為了提高設(shè)備的利用率，動(dòng)力總成平臺(tái)啟動(dòng)BE鋼件項(xiàng)目，針對(duì)差速器殼體齒圈總成，BE的系列有兩個(gè)品種：BE差速器殼體+81齒齒圈和BE差速器殼體+74齒齒圈，這兩個(gè)品種零件是PSA集團(tuán)標(biāo)致公司的產(chǎn)品。神龍公司差速器殼體和齒圈生產(chǎn)線于1999年投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)一個(gè)系列MA三個(gè)品種的零件,這三個(gè)品種均是PSA集團(tuán)雪鐵龍公司的產(chǎn)品。
雖然BE系列的產(chǎn)品與MA系列的產(chǎn)品存在較大的差異，但為了降低投資成本，總體設(shè)計(jì)方案是對(duì)MA差速器殼體和齒圈生產(chǎn)線進(jìn)行改造，使差速器殼體和齒圈生產(chǎn)線柔性化，實(shí)現(xiàn)多品種零件的共線生產(chǎn)。
改造的基本原則
1. 盡量統(tǒng)一BE和MA差速器殼體、齒圈的加工工藝。對(duì)于BE齒圈，在熱前增加一臺(tái)加工中心用于加工安裝孔，熱后生產(chǎn)線增加一臺(tái)磨床用于內(nèi)孔的磨削。對(duì)于BE差速器殼體，在精車(chē)以后增加一臺(tái)加工中心用于鉆孔、攻絲及銑槽。
2. 重新設(shè)計(jì)和制造部分夾具，對(duì)機(jī)械手的卡爪、輸送滾道進(jìn)行改造, 盡量減少工裝的換型。
3. 重新設(shè)計(jì)和制造部分刀具，盡量減少刀具的換型。
4. 重新編制BE零件的加工程序。
改造的關(guān)鍵
BE差速器殼體和齒圈的工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)改造項(xiàng)目的關(guān)鍵，這是因?yàn)椋?/SPAN>
1. BE和MA差速器殼體的技術(shù)要求有較大的差異，MA差速器殼體與齒圈的配合是采用涂膠和壓裝的方式，而BE差速器殼體與齒圈的配合是采用8個(gè)螺紋孔連接的方式。
2. BE差速器殼體半軸孔在國(guó)外采用的是珩磨機(jī)加工，軸承頸和法蘭面采用磨床加工，而我們采用的是鏜孔、干式車(chē)削。
3. BE差速器殼體有8個(gè)螺紋孔，法蘭面的加工是斷續(xù)切削，現(xiàn)有的設(shè)備是否能滿(mǎn)足法蘭面的加工質(zhì)量，取決于工藝安排的合理性。
改造方案的技術(shù)內(nèi)容
1. 自行設(shè)計(jì)的BE差速器殼體工藝方案的可行性分析
（1） MA差速器殼體和BE差速器殼體的差異（如圖1）。從表1可以看出，MA和BE差速器殼體形狀有較大的差異，而且BE差速器殼體半軸孔和軸承頸的粗糙度比MA的要求更嚴(yán)。
圖1 MA和BE差速器殼體的外型差異
表1 MA和BE差速器殼體主要技術(shù)要求的差異
（2）自行設(shè)計(jì)BE差速器殼體工藝與標(biāo)致公司成熟工藝的比較。圖2為法國(guó)標(biāo)致公司的BE差速器殼體的工藝流程，圖3為我們自主設(shè)計(jì)的BE差速器殼體工藝流程。
圖2 法國(guó)標(biāo)致公司的BE差速器殼體的工藝流程
圖3 自主設(shè)計(jì)的BE差速器殼體工藝流程
國(guó)外的工藝方案與我們自行設(shè)計(jì)的工藝方案的最大差別體現(xiàn)在4個(gè)部位：半軸孔、兩端軸承直徑和法蘭面的加工。在法國(guó)，對(duì)于半軸孔的加工采用珩磨，而對(duì)于兩端軸承頸和法蘭面的加工采用的是磨削。
① 半軸孔的加工。BE差速器殼體半軸孔產(chǎn)品的要求是φ260+0.033，表面粗糙度的要求是R5，相當(dāng)于Ra1.6。MA差速器殼體半軸孔產(chǎn)品的要求為φ250+0.033，表面粗糙度為R6.3，相當(dāng)于Ra2，孔徑的公差要求基本一樣，但就表面粗糙度而言，BE差速器殼體的要求更嚴(yán),我們分析了MA半軸孔的切削參數(shù)，n=1500r/min，ap=0.5mm，f=0.25 mm/r，更改切削參數(shù)保持n 和ap不變，減小f。我們?cè)囼?yàn)不同的切削參數(shù),最終將MA的進(jìn)給量由0.25mm降低到0.18mm時(shí)，刀具加工到壽命時(shí)表面粗糙度為R4.5，能滿(mǎn)足粗糙度的要求。
