減速機端蓋的加工工藝研究

陳祥林 郭秀華

(①蘇州市職業大學機電工程學院，江蘇 蘇州215104;②蘇州經貿職業技術學院機電系，江蘇蘇州215009)

減速機廣泛應用于起重運輸、工程機械、冶金、礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業部門。減速機端蓋的作用是支承轉子組件，轉子組件安裝于定子組件內，同時要求定轉子之間的氣隙、軸向間隙在規定范圍內才能穩定可靠地工作。因此減速機端蓋是保證定轉子之間同軸度、氣隙均勻度和軸向間隙的關鍵零件之一。

很多減速機是利用前端蓋進行定位安裝，因此前端蓋形式較多，有圓盤形、碗形、方形、棱形、三角形等。圖1 為某公司帶逆止器的減速機端蓋零件圖，該產品屬于小批量生產。從圖中可以看出，一般尺寸的精度要求不高，唯有兩點難以保證:(1)以Φ130 mm 圓為基準，保證Φ125 mm 圓的同軸度在0.02 mm 以內;(2)端蓋正反兩個面相對于基準A 的圓跳動為0.02 mm。首批加工該產品的設備是采用立式加工中心，加工后采用三坐標測量儀進行檢測，假定Φ125 mm與Φ130 mm 同軸度為X，端蓋正面相對于基準A 的圓跳動為y1，反面相對于基準A 的圓跳動為y2，幾組試樣檢測結果如表1 所示，檢測數據顯示端蓋達不到圖紙規定的精度要求，而且加工該工件耗時約2.5 h，效率極低。本文通過對機床、夾具、刀具等方面進行分析與研究，提出了解決該問題的有效辦法。

表1 減速機端蓋同軸度、圓跳動檢測記錄表(單位/mm)

1 端蓋的原加工工藝分析

該端蓋毛坯選用厚度為35 mm 的Q235A(普通碳素結構鋼)板材，鋸割成325 mm×185 mm×35 mm 的長方體后在立式銑削加工中心上完成。其加工工序如表2 所示，首先加工圖1 所示的反面，選用機用平口鉗裝夾毛坯側面，毛坯高出鉗口30 mm，利用面銑刀銑削端蓋反面，立銑刀銑削Φ115 mm、Φ130 mm、Φ95 mm圓到位，再選用鉆頭、絲錐完成鉆孔和攻絲的加工工序，最后選用立銑刀完成端蓋外輪廓的加工。在此過程中，Φ115 mm 和Φ130 mm 的圓孔是通過一次裝夾完成，兩者的同軸度基本一致。

表2 端蓋原加工工序

加工端蓋正面利用了一個如圖2 所示的夾具，夾具利用壓板安裝于加工中心工作臺后，采用立銑刀銑出其上表面用于定位的圓柱，一方面保證夾具上表面的水平，另一方面保證圓柱銷的定位精度。圖2 中的定位圓柱與端蓋中已加工好的Φ115 mm 圓孔配合，定位半圓柱用于端蓋側面定位，再用3 個螺釘從下方穿過夾具鎖緊孔，與端蓋已加工好的M10 螺紋鎖緊，完成端蓋正面的后續加工任務。

2 影響因素分析

通過對原加工工序及檢測數據分析，可以排除加工設備和刀具的影響，而推斷出夾具的結構存在問題，由二次裝夾引起重復定位精度達不到要求。

在端蓋加工完反面后，翻轉端蓋加工正面時采用了Φ115 mm 圓孔來定位(Φ130 mm 與Φ115 mm 圓孔同軸度一致性高)，實際生產中為了提高加工效率，方便裝夾，端蓋的Φ115 mm 圓孔與夾具的定位圓柱采用了間隙配合，而間隙的大小則決定了同軸度的大小。

如圖3 所示，假設夾具上定位圓柱與端蓋中Φ115 mm圓孔存在的間隙為ΔX，加工中心完成Φ125 mm圓加工時，是以定位圓柱為基準，則Φ125 mm 圓與定位圓柱的同軸度一致，這樣造成了Φ125 mm 與Φ115 mm 同軸度超差，間接導致了Φ130 mm 同軸度超差。

另外，由于毛坯采用的是板材，在反面加工過程中用平口鉗夾緊時，將導致毛坯發生微小變形;正面加工時，端蓋反面通過貼緊夾具的表面定位，則夾具表面及端蓋反面加工的質量、螺釘的鎖緊變形是造成端面圓跳動超差的主要原因。

3 解決方法

3.1 端蓋新加工工藝

根據以上分析，超差的主要原因是由二次裝夾引起，為了解決同軸度和圓跳動超差問題，制定了新的加工工藝，首先從設備上，由原來加工中心獨立完成，改為利用數控車床和加工中心配合完成，毛坯選用32 mm厚的Q235A 板材，利用數控等離子火焰切割機床直接割出外形和Φ105 mm 內圓孔，外形留5 mm 余量。車床加工部分工序步驟如表3 所示，加工中心完成鉆孔等后續工作。

