以車(chē)代磨在軸承外圓加工中的應(yīng)用

1、以車(chē)代磨工藝在差速器殼軸承外圓加工中的應(yīng)用By turning instead of grinding process in the application of differential shell cylindrical bearing processing 摘 要 在傳統(tǒng)的加工方法中，車(chē)削只是用來(lái)進(jìn)行淬火前的粗加工，而在零件的精加工上，一般會(huì)選擇磨床。差速器是汽車(chē)行走機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部件，其作用是使左、右驅(qū)動(dòng)輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)，以獲得良好的轉(zhuǎn)向性能。某廠利用磨削加工工藝無(wú)法解決輪間差速器殼軸承外圓同軸度以及被動(dòng)輪端面跳動(dòng)度問(wèn)題，并且零件加工效率低，加工路線長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)相對(duì)增

2、加了機(jī)床維護(hù)費(fèi)用及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患。為了解決以上問(wèn)題，某廠進(jìn)行了“以車(chē)代磨”的差速器零件加工工藝的試驗(yàn)。從此，該工序在數(shù)控車(chē)床上加工，采用三爪卡盤(pán)定位，不論設(shè)備還是工裝都比原工藝所采用的穩(wěn)定，能在很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量，且節(jié)省了大量人力、物力資產(chǎn)。關(guān)鍵詞：差速器 軸承外圓 以車(chē)代磨 磨削 同軸度 AbstractIn the traditional processing method, turning just used for quenching before the rough machining, and in parts of the finishing, the general wi

3、ll choose grinding machine. Differential is walking car mechanical drive system is the important component parts, its function is to make left, right driving wheel in different speed rotation, to get good steering performance. A factory using grinding processing technology cannot solve between wheel

4、 differential shell bearing cylindrical coaxial degree and passive wheel face runout degree, and parts processing efficiency is low, the processing route length, labor intensity, and at the same time, relative increased machine maintenance cost and production site safety hidden trouble. In order to

5、solve the above problem, a plant "to the car and grinding" differential parts processing process of the test. From now on, this process in the numerical control lathe in processing, the use of three jaw chuck positioning, regardless of equipment or tooling are better than the original proc

6、ess the stability, can largely improve the quality of products, and save a lot of manpower and material resources assets.Key words: differential, cylindrical bearings, Turning for grinding, grinding, alignment1.車(chē)削、磨削工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展1.1磨削工藝的現(xiàn)狀 圖1 外圓磨床 圖2 普通磨床在傳統(tǒng)的加工方法中，車(chē)削只是用來(lái)進(jìn)行淬火前的粗加工，而在零件的精加工上，一般會(huì)選擇磨床，以便達(dá)到更高

7、要求的表面光潔度。即使在20世紀(jì)80、90年代，淬火后的精加工還只能采用磨削工藝，而車(chē)削也只能加工硬度不大于 HRC55的工件，這間接上造成了磨床對(duì)零件精加工的“壟斷”地位，結(jié)果導(dǎo)致：磨床不僅價(jià)格高，生產(chǎn)成本高，而且效率也比較慢。因此，多年來(lái)，人們不斷研究改進(jìn)，希望能找出更好的加工方法。1.2以車(chē)代磨工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展 圖3 數(shù)控車(chē)床 圖4 數(shù)控車(chē)床以車(chē)代磨是指用車(chē)削的工藝方法作為淬硬鋼的最終加工或精加工。通常，車(chē)削只是淬火前進(jìn)行的粗加工。直到20世紀(jì)90年代前，淬火后的精加工還只能采用磨削工藝，而車(chē)削也只能加工硬度不大于 HRC55的工件。隨著高硬度切削材料和相關(guān)機(jī)床的發(fā)展，如采用PCBN刀具

8、、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在新型車(chē)床或車(chē)削加工中心上對(duì)淬硬鋼進(jìn)行車(chē)削，其加工質(zhì)量可以達(dá)到精磨的水平。大多數(shù)硬車(chē)的應(yīng)用是替代磨削，目前，車(chē)削的硬度極限可達(dá)到HRC68，在發(fā)達(dá)國(guó)家硬車(chē)技術(shù)已被普遍應(yīng)用，可加工各種零件，是代替磨削的經(jīng)濟(jì)性加工工藝。汽車(chē)制造業(yè)的大多數(shù)零件是在熱處理后進(jìn)行最終精度或形狀的加工，硬車(chē)削正作為替代磨削的一種經(jīng)濟(jì)性方法在普及。目前，國(guó)外越來(lái)越多的企業(yè)已認(rèn)識(shí)硬車(chē)削的優(yōu)點(diǎn)，而國(guó)內(nèi)還是以磨削的方法為主，主要是由于刀具的成本問(wèn)題，使很多企業(yè)仍把它看作為一種昂貴的工藝。1.3以車(chē)代磨與磨削工藝的比較分析與磨削相比，以車(chē)代磨技術(shù)比磨削具有更高的加工效率。在硬車(chē)削中，往往采用大切削深度、