② 軸承頸的加工。軸承頸的直徑MA和BE差速器殼體是一樣的產(chǎn)品要求，均是φ38+0.027，但是表面粗糙度的要求BE是R5，MA是R6.3，根據(jù)對(duì)半軸孔的加工試驗(yàn)，軸承頸的要求是可以達(dá)到的。
③ 法蘭面的加工。加工帶8個(gè)螺紋孔的BE差速器殼體法蘭面有兩個(gè)特點(diǎn)，一是斷續(xù)切削，二是加工的長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)20mm?，F(xiàn)有的設(shè)備是臥式數(shù)控車(chē)床，且為干式切削，于是我們?cè)O(shè)計(jì)了兩套工藝方案：第一套按常規(guī)工藝在精車(chē)前鉆孔、攻絲；第二套工藝方案是在精車(chē)后，鉆孔、攻絲。
在工藝方案的實(shí)施過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有精車(chē)設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足BE差速器殼體法蘭面的質(zhì)量要求，于是我們采用第二套工藝方案，將鉆孔、攻絲和銑槽移到精車(chē)后的OP105進(jìn)行加工。階梯鉆加工后，我們發(fā)現(xiàn)孔的入口處存在毛刺，通過(guò)在NC程序中對(duì)鉆孔增加延時(shí)程序，法蘭面的毛刺就沒(méi)有了。
通過(guò)分析和試驗(yàn)證明，我們自主設(shè)計(jì)的BE差速器殼體的工藝是可行的。
2. 自行設(shè)計(jì)的BE齒圈工藝方案的可行性分析
MA齒圈和BE齒圈外形的差異如圖4，其主要技術(shù)要求的差異如表2。從表2可以看出，MA和BE齒圈的技術(shù)參數(shù)有較大的差異，尤其是最大有效齒頂圓直徑，BE比MA最大大29.7mm，并且直徑大于180mm，芯軸定位寬度BE與MA的齒圈相比窄15.4mm，所以BE齒圈的工藝性比MA齒圈差。
圖4 MA齒圈和BE齒圈的外形差異
表2 MA齒圈和BE齒圈主要技術(shù)要求的差異
我們自主設(shè)計(jì)的BE齒圈工藝流程如圖5。國(guó)外的工藝方案與我們自行設(shè)計(jì)的工藝方案的最大差別在于：鉆孔＋兩面倒角，法國(guó)安排在OP30，在滾齒前，而我們的方案是安排在OP70，在剃齒之后。因我們是通過(guò)對(duì)老線的改造來(lái)生產(chǎn)BE的齒圈，在車(chē)床和滾齒間沒(méi)有放設(shè)備的空間，只能放在剃齒之后。試驗(yàn)證明：在方便現(xiàn)場(chǎng)物流的前提下，我們安排的工藝方案完全能保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求，是完全可行的。
圖5 自主設(shè)計(jì)的BE齒圈工藝流程
3. 差速器殼體生產(chǎn)線和齒圈生產(chǎn)線的改造
（1）工藝設(shè)計(jì)：① 采用了圖3和圖5中自主設(shè)計(jì)的BE差速器殼體和BE齒圈的工藝。
② 數(shù)控加工程序的編制與調(diào)試：對(duì)BE差速器殼體和兩種BE齒圈各道工序的零件進(jìn)行 NC程序的編制，涉及的系統(tǒng)有FANUC、NUM和Siemens三種；涉及數(shù)控機(jī)床12臺(tái)，分別來(lái)自日本、法國(guó)和德國(guó)。
（2）夾具設(shè)計(jì)
① OP40，通過(guò)設(shè)計(jì)如圖6所示MA和BE差速器殼體共用的V型塊1、2，壓板8和V型壓塊５來(lái)實(shí)現(xiàn)換型后，夾具精度不用調(diào)整。僅通過(guò)更換軸向定位塊3、輪廓支承4和壓緊板6，來(lái)滿(mǎn)足兩種軸向尺寸、高度尺寸和輪廓差異較大的MA和BE 差速器殼體的定位和夾緊。
