变速箱壳体的数控加工工艺分析

变速箱壳体的数控加工工艺分析
成都市技师学院陈本锋
摘要：变速箱壳体是数控中常见的典型箱体类零件，由于箱体类零件的槽孔较多、内曲面复杂，加工中的定位、测量等比较困难。

加工中，应本着先面后孔的原则，以变速箱箱体的输入输出轴的轴承孔和顶面两个工艺孔分别作为粗精基准，设计合理的工艺路线，选择正确的夹具刀具，减少废品率、提高加工效率。

关键词：箱体零件；数控加工；工艺分析
工艺路线是指零件加工所经过的整个路线，也就是列出工序名称的简略工艺过程。

工艺路线的拟定是制订工艺规程的重要内容，其主要任务是选择各个表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序及整个工艺过程的工序数目和工序内容。

数控加工工艺路线的设计与通用机床加工工艺路线的设计的主要区别在于它往往不是只从毛坯到成品的整个过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。

因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。

典型箱体类零件63A变速箱壳体如图1所示。

该零件材料为铝合金件，毛坯经压铸喷丸处理，硬度约HB70，质量3.5KG，总高约170毫米，大端面最大尺寸约为300毫米，小端面最大尺寸约为200毫米，小端面及周侧布满了通孔、盲孔和螺纹孔。

图1 零件实物图
基于以上产品特征因素，结合企业自身的软硬件条件，加工时使用哈斯（Haas）数控机床，其加工工艺设计如下所述。

1．零件的结构分析
该零件属于箱体类零件，工作时与另半个壳体合体，主要起支撑作用，并使各零件之间保持正确的位置关系。

加工后，对零件大小端面的平面度、位置度和同轴度要求比较高。

根据其加工类型，大批量生产应该选择自行设计的专用夹具，并且为了提高生产效率采用工序分散原则。

经过工艺分析，可以把该零件的机械加工共分五道工序完成，主要在立式加工中心（前三道工序）和卧式加工中心（后两道工序）上进行。

多数时候，为了提高数控机床的使用效率，在加工中心上加工之前，都会在普铣上先粗铣大端面，本书介绍的数控编程也是按照在普铣加工后开始设计的。

2．零件的工艺分析
根据零件的特征及加工原则，制定该零件的加工信息及顺序如表1所示。

表1 零件的加工工艺过程列表
工序项目名称操作机床具体加工内容及顺序
1 粗加工大端面立式加工中心定位、铣削大端面、钻孔
2 粗加工小端面立式加工中心粗飞小端面、钻通孔、加工螺纹底孔,、粗铣内孔
表面
3 精加工小端面
立式加工中心加工孔、加工槽、加工小端面、加工大端面
4 精加工大端面
卧式加工中心精加工圆柱加工大端面加工通孔、加盲孔、
攻螺纹、倒角
3.零件的装夹分析
装夹工件前应该把装夹工作平台和大端面吹干净，以免装上后工件因不平稳而晃动。

要求装上之后不能晃动。

如果吹干净之后，仍然装不平稳，用油石打磨大端面看是否有毛刺，或者打磨工作台（加工久了铁屑易吸附在定位销钉附近）。

如果加工后的小端面的某些孔变大了，可能是毛坯本身有缺陷，也可能是装夹时没有装平。

第2种情况出现的可能性大一些。

气压不足换刀报警，由于同时开动的机床比较多，空压机供气不足，在某机床加工的同时，如果用该机床上的气枪吹铁屑的话，有时会造成气压不足报警。

该工序一般是同时加工两件（为节省换刀时间，提高加工效率，故而同时加工两件），即在同一程序中建立两个坐标系（如用G54和G55，也可以用其他的），在工作台安装两个专用夹具，同时装夹两件工件。

程序执行时，同一把刀先加工左边，再加工右边，然后再执行换刀。

图2 夹具实物图
4．零件的编程分析
现代生产中，产品形状及质量信息往往需通过坐标测量机或直接在数控机床上测量来得到，测量运动指令也有赖于数控编程来产生。

由于刀具路径复杂，数学计算困难，因此采用的是数控编程后再人工修改的方式完成编程。

根据零件的形状特征，箱体类零件的定位方式选择一面两孔。

根据加工要素，选择铣刀、镗刀、钻头、铰刀、丝锥、倒角刀等刀具。

为方便调整及换刀，一些铣刀和镗刀都采用机械式的联接形式。

由于精度要求较高，每道工序都选择乳化液作为切削液。

我们仅以粗加工小端面的子程序为例，分析其编程指令。

O00203（粗飞小端面子程序）
T3 M06 （攻螺纹即攻丝程序，用M8的丝锥）
G00 G90 G54 X44. Y73.5 S300 M03 ；
M08
G43 H3 Z10.
G98 G84 Z-19.5 R2. F375.（G84攻螺纹，HASS系统攻丝时，
S300 M03
X39.104 Y14.747 Z-19.5 F375（HASS系统攻丝时，F值必须为转速S乘以螺距）S319 M03
X68.012 Y20.484 F398.75（前3个螺纹孔深度一样，Z-19.5）
S300 M03
X42. Y-5. Z-36.5 R-13. F375.（后3个螺纹孔深度一样，Z-36.5）
X6. Y-46.
X-62. Y-12.
G80
5．零件的刀具分析
由于刀具路径复杂，数学计算困难，因此采用的是数控编程后再人工修改的方式完成编程。