9、高的工件轉(zhuǎn)速，其金屬切除率通常是磨削加工的34倍，所消耗的能量卻只有磨削的1/5。此外，在磨床加工中，砂輪的更換一般需要30分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間，而EMAG VL 系列、VSC系列車(chē)床的換刀可在瞬間完成，并且不需要修正砂輪切削輪廓，沒(méi)有更換、修正砂輪必需的生產(chǎn)時(shí)間的損失，機(jī)床的利用率要高，效率可快至磨削加工的3倍。 在相對(duì)較高的進(jìn)給率下，磨削可得到良好的表面光潔度，但是以車(chē)代磨技術(shù)可以以更高的金屬切除率獲得同等或類(lèi)似的表面光潔度，同時(shí)，在硬車(chē)削中，生產(chǎn)的大部分熱量都被切削帶走，不會(huì)產(chǎn)生像磨削加工的表面燒傷和裂紋，具有優(yōu)良的加工表面質(zhì)量和加工表面精度。 在生產(chǎn)效率相同的情況下，車(chē)床的投資僅占磨床的五分

10、之一左右，且輔助系統(tǒng)費(fèi)用更低。磨削需要多次安裝或多工序生產(chǎn)，相比之下，車(chē)床本身就是一種加工范圍很廣的柔性加工方法，尤其是對(duì)于齒輪、輪轂等多品種小批量生產(chǎn)而言，采用CNC車(chē)床，利用其配備的多種刀具轉(zhuǎn)盤(pán)或刀庫(kù)，硬車(chē)削可無(wú)需再加其他特殊設(shè)備，卻可以容易地實(shí)現(xiàn)多種不同工件之間的加工轉(zhuǎn)換，且工件裝夾快速、準(zhǔn)確。與磨削相比，因配有刀庫(kù)，車(chē)削加工一次裝夾可完成多種表面加工，如車(chē)外圓、車(chē)內(nèi)孔、車(chē)槽或斷面等等，因而無(wú)停機(jī)等輔助時(shí)間，加工表面精度也更高。圖5工裝夾具2.磨削工藝在差殼軸承外圓加工中的現(xiàn)狀2.1差殼軸承外圓加工中磨削工藝的簡(jiǎn)述差速器左右兩半殼在半精車(chē)小端外圓后分別留余量，然后將兩半殼按工藝裝配，合件

11、在外圓磨床上磨削加工。一方面由于該工序所采用的設(shè)備本身精度較低，另一方面由于磨外圓的工裝為芯軸、彈簧套定位，彈簧套一旦磨損則漲力不均，造成定位不穩(wěn)定，直接影響了差速器殼總成軸承外圓的同軸度及被動(dòng)輪端面的跳動(dòng)度，且該工裝維修頻繁，經(jīng)常影響生產(chǎn)。 圖6磨削軸承外圓工藝圖紙2.2磨削在差殼軸承外圓加工中存在的問(wèn)題輪間差速器殼軸承外圓同軸度以及被動(dòng)輪端面跳動(dòng)度長(zhǎng)期以來(lái)不能滿(mǎn)足工藝要求，工藝要求同軸度0.06，跳動(dòng)度0.04，現(xiàn)場(chǎng)加工過(guò)程中80%的產(chǎn)品能保證同軸度為0.14，跳動(dòng)度為0.07，剩余20%的產(chǎn)品還會(huì)超出很多。 圖7磨削現(xiàn)場(chǎng)加工圖 圖8磨削現(xiàn)場(chǎng)加工圖 3以車(chē)代磨工藝在差殼加工中的應(yīng)用3.1以

