图2   德马吉卧式加工中心

根据变速器铝合金壳体的结构特点和设备的局限性以及加工成本等因数，我们加工一个壳体的设备安排为：立式加工中心－立式加工中心－卧式加工中心，实践证明，这样的安排可以有效地解决工序的平衡问题。

夹具和刀具的选用

1、夹具的设计

夹具是保证零件加工精度的重要因素，设计一种稳定、可靠、高效的加工中心夹具对变速器铝合金壳体加工是非常重要的。变速器壳体的结构特点使它容易变形，所以，在夹具设计的过程中需要从如下几个方面考虑：

（1）定位和夹紧，即定位准确、夹紧可靠且不变形。

变速器壳体的加工工序（以采用“立式加工中心加工10#工序+立式加工中心加工20#工序+卧式加工中心加工30#工序”为例）需要三套加工中心夹具，其中，10#采用毛坯定位和支撑，20#、30#一般采用一面两销定位(见图3)，夹紧方式也各不相同。压铸铝合金壳体的加工余量不大（一般为0.8～1.2mm），在夹具设计过程中首先要考虑定位的准确性。其次，夹具夹紧的位置必须是支撑的对应位置，避免工件的夹紧变形。

图3   加工零件

（2）刀具干涉。根据加工内容的情况，设计夹具时需避免夹具与刀具产生干涉的情况。

（3）操作灵活。采用液压和气动夹紧可以节省加工辅助时间，提高可靠性、减少人为的失误。由于压铸铝壳体的切削力不是很大，我们采用速度较快的气动夹具。在实际应用中，气动夹具在有精加工定位基准时，它的工件加工效果比手动夹具好，操作时间也比手动夹具短。

（4）多件一夹。根据机床的工作范围和工序节拍，采用同工序与不同工序多件一夹的方式，提高加工效率并平衡工序能力。

（5）快速切换。为了适应多品种小批量的实际情况，加工中心夹具必须具有快速切换的特点。夹具上装有定位键，在工作台上通过定位键槽来快速、准确地定位。

2、刀具的设计

选择合适的刀具不仅能够保证零件稳定的加工质量，而且能够提高零件的加工效率并且降低加工成本。据汽车零部件制造成本统计，刀具成本占总成本的3%～5%，但是它能够通过提高加工效率来达到影响总成本的20%～30%。

在近几年的生产中，由于模块式结构的刀具精度较高，刀柄可重复使用，库存量少等特点成为主要被选择刀具。另外，在批量生产的零件加工中最好采用模块式的复合刀具。它可以大幅度缩短加工时间，提高劳动效率。

加工中心刀具一般分刀柄和刃具两部分。刃具部分可分为标准刀具和非标准刀具。在精度要求不高、标准刀具能够达到比较好的加工效果时尽量采用标准刀具，降低库存、提高互换性；同时，对于大批量生产的零件，精度要求又高的孔系采用先进的非标复合刀具更能提高加工精度和生产效率。

下面介绍一种加工中心复合刀具的应用。

（1）一次完成全部加工，以图3的加工内容为例，采用了进口非标复合刀具（见图4），可以只用一把刀就可以完成所有加工内容。如φ61.5/倒角、 φ50、 φ34.5/倒角、φ19.5/倒角，如果采用标准刀具则需要4～7把刀具，在加工时间上，使用非标复合刀具只需要17.4s就可以完成从换刀到加工完毕，而采用标准刀具则至少要增加4倍的时间。在加工质量上，复合刀具同时加工φ61.5和φ34.5，比标准刀具分别加工两尺寸更能保证两孔的同轴度要求，而且稳定性更高。由于复合刀具的高效率和高质量稳定性，所以，在制造过程中能够显著降低加工成本。

图4   非标复合刀具

（2）复合反镗如图5所示，对同轴度要求高的孔，可采用复合反镗刀粗、精一起加工技术。这样不仅能够较好地保证了两相反方向的孔的同轴度，同时可大幅降低刀具的数量、提高刀具的加工效率。

图5   复合反镗

（3）对于相同类型的孔，需粗、精镗加工的零件，在不发生干涉的情况下，可将部分孔的粗加工和精加工分别复合成一把刀，如图6所示零件。

图6  加工零件

按常规加工方法需使用如下8把刀具：

φ64镗刀、φ68粗镗刀、

φ68精镗刀、φ88镗刀、φ80H8粗镗刀、φ80H8精镗刀、φ62.5H11粗镗刀和φ62.5H11精镗刀。

在加工零件时，这些刀具将占用大量的换刀时间和刀具前进、后退的时间。建议采用复合刀具，在不发生干涉的情况下将所有孔的粗加工合成一把刀，将所有孔的精加工合成一把刀。由于粗加工尺寸公差较大，加工精度不高，在刀具结构上采用固定式刀片结构较好，刀具简图见图7（粗镗刀）。而精加工要求能对孔径进行调整，微调镗刀头的加工精度能够达到公差IT6以上，这种结构对于尺寸较大的孔径是比较合适的。最后我们选择微调镗刀头结构的复合镗刀。刀具简图见图8（精镗刀）。

图7   粗镗刀

图8   精镗刀

结束语

综上所述， 采用先进制造技术的汽车变速器铝合金壳体加工技术与传统的加工技术相比，明显提高了零件的加工质量和尺寸稳定性，并且通过提高零件加工效率来大大降低加工成本，为企业带来更大的经济效益。