尺寸精度可以通过机床的精度来保证，但是想要保证其同轴度必须采用一次装夹加工完两端的轴承孔。但是同组轴承孔系之间的跨距较大，而且同一轴线上的孔径有大小不一的情况，在立式加工中心受到刀具和Z 向行程的限制，不能实现一次性加工两端的轴承孔。因此，采用专用夹具进行装夹，工件在夹具上定位夹紧后，先加工一面上的轴承孔和端面上各孔，然后夹具绕如图1 所示的A-A 轴线进行180°翻转到位后再进行另一面的加工，以实现一次装夹完成同一轴线上两端孔系的加工，从而保证了轴承孔系的同轴度要求。
基于上述的分析与研究，确定工艺方案如下：
工序1：划线，以B 面为基准，划线校正；
工序2：按线铣平B 面合图纸平面度要求（普通铣床）；工序3：以B 面为基准，铣箱体一侧面（卧式镗床）；
工序4：以B 面和铣过的一侧面基准，铣箱体另一侧面（卧式镗床）；
工序5：粗精加工Φ80J7、2-Φ47J7、Φ52J7 和Φ40J7、2-Φ40J7
三组轴承孔，加工3-Φ10、4-Φ14、4-M10-6H、12-M6-6H 各孔（立式加工中心、专用夹具）。
工序5 中专用夹具的设计，采用液压控制可在立式加工中心上自动翻转只要一次装夹就能对上下两面各孔的加工，保证了各孔的精度要求，不仅满足了生产需要，而且还大大提高了立式加工中心的功能和利用率。工序2、3、4 利用普通机床加工结构简单、精度要求不高的部位，使企业现有的设备得以有效利用。
4   结语
该工艺方案经过实际的生产，验证了这种工艺的正确性和可行性。该工艺方案将零件的加工内容从普通镗床和镗铣加工中心移至立式加工中心上来，简化了工艺过程，缩短了生产周期，也更好地利用了工厂自身的设备，满足生产需要，不但降低了加工成本、提高了工作效率和经济效益、保证了零件质量，而且也为此类零件的后续生产提供了技术储备。

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4 结语

该工艺方案经过实际的生产，验证了这种工艺的正确性和可行性。该工艺方案将零件的加工内容从普通镗床和镗铣加工中心移至立式加工中心上来，简化了工艺过程，缩短了生产周期，也更好地利用了工厂自身的设备，满足生产需要，不但降低了加工成本、提高了工作效率和经济效益、保证了零件质量，而且也为此类零件的后续生产提供了技术储备。

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