12、車(chē)代磨工藝開(kāi)發(fā)的背景及目的差速器是汽車(chē)行走機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部件，其作用是使左、右驅(qū)動(dòng)輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)，以獲得良好的轉(zhuǎn)向性能。整體閉合式差速器的結(jié)構(gòu)具有典型性，傳統(tǒng)的加工工藝通常是采用普通車(chē)床粗車(chē)毛坯，然后采用磨床以?xún)?nèi)孔定位來(lái)加工各外圓及端面，保證其形位公差及表面粗糙度。這種磨削加工工藝無(wú)法解決輪間差速器殼軸承外圓同軸度以及被動(dòng)輪端面跳動(dòng)度，并且零件加工效率低，加工路線長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)相對(duì)增加了機(jī)床維護(hù)費(fèi)用及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患。 為了解決以上問(wèn)題，進(jìn)行了“以車(chē)代磨”的差速器零件加工工藝的試驗(yàn)。3.2在差殼加工中以車(chē)代磨工藝開(kāi)發(fā)的過(guò)程簡(jiǎn)述撤銷(xiāo)原工藝方案中的合件加工工藝，將半殼加工工藝中半

13、精車(chē)外圓、端面改為精車(chē)外圓及端面。由于該工序在數(shù)控車(chē)床上加工，采用三爪卡盤(pán)定位，不論設(shè)備還是工裝都比原工藝所采用的穩(wěn)定，能在很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量，且節(jié)省了大量人力、物力資產(chǎn)。同時(shí)，為保證粗糙度0.8的要求，精車(chē)刀片由原來(lái)的CNMG120404-PF4015改為修光刃刀片CNMG120412-WF4015。 圖9差殼小端軸承外圓加工工藝圖 圖10差殼大端軸承外圓加工工藝圖 起初，通過(guò)小批量（30套）試切，100測(cè)量，有一件同軸度為0.02，有一件同軸度為0.08， 90%以上的工件同軸度在0.0450.06之間，較為穩(wěn)定，基本滿(mǎn)足工藝要求，另外端面跳動(dòng)度在0.020.03之間，完全滿(mǎn)足工藝要求

14、。至于個(gè)別同軸度偏高或者偏低的，有多方面的原因，如：毛坯硬度不均、外協(xié)加工后余量不均等，這些問(wèn)題我分部已在后期的加工過(guò)程中，通過(guò)修改切削參數(shù)、走刀次數(shù)以及穩(wěn)定毛坯硬度等方面獲得了解決。 圖11車(chē)削小端 圖12車(chē)削大端 3.3以車(chē)代磨工藝的優(yōu)點(diǎn)3.3.1節(jié)省兩臺(tái)外圓磨床30.8×2=61.6(萬(wàn)元)（外圓磨床單價(jià)參考設(shè)備動(dòng)能室設(shè)備臺(tái)帳）；3.3.2，廢品率由原來(lái)的0.06降低為0，則年可節(jié)約成本100000×0.12%×256.75=3.08（萬(wàn)元）；3.3.3，節(jié)約工時(shí)17.4/60×5（元/小時(shí)）×100000（套/年）14.5(萬(wàn)元)；3.

15、3.4，年節(jié)約刀具費(fèi)用以及切削液費(fèi)用1.1+0.4=1.6（萬(wàn)元）3.3.5，節(jié)約工裝制造及維修費(fèi)用3415+3598=0.7（萬(wàn)元）（以上工裝、刀具、產(chǎn)品材料價(jià)格參考公司內(nèi)部的MES系統(tǒng)。）3.3.6，精車(chē)軸承外圓刀片由原來(lái)的CNMG120404-PF4015改為修光刃刀片CNMG120412-WF4015后，刀具費(fèi)用由原來(lái)的1.67片/百件降低為現(xiàn)在的0.83片/百件，按日產(chǎn)550套STR輪間差速器殼計(jì)算，年可節(jié)約刀具費(fèi)用：550×2×300×（1.67片/百件×56.35元/片-0.83片/百件×66.92元/片）=12.7（萬(wàn)元）4以車(chē)

16、代磨在差殼軸承外圓加工中的應(yīng)用推廣價(jià)值4.1. 提高加工效率高以車(chē)代磨所用刀具（修光刃刀片CNMG120412-WF4015）的成本比傳統(tǒng)車(chē)刀一般要高，但與磨削相比，以車(chē)代磨比磨削具有更高的加工效率。以車(chē)代磨往往采用大切削深度、高的工件轉(zhuǎn)速，其金屬切除率通常是磨削加工的34倍；其所消耗的能量也只有磨削的1/5，每個(gè)零件的刀具成本低于磨削。另外更換砂輪一般需要30min或更長(zhǎng)時(shí)間，以車(chē)代磨換刀能在兩分鐘之內(nèi)完成，并且不需要修正砂輪切削輪廓，沒(méi)有更換、修正砂輪必需的生產(chǎn)時(shí)間的損失，機(jī)床的利用率要高。4.2. 設(shè)備投資少，維護(hù)費(fèi)用低，適合柔性生產(chǎn)要求在生產(chǎn)率相同時(shí)，車(chē)床的投資只是磨床的1/31/10

