动车加工（共6篇）
动车加工 篇1
摘要：抗侧滚扭杆是一种细长轴类部件。本文介绍其生产过程中发现的问题,结合此类部件的结构、加工特点,提出改进后的抗侧滚扭杆加工工艺方法。
关键词：抗侧滚扭杆,问题分析,改进后加工工艺
1 问题的提出
抗侧滚扭杆为抗侧滚系统的一部分，辅助一、二系簧平衡，稳定车体绕纵向轴线的侧滚，是铁路客车转向架组成中一种常见部件，以往我公司主要采购成品并加以组装。动车组抗侧滚扭杆是我公司自行加工制造，采用车削、磨削的加工工艺。其在前期试制过程中，展现直径跳动大，精加工变形大，圆柱度超差等问题，针对上述问题，在数控车削过程中，须采取行之有效的加工工艺。
2 问题分析
2.1 动车组抗侧滚扭杆的结构特点
动车组抗侧滚扭杆属于细长轴类，其长度与直径比为21。长径比大的同时，轴线和装配面直线度要求0.1mm。
2.2 动车组抗侧滚扭杆的加工特点
1)跳动大。抗侧滚扭杆长度与直径比较大，质量分布不均匀，旋转离心力不规则，工件振动的作用下，易造成刀尖切削深度不均;
2)精加工变形大。抗侧滚扭杆车削时散热差，线膨胀系数大，因此在车削加工中易出现X轴向形变不规则的情况;
3)操作者技能要求高。抗侧滚扭杆在加工时，需要采用辅助夹具，且不断需要百分表测量圆柱度形变。这增加操作者技能对工件误差影响。
2.3 力学分析
2.3.1 产生切削力的因素
工件受切削力有两方面因素：
1)刀尖作用工件时，切削工件产生形变的反作用力;
2)刀尖进给时，刀尖与工件间的滑动阻力。
2.3.2 切削力的分解
在力学分析中，按工件运动方向分解切削力：在工件旋转方向上的主切削力Fz;在纵向作用于旋转工作平面上的反作用力Fy;在水平运动方向上的刀具前进方向反作用抗力Fx。
2.3.3 切削力分力对工件变形的影响
抗侧滚扭杆车削时，刀尖与工件接触点深度不规则造成尺寸误差，工件受切削热径向膨胀造成加工误差。在切削的3个分力中，Fx是沿工件轴向x方向的分力，对刀尖与工件接触点深度影响较小，可以不计;切削力Fy和纵向反作用力Fz直接改变工件原始状态，是产生切削热变形的主要原因。
抗侧滚扭杆的刚性差，加工过程中受切削力Fy和背向力Fz的作用分别产生Y轴向和Z轴向的形变，故切削后抗侧滚扭杆的实际直径de为：
从而尺寸误差为:Δd=|de-dm|
图1(a)中，极限偏差为:Δdy=2Δy
图1(b)中，由于Y轴向与Z轴向跳动较小，且都远小于dm，则此时的极限偏差为：
综上比较两个不规则切削深度，刀尖在工件Y轴不规则切削深度大于在工件X轴不规则切削深度，故抗侧滚扭杆切削中只考虑Y轴不规则切削深度。即:Δd≈Δdy=2Δy
综上可知：抗侧滚扭杆切削引起切削热变形，导致加工误差主要在抗侧滚扭杆直径方向，而直径方向的形变是由纵向反作用力Fz引起的，故分析抗侧滚扭杆的形变，只考虑纵向反作用力Fz的作用。
2.4 形变的数学模型
2.4.1 简化受力
将抗侧滚扭杆左端使用四点卡爪夹紧，尾座使用弹性顶针支承，实现抗侧滚扭杆在车床上的定位装夹。根据约束情况，切削点处的尺寸偏差是切削抗力Fz在该点产生的形变。
2.4.2 数学模型
计算切削点的尺寸偏差，首先要计算受力的大小。根据简化受力分析，在抗侧滚扭杆直径方向受到旋转工作平面上的反作用力Fy和尾座顶尖支点在在抗侧滚扭杆直径方向上反作用力Fd，其中纵向反作用力为：Fy=9.81CFp aXFp pfYFp vnFp KFp式中：CFp、XFp、YFp、nFp、KFp是决定加工环境和工件材质的因素。根据旋转工作平面上的反作用力Fy和尾座顶尖支点在在抗侧滚扭杆直径方向上反作用力Fd相互抵消的原则。由旋转工作平面上的反作用力Fy引起产生的变形为：
