以車代磨在軸承外圓加工中的應(yīng)用概要

1、以車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 ofdifferential shell cylindrical bearing processing摘要在傳統(tǒng)的加工方法中，車削只是用來進(jìn)行淬火前的粗加工，而 在零件的精加工上， 一般會選擇磨床。 差速器是汽車行走機械傳動系 統(tǒng)的重要組成部件，其作用是使左、右驅(qū)動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法解決輪間差速器殼 軸承外圓同軸度以及被動輪端面跳動度問題，并且零件加工效率低， 加工路線長，勞動強度大，

2、同時相對增加了機床維護費用及生產(chǎn)現(xiàn)場 安全隱患。為了解決以上問題，某廠進(jìn)行了“以車代磨”的差速器零 件加工工藝的試驗。從此，該工序在數(shù)控車床上加工，采用三爪卡盤 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 g

3、eneral will 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 betw

4、een wheel 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

5、order to 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 orig

6、inal process 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， 車削只是用來進(jìn)行淬火前的粗加工， 而在 零件的精加工上，

7、一般會選擇磨床，以便達(dá)到更高要求的表面光潔度。 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 對零件精加工的“壟斷”地位，結(jié)果導(dǎo)致：磨床不僅價格高，生產(chǎn)成 本高，而且效率也比較慢。因此，多年來，人們不斷研究改進(jìn)，希望 能找出更好的加工方法。1.2 以車代磨工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展圖 3 數(shù)控車床圖 4 數(shù)控車床以車代磨是指用車削的工藝方法作為淬硬鋼的最終加工或精加 工。通常，車削只是淬火前進(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， 而車削也只能加工硬度不大于 HRC55的工

8、件。 隨著高硬度切削材料和相關(guān)機床的發(fā)展， 如采用 PCBN 刀具、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在新型車床或車削加工中心上對 淬硬鋼進(jìn)行車削， 其加工質(zhì)量可以達(dá)到精磨的水平。 大多數(shù)硬車的應(yīng) 用是替代磨削，目前，車削的硬度極限可達(dá)到 HRC6，8 在發(fā)達(dá)國家硬 車技術(shù)已被普遍應(yīng)用， 可加工各種零件， 是代替磨削的經(jīng)濟性加工工 藝。汽車制造業(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，硬車削正作為替代磨削的一種經(jīng)濟性方法在普及。目前，國外越 來越多的企業(yè)已認(rèn)識硬車削的優(yōu)點，而國內(nèi)還是以磨削的方法為主， 主要是由于刀具的成本問題， 使很多企業(yè)仍把它看作為一種昂貴的工 藝。1.3 以車代磨與磨

9、削工藝的比較分析與磨削相比， 以車代磨技術(shù)比磨削具有更高的加工效率。 在硬車 削中，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，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分鐘或更長時間， 而 EMAGV L 系列、 VSC系列車床的換刀可在瞬間完成，并且不需要修正砂輪切削輪廓， 沒有更換、修正砂輪必需的生產(chǎn)時間的損失，機床的利用率要高，效 率可快至磨削加工的 3 倍。在相對較高的進(jìn)給率下， 磨削可得到良好的表面光潔度， 但是以 車代磨技術(shù)可以以更高的金屬切除率獲得同等或類似的表面光潔度， 同時，在硬車削中，生產(chǎn)的大部分熱量

10、都被切削帶走，不會產(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，車床的投資僅占磨床的五分之一左 右，且輔助系統(tǒng)費用更低。 磨削需要多次安裝或多工序生產(chǎn)，相比之 下，車床本身就是一種加工范圍很廣的柔性加工方法， 尤其是對于齒 輪、輪轂等多品種小批量生產(chǎn)而言，采用 CNC車床，利用其配備的多 種刀具轉(zhuǎn)盤或刀庫， 硬車削可無需再加其他特殊設(shè)備， 卻可以容易地 實現(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，車削加工一次裝夾可完成多種表面加工，如車外 圓、車內(nèi)孔、車槽或斷面等等，因而無停機等輔助時間，加工表面精度也更高

11、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述差速器左右兩半殼在半精車小端外圓后分別留余量， 然后將兩半 殼按工藝裝配， 合件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輪端面的跳動度， 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題 輪間差速器殼軸承外圓同軸度以及被動輪端面跳動度長期以來 不能滿足工藝要求，工藝要求同軸度 0.06

12、 ，跳動度 0.04 ，現(xiàn)場加 工過程中 80%的產(chǎn)品能保證同軸度為 0.14 ，跳動度為 0.07 ，剩余 20%的產(chǎn)品還會超出很多。圖7磨削現(xiàn)場加工圖 圖 8磨削現(xiàn)場加工圖3以車代磨工藝在差殼加工中的應(yīng)用3.1 以車代磨工藝開發(fā)的背景及目的 差速器是汽車行走機械傳動系統(tǒng)的重要組成部件，其作用是使 左、右驅(qū)動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床粗 車毛坯，然后采用磨床以內(nèi)孔定位來加工各外圓及端面， 保證其形位 公差及表面粗糙度。 這種磨削加工工藝無法解決輪間差速器殼軸承外 圓同軸度以及被動輪端面跳動度， 并且零件加工