17、，其輔助系統(tǒng)費(fèi)用也較低。車(chē)床本身就是一種加工范圍廣的柔性加工方法，對(duì)于多品種小批量生產(chǎn)而言，采用CNC車(chē)床，利用配備的多種刀具轉(zhuǎn)盤(pán)或刀庫(kù)，硬車(chē)削無(wú)需要其他特殊裝備，很容易實(shí)現(xiàn)多種不同工件之間的加工轉(zhuǎn)換，并且工件裝夾快速。另外與磨削相比，以車(chē)代磨能更好地適應(yīng)柔性化批量生產(chǎn)要求，采用車(chē)削加工時(shí)一次裝夾可完成多種表面加工（如車(chē)外圓、車(chē)內(nèi)孔、車(chē)槽及端面等），因此其輔助時(shí)間短，加工表面之間的相對(duì)位置精度高。相比之下，磨削則需要多次安裝或多工序生產(chǎn)。4.3. 以車(chē)代磨可使零件獲得良好的表面加工質(zhì)量雖然磨削在相對(duì)較高的進(jìn)給率下能夠得到良好的表面光潔度，但用修光刃刀片CNMG120412-WF4015 “以車(chē)

18、代磨”能以明顯更高的金屬切除率獲得同等或更好的表面光潔度。以車(chē)代磨中生產(chǎn)的大部分熱量被切屑帶走，不會(huì)產(chǎn)生像磨削加工的表面燒傷和裂紋，具有優(yōu)良的加工表面質(zhì)量，有精確的加工圓度，能保證加工表面精度。4.4. 以車(chē)代磨是潔凈加工工藝以車(chē)代磨是通過(guò)從工件上“剝”軟化的切屑來(lái)有效地去除金屬。在大多數(shù)情況下，以車(chē)代磨無(wú)須冷卻液，而使用冷卻液會(huì)給刀具壽命和表面質(zhì)量帶來(lái)不利影響。因以車(chē)代磨是通過(guò)使剪切部分的材料退火變軟而形成切削的，若冷卻率過(guò)高，則會(huì)減小由切削力而產(chǎn)生的這種效果，從而加大機(jī)械磨損，縮短刀具壽命。這有助于消除使用冷卻液引起的破壞環(huán)境的問(wèn)題，降低廢液的處理成本。同時(shí)，硬車(chē)削可省去與冷卻液有關(guān)的裝置

19、，降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)，形成的切屑干凈清潔，比磨削容易回收處理。4.5.具有廣泛的適用性根據(jù)目前市場(chǎng)的多樣化，公司內(nèi)的產(chǎn)品也一直在改型，由原來(lái)的普通STR系列差速器，逐漸升級(jí)為加強(qiáng)型差速器，再到后期的強(qiáng)化型差速器，一直到目前的AC系列差速器。自以車(chē)帶磨技術(shù)在公司內(nèi)普通型STR系列輪間差速器上應(yīng)用成功后，該技術(shù)在后期的產(chǎn)品中也得到了廣泛的應(yīng)用，并且經(jīng)濟(jì)效益良好。5.結(jié)束語(yǔ)5.1.“以車(chē)代磨”工藝在差速器殼零件加工中應(yīng)用成功后，解決了因軸承外圓跳動(dòng)超差而引起的主減速器中主被動(dòng)齒輪嚙合間隙超差的現(xiàn)象，提高了差速器殼的產(chǎn)品質(zhì)量，此工藝比磨削更能保證產(chǎn)品表面加工精度。5.2. “以車(chē)代磨”工藝節(jié)省了刀具、切削液以及工裝費(fèi)用，使產(chǎn)品的廢品率降為0。5.3. “以車(chē)代磨”工藝是綠色環(huán)保切削工藝，解決了使用冷卻液引起的破壞環(huán)境的問(wèn)題，降低了廢液的處理成本。以車(chē)代磨工藝在差速器殼軸承外圓上的成功應(yīng)用，為公司差速器殼的加工提供了新的思路與方法，提高了生產(chǎn)效率與加工質(zhì)量。在今后的生產(chǎn)過(guò)程中，要繼續(xù)