ΔBFp=Fp(S-L)2/6EI×(L-4x)式中：L为刀尖点距支座的距离;S为抗侧滚扭杆总长度;EI为弯曲刚度。由直径方向反作用力Fb引起产生的形变为:ΔBFp=-Fb(L3-3S2x+2S3)/6EI丨X=0=FbS3/3EI故有：
求出X轴方向反作用力:Fb=Fp(S-L)2/2L3×(S-4L)。
故抗侧滚扭杆车削过程中，在切削点引起的直径方向形变为：
根据计算得出：刀尖在与抗侧滚扭杆接触的不同位置时，由于受力等因素影响，造成每点的切削深度是不同的，各点切削造成的形变呈不规则变化，无法计算出规律的形变量。
3 改进后加工工艺
3.1 设备调试
数控车床的调试是降低加工误差的重要因素之一。首先尾座顶尖轴线和主轴轴线平行。其次，使用百分表，调整尾座顶尖中心与主轴中心的同轴度小于0.05mm。最后，调整各溜板之间的间隙，使之达到合适的宽度。
3.2 工艺装备的准备
工艺装备包括刀具、量具和夹具等。夹具的要求比较高，根据现有加工设备，需要顶尖、中心架等辅助设备。中心支架根据力学分析，保证高质量加工，选择支撑抗侧滚扭杆中部。
3.3 中心孔的加工
来料毛坯车削加工前，使用专用工装，由V型块支撑定位，压板压紧后，借助数控龙门铣90°直角头和中心钻，在扭杆毛坯端面加工中心孔，便于车削加工时的定位。
4 抗侧滚扭杆加工工艺
4.1 一夹一顶粗加工
粗加工尾座端∮75处至∮76Ra1.6，端面长度尺寸留量0.1mm～0.15mm。掉头装夹∮76Ra1.6处，使用百分表检测粗加工端面跳动不大于0.05mm，加工另一侧∮75处至∮76Ra1.6。
4.2 中心架支撑车削抗侧滚扭杆
中心架使用前，必须架在工件中间部分车出锁槽，宽度满足支撑块即可，车削时在工件与支撑块间不断补足机油润滑。参照图纸，两次装夹，使用百分表检测粗加工端面跳动不大于0.05mm，半精加工。
4.3 磨削余量
半精加工时，∮75留磨削量0.3mm～0.45mm;∮35留磨削量0.25mm～0.35mm。∮35根部R2处凹深0.14～0.18之间，以保证磨削两平面时磨削过渡。
5 刀具选择
在抗侧滚扭杆的生产中，通过实践发现合适的刀具和制造工艺，会改善抗侧滚扭杆的加工环境，减小误差的产生。
刀具前角的大小，直接影响到切削力和切断温度。大前角加工刀具，抗侧滚扭杆的切削变形相对较低，但刀具耐久性也同样降低，故选择前角取22°。后刀面的加工表面的主要功能是减少摩擦，直接影响的表面质量和刀具寿命。为了提高刀具的耐用性，减小刀具在切削抗侧滚扭杆时的刀尖的跳动，刀具后角取2°。不断增加主偏角的角度，可减少抗侧滚扭杆Y轴方向的的切削力，减少振幅和变形，故最重要的选择主偏角75°，副偏角25°，使切屑流动向待处理的表面，提高刀尖强度，提高切削的稳定性和切削力，我们选择刃倾角3°。为了减少Y轴向力和最大限度地提高使用寿命，采取0.5mm的刀尖圆角半径。
6 结论
通过分析切削加工过程中工件的受力，求出受力变形特点，可以降低工件的加工误差。实践证明：动车组抗侧滚扭杆加工工艺方法，有效提高此类部件加工精度，可为后续生产此类部件积累加工经验。
参考文献
[1]蔡士兵,陈树峰.细长轴类加工误差分析[J].煤矿机械,2005(10):92-93.
[2]王梅香.细长轴车削新工艺[J].煤矿机械,2008(10):91-92.
[3]胡月明.高精度细长轴高效数控加工自适应控制系统研究[J].机床与液压,2006(7):80-82.
[4]韦建军.基于数控宏程序的细长轴加工误差补偿分析与实验[J].机床与液压,2011(24):44-47.
