Был проведен анализ процесса неправильной эксцентриковой конструкции Z-образного балансировочного колена, а также трудностей обработки из-за его большого размера, высокой точности и невозможности зажима. Предложена стандартизированная схема обработки. Было разработано специальное приспособление для токарного станка, подходящее для обработки нескольких моделей и больших партий изделий, решающее проблемы высокой сложности обработки, нестабильного качества и низкой эффективности обработки Z-образного балансирного колена.
01
Введение
Балансирное колено является основным элементом системы подвески гусеничных специальных машин. Он работает совместно с упругими элементами, такими как торсионный вал и амортизатор, обеспечивая упругую поддержку кузова автомобиля и опорного катка [1]. Балансировочное колено может передавать большое количество энергии удара, возникающей при движении опорного катка вверх-и-вниз, на торсионный вал, амортизировать и поглощать энергию вибрации, уменьшать силу удара по кузову транспортного средства, повышать комфорт пассажиров, уменьшать повреждение компонентов и обеспечивать устойчивость и маневренность транспортного средства при движении по неровным дорогам [2]. Общий узел балансировочного колена включает в себя шлицевой вал, балансирное колено и вал опорного катка. Балансировочное колено Z-образной формы представляет собой интегрированное балансировочное колено, сочетающее в себе все три компонента. Интегрированное балансировочное колено обладает высокой маневренностью, высокой надежностью и легким весом и широко используется в современных специальных транспортных средствах [3]. 02
Анализ конструкции и проблем обработки Z-образного балансировочного колена
Балансировочное колено в форме Z-, как показано на рисунке 1, представляет собой эксцентричную конструкцию неправильной формы. Он имеет большие размеры и вес, требует высокой скорости съема материала, высокой точности размеров и положения, а также длительного цикла обработки с многочисленными процессами. Он включает в себя различное оборудование и профессии, в том числе горизонтально-расточные станки, токарные станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, протяжные станки и электроэрозионные станки. В предыдущем производстве на каждом этапе процесса возникали многочисленные проблемы, такие как размеры вне--допусков внешнего круга вала, несовпадение между шлицевым отверстием и внешним кругом, не-параллельность между осями большого вала (шлицевого вала) и малого вала (вала нагрузочного колеса), некачественная шероховатость поверхности, несбалансированное время технологического цикла и низкая эффективность обработки, что серьезно влияло на качество продукции и график поставок.
03
Схема процесса
Процесс обработки балансировочного колена Z-: черновая расточка торца и внутреннего отверстия → черновая обработка большого вала → черновая обработка малого вала → чистовая расточка торца и внутреннего отверстия → чистовая обработка большого вала → чистовая обработка малого вала → фрезерование внешней формы и сверление → протяжка (шлицевая электроэрозионная обработка). Заготовка изделия представляет собой штамповку. При черновой и чистовой обработке больших и малых валов требуется специальное токарное приспособление с противовесами. Это приспособление уравновешивает центробежную силу, возникающую во время вращения заготовки, тем самым снижая вибрацию и увеличивая скорость шпинделя, эффективно повышая точность обработки изделия и скорость резания.
04
Процесс обработки
(1) Черновая расточка торцевых поверхностей и внутренних отверстий: используется горизонтально-расточный станок с ЧПУ. Припуск по 2 мм оставляют с каждой стороны как для торцевых поверхностей, так и для внутренних отверстий. Основная функция этого процесса — быстрое удаление большого количества материала и создание центральных отверстий для черновых-наружных диаметров большого и малого валов. Горизонтально-расточный станок с ЧПУ имеет вращающийся на 360 градусов рабочий стол, что позволяет выполнять универсальную обработку в плоскости XOY за один установ. Он может обрабатывать четыре торца и внутренние отверстия одновременно, обеспечивая соосность обрабатываемых центральных отверстий на обоих концах большого и малого валов и параллельность осевых линий большого и малого валов. Черновая расточка торцов и внутренних отверстий показана на рисунке 2, где толстой сплошной линией обозначена обработанная поверхность.
