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摘要：介紹了銑削加工的特點，分析了變速器箱體類零件加工工藝的特殊性。基于銑削刀具高效應用原則，對零件的不同特征應用了不同類型的銑削刀具，并選擇了合適的加工參數。實踐證明，將高效率的銑削刀具應用于變速器箱體類零件加工，可在實現高效率加工的同時，降低成本。

關鍵詞：高速銑削；修光刃；套銑；薄壁件；PCD刀具

1序言

銑削加工是一種常用的機加工方式，銑削加工因為是多齒工作，具有以下特點：①生產率較高。其為多齒工作，旋轉運動利于高速銑削。②刀齒散熱條件較好。在刀齒銑削運動的圓周中，只有少部分時間切削，刀齒切離工件的時間內可以得到一定的冷卻。③排屑比較容易。其切削過程為開放式。④容易產生沖擊和振動。斷續(xù)加工，銑削時每個刀齒的切削厚度是變化的，會產生切削沖擊[1]。銑削加工已在模具制造、航空航天、汽車及電子產品等加工業(yè)中得到廣泛應用。隨著銑削刀具和設備技術的發(fā)展，高速銑削技術在SGM（上海通用汽車）得到了廣泛的應用。

2變速器箱體類零件銑削刀具的選擇和應用

2.1變速器箱體類零件的工藝特點

變速器箱體類零件有變速器殼體、變扭器殼體及閥體等，如圖1所示，它們都是鋁合金材質，屬于結構復雜的薄壁類零件。由于薄壁零件結構特殊，所以其在機械加工中所采用的加工工藝也區(qū)別于普通零件。加工變形是薄壁零件銑削加工的痛點，在加工過程中又受銑削振動影響，進一步削弱工件剛性，這些因素都會對零件加工精度造成直接或間接的負面影響，合適的銑削刀具及參數對產品質量尤為重要。

2.2銑削刀具應用原則

在變速器箱體類零件加工工藝中，銑削加工工藝占總加工工藝75%以上。以某A變速器殼體零件為例，銑削加工總路徑長度約12800mm，加工總路徑長度約16200mm，銑削總路徑長度占比高達79%，提高銑削加工效率對節(jié)省加工時間及降低成本有非常重要的意義。在保證質量的前提下，提高銑削效率、降低成本，是工藝設計規(guī)劃的主要原則。（1）選用銑削速度快的刀具用于加工鋁合金零件的常用刀具材質有硬質合金和人造金剛石（PCD）。與硬質合金刀具相比，PCD刀具具有硬度和耐磨性極高、摩擦系數低、彈性模量高、熱導率高、熱膨脹系數低以及與鋁親和力小等優(yōu)點[2]，PCD刀具加工鋁合金時銑削線速度可達到5000m/min。為了提高加工效率，盡可能選用PCD材質的刀具。實際生產證明，在大批量生產中，銑削刀具選用PCD材質比硬質合金刀具更具有單件成本優(yōu)勢。（2）選用齒密度高的刀具銑刀齒數根據直徑不同可分為粗齒、細齒和密齒三種。在排屑及切削力容許的情況下，盡可能選用細齒、密齒銑削刀具，以提高切除效率。（3）減少銑削刀具數量由于銑削刀具加工效率較高，在極短時間內加工完零件的某一特征后，加工中心刀庫里的下一把刀具可能尚未準備好，這樣換刀有等待時間，導致非切削時間變長。因此，合理地選擇銑削刀具覆蓋加工多個特征，可以減少刀具數量，節(jié)省換刀時間。（4）粗、精銑刀具分開由于對加工質量要求較高，因此將粗、精銑刀具分開，以兼顧加工效率和加工質量。這樣做有以下好處[3，4]。1）粗銑刀去除了毛坯的大余量，釋放了零件內部應力，減小了零件變形對加工精度的影響。2）粗銑刀進給大，節(jié)省加工時間。3）粗銑刀去除了鑄鋁件表面較硬材料，減小了精銑刀具的沖擊，提高了精銑刀壽命。4）精加工切削深度小，切削力小，提高零件表面質量的同時還提高了零件的平面度質量。