根据零件的形状特征，箱体类零件的定位方式选择一面两孔。

根据加工要素，选择铣刀、镗刀、钻头、铰刀、丝锥、倒角刀等刀具。

为方便调整及换刀，一些铣刀和镗刀都采用机械式的联接形式。

由于精度要求较高，每道工序都选择乳化液作为切削液。

6．零件的加工过程分析
加工过程中注意每次换刀的刀具是否正确，必须熟练加工工艺。

零件加工完成之后，不先取下，在工装上测量箱体上孔径的大小，若小，可再镗一次，若取下后发现小了，再次装夹后二次定位和一次定位不完全重合，定位精度达不到要求，加工孔必然会镗大或镗成椭圆。

加工时孔过大或过小，则须判断是主轴没清理干净，还是镗刀不准确。

清理主轴时，刀具也必须全部清理。

若是镗刀问题，则须调试镗刀，调镗刀一般不超过最小格的五分之一。

取下工件将另一工件装夹好加工后，应首先检查中间的圆柱尺寸是否准确，好在第一时间进行修改。

加工后容易出现大端面没有飞到，则需将尺寸再飞一刀，若Φ14的孔内壁有黑皮，工件可能就废了，原因是毛坯因运输或搬卸碰撞变形。

此时，测量大端面最大尺寸，往往会发现尺寸超出2-3毫米。

每次加工第一件时，一定要将工件装到有装配要求的模型检测，再看工件的平面度是否在公差范围内，还要测量外壁到中心圆柱的距离。

图3 加工现场图
攻丝是否攻烂，孔的大小，攻丝的大小。

在攻丝过程中曾经出现批量报废的
情况，原因之一是丝锥断了，从外面看不出问题，检测时如果不把螺纹环规（专
用检具）的通端全部旋进去也检查不出问题。

在出厂前的最终检查时才发现该班
次所有的内螺纹只加工了一半，没有加工到底，需要返工。

原因之二，孔口部烂
牙，可能是丝锥坏掉应及时更换。

精打毛刺，因该零件毛坯为压铸的铝件，打毛刺时，不适合用锉刀（容易起
毛边），一般用钢锯没有锯齿的一侧在砂轮是磨刃后打毛刺。

打毛刺的方法也很
重要。

先从下往上打，再从上往下打，钢锯倾斜一定的角度。

7.产品的检测与质量分析
由于零件的结构复杂且待测量项目多，需要用到很多通用、专用甚至是三坐
标测量仪等高精度测量仪器，表2以工序3为例罗列了63A壳体小端面精加工尺
寸18个被测量项目的详细清单。

表2 小端面精加工尺寸被测项目清单
产品检测项目表
产品名称：63A壳体工序3：小端面精加工尺寸
序号检测内容测量工具备注
1 Φ58.+0.019（深度：32.-0.1）内径千分表倒角：C1.5X30°
3 Φ47.+0.019（深度：34.85+0.1）内径千分表倒角：C1.5X30°
4 Φ35.+0.025（深度：44±0.1）内径千分表倒角：C1.5X30°
5 Φ20.+0.02（深度：30.+0.5）塞规C1X45°（塞规通端自重下滑
6 Φ13.+0.032/+0.059（深度：54.4±0.1）塞规C1X45°（塞规通端自重下滑
7 Φ10.+0.012（深度：10.+0.1）塞规C1X45°（塞规通端自重下滑
8 8-M8*1.25（深度：24）螺纹塞规端面牙孔全通，倒角：C1X45°
9 3-M8*1.25（深度：16）螺纹塞规
10 3-M8*1.25（深度：16）螺纹塞规
11 3*16-0.1 深度尺
12 22.+0.052（7+0.08/0.17）塞规倒角与坯件边缘顺接
13 3*54.4 深度尺（U-U旋转）
14 Φ9.±0.1（深度：全通）塞规
15 □0.05塞尺
16 ∥0.08 C高度百分表
17 1-7项光洁度：√
18 所有位置尺寸三坐标抽检
不管哪个尺寸出了问题，自己补救不了的请教师傅。

很多情况下，尺寸超差不严重时还有很多补救措施。

操作者应该在完成加工任务的基础上，改进加工的工艺，以期缩短加工时间，提高生产效率。

参考文献：
[1]李隆威.浅谈机械加工[J]商情，2013年12期
[2]张仲均、徐小明.谈数控车削加工零件的基本技术要求[J]新校园（理论版），2011年12。