车铣复合加工技术在差速器壳体加工中的应用

刘红霞 王裕喆

（中国一拖集团有限公司第三装配厂，河南 洛阳 471004）

1 概述

随着新技术、新工艺的不断发展，以工序集中原则为基础，提升车削和铣削综合加工能力的车铣复合加工工艺被广泛应用到医疗、航空、汽车加工领域，通过加工中心和数控车床两种高端技术的完美融合，能够实现在一台设备上完成不同工序或车、铣、钻等不同工艺方法的加工，减少零件装夹次数，提高加工精度，同时可以缩短加工路线，减少占地面积，提高生产效率。

差速器是拖拉机行走系的重要组成部件，其作用是使左、右驱动轮能以不同的速度旋转，以获得良好的转向性能，产品图纸对差速器壳体内球面、行星轴孔、锁销孔、半轴孔和轴承颈的加工精度要求非常高，其中行星轴孔与半轴孔轴线的重合度为0.03mm；内球面相对于行星轴孔和半轴孔的位置度为φ0.04mm。按照传统工艺方法，差速器壳体主要采用车床、钻床、镗床分工序多工种交叉加工完成。加工过程中，零件多次装夹，定位和加工累积误差大，一些尺寸关联精度高的加工内容很难达到图纸要求。因此学习和应用车铣复合加工技术解决差速器生产中的质量问题，进一步满足用户对产品品质提升的要求已经迫在眉睫。

2 差速器壳体结构工艺性分析和设备的选型

差速器壳体材质为球墨铸铁QT500-7，回转体零件，其重要加工内容内球面、行星轴孔、半轴孔和锁销孔分布于零件的圆周及两端，且相互贯穿，无法实现一次装夹完成全序加工。针对加工中存在的工艺难点，我们在车铣复合设备选型和工艺方案设计时统一进行了分析，具体如下：

2.1 车铣复合加工中心标准配备刀具主轴，可用于零件的车削加工，但刀具主轴用于车削时精度及刚性较差，很难保证差速器壳体轴承孔、轴承颈等车、镗加工内容的IT6级精度要求。因此设备增加星形下刀塔配置，刀塔刚性好且专用于车削加工，能够有效保证差速器壳体车削部位的高精度要求。

2.2 差速器壳体加工内容既有车削内容，又有铣削内容，分散于零件的圆周及两端方向，车铣复合加工中心集合了车削及铣削功能，可以实现在一次装夹下完成零件的车削及铣削内容。但由于车铣设备的基本结构仍为车床结构，零件加工时用于装夹的部位及相应的干涉部位无法进行加工，需要掉头装夹零件才能完成所有已确定加工内容的加工。因此设备增加配置双主轴结构，通过副主轴自动抓取零件实现差速器壳体的掉头加工，实现一次装夹完成所有加工内容，确保了各加工内容之间的位置关系。

2.3 差速器壳体内球面加工尺寸大，在普通数控车床上只能实现两轴联动，刀具无法自动移动至加工位置，且内球面位置精度要求高。车铣复合加工中心在标准配置下无法实现差速器壳体内球面的加工，但通过增配刀具主轴0.0001°分度功能并使用特殊设计的“香蕉刀具”，运用B轴、X轴和Z轴三轴联动插补功能以弧线路径进入零件内腔，完成内球面内容的加工。内球面的粗、精加工分别由两把“香蕉刀具”完成，实现了粗精加工分开，有效地保证了内球面的位置精度及表面粗糙度。

2.4 差速器壳体行星轴孔分布在差速器壳体的外圆表面，相互之间位置度要求高，加工很难保证，需要车铣复合加工中心刀具主轴安装合适刀具对其进行加工。但标准配置的车铣复合加工中心无法对零件进行精确的角向分度，难以确保各行星齿轮轴孔之间的位置度。因此设备第一主轴增配C轴0.0001°分度功能，实现了零件回转的精确定位，确保了差速器壳体行星轴孔之间位置度要求。

