通过测头优化钻斜油孔工艺和工序缩减方案

1前言

4在装有减速器的客车变速器中，“蝶形”后轴承盖作为连接变速器和减速器的重要零件，需要钻一个直径为20倍的斜油孔。有必要设计一个5°角的专用倾斜夹具。待钻油孔的位置与机床的Z轴平行，使用啄钻进行加工。加工效率低，平均加工一个油孔需要4分钟。

原生产线采用立式加工中心和卧式加工中心。因为油孔的存在，原来“一正一负”的立式加工工艺需要增加一个油孔钻孔工艺和一套斜夹具，这样就增加了一台加工设备的投入，多了一个零件装夹。

针对以上问题，通过工艺试验，引入角头加工油孔，并对原有刀具进行优化，以减少设备投资，提高加工效率。

2角头的使用

为了减少后轴承盖生产线加工单元的投资，需要减少工序数量，使两道工序夹具夹紧在一个立式加工工作台上。优化后的工艺如图3所示，单油孔钻工艺成为工艺优化和缩短的主要突破口。但与卧式加工中心甚至多轴加工中心不同的是，立式加工中心可以随意改变角度，所以立式加工中心一般采用专用夹具，使待加工的斜油孔与立式加工中心的Z轴平行或垂直。

由于后轴承盖所有油孔的角度都是5°，这是一个统一的角度，因此成为工艺优化和使用角头的重要前提之一。

根据前期设计的液压夹具的朝向，确定了在立式加工中心上进行5°角的Y轴加工，并将Z轴和Y轴加工组合在一起。角度头的特殊定位块用于限制角度头在Y轴方向的5°。在设计角头结构时，还需要考虑机床的换刀和刀库中刀具的放置姿态，避免大对刀和刀具碰撞的风险。

注意:考虑到刀具在机床中的夹紧方向和零件的加工方向，可以通过改变夹具在机床内部的放置方向来调整刀具在刀架上的位置和方向，避免大型刀具的设置，减轻刀库刀具数量不足的压力。

3工具优化

生产线原来的刀具方案是用20倍直径的高速钢刀具，用啄钻加工。进给速度低，提刀循环次数多(25次)，刀具耐磨性差。刀具经常因零件缺陷和刀具磨损而断裂，导致零件和刀具报废，增加加工成本。

为了提高效率，进一步优化角头的使用效果，实验中使用了与原工艺刀具相似的进口合金刀具(118尖角钻头)，加工效率明显提高。但由于进口钻头的刚性和硬度极高，对机床精度要求较高，同时排屑需要较大的中心出水压力(3MPa以上)。但是车间里的机床中央出水压力都小于< 1.5MPa，所以经常会出现刀具破损的现象。进口刀具采购成本高，采购周期长，破损造成的损失也大，车间生产成本高。

查看刀具在生产线上的使用情况，发现刀具磨损的主要部分是刀尖，刀尖磨损很快，导致频繁换刀甚至断刀。18角钻头的径向钻削力大于轴向钻削力，使得钻头具有较高的进给速度。用于加工铝合金等高延展性材料，性价比好。在40°角钻头的受力下，径向钻削力比较小，钻头的进给速度不宜过高，而加工这种斜油孔特征的速度不是很高。所以先试验了一个进口钻头。虽然刀具寿命和切削效率有了明显的提高，但刀具容易折断，造成成本的极大浪费。

考虑到刀具的性价比和制造周期，我公司与国内刀具厂家联合优化制造了一种钻尖角为140°的20直径合金钻头，用于加工QT500-7球磨铸铁的斜孔。经过试验，加工效率是进口刀具的2/3，而刀具成本只有进口刀具的1/6。

4优化前后工艺性能对比

优化后的实际加工情况如图10所示。经过连续加工验证，新的工艺方案采用了角头和140国产20倍直径合金内冷钻头，加工稳定。与原工艺方案相比，油孔加工时间从4.5分钟缩短到1分钟，零件加工效率是优化前的4倍以上，工序数量从原来的3个减少到2个，使用的机床数量从原来的2个立式加工中心减少到1个立式加工中心，刀具寿命从50个工件增加到1个刀具180件。

5结束语

角度的合理使用和刀具的优化，促进了加工单元的优化，减少了后轴承盖生产线加工单元中一个立式加工中心的投资，为小批量多品种生产模式的生产车间节省了设备投资，减少了搬运和装卸零件的操作人员数量，降低了劳动强度，也降低了搬运和装卸零件时发生磕碰的风险。