平地機(jī)WA4280濕式橋托架的試制

趙小冬

摘要：本文主要講述了平地機(jī)WA4280濕式驅(qū)動(dòng)橋托架，在森精機(jī)柔性加工單元試制的過(guò)程，及試制過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題和解決方法。通過(guò)對(duì)工裝的改進(jìn)，減少了裝夾次數(shù);通過(guò)修改程序、加工順序、調(diào)整刀具刀片，解決了加工凸臺(tái)、震紋及表面粗糙度不良問(wèn)題;通過(guò)使用宏程序，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的自動(dòng)轉(zhuǎn)換并提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工裝夾具;粗糙度;同軸度;鏜孔振動(dòng)

一、設(shè)備選擇

平地機(jī)WA4280濕式驅(qū)動(dòng)橋，是最新的平地機(jī)驅(qū)動(dòng)橋，然而托架作為平地機(jī)驅(qū)動(dòng)橋中的關(guān)鍵零部件，負(fù)責(zé)整機(jī)的動(dòng)力傳遞，具有非常重要的作用。托架的主要加工處是Ф140N7、Ф140H8、Ф145、2-Ф150K7、Ф176.212N7的孔和銑M155*2的螺紋，平面的粗糙度、平面度、平面與孔的垂直度、孔與孔的同軸度和位置度要求都比較高，所以設(shè)備的選擇很重要，而森精機(jī)柔性加工單元是工作臺(tái)、主軸都可旋轉(zhuǎn)的加工中心，加工精度高，并且可以最大程度的減少裝夾次數(shù)，集中加工工序。因此決定，本品在森精機(jī)柔性加工單元上進(jìn)行試制。

二、加工試制過(guò)程中遇到的問(wèn)題

（一）工裝問(wèn)題

為了盡可能減少重復(fù)裝夾所產(chǎn)生的誤差，工裝應(yīng)考慮能夠?qū)⒐ぜ椒胖貌⒆畲蟪潭韧瓿杉庸すば?，所以考慮工裝應(yīng)為彎板形式。以一面二銷(xiāo)定位，并輔以壓板壓緊（圖1），后面采用可調(diào)支撐（圖2）。角向定位銷(xiāo)選擇采用可活動(dòng)、帶有螺紋拆卸的定位銷(xiāo)，以防止裝卸工件時(shí)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致變形損壞，同時(shí)也可減小勞動(dòng)強(qiáng)度，方便拆裝工件。

1.修工裝定位圈直徑：工裝定位圓尺寸為Ф510mm，外協(xié)廠(chǎng)家已經(jīng)加工至Ф508mm，留量以便我們把工裝安裝在機(jī)床上精加工。將工裝清理干凈，并用M16螺栓牢靠的固定在工作臺(tái)表面，轉(zhuǎn)進(jìn)機(jī)床內(nèi)，用探針（圖3）找到定位圈中心。經(jīng)測(cè)量，定位圈原始尺寸為Ф508mm，最終要求為Ф510（0/+0.05）mm。所以，先試加工至Ф509.8mm。編程、加工完畢、測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，尺寸為Ф509.52mm，小于理論值，并且加工面粗糙有震紋。分析發(fā)現(xiàn)，工裝定位圈硬度比較高，然而刀具為高速鋼刀具，產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，并容易產(chǎn)生振動(dòng)，且圓弧插補(bǔ)使用的是G03為逆銑，不利于獲得較好的表面粗糙度。經(jīng)換為硬質(zhì)合金銑刀，采用G02順銑，最終加工至Ф510.030mm，并獲得較好加工表面，符合工藝要求，

2.修工裝定位圈表面：使用探針測(cè)量，發(fā)現(xiàn)定位圈平面度相差0.2mm，使用Ф100硬質(zhì)合金面銑刀，反復(fù)修正，至表面平整光滑。