动车加工 篇2
关键词：高速动车组,司机室,前端墙,加工工艺
1 概述
司机室前端墙作为司机室的一个重要部件, 前与开闭机构相连, 起到安装开闭机构, 封闭驾驶室的作用。司机室前端墙由多个单件焊接而成, 其中主体结构为15mm厚的前面板、防撞梁和2个小前面板, 同时还有多个加强板和筋板。前端墙的整体工艺为先将有工艺放量的零件进行组焊, 组焊后再整体加工, 加工工序包括铣削外轮廓, 加工外轮廓反向焊接坡口, 铣削上表面组装面和组装面边缘倒角等工作。由于前端墙面积大、厚度薄、焊缝多, 导致焊接变形较其他零件大, 给加工带来了较大的难度。
2 设计专用加工工装
目前, 动车中小零部件都采用通用工装———方箱进行装夹, 方箱虽然通用性强, 但是在加工前墙此类关键件时装夹、定位繁琐, 难以保证加工尺寸, 同时, 周边的轮廓需要整体加工, 通用工装无法完成对其的装夹、定位。前墙加工专用工装的使用, 提高了前墙的压紧力和刚性, 加工过程中只需要简单的更换部分夹具的压紧位置, 便可完成所有的加工工作。
2.1 确定主、辅定位面
由于防撞梁与前面板在焊接过程中发生变形, 如果将防撞梁底面作为定位面, 将导致面板上待加工面倾斜, 因此, 为保证前墙上表面为工艺基准, 须以工装上表面作为主定位面。下表面为辅助定位面。为解决工件与辅助定位面的间隙影响装夹问题, 当上表面定位面上的压夹夹紧后, 给辅助定位面上的缝隙放置合适厚度的垫片, 然后进行压夹, 如图1所示。
2.2 满足前端墙内、外轮廓加工工艺要求
此工装成功解决了加工前端墙内、外轮廓时通用工装装夹刚性不足和加工干涉问题。加工前端墙外轮廓和外轮廓反向坡口时, 为了避免刀具与工装碰撞干涉, 将图2标识的2个夹具卸掉 (左右各一个) , 而另外4个夹具压紧外轮廓余料部分, 保证了工件的刚性和可靠性;同时, 在加工外轮廓的反坡口和加工内外轮廓时, 压紧上面的2个大的可旋转的夹具, 这2个夹具的作用为完成外轮廓加工后, 夹持余料部分的4个夹具对工件失去压紧作用的情况下, 保证工件的压紧力和稳定性。
3 设计前墙上表面装配面加工工艺
在加工前墙上表面的组装面和其边缘的倒角时, 原有的条件为分别用面铣刀和45度坡口刀进行铣削, 经过论证, 这两道工序可以合成为一道工序, 一把刀专用刀具可以替代原来的两把刀具。具体方法为:将63mm的盘铣刀的侧齿切削角度设计成与工件一致的45度, 按照此要求, 与刀具厂家共同开发了新铣刀。经过验证, 加工效果良好。
4 制定外轮廓反焊接坡口加工工艺
外轮廓的反向焊接坡口加工工艺为本次文的难点 (如图3) 。此坡口是在15mm厚的铝板上, 由于坡口的母体轮廓为不规则曲线, 手工无法编程, 因此采用了CAM技术。计算机编制出来的数控程序是按照理论模型生成的, 而实际由于铝合金焊接变形量较大 (焊接变形主要存在于高度方向上) , 如果按照理论值加工反坡口, 正向变形的部位则加工不到位, 反向变形的部位又造成加工过切。为解决以上问题, 须将高度方向的焊接变形量的补偿值加入到数控加工程序中。焊接变形量可以通过编制探点程序, 利用数控机床与触发式测量设备获得, 但是如何把变形量加入到计算机编制的海量的程序中却是个难题。
CAM软件产生的程序步长约0.2mm, 整个轮廓总计有8000多个点位, 即8000多段加工程序, 由于工作量太大, 从工作时间上、机床的成本上都不可能在每个计算机生成的加工点处测量变形量, 也不可能通过手工在每个点都加入探点补偿值。根据前墙焊接变形的规律, 本文提出在变形曲线曲率发生明显变化的点处设置探测点, 将每个测量区段的变形量均化到每个数控加工点中的设想。经过计算, 前墙上面板的曲率明显变化点共计16个, 具体位置见图4, 将此点作为变形量测量点, 每个区段的变形曲线近似线性, 可按照线性来计算, 通过将此区段的总变形量平均分配到每个数控加工点处, 即可计算出每个计算机编程点处的焊接变形量。例如:图4中C1和C2两点间的距离为200mm, 通过机床测量, 将这两个点的Z值分别存储到变量R21、R22中, 而C1和C2两点间共计80个加工点, 由于此区段的焊接变形为线性的, 因此, 每两个加工点的高度方向变化为△Z= (R22-R21) /80, 就是说在这个区段不用再探点, 从C1开始, Z值 (高度值) 为R21, 下一个Z值为R21+△Z, 第N个点的Z值为R21+N△Z。经过大量的手工处理, 将计算机生成的程序进行了修改, 在第二个前墙加工中进行了验证, 程序运行正常, 反坡口加工质量良好, 尺寸完全符合图纸要求。
改进后的部分程序如下 (C1-C2区段) [3,4]:
注:以上为西门子840D数控程序, “atrans”表示坐标系在上次的坐标系上进行偏移, “atrans Z=R161”表示坐标系在高度方向较上次偏移了R161, R161为变量, 在此处表示高度方向的变化量, 即△Z。
5 结论
本文通过设计、使用专用工装, 实现了一次装夹可完成高速动车组司机室前端墙所有的加工任务, 保证了前端墙的加工精度;设计了上表面组装面与边缘斜角轮廓一次成型加工工艺, 减少了走刀次数, 缩短了加工时间, 降低了刀具使用成本;通过焊接变形分析和误差补偿技术的应用, 解决了由于焊接变形导致焊接坡口难以加工的难题, 避免了手工打磨, 提高了作业效率。
参考文献
[1]王先逵.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社.2007.
[2]徐宏海.数控机床刀具及其应用[M].北京:化学工业出版社.2005.
[3]SINUMERIK840D/840Di/810D高级编程手册, 2004.
