减速机端盖的加工工艺研究，同类工件加工中具有一定的参考意义

小华209

　　针对某减速机端盖零件在加工过程中出现产能及精度达不到要求的问题，对原加工工艺进行了技术分析，得出当前夹具与装夹方式是产生加工误差的主要原因;通过改变加工方式及改进专用夹具，使工件加工耗时由原来的2.5 h减少到1 h，产能提高了60%;同时保证了同轴度和圆跳动的加工精度，使合格率提高到98%。为企业解决一项技术难题，在同类工件加工中具有一定的参考意义。

　　减速机广泛应用于起重运输、工程机械、冶金、矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器和航空航天等工业部门。减速机端盖的作用是支承转子组件，转子组件安装于定子组件内，同时要求定转子之间的气隙、轴向间隙在规定范围内才能稳定可靠地工作。因此减速机端盖是保证定转子之间同轴度、气隙均匀度和轴向间隙的关键零件之一。

　　很多减速机是利用前端盖进行定位安装，因此前端盖形式较多，有圆盘形、碗形、方形、棱形、三角形等。图1为某公司带逆止器的减速机端盖零件图，该产品属于小批量生产。从图中可以看出，一般尺寸的精度要求不高，唯有两点难以保证：(1)以Φ130 mm圆为基准，保证Φ125 mm圆的同轴度在0.02 mm以内;(2)端盖正反两个面相对于基准A的圆跳动为0.02 mm。首批加工该产品的设备是采用立式加工中心，加工后采用三坐标测量仪进行检测，假定Φ125 mm与Φ130 mm同轴度为X，端盖正面相对于基准A的圆跳动为y1,反面相对于基准A的圆跳动为y2，几组试样检测结果如表1所示，检测数据显示端盖达不到图纸规定的精度要求，而且加工该工件耗时约2.5 h，效率极低。本文通过对机床、夹具、刀具等方面进行分析与研究，提出了解决该问题的有效办法。

　　1端盖的原加工工艺分析

　　该端盖毛坯选用厚度为35 mm的Q235A(普通碳素结构钢)板材，锯割成325 mm×185 mm×35 mm的长方体后在立式铣削加工中心上完成。其加工工序如表2所示，首先加工图1所示的反面，选用机用平口钳装夹毛坯侧面，毛坯高出钳口30 mm，利用面铣刀铣削端盖反面，立铣刀铣削Φ115 mm、Φ130 mm、Φ95 mm圆到位，再选用钻头、丝锥完成钻孔和攻丝的加工工序，最后选用立铣刀完成端盖外轮廓的加工。在此过程中，Φ115 mm和Φ130 mm的圆孔是通过一次装夹完成，两者的同轴度基本一致。

　　加工端盖正面利用了一个如图2所示的夹具，夹具利用压板安装于加工中心工作台后，采用立铣刀铣出其上表面用于定位的圆柱，一方面保证夹具上表面的水平，另一方面保证圆柱销的定位精度。图2中的定位圆柱与端盖中已加工好的Φ115 mm圆孔配合，定位半圆柱用于端盖侧面定位，再用3个螺钉从下方穿过夹具锁紧孔，与端盖已加工好的M10螺纹锁紧，完成端盖正面的后续加工任务。

　　2影响因素分析

　　通过对原加工工序及检测数据分析，可以排除加工设备和刀具的影响，而推断出夹具的结构存在问题，由二次装夹引起重复定位精度达不到要求。

　　在端盖加工完反面后，翻转端盖加工正面时采用了Φ115 mm圆孔来定位(Φ130 mm与Φ115 mm圆孔同轴度一致性高)，实际生产中为了提高加工效率，方便装夹，端盖的Φ115 mm圆孔与夹具的定位圆柱采用了间隙配合，而间隙的大小则决定了同轴度的大小。

　　如图3所示，假设夹具上定位圆柱与端盖中Φ115 mm圆孔存在的间隙为ΔX,加工中心完成Φ125 mm圆加工时，是以定位圆柱为基准，则Φ125 mm圆与定位圆柱的同轴度一致，这样造成了Φ125 mm与Φ115 mm同轴度超差，间接导致了Φ130 mm同轴度超差。

　　另外，由于毛坯采用的是板材，在反面加工过程中用平口钳夹紧时，将导致毛坯发生微小变形;正面加工时，端盖反面通过贴紧夹具的表面定位，则夹具表面及端盖反面加工的质量、螺钉的锁紧变形是造成端面圆跳动超差的主要原因。

