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复合加工技术提高制造设备潜能
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复合加工技术的优势不仅体现在复合刀具上,采用具有复合结构的机床,可以简化加工工序、提高加工效率,大大提高设备的生产潜能。

变速器作为汽车传动系统中的关键部件,其加工质量将直接影响到汽车的动力性能和稳定性能。南京依维柯汽车有限公司变速箱分公司在生产制造过程中,恰当地应用复合加工技术,发挥制造设备的潜能,达到了很好的效果。

轴类零件的车加工

变速箱Ⅰ轴(图1)的车削加工过程中,工件部分外圆和孔具有较高的同轴度要求和一定的尺寸精度要求。在传统的加工方式中,通常先以两端中心孔定位,车B处外圆;夹持B处外圆,加工右端内孔和外台阶;以两端中心孔定位,加工所有外圆端面和沟槽。这种加工方式中工件需要重复装夹,必定会产生加工定位误差,因此,很难保证被加工工件的精度。

 

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经过对工艺流程的仔细分析和判断,我厂采用了高性能的数控车床(图2)。在该机床上,工件只需装夹一次,便可完成Ⅰ轴所有内、外表面的加工,不仅提高了加工效率,同时也提高了加工精度。

 

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该机床具有上、下两个刀塔和刀具驱动装置,可配置动力刀具。其下刀塔备有中心架和零件托架,主轴配有双活塞拉式夹紧液压缸和带端面驱动的液压夹盘。

变速箱Ⅰ轴经过铸造和锻造后,首先进行两端面的铣削,并钻中心孔(图1a)。车削加工时,将工件毛坯放在机床下刀塔的零件托架上,由机床自动选择工件的夹持方式,进行加工。

整个加工循环过程和夹持方式是:

1、用顶针以Ⅰ轴两端中心孔定位,主轴夹盘的端面驱动爪夹持工件左端面,车削外圆面A(图1b)。

2、左端夹持外圆面A,顶针顶紧右端中心孔,车削外圆面B(图1b)。

3、夹持外圆面A,并用中心架夹持外圆面B,右端尾架退出,车削Ⅰ轴内表面、切内槽、钻中心孔等。


4、由于外圆面A和B因夹具夹紧而造成表面质量下降,因此,此工序重车该两处表面,依然采用顶针顶紧两端面中心孔的夹持方式,但不同的是,此时右端面的中心孔已变为内端面中心孔。

盘类零件的车削加工

如图3所示,齿坯的内孔及两侧端面是后道工序齿加工用的工艺基准面,要求有较好的尺寸精度和垂直度、平行度。在齿坯的车削加工中,我厂通过采用一台具有副主轴结构的数控车床(图4),实现了人工一次装夹,完成全部车削加工内容。该机床与其他形式的双主轴机床相比,工件在主轴之间的转换交接不需要机械手来完成,只需在主轴上安装好工件毛坯,即可在副主轴上取下加工好的工件。

 

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如图4所示,其加工循环和夹持方式是:

1、把工件毛坯放入左端主轴夹盘。

2、主轴夹盘夹紧工件左端外圆,机床完成工件右侧台阶外圆、端面和孔的车削加工。

3、右端的副主轴自动前移,从右端夹持工件内孔,主轴夹盘松开,副主轴退后。

4、副主轴夹持工件内孔,车削工件左侧端面和外圆。

磨削加工

如图5所示,齿轮在经过热处理后,需要进行外锥面、两侧内端面和内孔的磨削加工。传统的加工方式是:先以外齿定位,磨削内孔、右侧端面;以孔定位磨削外锥面,磨削左侧端面。经过工艺分析,我厂最终选用的高性能数控磨床(图6),仅需一次装夹,即可完成所有的加工内容。该机床有一个外圆磨头和一个内圆磨头,而且内圆磨头可以进行端面磨削加工。加工时,用节圆夹具夹持工件外齿,采用端面定位;磨削内圆的砂轮具有特殊的形状,既可磨削内孔又可磨削两侧端面,如图7所示。由于在一次进给中完成了内、外圆和端面的加工,避免了因定位基准不同而引起的尺寸和形位误差。

 

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    变速箱壳体加工

图8所示变速箱壳体,采用铝合金压铸方式制造,除底面外,四周及顶部都包含有加工面,且关联尺寸和形位误差要求都较高,如:前、后两面的平行度;后面上孔相对于前面上孔的位置度;顶面孔及左右面相对于前、后面上孔的位置度等。经过对加工内容的仔细分析和工艺安排,我厂选用了主轴具有立、卧转换功能的加工中心(图9),该设备可实现刀具的自动更换。工件装夹后,主轴处于卧式状态,依靠旋转工作台加工前、后、左、右四个面上的所有内容,随后主轴转换为立式,加工顶面内容,从而实现了在一次装夹中,完成所有铣、钻、扩、锪、攻螺纹等加工内容。在该加工设备上完成箱体的加工,避免了分工序加工产生的重复定位误差,可靠地保证了产品的加工精度。

 

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在加工过程中,为了准确实现工艺目的,除要求机床主轴具有立、卧转换功能外,还要求变速箱壳体毛坯必须设计有合理的供工艺定位和夹持的工艺孔以及工艺凸台,同时采用的夹具必须在夹持工件后,不干涉刀具系统的正常运行。


结语

复合加工是在一次装夹工件中完成大部分或是全部加工工序的加工技术。在零部件结构逐渐复杂化的条件下,其应用实现了减少机床和夹具,免去工序间的搬运和储存,提高工件加工精度,缩短加工周期和节约作业面积的目的。

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