表3 端蓋新加工工序(車床加工部分)

在端蓋新加工工藝中，采用四爪單動卡盤夾持毛坯，四爪單動卡盤用四個絲杠分別帶動四爪，沒有自動定心的作用，但可以通過調整四爪位置，裝夾各種矩形的、不規則的工件，每個卡爪都可單獨調節。主要加工步驟如下:

(1)利用四爪卡盤裝夾毛坯，打表找出Φ105 mm圓的粗略中心，精度要求不高，只要保證外輪廓加工出來，而且只需打表一次，再次裝夾毛坯到當前位置。

(2)用端面刀車削端蓋反面，鏜孔刀鏜削Φ115 mm和Φ130 mm 兩個圓孔。

(3)拆除工件，安裝到三爪卡盤的數控車床上，此處使用軟爪裝夾Φ115 mm 圓內孔。

(4)利用端面刀車削端蓋正面，再用外圓刀完成Φ125 mm 外輪廓加工。

(5)利用加工中心完成鉆孔、攻絲等后續工作。

3.2 加工注意事項

(1)三爪卡盤使用久了，隨著卡盤的磨損三爪會出現喇叭口狀，三爪也會慢慢偏離車床主軸中心，造成加工工件的形位公差增大。此處使用軟爪并采用圓環預先夾緊的方式，消除間隙造成的誤差，在軟爪受壓的情形下車削出軸向定位面和徑向定位圓弧面，重新安裝工件后，在幾乎同樣大小的卡盤鎖緊力下，三個軟爪組成的定位面保證了圓跳動和同軸度。

(2)端蓋質心不在卡盤中心，機床高速旋轉產生離心慣性力通過軸承作用到機床上，引起振動和噪音，會加速軸承磨損，必須對端蓋進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或使產生的機械振動幅度減小至允許的范圍內。為此，三爪卡盤的軟爪結構做了一下修正，在其中一個軟爪上增加配重塊，其平衡原理如圖4所示，配重塊重量為G1，質心距離卡盤回轉中心為L1，工件重量G2，質心距離卡盤回轉中心為L2，使滿足公式:

如圖5 所示，圖中正上方的軟爪，質量大于其他兩個軟爪，其目的就是將卡盤的質量分布不均衡程度減小到允許的范圍內，消除掉安全隱患，同時提高主軸轉速和切削速度，加工效率也得以提高。

4 工藝對比分析

端蓋加工新工藝靈活應用工序集中與分散相結合的方法，與原加工工藝相比主要區別有以下幾點:

(1)在原工藝中采用加工中心獨立完成，而新加工工藝則使用數控車床與加工中心配合完成。在生產實際中，一般批量生產零件時，趨向于采用高效、專用機床，使工序相對集中;但在某些復雜零件生產中，適當采用工序分散，也會凸顯出其加工優勢，這需要工藝人員根據經驗做出正確選擇。

(2)新加工工藝使工件加工時間縮短到1 h，效率提高了60%，產能得到了顯著提高，降低了生產成本。一方面是因為新夾具裝夾工件簡單快捷，縮短了人工裝夾時間;另一方面，車削是連續切削，銑削是斷續切削，車削去除材料的速度高于銑削速度，且車削工件表面粗糙度和加工精度均高于銑削工件。

(3)新加工工藝在使用加工中心基礎上，額外使用兩臺數控車床，對設備的多樣性提高了要求，且增加了一個夾具，但夾具結構簡單，易于加工、安裝。相對于批量加工，成本投入并不大。在軟爪受壓的情形下車削出軸向定位面和徑向定位圓弧面，保證了毛坯安裝的定位精度，經過三坐標機床檢測，合格率超過98%，大大提高了產品的合格率。

5 結語

加工工藝在生產中占有極其重要的地位，根據減速機端蓋的結構，重新制訂了合理的加工工藝，不但使端蓋精度得以保證，同時使加工效率得到了極大的提高，縮短了產品生產周期，產能得以顯著提高，協助該企業取得較大的經濟效益，完成了既定的生產目標，在同類零件加工中具有一定的參考意義和推廣價值。

［1］房長興，羅和平，高志永，等.發動機缸體加工工藝研究［J］.機械設計與制造，2013(3):262 -264.

［2］趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊［M］.上海:上海科學技術出版社，2000.

［3］吳敬，張樹偉.連桿零件加工工藝分析及鉆孔夾具設計［J］.機床與液壓，2013(6):131 -132.

［4］宋衛國，李占鋒.一種薄壁叉架零件的數控加工工藝研究［J］.機床與液壓，2012(2):47 -48.

［5］王光斗，王春福.機床夾具設計手冊［M］.3 版.上海:上海科學技術出版社，2001.