圖6 OP40中MA和BE差速器殼體的夾具設(shè)計(jì)
② OP70是差速器殼體加工的關(guān)鍵工序, 該夾具的設(shè)計(jì)采用高度集中的分布方案，以便留出足夠的空間，使夾具6個(gè)方向能很好地布置，該設(shè)備采用的是德國(guó)ROHM公司設(shè)計(jì)的夾具。原設(shè)計(jì)僅適用Sφ77的MA差速器殼體，而Sφ84的BE差速器殼體厚度比其大12mm，無(wú)法使用，由于國(guó)內(nèi)坐標(biāo)磨床的功能限制,在國(guó)內(nèi)無(wú)法制造該夾具。我們通過(guò)三維模擬、重新設(shè)計(jì)OP70的夾具，在德國(guó)ROHM夾具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將如圖7所示的夾具固定座板1的厚度減少12mm，將夾具的導(dǎo)向桿2延長(zhǎng)12mm，重新設(shè)計(jì)制造導(dǎo)向桿2、夾緊卡爪3、滑塊4、定位塊5和夾緊塊6。
圖7 OP70差速器殼體的夾具設(shè)計(jì)
（3）刀具設(shè)計(jì)
① OP40的刀具設(shè)計(jì)：OP40是一臺(tái)三工位的數(shù)控組合機(jī)床，分別為011/012/013工位。013工位是球面加工工位，刀具采用的結(jié)構(gòu)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)稐U上的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)下降到球心的位置后，通過(guò)機(jī)床伺服電機(jī)推動(dòng)刀具的曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，完成球面的粗加工（如圖8）。我們重新設(shè)計(jì)了如圖9所示的共用的刀體，簡(jiǎn)化了換型，不同品種間僅更換不同的刀夾即可。
圖8 013工位，粗加工球面
圖9 重新設(shè)計(jì)的共用刀體
② OP70的刀具設(shè)計(jì)：在保證Z軸工作行程不變的前提下，使傳動(dòng)楔塊的角度由原來(lái)的18°增大到21°43′，使其工作時(shí)的徑向行程由15.5mm增大到19mm，剩下的3.5 mm由BE鏜刀頭來(lái)補(bǔ)償，即將BE刀頭比MA的刀頭徑向尺寸大1.75mm, 實(shí)現(xiàn)了MA和BE差速器殼體的共刀體生產(chǎn)（如圖10）。
圖10 MA和BE差速器殼體實(shí)現(xiàn)共刀體生產(chǎn)
（4）自動(dòng)化設(shè)計(jì)
① FANUC系統(tǒng)：FANUC0i系統(tǒng)采用直接選擇加工程序的方式實(shí)現(xiàn)不同品種零件控制程序的選擇，FANUC18i系統(tǒng)采用旋鈕開(kāi)關(guān)選擇加工程序的方式實(shí)現(xiàn)不同品種零件控制程序的選擇。
② Siemens840D系統(tǒng)：Siemens840D系統(tǒng)分別采用直接選擇加工程序的方式和用旋鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同品種零件控制程序的選擇。
③ NUM1060系統(tǒng)：OP40/70
采用的是通過(guò)MA或BE按鈕通知PLC所選擇的品種。
OP80采用由交換區(qū)的E參數(shù)通知NC在執(zhí)行程序時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的跳轉(zhuǎn)。
技術(shù)創(chuàng)新
在工藝方面，我們首先制定了兩個(gè)系列產(chǎn)品在同一生產(chǎn)線上通過(guò)的工藝合并原則，做到加工工藝方法盡可能一致，提出并實(shí)現(xiàn)了鏜孔代替珩磨、精車(chē)代替磨削，合理調(diào)整了加工工藝順序。