Рисунок 2. Черновая расточка торца и внутреннего отверстия
(2) Черновая обработка большого вала: обработка выполняется на токарном станке с ЧПУ с припуском 1,5 мм с каждой стороны наружного диаметра. Основная функция этого процесса — быстрое удаление большого количества материала и создание эталона процесса для чистовой расточки торцевой поверхности и внутреннего отверстия. Поскольку центр тяжести балансировочного колена в форме Z- смещается от центра вращения во время токарной обработки, требуется специальное приспособление для токарного станка с противовесами для балансировки центробежной силы, снижения вибрации и увеличения скорости шпинделя. Черновая обработка большого вала показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Черновая обработка большого вала
(3) Черновая обработка малого вала: обработка выполняется на токарном станке с ЧПУ с припуском 1,5 мм с каждой стороны наружного диаметра и торцевой поверхности. Основная функция этого процесса — быстрое удаление большого количества материала и снятие механического напряжения. Черновая обработка малого вала показана на рисунке 4. После черновой обработки большой и малый валы имеют одинаковый внешний диаметр. Зажим в форме AV- используется для более стабильной чистовой обработки при чистовом растачивании.
Рисунок 4. Черновая обработка малого вала
(4) Чистовая расточка торцевой поверхности и внутреннего отверстия: это выполняется с помощью горизонтально-расточного станка с ЧПУ с черновой обточкой наружного диаметра большого вала в качестве исходной точки обработки и точки прижима. Основная функция этого процесса – обработка четырех торцов и внутреннего отверстия изделия до конечного размера, обеспечивающая точность размеров и шероховатость поверхности, а также создание фаски для чистовой обработки наружных диаметров большого и малого валов. Чистовая расточка торцевой поверхности и внутреннего отверстия показана на рисунке 5, где жирной сплошной линией обозначена поверхность, обработанная в этом процессе.
Рисунок 5. Чистовая расточка торца и внутреннего отверстия
(5) Завершающая обработка большого вала. Это выполняется на токарном станке с ЧПУ, обрабатывая внешний диаметр до конечного размера, обеспечивая точность размеров, геометрическую точность и шероховатость поверхности. В этом процессе в качестве опорной точки зажима используется фаска, созданная во время чистового растачивания внутреннего отверстия, что обеспечивает соосность наружного диаметра и внутреннего отверстия большого вала. Финишная обработка большого вала показана на рисунке 6.
Рисунок 6. Прецизионное точение главного вала
(6) Прецизионная обработка небольшого вала: на токарном станке с ЧПУ внешний диаметр обрабатывается до конечного размера, обеспечивая точность размеров, геометрическую точность и шероховатость поверхности. В этом процессе в качестве ориентира зажима и позиционирования используется фаска, полученная во время прецизионного растачивания внутреннего отверстия, что обеспечивает соосность наружного диаметра малого вала и внутреннего отверстия, а также параллельность осевых линий малого вала и главного вала. Прецизионное точение малого вала показано на рисунке 7.
Рисунок 7. Прецизионное точение малого вала
(7) Фрезерование внешней формы и сверление: с помощью вертикального обрабатывающего центра внешняя форма изделия обрабатывается до желаемого положения и сверлятся отверстия для дюбелей. Фрезерование внешней формы и сверление показаны на рисунке 8, где толстыми сплошными линиями обозначены поверхности, обработанные в этом процессе.
Рисунок 8. Фрезерование внешней формы и сверление
(8) Протяжка шлица (проволочная электроэрозионная шлица): при большой партии продукции этот процесс обычно выполняется с использованием протяжного станка с протяжным инструментом, что обеспечивает эффективность производства и постоянство размеров шлицевых отверстий. Когда протяжки нет в наличии и размер партии небольшой, этот процесс можно выполнить с помощью проволочного электроэрозионного станка. Внешний диаметр главного вала служит ориентиром для зажима и позиционирования, обеспечивая соосность шлицевого отверстия с наружным диаметром главного вала. Протянутый сплайн (проволочный -сплайн электроэрозионной обработки) показан на рисунке 9, где толстая сплошная линия представляет поверхность, обработанную в этом процессе.
Рис. 9. Прошитый сплайн (проволочный-сплайн электроэрозионной обработки)
На этом этапе Z-образное балансировочное колено завершило все процессы обработки. Последующие процессы включают дефектоскопию и обработку поверхности.
05
Специальное приспособление для токарного станка
Специальное приспособление для токарного станка включает в себя такие компоненты, как фланец, шасси, опорный корпус, центр, противовес и крепежные болты [4, 5].
Фланец служит соединительным элементом между токарным станком и приспособлением. Обычно используется стандартный фланец. Один конец соединяется со шпинделем токарного станка с ЧПУ через коническое отверстие, а другой конец соединяется с шасси через установочный выступ, гарантируя, что центр вращения приспособления токарного станка совмещен со шпинделем токарного станка.