3.加工2處Ф16F7銷(xiāo)孔：采用鉆、擴(kuò)、鉸的工藝，加工完成此銷(xiāo)孔。

裝夾工件時(shí)發(fā)現(xiàn)工件定位面與工裝定位面不貼合，用塞尺測(cè)量有0.6mm間隙，發(fā)現(xiàn)工裝定位圈修整過(guò)后，倒角很小，經(jīng)測(cè)量小于1×45°，而Ф510g6圓與平面有R1.5圓弧過(guò)度。經(jīng)過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)定位圈倒角與R1.5圓弧發(fā)生干涉，導(dǎo)致定位偏差。倒角應(yīng)大于1.2×45°，因此重新修整定位圓倒角至2.5×45°，重新裝夾工件，完成后用塞尺檢測(cè)保證貼合良好。又發(fā)現(xiàn)角向定位的定位銷(xiāo)，在壓板壓緊后，不能旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，說(shuō)明定位銷(xiāo)受力，導(dǎo)致工件也受力、變形或位移。原來(lái)外協(xié)廠(chǎng)家加工的定位銷(xiāo)為長(zhǎng)圓柱銷(xiāo)，不易于工件拆卸，應(yīng)將圓柱銷(xiāo)修整成為菱形銷(xiāo)，修整時(shí)遵循原則，應(yīng)保證使用時(shí)，菱形銷(xiāo)的長(zhǎng)軸垂直于圓銷(xiāo)的中心連線(xiàn)，重新裝夾，此時(shí)定位銷(xiāo)可以自由旋轉(zhuǎn)。

（二）加工順序不合理及解決辦法

當(dāng)首件工件試制完成后發(fā)現(xiàn)，Ф140N7孔底平面出現(xiàn)一圈臺(tái)階，測(cè)量孔端面到孔底深度，不符合圖紙要求。經(jīng)過(guò)思考分析后發(fā)現(xiàn)，加工順序有誤。

錯(cuò)誤的加工順序：

1.粗銑Ф140N7孔端面及孔底平面

2.精銑Ф140N7孔端面及孔底平面

3.孔口倒角

4.半精鏜Ф140N7孔

5.精鏜Ф140N7、Ф140H8孔

按照這種加工順序，在精銑孔底平面時(shí)，實(shí)際加工的直徑是小于等于毛坯孔的直徑，而后面進(jìn)行半精鏜鏜刀刀片的切削端，并非是一條直線(xiàn)，加之由于對(duì)刀的誤差、切削時(shí)的讓刀等，導(dǎo)致實(shí)際加工深度小于理論編程深度，所以造成了這種現(xiàn)象。

正確的加工順序：

1.粗銑Ф140N7孔端面及孔底平面

2.半精鏜Ф140N7孔

3.孔口倒角

4.精銑Ф140N7孔端面及孔底平面

5.精鏜Ф140N7、Ф140H8孔

按照這種順序，精銑孔底平面的實(shí)際加工直徑與孔直徑重合，而精鏜孔刀尖具又有清根作用，符合要求。

（三）鏜孔震動(dòng)、表面粗糙度不好及解決辦法

在加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，2-Ф150K7（+0.013/-0.033）和Ф176.212N7（-0.014/-0.060）孔在鏜孔時(shí)有較大的震動(dòng)，精鏜完成后表面粗糙度不良有震紋（要求Ra1.6um），表面粗糙度不良會(huì)影響耐磨性、配合的穩(wěn)定性、疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕性、密封性、接觸剛度、測(cè)量精度等方面。從而影響整機(jī)的使用壽命和性能，所以必須解決。影響表面粗糙度的原因應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：刀具方面、切削參數(shù)、熱量變化。

1.刀具方面

因?yàn)楣ぱb及工作臺(tái)的影響，在鏜孔時(shí)需選用刀桿長(zhǎng)度較長(zhǎng)的鏜刀，所用刀桿是一節(jié)節(jié)接起來(lái)的，所以刀桿的剛性和減震性不好。經(jīng)商討，采用一體式帶有減震桿的刀桿。當(dāng)時(shí)的刀片采用也不適合加工鏜孔，所采用的刀片刀尖圓弧為0.4mm，而刀尖圓弧越小、工件切削殘留面積也就越大。由此我們將原本的精鏜單元和刀片換為新的精鏜單元和刀尖圓弧為0.8mm的刀片。

2.切削參數(shù)的影響

在鏜孔過(guò)程中，切削三要素的影響不容小覷。切削三要素對(duì)表面粗糙度的影響：切削深度>進(jìn)給量>切削速度，所以，首先調(diào)整半精鏜鏜刀尺寸，但由于刀具過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致刀具剛性降低，所以應(yīng)適度降低線(xiàn)速度，對(duì)應(yīng)的就是主軸轉(zhuǎn)速降低，以減小刀具的變形和自激振動(dòng)，在通過(guò)逐漸降低主軸速度為S134時(shí)，發(fā)現(xiàn)效果最佳，得出進(jìn)給量F14。而Ф150K7軸承孔，是由托架本體（QT450-10）與軸承座（QT400-18）組合而成，性能有所不同，由于刀具條件不變，適當(dāng)?shù)臏p小切削參數(shù)，以減小切削時(shí)刀具受力變化時(shí)導(dǎo)致的表面質(zhì)量不好。同樣將精加工余量由Ф0.5mm改至Ф0.3mm，將原本S220，F(xiàn)22改為S140，F(xiàn)14.