13、效率低， 加工路線長， 勞動強度大，同時相對增加了機床維護費用及生產(chǎn)現(xiàn)場安全隱患。 為 了解決以上問題， 進(jìn)行了“以車代磨”的差速器零件加工工藝的試驗。3.2 在差殼加工中以車代磨工藝開發(fā)的過程簡述 撤銷原工藝方案中的合件加工工藝， 將半殼加工工藝中半精車外 圓、端面改為精車外圓及端面。由于該工序在數(shù)控車床上加工，采用 三爪卡盤定位， 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，為保 證粗糙度 0.8 的要求，精車刀片由原來的 CNMG120404-PF401改5 為修光刃刀片 CNMG120412-WF40。15圖 9 差殼小端軸

14、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，通過小批量（ 30 套）試切，100測量，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 0.045 0.06 之間，較為穩(wěn)定，基本滿足工藝要求，另外端面跳動度在 0.02 0.03 之間，完全滿足工藝要求。至于個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 問題我分部已在后期的加工過程中， 通過修改切削參數(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 車削小端圖 12 車削大端3.3 以車代磨工藝的優(yōu)點3.3.1 節(jié)省兩臺外圓磨床 30.8 

15、15;2=61.6（ 萬元）（外圓磨床單價參 考設(shè)備動能室設(shè)備臺帳） ；3.3.2 ，廢品率由原來的 0.06 降低為 0，則年可節(jié)約成本 100000 × 0.12%×256.75=3.08 （萬元）；3.3.3 ，節(jié)約工時 17.4/60 × 5（元/小時）× 100000（套/年） 14.5（ 萬元） ；3.3.4 ，年節(jié)約刀具費用以及切削液費用 1.1+0.4=1.6 （萬元）3.3.5 ，節(jié)約工裝制造及維修費用 3415+3598=0.7（萬元） （以上工裝、刀具、產(chǎn)品材料價格參考公司內(nèi)部的 MES系統(tǒng)。）3.3.6 ，精車軸承外圓刀片由原來的

16、 CNMG120404-PF401改5 為修 光刃刀片 CNMG120412-WF40后15，刀具費用由原來的 1.67 片/ 百件降 低為現(xiàn)在的 0.83 片/百件，按日產(chǎn) 550套 STR輪間差速器殼計算， 年 可節(jié)約刀具費用：550×2× 300×（ 1.67 片/ 百件× 56.35 元/片-0.83 片/百件× 66.92 元/ 片） =12.7 （萬元）4以車代磨在差殼軸承外圓加工中的應(yīng)用推廣價值4.1. 提高加工效率高以車代磨所用刀具（修光刃刀片 CNMG120412-WF40）15的成本比 傳統(tǒng)車刀一般要高， 但與磨削相比， 以

17、車代磨比磨削具有更高的加工 效率。以車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 或更長時 間，以車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，沒有更換、修正砂輪必需的生產(chǎn)時間的損失， 機床的利用率要高。4.2. 設(shè)備投資少，維護費用低，適合柔性生產(chǎn)要求在生產(chǎn)率相同時，車床的投資只是磨床的 1/3 1/10 ，其輔助系 統(tǒng)費用也較低。 車床本身就是一種加工范圍廣的柔性加工方法， 對于 多品種小批量生產(chǎn)而言， 采用 CNC車床，利用配備的多種

18、刀具轉(zhuǎn)盤或 刀庫，硬車削無需要其他特殊裝備， 很容易實現(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，以車代磨能更好地 適應(yīng)柔性化批量生產(chǎn)要求， 采用車削加工時一次裝夾可完成多種表面 加工（如車外圓、車內(nèi)孔、車槽及端面等） ，因此其輔助時間短，加 工表面之間的相對位置精度高。 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-WF401“5 以車代磨”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。 以車代磨中生產(chǎn)的大部分熱 量被

19、切屑帶走， 不會產(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. 以車代磨是潔凈加工工藝 以車代磨是通過從工件上“剝”軟化的切屑來有效地去除金屬。 在大多數(shù)情況下， 以車代磨無須冷卻液， 而使用冷卻液會給刀具壽命 和表面質(zhì)量帶來不利影響。 因以車代磨是通過使剪切部分的材料退火 變軟而形成切削的， 若冷卻率過高， 則會減小由切削力而產(chǎn)生的這種 效果，從而加大機械磨損， 縮短刀具壽命。這有助于消除使用冷卻液 引起的破壞環(huán)境的問題，降低廢液的處理成本。同時，硬車削可省去 與冷卻液有關(guān)的裝置，降低生產(chǎn)成本，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，形成的切屑干凈清潔，比磨

20、削容易回收處理。4.5. 具有廣泛的適用性根據(jù)目前市場的多樣化， 公司內(nèi)的產(chǎn)品也一直在改型， 由原來的 普通 STR系列差速器， 逐漸升級為加強型差速器， 再到后期的強化型 差速器，一直到目前的 AC 系列差速器。自以車帶磨技術(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)濟效益良好。5.結(jié)束語5.1. “以車代磨”工藝在差速器殼零件加工中應(yīng)用成功后，解決 了因軸承外圓跳動超差而引起的主減速器中主被動齒輪嚙合間隙超 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. “以車代磨”工藝節(jié)省了刀具、切削液以及工裝費用，使產(chǎn) 品的廢品率降為 0。5.3. “以車代磨”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)境的問題，降低了廢液的處理成本。以車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)過程