动车加工 篇3
1 司机室前墙组成的铣削平面变形分析
由于司机室前墙独特的结构, 在加工中司机室前墙容易产生各种变形。其主要原因, 是由于在加工完成过程中司机室前墙组成, 组成装夹时不仅受夹紧力的作用, 加工时还受冲击力的作用, 因而导致个别工件的尺寸出现超差的问题。所以, 选择适当的加工方式, 可以避免外载荷对内应力的平衡造成破坏, 也可以降低加工变形产生的概率, 然而只有从根本上消除或者减少残余应力才使从根本上解决产生变形成为可能。
2 司机室前墙组成加工的工艺性分析
前墙组成加工在数控加工中心上的完成, 材料为铝合金材质6005A-T6 EN755-2-1997, 该零件形状复杂, 使加工和检验都存在相当大的难度。 (零件三维轴侧图, 如下图所示) 。
零件加工难点分析:
(1) (如上图所示) 由于该组焊件给工件装夹带来的空间有限, 所以在平面铣削时必须一次装夹, 如果采用二次装夹的方式, 出现接刀痕是必然的, 因此加工后的工件粗糙度是不合格。那么如何对工件装夹是一个急切解决的问题。
(2) 该零件的加工轮廓表面下侧还有17度的反倒角, 由于此加工零件外形轮廓十分复杂, 如果采用二次装夹铣削的方式, 反倒角会导致铣削基准无法重合, 因此使得铣削反坡口倒角时的外形轮廓不随形。所以在加工工艺方面、工装设计和选择刀具时应该慎重考虑。
(3) 该零件是2100×1500×480mm的铝合金组焊件, 铣削平面面积比较大, 组焊后的平面度能否满足加工要求 (图纸设计要求最大铣削深度为3mm) , 及加工时容易因振刀影响平面的粗糙度和公差, 也应该作为工艺上的加工难点。
3 加工工序的设计、刀具的选择及参数的选择
加工此类零件, 首先应解决装夹问题, 这是加工的前提准备工作。那么解决装夹工件不应压在要铣削的平面上, 其解决措施是在加工余量小的工件外形部位焊接100×100的小连接板, 把工装压在连接板上, 由此解开装夹到加工平面的难题。 (由于铣削平面需要反复倒工装, 这样势必会出接刀痕而影响铣削平面的加工精度) 。
现在我们根据前墙组成的加工零件的具体特点, 将该零件加工工艺流程设计为:检测工件平面度→粗铣平面→精铣平面→粗铣上部外形轮廓→粗铣 (外形前板) →精铣外形轮廓→铣削外形轮廓反倒角→钻孔→钳工 (攻丝及去毛刺) →检验→表面处理。加工平面为零件的加工顺序的第一步, 此时工件的刚性相对较好, 且加工中的振动影响程度也比较小, 这样有利于确保零件符合设计的粗糙度和平面度要求及对其尺寸要求。采用特殊反坡口铣刀进行的加工方式, 能够将第二个加工难题有效解决。
现将在FOOKE五轴加工中心上加工该零件, 其最高转速标准为16 000 r/min, 在加工该零件时, 将转速设定为8 000 r/min, 铣削平面时的每刀切深设定为0.5 mm, 进给量设定为4 000 mm/min, 这就使零件表面粗糙度提高了, 振刀现象也消除了。刀位轨迹在进行规划时, 我们除了对刀轨无干涉无碰撞等因素有考虑外, 还要考虑以下对编程的要求:1) 刀轨的突然变化方面尽量避免;2) 应最大限度地使加工残区减少或消除;3) 多余空刀尽量避免;4) 切削参数要保持稳定;5) 刀具切入工件时动作要缓慢。垂直进刀, 能够使进刀路径最短, 而其缺点是:在刀具垂直切入工件时, 它的轴向负载强度会剧增, 极易引起刀具方向偏斜, 而造成加工质量的下降和刀具寿命的缩短, 因此在使用这种进到方式时要慎重考虑。切向进刀, 对高速加工非常适合, 在工件外进刀方面比较常见。斜向进刀, 能使刀具渐进地切入工件, 切削力小, 这种进刀方式在当前高速加工中是较好选择。由此该零件加工应采用切向进刀方式。
在自动编程过程中, 如果能依照上述要求去设计刀路, 不仅能够适应高速走刀, 切削时间减少, 还能将主轴振动与偏斜影响减小。这对加工生产率的提高, 加工平稳性的提高, 刀具寿命的延长, 以及加工质量的改善都将大有益处。
考虑到零件数控铣削工件平面及其复杂的外形轮廓, 该零件用手工编程根本无法实现, 因此零件程序编制需要在Delcam上完成。加工程序的编制步骤为:输入模型→定义毛坯→选择刀具→产生加工策略→模拟仿真刀具路径→产生和输出后处理NC程序。
零件的加工效果就是该零件经过车间精心地加工试制, 其能完全达到设计图纸要求。然而这还不是最适宜的加工方案, 在后续批量生产中还需要设计专用夹具, 以实现快速工件装夹与定位, 使加工效率得以提高, 产品质量的优良性得以保证。