2.5 锁销孔属于高精度细长孔，很难保证其出口处位置精度。为了有效提高锁销孔的位置精度，我们在设备上增加了70bar主轴贯通冷却系统，通过使用整体内冷硬质合金刀具完成锁销孔的加工，有效地保证了锁销孔的位置精度，提高了零件加工效率。

2.6 其它方面：为了提高车铣复合加工中心的加工精度和效率，在资金允许的情况下，也可根据现场作业情况考虑增加冷却液冷却系统和自动门等，控制冷却液温度，保证机床精度稳定，降低工人劳动强度。

3 差速器壳体加工工艺过程确定

根据差速器壳体加工内容和精度要求，同时综合考虑毛坯质量状况、零件加工节拍和加工成本等，我们将此零件一般尺寸、重要尺寸的粗半精加工工序和车铣工序的定位基准安排在车床、钻床等通用机床加工；同时重点选取内球面、行星轴孔、半轴孔等关联精度高的加工内容在车铣复合加工中心上加工，车铣工序加工工艺过程如下：

3.1 人工将零件装到车铣复合加工中心第二主轴上，以通用机床加工出的外圆、端面和一销孔定位，三爪自定心卡盘夹紧工件，车差速器壳体小端各外圆及端面。

3.2 通过机床双主轴自动交换功能，自动将工件由第二主轴送至第一主轴，以第二主轴精加工过的外圆、端面定位，专用车床夹具夹紧工件，车差速器壳体内球面、精车内端面及钻镗行星轴孔等。

3.3 第一主轴加工内容完成后，机床自动将工件送至第一主轴，人工将零件拆下，到此整个加工循环结束，进入下一循环。

4 工装设计及刀具选型

4.1 第一主轴选用反向拉紧式15寸卡盘，设计专用端面定位套筒，套筒上加工有3道通向主轴内孔的气路，装夹零件时，卡爪夹紧差速器小端轴承外径向后拉至大盘背面端面和套筒贴平，此时套筒端面的气孔被零件堵住，机床左侧的压力表监测气路压力在规定范围内，从而有效监测零件是否安装到位。

4.2 第二主轴选用普通15寸卡盘，卡爪为软爪，卡盘端面加装定位销，实现了差速器壳体在车铣复合上的径向定位。

4.3 刀具主轴顶部增加了专用工装，在第二主轴上装夹工件时，刀具主轴转至-90°位置后Z向移动至专用工装顶紧工件（机床上设定有压力），保证工件安装到位。

4.4 差速器内球面加工选用“香蕉刀”，通过刀具主轴X/Z/B三轴联动实现刀具的自动进给，然后分粗、精两刀完成球窝的加工。刀具切削用量：粗加工s=409r/min，f=0.25mm/r，v=200mm/min；精加工 s=491r/min，f=0.1mm/r，v=240mm/min。

4.5 行星轴孔在毛坯未进行预铸，加工中为提高加工效率，选用高效φ28U钻，φ29.6半精镗刀和φ30精镗刀，通过刀具主轴旋转180°完成两侧行星轴孔的掉头镗。

4.6 锁销孔为深孔，加工过程中刀具容易引偏。在选用刀具时，充分利用机床刀具主轴贯通冷却功能，采用内冷硬质合金钻头，使主轴7MPa的冷却液能将加工中产生的铁屑热量迅速带走，通过钻导向孔，钻深孔有效保证了孔的位置度要求。

结语

通过在差速器壳体加工中运用车铣复合加工工艺，实现了车、钻、镗工序内容的集中加工，使差速器壳体的工艺难题得以解决，差速器壳体内球面、行星轴孔、半轴孔及锁销孔的加工质量稳定可靠，生产效率大幅提高。同时，针对差速器壳体的重点、难点，创新地采用了先进的“香蕉”刀具工艺方案，并使用专门设计的拉紧式夹具和气密检测装置解决了差速器壳体的夹紧问题，充分发挥了先进工装在差速器壳体加工过程中起到的积极作用，具有广泛的推广应用前景。

[1]王先逵.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]陈宏钧.机械加工工艺设计员手册[M].北京：机械工业出版社，2009.