Шасси, служащее основанием станка, имеет удлиненную круглую канавку. К нему прикреплен опорный корпус и два противовеса, и такое трехточечное распределение массы обеспечивает более плавное вращение заготовки во время обработки, снижает вибрацию и улучшает внешнюю цилиндрическую точность и качество поверхности изделия.
Опорный корпус, приваренный к шасси, также имеет удлиненный круглый паз, размеры которого соответствуют размерам паза шасси. Эта канавка служит двум целям: уменьшению общего веса приспособления токарного станка и предотвращению взаимодействия между не-осью обработки Z-образного балансировочного колена и приспособлением токарного станка. Несколько наборов крепежных болтов расположены на обоих концах канавки для фиксации не-оси обработки Z-образного балансирного колена. Конструкция удлиненной круглой канавки позволяет обрабатывать на этом токарном приспособлении Z-образные балансировочные колена различных размеров и моделей, обеспечивая многофункциональную-функциональность.
Центр и ограничитель позиционирования опорного корпуса соединяются вместе и привариваются к опорному корпусу. Во время обработки центр и центр задней бабки токарного станка соответственно поддерживают два конца оси обработки Z-образного балансирного колена, обеспечивая двойную-конфигурацию зажима центра. Чтобы гарантировать, что поверхность позиционирующего конуса центра соосна со шпинделем токарного станка, поверхность позиционирующего конуса центра должна быть прецизионно обработана -на токарном станке после сварки приспособления токарного станка. Противовес состоит из нескольких пластин противовеса веерообразной-формы. Количество пластин противовеса можно регулировать для балансировки центробежной силы, возникающей при обработке различных моделей Z-образных балансировочных колен. Два противовеса равномерно распределены под углом 120 градусов к центру тяжести опоры, что обеспечивает лучшее динамическое равновесие во время обработки изделия.
Для обработки балансировочных колен Z-образной формы различных размеров по обеим сторонам длинной овальной канавки опорного корпуса установлено несколько наборов крепежных болтов. Положения зажима крепежных болтов показаны на рисунке 10. Осевая линия каждого набора крепежных болтов находится выше расстояния H между центром внешней окружности не-необработанной оси Z-образного балансирного колена. Этот метод зажима гарантирует, что сила зажима крепежных болтов на Z-образном балансировочном колене противоположна центробежной силе, что эффективно снижает центробежную силу, возникающую при вращении заготовки. Состояния зажима для обработки малых и больших валов показаны на рисунках 11 и 12 соответственно.
Рисунок 10. Принципиальная схема положения зажима крепежного болта
Рис. 11. Состояние зажима при обработке малого вала
Рис. 12. Состояние зажима при обработке большого вала
06
Проверка результатов обработки
В настоящее время Z--образный процесс обработки балансировочного колена и специальное приспособление для токарного станка применяются на производственной линии уже более года. С помощью этого процесса обрабатываются многочисленные модели и большие партии Z-образных балансировочных колен, что приводит к стабильному и надежному качеству продукции и значительному повышению эффективности обработки. Это полностью подтверждает осуществимость и эффективность процесса и специального приспособления для токарного станка. Фотография некоторых этапов обработки Z-образного балансирного колена показана на рисунке 13.
а) Черновая расточка торца и внутреннего отверстия
б) Черновая проточка главного вала
в) Чистовая расточка торца и внутреннего отверстия.
Рис. 13. Реальные фотографии процесса обработки балансировочного колена Z-образной формы.
07
Заключение
Предложенные в данной статье процесс обработки и специальное токарное приспособление для Z-образного балансирного колена применимы для обработки различных моделей Z-образных балансировочных колен, независимо от материала изделия или типа заготовки. Он обеспечивает комплексный подход к процессу и зажиму для этого типа продуктов, решая проблемы высокой сложности обработки, невозможности зажима, нестабильного качества продукции и низкой эффективности обработки, вызванной неправильной эксцентриковой конструкцией, большими размерами, большим весом и высокими требованиями к точности Z-образного балансировочного колена. Проверка на месте показывает, что этот процесс обработки может гарантировать, что изделия балансировочного колена Z-образной формы соответствуют требованиям к проектной точности, уменьшают сложность обработки, а также улучшают стабильность качества продукции и эффективность обработки.