4 结束语
在数控加工技术迅猛发展的今天, 使得很多以往使用传统的加工工艺方法无法实现的加工过程成为可能, 关键在于解决相关的工装夹具, 选用合适的刀具, 及运用CAM系统的功能对零部件加工工艺路线进行控制, 输入相关加工参数, 然后在CAM中编制刀具路径程序, 三维加工动态仿真, 由此生成加工程序并输送到数控机床得以完成自动化加工。该加工步骤是现代化零部件生产的过程及发展趋势, 它能够将复杂零部件的生产过程简化为单个机械零件的数控自动化生产步骤, 所有装配设计和数控加工的编程过程都能够利用CAD/CAM软件在计算机上设计完成。它改进了传统的产品工艺制造手段, 大大地缩短了产品制造周期, 有效提高了产品的精度、质量和生产效率。
摘要：本文通过对CRH380B型高速动车组的EC01车司机室前墙的组成的数控加工工艺方法和加工工艺方案的确定, 以高速动车组的司机室前墙组成的数控加工工艺作为范例, 对怎样解决易变形问题, 怎样装夹零件, 以及编制数控加工程序时的应注意事项进行深入探讨。从而对工程技术人员的技艺起到很大的帮助与借鉴。
关键词：正确装夹,数控加工,CAD/CAM
参考文献
[1]李伟光主编.现代制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2001
动车加工 篇4
自动车床是一种高性能、高精度、低噪音的走刀式自动车床,是通过凸轮来控制加工程序的自动加工机床。一般经过一定设置与调整后可以长时间自动加工同一种零件,多用于加工细长杆零件。但自动车床每加工一种零件需设计制造一套专用凸轮,更换加工不同零件时需进行一次繁琐的自动车调整。目前,绝大多数企业需要在车床上加工的零件属于多品种、中小批量。严格地讲,这类多品种、中小批量的零件不适宜在凸轮自动车床上加工。成组技术是适应产品多样化要求的一门科学技术,由于生产中许多事物是相似的,可把相似的事物归纳成组,寻找解决问题的最佳方案,从而获得最佳的经济效益。若将成组技术用于自动车床,将为工厂节省大笔的凸轮工装生产费用,缩短零件加工周期,提高生产效率。
将成组技术应用在凸轮的设计中,径向尺寸与轴向尺寸怎样很好地协调是一个难点。为了解决此问题,我们采用成组凸轮的设计方案,可解决一系列相似件轴向、径向尺寸的协调问题,本文仅以在自动车床CG1107中车削螺钉类零件为例,将成组凸轮设计进行的分析、调整方法及参数、加工尺寸范围作详细的规定和说明,生产工人根据它的内容进行调整分析、计算,明确调整步骤和调整要求,有了清晰的调整思路,就可以在生产中取得事半功倍的效果。
2 工艺分析
以图1典型零件为例,对螺钉类零件进行工艺分析:其中零件的备料尺寸为准3～准7mm,加工尺寸dk=2.6～7mm,d=1.4～4mm,L=10～40mm,K=2.5～8.8mm。此类零件的结构特点是形状相似,但是两处直径dk、d尺寸不相等,台阶的长度不相等,因此各零件的备料直径大小也不相等。这类零件用CG1107自动车床加工,加工工步和刀具安排是;N1刀车削d-N2刀车削dk-N5刀车削内端面带去台阶毛刺-N4刀切断。
3 主轴凸轮的设计与调整
3.1 主轴凸轮的设计构思
CG1107自动车床,凸轮最大上升下降值为50mm,它的杠杆比1∶1～3∶1,根据公式:凸轮上升下降值=杠杆比×刀具行程,即50=杠杆比×(L+K+H),H为切断刀N4的厚度,厚度H与直径dk有关,表1为不同直径dk所用的切断刀的厚度。要使刀具行程为最大值,则设杠杆比取最小,凸轮上升下降值取最大值50mm。表中,dk-钉头直径;H-切刀厚度。
在本例中,要求零件的L=10～40mm,K=2.5～8.8mm,则杠杆比可取为最小值1∶1,刀具总行程L设计值+K设计值+H可取到最大50,其中L设计值可取为40,则K设计值+H=50-40=10。这时,零件的实际长度L实际值可通过调整杠杆比和调整刚性顶块的高度来实现。但矛盾出现了,一旦L设计值和杠杆比确定,K实际值也跟着确定。怎样让轴向尺寸更好地协调呢?可以采用将主轴凸轮分成A1、A2两组制造的方法来实现,可以调整接触销高度差Δa来协调L和K的值。
3.2 计算公式
对于这样的螺钉零件的加工,可用以下的计算公式进行调整计算:
式中:X-主轴凸轮的杠杆调整比例;△a-主轴凸轮两个接触销的高度差,△a=a1-a2;a1、a2分别为接触销1、2的高度;N1刀的预切间隙为0.5。
