提高装载机变速箱箱体的加工质量

孙喜兵

【摘 要】本文针对变速箱体大平面的加工，通过研究图纸和机械方面的有关知识，通过选择合理的刀具与加工工艺，合理的装夹方法，在保证加工质量的条件下，寻找提高生产效率的工艺改进方法。

【关键词】薄壁箱体；振动；铣削；工件装夹

1 问题的提出

箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。

常见的箱体类零件有：机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体、发动机缸体和机座等。根据箱体零件的结构形式不同，可分为整体式箱体，分离式箱体等。箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大。

一般来说，箱体零件其加工主要是平面和孔。对箱体类零件的技术要求分析，应针对平面和孔的技术要求进行分析。铣床上承担的是平面加工。箱体零件的设计基准一般为平面，所以，应有较高的平面度和较小的表面粗糙度值，否则，直接影响箱体加工时的定位精度，影响箱体与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。

一般箱体主要平面的平面度在0.1～0.03mm，表面粗糙度Ra2.5～0.63μm，各主要平面对装配基准面垂直度为0.1/300。薄壁类零件在加工过程中，影响工件加工质量的因素很多，如刀具和工件间的相对振动、切削中工件的受力变形和切削后工件的弹塑性变形、工件装夹等；且由于铣削产生的热量较高，切削热也会导致工件易变形。

装载机变速箱（如图1）特点是：箱体体积较大，长为900mm，宽为460mm；零件最薄处仅10mm，是薄壁类结构，加工时易变形。箱体与箱盖的结合面的平面度<=0.08mm，垂直度<=0.10mm ，表面粗糙度为3.2μm。我们知道，变速箱是装载机的心脏，而变速箱箱体又是心脏的关键零件，如果其表面的加工质量达不到要求，变速箱就会漏油，严重的还会使变速箱失效；再说我所加工箱体的这个平面，还是后道工序，精镗变速箱箱体孔的加工精基准，因此还影响到整个箱体的质量，所以是非常关键的一道工序。

装载机变速箱箱体的材质为HT250。最初加工时，由于该零件属于薄壁类，而且加工高度较高（高度460mm）刚性不好，轻者很容易使箱体结合面产生震动纹路，严重时使加工表面变形等，甚至零件报废（如图2）。

一般铣削平面采用可转位面铣刀，因为这类铣刀是用机械夹固的方式把硬质合金刀片安装在刀体上，因而保持了刀片的原有性能。刀刃磨损后，可将刀片转过一个位置继续使用。这种刀具节省了材料，节省了刃磨时间，提高了生产效率。但经过实际使用后发现有以下问题：

1）由于铣削力较大，机夹式面铣刀的刀片易松动，甚至脱落，使刀片的刀尖吃进（即啃刀现象）所加工的箱体结合面上，形成一个坑，而使工件报废。

2）箱体的加工表面粗糙度较大、而且其平面度也容易超差。

3）使用传统加工，生产效率较低。

2 问题的解决

针对以上几种问题，采用以下对策：

2.1 选择铣刀刀片

一般可转位面铣刀刀片为方形刀片，偏角为90°，参与切削的刀刃长，切削阻力大，使得刀片不容易夹紧。为适当的减小刀片受到的切削阻力，使刀片夹紧更加可靠，我选用了偏角为82°刀片（近似于菱形刀片），使得在后来的加工中，未出现铣刀片松动的现象。当然这种刀片也有不利的一面，就是加工零件的表面粗糙度要比前面的方形刀片要差些，为保证加工平面的粗糙度要求，我还是使用方形刮光刀片，而在刀片的定位块上装一个调节螺栓，用来增加刮光刀片的刚性。现在的正式生产中已经普遍采用了以上办法，加工了上万件箱体，从没有因为刀片松动产生报废的问题发生，保证了产品的加工质量。

2.2 装夹方法的选择

装夹工件要满足以下基本要求：1）夹紧力不应破坏工件定位时所处的正确位置；2）夹紧力大小应能保证加工过程中工件位置不发生变化；3）夹紧机构应具有操作方便、体积小和安全的优点，并且有足够的强度和刚度。该零件属于薄壁类箱体零件，按照装夹工件的基本要求我首先采用了传统装夹方法，就用两只螺栓压紧在箱体两孔的部位，但在加工过程中出现以下问题：1）加工表面振动痕迹明显；2）装夹后工件变形较大；3）有明显的拖刀痕迹；4）加工效率很低，加工一件要1.5小时，见图3所示。

为此，经与车间工人讨论，结合加工生产中的实践知识，改进了装夹方法，在原有两点压紧的基础上，采用了上顶下撑的多点辅助支撑，减少振动。见图4所示。

通过改进装夹，保证了零件在加工过程的可靠性，提高了生产效率，每件箱体的加工时间减少到45分鐘。在进行上述改进的基础上，我们还对加工方法进行了改进，将原来的二次翻身加工，改为三次翻身。虽然好像看起来多一次翻身，降低了生产效率，但这样保证了铣削工件结合面时，定位可靠，稳定地达到设计要求，彻底避免了因达不到平面度和粗糙度要求而返工的现象。

3 总结

作为装载设备心脏零件的变速箱箱体，虽然因设计需要其加工工艺性不是很好，加工极容易产生振动，但我们利用夹具及加工工艺理论知识，结合多年积累的实际加工经验，从分析零件加工特性着手，改进了铣刀，优化了切削参数，完善了零件的装夹，细化了加工步骤，从而既快又好地完成了这类零件的加工任务。

【参考文献】

[1]铣工（技师 高级技师）[M].机械工业出版社出版，2008，1.

[2]吴国梁，主编.铣工实用技术手册[S].江苏科学技术出版社出版，2009，6.

[责任编辑：田吉捷]