差速器殼體球面的車削加工工藝和刀具設(shè)計

　　差速器殼體是一拖公司生產(chǎn)的意大利FIAT引進(jìn)產(chǎn)品和30～40馬力小輪拖拉機(jī)的重要部件之一，工件材質(zhì)為球墨鑄鐵。產(chǎn)品尺寸公差要求：上偏差為+0.25mm，下偏差為0，相對于基準(zhǔn)的位置度公差為f0.03mm;表面粗糙度要求為Ra1.6µm。

　　差速器殼體內(nèi)球面的加工難度較高。根據(jù)差速器使用性能要求，為保證殼體尺寸及位置度的加工精度，設(shè)計了采用鑲齒結(jié)構(gòu)的內(nèi)球面锪鉆及其輔具(锪內(nèi)球面定程刀桿裝置)。但是，球面锪鉆的制造及刃磨難度較大，且刀具磨損后對刀齒每進(jìn)行一次刃磨，刀齒上各點(diǎn)與被加工面上對應(yīng)點(diǎn)的位置關(guān)系都要發(fā)生變化，從而直接影響內(nèi)球面加工質(zhì)量，由于球面锪鉆刃磨后加工零件的位置度誤差常常大于f0.2mm，因此難以完全滿足加工要求。

　　此外，锪內(nèi)球面加工方法對夾具要求較高，需要配置定程裝置來控制刀具進(jìn)給，從而使夾具的設(shè)計、制造復(fù)雜化。為解決這一問題，我們根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)對工藝方案進(jìn)行了反復(fù)研究，決定采用在S1-325數(shù)控機(jī)床上用差補(bǔ)車削方法替代锪內(nèi)球面加工方法來實現(xiàn)差速器殼體內(nèi)球面的加工，并設(shè)計了專用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀。

　　1 刀具設(shè)計思路與特點(diǎn) 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀是將具有合理幾何形狀和切削刃的成品可轉(zhuǎn)位刀片通過機(jī)械夾固方法裝配在刀桿上，當(dāng)一條切削刃工加磨損至不能再用時，可通過轉(zhuǎn)位迅速更換新的切削刃。

　　采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀進(jìn)行加工具有以下特點(diǎn)：刀具幾何參數(shù)和切削性能穩(wěn)定，定位精度和重復(fù)精度較高，可保證刀尖位置變化在工件精度允許范圍內(nèi)以及加工精度的一致性。刀片夾緊可靠，在切削力沖擊、振動及切削熱作用下不易松動。刀具壽命長，無需刃磨，操作簡便，可縮短停機(jī)換刀等輔助工時。刀桿轉(zhuǎn)位方便、快捷，并可反復(fù)使用，使用壽命長，可減少庫存量，簡化刀具管理。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀設(shè)計前角g=-4°，刃傾角l=-4°，切削刃具有足夠強(qiáng)度，可承受較大切削力沖擊，避免刀尖崩刃。可轉(zhuǎn)位車刀片選用菱形國標(biāo)通用刀片，可保證切削過程中自動卷屑及曲線加工的平穩(wěn)性，且易于實現(xiàn)刀具標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，適合自動化生產(chǎn)中的仿形車削。

　　刀具采用螺銷壓緊式結(jié)構(gòu)，螺釘通過刀片沉孔夾緊刀片，結(jié)構(gòu)簡單，零件少，定位精度高，刀刃轉(zhuǎn)位重復(fù)精度高，容屑空間大。根據(jù)被加工材料特點(diǎn)，并考慮切削過程中刀刃的磨損，采用TiC+Al2O3+TiN復(fù)合涂層刀片。

　　這種刀片可減小切屑與刀具的摩擦，在切削高溫下仍可保持高硬度及良好的抗氧化性，從而可提高刀片使用壽命，降低零件表面粗糙度。此外，采用我公司研制的熱處理新工藝在TiC基硬質(zhì)合金中添加TiN，可顯著提高刀片的導(dǎo)熱性和抗崩刃性，在微量切削及表面精度要求較高的切削加工中可充分發(fā)揮TiC基硬質(zhì)合金的性能優(yōu)勢。

　　2 刀具設(shè)計方法 需加工的差速器殼體內(nèi)球面尺寸分別為S=f138.5mm、f124mm、f161mm。工件材料：球墨鑄鐵GH45-33-15(芯部硬度HB150～190)。加工精度要求：相對于基準(zhǔn)的位置度公差為f0.03mm，表面粗糙度Ra1.6µm。

　　切削用量：切削速度vc=2m/s，進(jìn)給量f=0.4mm/r，切削深度ap=3mm。加工機(jī)床：S1-325型數(shù)控機(jī)床。刀具設(shè)計步驟如下：根據(jù)被加工零件材質(zhì)及加工要求，刀片材料選用YG6硬質(zhì)合金基體的新型復(fù)合涂層(TiC+Al2O3+TiN)刀片。根據(jù)被加工零件特點(diǎn)及切削參數(shù)，刀片緊固形式設(shè)計為螺銷壓孔式結(jié)構(gòu)。可轉(zhuǎn)位刀片型式選用菱形國標(biāo)通用刀片，刀尖角為55°，法向后角為7°，單面有V型斷屑槽，刀片厚度S=3.97，刀尖圓角半徑re=0.4±0.1mm;根據(jù)加工精度要求，刀片精度選用M級。確定可轉(zhuǎn)位刀片型號為DCMT11T304-V1。刀片切削刃長度 Sa=ap/sinkrcosl=3/sin62.5°cos-4°=3.39mm;粗車時應(yīng)滿足切削刃長度L≥1.5Sa=5.086mm，所選刀片的主切削刃邊長L≈11.6mm，可滿足切削要求。

　　機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀刀頭車刀刀桿槽的幾何角度設(shè)計已知參數(shù)：刀片法向后角anb=7°，刀片刃傾角lsb=0°;車刀的獨(dú)立角度kr=62.5°，ls=4°，預(yù)選后角ao=4°;刀桿槽主偏角krg=kr=62.5°，刀桿槽刃傾角lsg=ls=-4°。則刀桿槽前角gog可按下式計算：tangog=(tananb-a0/cosls)/1+tananbtanao/cosls)coslsg=0.052364957可得aog=2.9975528°，取aog=3°。驗算車刀后角ao：arctan(tananb-tanaogcoslsg)cosls/(1+tananbgogcoslsg)=0.06992572可得ao=3.99°，與預(yù)選后角ao=4°接近，表明預(yù)選后角值合理。

　　確定可轉(zhuǎn)位車刀刀桿與刀夾聯(lián)結(jié)方式：根據(jù)機(jī)床型號及中心高，為增加刀桿強(qiáng)度，刀桿截面尺寸設(shè)計為不等截面，裝刀刀夾與刀桿通過楔面自鎖聯(lián)結(jié)，可使刀具裝卸快捷、準(zhǔn)確、可靠。設(shè)計的機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀刀頭如圖2所示。采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車削方法替代原球面锪鉆加工方法后，不需制造專用夾具，在數(shù)控機(jī)床上一次裝夾即可完成差速器殼體內(nèi)球面的加工。由于減少了換刀等輔助工時，提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率，刀具無需刃磨，耐用度提高，使生產(chǎn)效率提高2倍，刀具成本降低75%。由于避免了原加工方法因刀具重磨帶來的加工誤差，產(chǎn)品質(zhì)量也得到有效保證。