主轴凸轮杠杆调整比例和两个接触销高度差的计算公式可以由式(1)、(2)得到。
由式(1)可得主轴凸轮杠杆调整比例的计算公式:
由式(2)可得主轴凸轮两个接触销高度差计算公式:
式(3)和式(4)可供自动车床凸轮调整计算使用。
3.3 调整计算举例
例:加工GB/T832-1988 CM3×30-20-ZNZD开槽带孔球面圆柱头螺钉,其调整参数计算如下:
解:已知L=30,K=4.3(已留车球头余量0.3),根据螺钉头直径dk=5查表1,H=1.2。
将L=30代入式(3)得:
X=40.5/(30+0.5)=1.327≈1.33(主轴凸轮杠杆调整比例)
将X=1.327,H=1.2,K=4.3代入(4)式得:
△a=9.5+1.327×(0.5-1.2-4.3)=2.865≈2.87(主轴凸轮两个接触销高度差)
所以,加工GB/T832-1998 CM3×30-20-ZNZD开槽带孔球面圆柱头螺钉,主轴凸轮杠杆调整比例X=1.33:1,主轴凸轮两个接触销高度差△a=2.87。
4 凸轮调整步骤
4.1 调整分析
在生产加工中,轴向尺寸L和K值各不相同。L的值与主轴凸轮调整比例X有关;K值除与X有关外,还与△a、H的大小有关,由式(3)和式(4)可供自动车床凸轮调整计算,可以根据L、K和H值的大小方便地计算出调整参数X和△a。
4.2 调整步骤
凸轮调整计算方法掌握了以后,可以对这一类零件的调整步骤总结如下,遇到这样的零件加工就可以用这种方法进行调整:
(1)安装弹簧夹和中心夹套。
(2)按表1切刀宽度刃磨切刀、安装切刀。
(3)根据式(3):X=40.5/(L+0.5)计算主轴凸轮杠杆调整比例,并按计算值调整。根据式(4):△a=9.5+X(0.5-H-K)计算接触销高度差,并按计算值调整。
(4)按刀具分布图安装其余刀具。
(5)试加工,微调X、△a和其余参数至加工尺寸合格。
5 结语
根据相似件典型零件图形尺寸,按成组凸轮设计方案设计的成组凸轮,控制自动车加工螺钉类相似件的所有零件,在轴向尺寸方向,不论L和H的尺寸大小,均能满足加工的需要。在径向尺寸方向,不论d和dk的尺寸大小,均不具封闭性,使凸轮在调整使用中柔性变好。从而节约了凸轮工装的制造费用,缩短了零件加工周期,提高了生产效率。但由于自动车床本身的特点,成组技术仅限于形状相对简单的零件,对复杂零件,在轴向尺寸上很难协调。
在加工过程中,掌握了调整分析与调整计算,我们就有了清晰的调整思路,在此基础上不一定每一步都要通过计算,可以采用计算与试车相结合的方法,对自动车床进行灵活机动的调整。调整技能熟练了,就可以取得事半功倍的效果。
参考文献
[1]胡江平,李杰.成组技术在数控车床上加工矩形螺纹的应用[J].制造业自动化,2011(21):53-54.
动车加工 篇5
高速动车组车体结构采用了许多铝合金型材, 各种不同截面的型材通过加工、焊接形成整个车体承载结构, 这些型材都是车体结构的重要构件。型材加工是车体制造工艺过程中的重要工序, 加工的型材截面一般比较复杂, 加工部位多, 加工时间长, 需用数控加工设备。而其中一些薄壁、大型铝型材零件的机械加工更是给我们带来了很大的挑战, 因此研究薄壁铝合金型材加工工艺技术、解决薄壁铝合金型材加工的难点问题, 对保证型材加工质量、避免不必要的损失、提高生产效率具有很重要的意义。
1薄壁类铝合金型材加工的工艺特点
1.1铝型材零件其截面形状不规则、表面多有突出的立筋, 有的零件表面全为圆弧表面, 无法直接定位装夹, 只能设计专用工装。另外, 薄壁型材在装夹时受力容易产生变形。
1.2薄壁铝型材零件在加工时容易产生颤动, 从而影响产品的尺寸精度及加工表面粗糙度。
1.3由于零件装夹后型材存在一定的变形, 与理想状态存在偏差, 而数控铣在加工时如果未将Z轴零点提高到安全高度, 将会伤及型材母材表面, 造成严重的质量问题。
1.4铝合金的熔点低、塑性好, 因此在加工中要求高速切削, 以达到较好的表面加工质量。但同时高速切削产生的热量又容易产生积屑瘤, 使刀具的切削性能大大下降, 形成粘刀。因此, 需要选择合适的刀具、切削参数、切削方式以及冷却方式。
2薄壁铝型材铣削加工时的关键点
2.1刀具选择。铝合金薄壁型材对刀具有着很高的要求。刀具在具有高性价比的同时还必须满足高质量加工的需求。为了满足铝型材粗加工和精加工的不同要求, 刀具选型需要考虑以下几个方面:
2.1.1切削性能好。刀具应具有能够承受高速切削的性能, 可选用硬质合金刀具或者涂层刀具。刀体具有高刚性, 可抑制振颤, 获得较高的加工精度和表面质量。