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　　3解决方法

　　3.1  端盖新加工工艺


　　根据以上分析，超差的主要原因是由二次装夹引起，为了解决同轴度和圆跳动超差问题，制定了新的加工工艺，首先从设备上，由原来加工中心独立完成，改为利用数控车床和加工中心配合完成，毛坯选用32 mm厚的Q235A板材，利用数控等离子火焰切割机床直接割出外形和Φ105 mm内圆孔，外形留5 mm余量。车床加工部分工序步骤如表3所示，加工中心完成钻孔等后续工作。

　　在端盖新加工工艺中，采用四爪单动卡盘夹持毛坯，四爪单动卡盘用四个丝杠分别带动四爪，没有自动定心的作用，但可以通过调整四爪位置，装夹各种矩形的、不规则的工件，每个卡爪都可单独调节。主要加工步骤如下：

　　(1)利用四爪卡盘装夹毛坯，打表找出Φ105 mm圆的粗略中心，精度要求不高，只要保证外轮廓加工出来，而且只需打表一次，再次装夹毛坯到当前位置。

　　(2)用端面刀车削端盖反面，镗孔刀镗削Φ115 mm和Φ130 mm两个圆孔。

　　(3)拆除工件，安装到三爪卡盘的数控车床上，此处使用软爪装夹Φ115 mm圆内孔。

　　(4)利用端面刀车削端盖正面，再用外圆刀完成Φ125 mm外轮廓加工。

　　(5)利用加工中心完成钻孔、攻丝等后续工作。

　　3.2  加工注意事项

　　(1)三爪卡盘使用久了，随着卡盘的磨损三爪会出现喇叭口状，三爪也会慢慢偏离车床主轴中心，造成加工工件的形位公差增大。此处使用软爪并采用圆环预先夹紧的方式，消除间隙造成的误差，在软爪受压的情形下车削出轴向定位面和径向定位圆弧面，重新安装工件后，在几乎同样大小的卡盘锁紧力下，三个软爪组成的定位面保证了圆跳动和同轴度。

　　(2)端盖质心不在卡盘中心，机床高速旋转产生离心惯性力通过轴承作用到机床上，引起振动和噪音，会加速轴承磨损，必须对端盖进行平衡，使其达到允许的平衡精度等级，或使产生的机械振动幅度减小至允许的范围内。为此，三爪卡盘的软爪结构做了一下修正，在其中一个软爪上增加配重块，其平衡原理如图4所示，配重块重量为G1，质心距离卡盘回转中心为L1，工件重量G2，质心距离卡盘回转中心为L2，使满足公式：

　　G1×L1=G2×L2

　　如图5所示，图中正上方的软爪，质量大于其他两个软爪，其目的就是将卡盘的质量分布不均衡程度减小到允许的范围内，消除掉安全隐患，同时提高主轴转速和切削速度，加工效率也得以提高。

　　4工艺对比分析

　　端盖加工新工艺灵活应用工序集中与分散相结合的方法，与原加工工艺相比主要区别有以下几点：

　　(1)在原工艺中采用加工中心独立完成，而新加工工艺则使用数控车床与加工中心配合完成。在生产实际中，一般批量生产零件时，趋向于采用高效、专用机床，使工序相对集中;但在某些复杂零件生产中，适当采用工序分散，也会凸显出其加工优势，这需要工艺人员根据经验做出正确选择。

　　(2)新加工工艺使工件加工时间缩短到1 h，效率提高了60%，产能得到了显著提高，降低了生产成本。一方面是因为新夹具装夹工件简单快捷，缩短了人工装夹时间;另一方面，车削是连续切削，铣削是断续切削，车削去除材料的速度高于铣削速度，且车削工件表面粗糙度和加工精度均高于铣削工件。

　　(3)新加工工艺在使用加工中心基础上，额外使用两台数控车床，对设备的多样性提高了要求，且增加了一个夹具，但夹具结构简单，易于加工、安装。相对于批量加工，成本投入并不大。在软爪受压的情形下车削出轴向定位面和径向定位圆弧面，保证了毛坯安装的定位精度，经过三坐标机床检测，合格率超过98%，大大提高了产品的合格率。

　　5结语

　　加工工艺在生产中占有极其重要的地位，根据减速机端盖的结构，重新制订了合理的加工工艺，不但使端盖精度得以保证，同时使加工效率得到了极大的提高，缩短了产品生产周期，产能得以显著提高，协助该企业取得较大的经济效益，完成了既定的生产目标，在同类零件加工中具有一定的参考意义和推广价值。

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阿牛

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