3.切削熱量

影響切削熱量的主要因素有切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)、工件材料和切屑液。加工中所產(chǎn)生的熱量，大部分傳遞給鐵屑，其次是工件，再次是刀具，由此可見(jiàn)，我們要解決的就是工件與刀具的熱變形導(dǎo)致的表面粗糙度不良，工藝方面，我們將工序集中化，采用先粗后精的順序，將粗加工與精加工時(shí)間間隔拉長(zhǎng)，使得工件、刀具充分冷卻，使刀具與工件之間更多產(chǎn)生的是剪切作用，而不是擠壓作用。

三、工件坐標(biāo)系90度換算

在編制程序時(shí)，我們將Ф140H8孔的中心定位G54零點(diǎn)，加工完成后，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°，加工Ф150H6孔，將其中心定為G56零點(diǎn)。G54的零點(diǎn)由我們?cè)诠ぜ庸ぶ?，通過(guò)找工裝定位圈的中心和端面確定。那G56的零點(diǎn)如何確定呢？靠傳統(tǒng)的用刀具或探針去觸碰工件和工裝找中心的方法？因?yàn)楣ぱb干涉、探針有效距離短，所以是不能實(shí)現(xiàn)的，那么就只能依靠圖紙給定的尺寸，結(jié)合機(jī)床的回轉(zhuǎn)中心去進(jìn)行計(jì)算，得到所需的工件坐標(biāo)系零點(diǎn)。然而就臥式加工中心而言，當(dāng)一個(gè)點(diǎn)到工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的位置為X1，Y1，Z1時(shí)，將工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°后，得這一點(diǎn)的坐標(biāo)為X2，Y2，Z2，由于點(diǎn)到工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的距離沒(méi)有變化，那么這時(shí)X1=Z2，Y1=Y2，Z1=X2（圖4）。由此，我們可以將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，同理轉(zhuǎn)化。從圖5可以看出，從主軸端面到工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的距離AE是固定的（本設(shè)備為Z-1080），從主軸端面到Ф140H8孔端面的距離AB也是已知的（G54坐標(biāo)系Z軸機(jī)械坐標(biāo)值+刀具長(zhǎng)度），那么，BE=AE-AB，而B(niǎo)到D的距離已知，所以DE=BD-BE.工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)之后（圖6），D1E1=DE距離不變，則可得到G56坐標(biāo)系的X軸機(jī)械坐標(biāo)值為X軸回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)（X-525）減去DE。圖16中，點(diǎn)D到AE線(xiàn)段的垂直距離，可以通過(guò)G54的X軸機(jī)械坐標(biāo)（負(fù)值）減去X軸回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)減去圖紙尺寸，然后取絕對(duì)值得到，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)后（圖6），則可以得到G56坐標(biāo)系的Z軸機(jī)械坐標(biāo)值為Z軸回轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)加上D到AE線(xiàn)段的垂直距離。而工件的Y坐標(biāo)始終不變。由此，G56坐標(biāo)系的X、Y、Z、B的機(jī)械坐標(biāo)值全部得到。同理可以計(jì)算出其他坐標(biāo)系坐標(biāo)值。而工作中，這樣計(jì)算比較繁瑣，所以我們利用宏程序自動(dòng)計(jì)算。

四、結(jié)語(yǔ)

本文講述了試制平地機(jī)濕式驅(qū)動(dòng)橋托架的整個(gè)過(guò)程，從工裝的修正到加工順序的優(yōu)化，從刀具的更換到切削要素的改進(jìn)，到切削液的選擇，然后通過(guò)宏程序去簡(jiǎn)化坐標(biāo)換算，完成了產(chǎn)品的試制。文中對(duì)工件的定位方式，對(duì)工件、工裝的加工方法，對(duì)刀具的選擇、改動(dòng)，對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換、計(jì)算，對(duì)問(wèn)題的分析，也適用于其他類(lèi)似零件，具有一定的參考價(jià)值。本文提到的方式方法，在其他類(lèi)型零件的加工中，需結(jié)合具體情況，具體分析，靈活運(yùn)用，才是重中之重。

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