2.1.2精度高。为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求, 刀具必须具有较高的精度, 如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm。
2.1.3耐用度高。数控加工的刀具, 不论在粗加工或精加工中, 都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度, 以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数, 从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。
2.1.4断屑及排屑性能好。数控加工中, 断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理, 切屑易缠绕在刀具和工件上, 会损坏刀具和划伤工件已加工表面, 甚至会发生伤人和设备事故, 影响加工质量和机床的安全运行, 所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。
2.2切削参数。薄壁铝型材加工时更为关键的是要合理选取加工参数, 减少振动, 保证顺利完整地加工完, 同时兼顾效率。当铣刀的切削刃切入工件时, 猛然地撞击会引起刀具的振动, 最初诱发的刀具振动将改变后续的切屑厚度, 随后当切削力变化又反过来引起加工系统的振动加剧。切削力的方向和变动幅度在很大程度上决定了振动趋势, 如果不加以抑制, 切削力的变化幅度就会增大, 从而使切削后的表面粗糙度值增大, 甚至导致切削刃和刀具损坏, 此外还会对机床主轴产生不利影响。为此, 必须在切削开始时就抑制切削力剧烈的变动从而抑制振动趋势。除采用防振刀具外, 合适的切削参数是抑制颤振的有效方法。逆铣时刀具切入工件时, 切削厚度是从薄到厚的渐变过程, 因此可以有效避免刀具对工件的猛烈撞击, 可以有效避免刀具及工件筋板的颤振。
2.3切削液的选择。高速动车组车体制造中型材是先加工后焊接, 加工后工件上不能有残留的液体, 因此加工采用的是油雾气冷却方式。高速加工产生大量的热量, 如果产生的热量不能及时地被切削液带走, 将会发生粘刀现象, 甚至出现积屑瘤, 同时热量也可使工件发生变形。铝合金型材切削液的选择, 必须保证良好的润滑性、冷却性、挥发性和防锈性, 因此可用于铝合金加工的切削液与普通的乳化切削液有所不同, 选择一款合适的切削液是十分必要的。对于铝合金型材加工应选择低粘度易挥发的切削液, 如巴索的切削液MK500和美孚维美EDM-3。
3如何获得合格的薄壁铝型材产品
3.1在装夹时, 一定要使用垫块填塞型腔, 并加大工装定位装置接触面积及加紧装置接触面积, 避免型材件在外力作用下产生扭曲或者局部变形。压紧装置压紧点需要靠近加工部位, 且不干涉刀具运行, 由此可很大程度上减少颤动。由于铝合金塑性好, 易产生磕碰划伤, 在定位装置和夹紧装置上一定要设置保护 (一般采用塑料或者木块材质保护) , 以防止受力时在工件表面形成较深压痕。另外, 在每个工序的进行及运转中, 也需要做好表面的防护。
3.2对于薄壁铝型材零件, 尽管我们已经在专用工装的设计上花费了很多的心思来降低加工的难度, 但对于一些零件来说, 由于其特殊的加工结构以及薄壁的关系, 所能承受的力比较小, 稳定性也无法达到完美。因此若刀具的长度、切削方式以及切削速度选择不当, 极易产生颤动, 使产品的粗糙度无法达到图纸要求。在这种情况下, 一定要尽量选择直径较小的刀具, 根据工件的加工条件选择顺铣或者逆铣, 采用高转速、小切削量的加工方式, 减小切削抗力, 获得最佳的加工表面粗糙度。
3.3在薄壁铝型材的数控铣加工中, 一定要考虑装夹后零件的状态与图纸理想状态的区别, 加工前试程序, 及时发现问题并纠正。Z轴要保持安全高度, 避免伤及母材。
结束语
通过对薄壁铝型材的工装设计及详细的工艺分析, 及时有效地为我公司解决了高速动车组薄壁铝型材加工难题。保证了高速动车组薄壁类铝型材的图纸设计要求和工期要求, 在生产中发挥了巨大作用。
参考文献
[1]陈宏钧.机械加工工艺施工员手册.
[2]陈宏钧.机械加工工艺装备设计员手册.
[3]李念奎.铝合金材料及其热处理技术.