2.3銑削刀具應用案例

（1）小平面、側面及孔加工在如圖2所示的某變速器殼體零件加工特征中，有小平面、側面需要銑削加工。側面尺寸為R82mm的圓弧面，深度約32mm，選用側切削刃長為35mm的非標銑刀，實現一次插補完成整個圓弧側面加工。為了減少刀具數量，該非標銑刀同時用于加工小平面。因為小平面加工空間的局限性，該非標銑刀直徑設計為25mm?；谇邢髁暗毒邚姸瓤紤]，刀具設計為3齒。該應用中，刀具加工參數為：轉速16200r/min，切削速度1293m/min，每齒進給量為0.15mm。在該刀具可達區(qū)域里有直徑32mm、深度22mm的通孔，可以用該銑刀側刃進行插補銑削，插補軌跡如圖3所示。用該銑刀加工該孔切削時間為0.9s，加上刀具移動時間0.5s，1.4s就完成了該孔特征加工。若用鉆頭加工，切削時間需要0.7s，加上換刀及快速移動時間4s，共需要花費4.7s。相比鉆頭加工工藝，用銑刀加工每節(jié)拍節(jié)省3.3s。（2）大平面加工對于大密封面，平面度要求＜0.05mm。由于零件屬于薄壁件，為了滿足平面度要求，夾具采用多點輔助支撐設計，刀具采用粗、精銑方案。1）粗銑。粗銑刀采用Mapal高效率的PowerMillPCD銑刀，刀具直徑160mm，齒數18。刀具加工參數為：轉速4000r/min，切削速度2011m/min，每齒進給量0.14mm，切削余量約1.3mm，留0.2mm余量給精加工，以減小精加工的加工應力對產品加工精度的影響。2）精銑。精銑刀（見圖4）為PCD刀具，直徑180mm，大于工件本體寬度，保證避免接刀紋產生。由于設備刀庫的限制，所以刀具直徑進行了削邊處理，需要對刀片進行非等距排列設計。根據每齒的位置，齒尖到刀柄中心距離不等，保證每齒的進給量一致。該精銑刀配有2個修光刃銑刀片，修光刃刀片通過增設的修光刃與刀尖一起接觸工件，增大接觸面積，不僅提高了零件表面質量，而且提高了零件表面平面度。刀片修光刃長度b設計為1mm，為了減小修光刃刀片（見圖5）對工件的摩擦力及垂直壓力變形，修光刃設計成1.5°。采用順銑的方式使銑刀的每個刀齒的切削厚度減小到零，減小刀片對已加工面的擠壓摩擦，從而減小工件變形，提高加工精度。刀具加工參數為：轉速4000r/min，切削速度2260m/min，每齒進給量為0.14mm。實際應用結果：平面度＜0.03mm，工藝能力Ppk在3.0以上，表面粗糙度值Ra＜0.6μm。（3）溝槽加工變速器殼體零件的活塞腔（見圖6）有底部活塞槽及卡簧槽需要加工。1）活塞槽加工?；钊鄄捎?齒成形刀具（見圖7）直接加工到產品尺寸要求。和大面銑刀一樣，因為刀庫限制，所以刀具本體進行了削邊處理；因為主軸抓刀質量限制，所以該刀具進行了輕量化處理。該銑削刀具直徑和切削背吃刀量均比較大，所以加工過程中切削力較大，受制于設備的功率，該刀具選用了相對較低的轉速。刀具加工參數為：轉速2500r/min，切削速度1800m/min，每齒進給量0.16mm。2）卡簧槽加工。加工精度要求最高的槽直徑約226mm，其插補加工所用的銑刀直徑93mm，6齒。刀尖以R65mm半圓插補切入，然后插補銑一圈直徑226mm的圓槽，最后以R65mm半圓插補銑退刀，插補銑軌跡如圖8所示。該刀具加工參數為：轉速10000r/min，切削速度3519m/min，每齒進給量0.1mm。（4）外圓加工在加工中心用刀具旋轉加工工件外圓時，可以采用插補銑或者套銑。對加工表面要求高的外圓，插補銑難以滿足加工質量要求，而且加工時間長。在變速器殼體中，某特征外圓直徑公差要求為±0.01mm，插補銑難以滿足加工精度要求，所以采用PCD套銑刀具。因為該外圓對孔有同軸度要求，所以在該應用中，將鏜孔刀具復合到了套銑刀具中間（見圖9），提高加工效率的同時保證加工精度。該刀具加工參數為：轉速5000r/min，切削速度1100m/min，每齒進給量0.1mm。該外圓直徑尺寸實際工藝能力Ppk達3.0以上。（5）螺紋加工常規(guī)螺紋孔采用傳統(tǒng)螺紋切削和螺紋擠壓方式加工即可。在加工較大螺紋孔時，傳統(tǒng)螺紋加工方式切削力過大，對設備功率扭矩要求高，此時應采用螺紋銑刀進行加工。螺紋銑削技術需利用數控機床的三軸聯動功能，實現螺旋插補銑削，由機床控制刀具實現螺旋運動[5]。在變速器箱體零件中，M20×2.5mm的螺紋孔采用了螺紋銑刀螺旋插補銑加工方案。刀具為標準的整體式硬質合金4刃螺紋銑刀，直徑13.95mm。該整體式螺紋銑刀帶螺旋排屑槽，剛性好，可以有效降低切削負荷，提高加工效率。螺紋銑刀以R8mm半圓螺旋插補銑切入，然后螺旋插補銑一圈，最后以R8mm半圓螺旋插補銑退刀，如圖10所示。在插補銑的過程中，刀具每插補銑一圈，同時軸向進給2.5mm，保證螺距2.5mm。該刀具加工參數為：轉速4500r/min，切削速度197m/min，每齒進給量0.1mm，整個螺紋切削時間為3.1s。在該案例中，螺紋銑刀的材質用的是硬質合金而不是PCD，是因為用硬質合金刀具加工該螺紋孔，切削時間僅3.1s，和準備下一把刀所需時間相差無幾，沒有必要用PCD刀具提高切削速度來減少切削時間。

３結束語

基于高效銑削應用原則選擇合適的銑削刀具，某變速器殼體零件的實際銑削加工時間52.3s，僅占總切削時間259.9s的20.1%。將高效率的銑削加工刀具應用于變速器箱體類零件的加工中，在實現高效率加工的同時，降低了成本。

參考文獻：

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作者:劉金衛(wèi) 單位:上汽通用汽車有限公司