在夾具方面，我們對(duì)原有十多套夾具進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改造，滿(mǎn)足了不同產(chǎn)品零件定位和夾緊功能的需要。
在刀具方面，我們重新設(shè)計(jì)和改造了球面鏜刀平衡體的楔形機(jī)構(gòu)、刀體和刀頭。通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化，選擇了以鏜代珩磨、以車(chē)代磨的高效高精度刀具。
在電氣控制系統(tǒng)方面，對(duì)NUM1060數(shù)控的刀具管理程序進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，擴(kuò)展了刀組和自動(dòng)對(duì)刀與自動(dòng)補(bǔ)償功能。
與此同時(shí)，我們還取消了差殼和齒圈的配車(chē)，并對(duì)MECALIX測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了改造。
在整個(gè)改造過(guò)程中，我們進(jìn)行的主要技術(shù)創(chuàng)新如下：
1. 自主設(shè)計(jì)了BE差速器殼體和BE齒圈兩種零件的工藝方案，沒(méi)有采用國(guó)外成熟的工藝。利用工藝合并的原則，利用現(xiàn)有MA的設(shè)備，通過(guò)對(duì)夾具、刀具和控制系統(tǒng)進(jìn)行的一系列設(shè)計(jì)改造，合理地安排工藝，滿(mǎn)足了BE產(chǎn)品要求，實(shí)現(xiàn)了由原來(lái)只能生產(chǎn)一個(gè)系列產(chǎn)品改造成可以通過(guò)兩個(gè)系列、五個(gè)品種的柔性生產(chǎn)線。
2. 在工藝方面，改變了法國(guó)成熟的珩磨半軸孔、精磨軸承外徑的工藝方案，通過(guò)合理分配加余量，選擇合適的高效刀具和匹配的加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了鏜孔代替珩磨、以精車(chē)代替磨削的工藝。
3. 對(duì)NUM1060數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，擴(kuò)展了刀組、自動(dòng)對(duì)刀與自動(dòng)補(bǔ)償功能。刀組數(shù)由4個(gè)擴(kuò)充到了5個(gè)，使機(jī)床實(shí)現(xiàn)5個(gè)刀組的刀具壽命管理、自動(dòng)對(duì)刀和自動(dòng)補(bǔ)償。
4. 通過(guò)三維模擬重新設(shè)計(jì)OP70的夾具，在德國(guó)ROHM夾具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，克服了由于國(guó)內(nèi)坐標(biāo)磨床無(wú)法加工長(zhǎng)200mm和直徑大于φ50的孔的難題，實(shí)現(xiàn)了利用一套夾具加工內(nèi)球面直徑相差7mm且形狀差異很大的兩個(gè)系列的差速器殼體。
結(jié)語(yǔ)
該項(xiàng)目總體技術(shù)改造方案設(shè)計(jì)合理、功能完善，項(xiàng)目實(shí)施后運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)了柔性化生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其技術(shù)處于國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。不僅如此，此次90%的夾具設(shè)計(jì)、所有設(shè)備的自動(dòng)化改造、加工程序編制、主動(dòng)測(cè)量的改造以及設(shè)備的調(diào)試都是我們自主獨(dú)立完成的。這種依靠自己力量改造國(guó)外設(shè)備的范例值得推廣。
（轉(zhuǎn)載）