动车加工 篇6
1 J型12×4 钢圈加工工艺
本文以丰田系列扫雪车J型12×4 车轮钢圈为研究对象, 钢圈主要由轮辋和轮辐组成, 其结构如图1 所示。
1.1 轮辋加工工艺
轮辋加工材料为SPHC热轧钢板, 厚度2.5mm, 轮辋加工过程如表1。
(1) 打字卷圆。在平铺的钢板上压印出产品设计规定的标识内容, 传输到卷圈机内圈圆, 以方便后续工序的焊接等, 刻字位置在轮缘位置, 图2 所示平铺钢板刻字, 图3 所示卷圈机内的圈圆。
(2) 对焊。轮辋对焊采用闪光对焊能够满足焊接强度及外观要求, 闪光对焊属于电阻焊的一种, 焊接代号为“24”。工作时, 钳口和电极将工件两端加紧, 接通电源, 同时使工件两端同时逐渐靠近, 在大电流的作用下产生电阻热, 使两端头金属熔化, 并开始闪光;同时给予一个快速的顶锻力, 使两端头的材料结合在一起。轮辋对焊工作如图4 所示。
(3) 扩口、滚型。轮辋扩口、1 滚、2 滚、3 滚通过形状过渡, 材料均匀变形, 同时使轮辋形状逐渐成型至产品规定的尺寸 (包括轮辋的宽度、轮缘宽度) , 并将轮缘口处进行切边。图5 为轮辋滚型过程。
(4) 扩张。通过模具中的锥形芯轴的向上运动, 使轮辋径向方向上产生张力, 是轮辋的胎圈座周长达到设计要求, 以便于轮胎配合装配, 其尺寸通过球带尺检验。图6所示模具锥形芯轴原理和模具实体。
(5) 冲气门孔、挤孔。图7 为冲压轮辋气门孔, 挤压毛刺, 确保轮辋与气门嘴装配顺利, 不刮伤气门嘴。
1.2 轮辐加工工艺
轮辐加工材料为SPHC热轧钢板, 厚度4.5mm, 轮辐加工过程如表2。
(1) 落料。按产品设计将钢板冲成一定尺寸的圆料, 以便后续拉伸、成型等工序使用, 综合考虑板料的重量、利用率及动能因素, 采用落圆数来进行冲压落料。冲压板材按照设计, 外购相应规格的板材。图8 所示冲压落料。
(2) 拉延、反拉延成型。将圆板料拉出一定高度, 有利于后续反拉延工序时材料的流动 (一些小规格的钢圈辐板拉延时, 可在中心冲出一个工艺小孔, 为后续工序提供位基准) 。反拉延是过渡形状过程, 利于材料流动, 最后用成型模压出设计轮辐形状, 其控制尺寸主要为轮辐深度、螺栓孔凸包的高度等, 其中轮辐深度、螺栓孔凸包不足会降低钢圈弯曲疲劳性能和螺栓孔刚度。图9 所示拉延、反拉延成型的辐板。
(3) 翻边。通过模具冲压钢圈轮辐的中心孔, 然后对中心孔和外径进行折弯, 形成一定的配合长度, 有利于配合整车装配。中心孔翻孔过程中存在较大的拉应力, 产品设计或加工时, 设定一个合理的中心孔高度, 提高产品的可制造性, 并且可以中心孔裂纹。图10 所示轮辐翻边。
(4) 冲螺栓孔、冲定位孔。螺栓孔及其球面尺寸, 通常也是通过冲压方式实现, 给整车装配带来便利。轮辐定位通过中心孔定位销, 并确保螺栓孔相对于中心孔的位置度要求, 这一加工过程通过三坐标测量机或专用的位置度检具进行过程监控。同样, 依次冲压伦轮辐的定位孔。图11 为轮辐螺栓孔、定位孔的冲压和三坐标测量机。
2 钢圈合成制造工艺
钢圈组对通常是通过压制及焊接的方式实现的, 其合成压配模具如图12 所示。
(1) 压配。按设计要求, 利用模具将轮辐、轮辋压配至规定的相对位置。主要控制的尺寸为车轮跳动和车轮的偏距, 其均可通过后续的检测设备进行全检监控, 不合格品会自动下线, 避免其流入下道工序。图13 所示轮辋、轮辐的压配。
(2) 合成焊接。钢圈合成是通过CO2气体保护焊焊接的, 焊接代码“135”, 焊接时通过较高的电流 (通常标准在150A以上) 产生热量及弧光, 融化焊丝及部分钢圈材料, 形成液态熔池, 同时CO2气体隔绝空气, 保护液态熔液不被氧化, 使轮辋、轮辐很好的焊接组合。图14 所示CO2气体保护焊合成焊接。焊接强度由“联接强度试验”来进行试验[3,4], 焊接不出现撕裂或可见裂纹, 图15 所示联接强度试验。
最后经过跳动、动平衡、涂装、包装、等工序完成钢圈制造及装配的整个过程。图16 为以上工序图。
3 结语
车轮钢圈市场空间及需求量是相当大, 并且整个行业已实现相应地标准, 大多数企业各规格已经量产出口或直接装配, 然而市场上的钢圈质量也是参差不齐, 钢圈制造工艺日益凸显其重要性, 甚至成为决定产品质量和客户满意最关键的指标, 优化工艺及加强工艺的管理, 也是各企业降低成本的最佳途径[5]。
摘要：随着车轮钢圈行业标准的规范及客户质量要求越来越高, 钢圈加工工艺不能再单纯依靠经验来加工, 新的工艺方案必须更加细化, 其过程也需要新的设备及方法来控制, 尤其ISO/TS16949标准给钢圈制造带来更高的要求。本文详述了一种非机动车J型12×4钢圈的制造加工过程, 其工艺已经能很好地保证钢圈生产质量。
关键词：非机动车,钢圈,加工工艺,冲压,质量
参考文献
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