高效加工汽車中橋零件

青海一機(jī)數(shù)控機(jī)床有限責(zé)任公司（西寧 810018）賈冀青 常偉軍 許顯存 楊錦斌

車橋是汽車重要的元件之一，它的需求數(shù)量非常大，因?yàn)槊恳惠v汽車都需要車橋，而車橋的精度直接影響著汽車的綜合性能。因此加工對(duì)每一道工序切削參數(shù)的合理性、工藝過(guò)程的正確性要求非常嚴(yán)格。下面針對(duì)車橋類零件加工過(guò)程的工藝方案進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.工藝分析

（1）確定加工方案。車橋也稱車軸，它通過(guò)懸架和車架（或承載車身）相聯(lián)，兩端安裝汽車車輪。其功能是傳遞車架（或承載車身）與車輪之間各方向作用力。按照驅(qū)動(dòng)方式可以分為：前橋、中橋、后橋。下面以某汽車中橋?qū)ζ浼庸すに囘M(jìn)行詳細(xì)分析。

圖1是某汽車中橋零件，從圖中可以看出該零件的兩端為旋轉(zhuǎn)軸類，也是該零件的基準(zhǔn)（即A、B基準(zhǔn)），零件上的所有尺寸均與兩端關(guān)聯(lián)，因此利用機(jī)械加工工藝學(xué)上的“互為基準(zhǔn)原則”和“基準(zhǔn)先行原則”，確定其加工方案，工藝流程如下：先分別加工兩頭內(nèi)孔及端面，再加工兩頭軸外圓，最后加工中間琵琶孔及端面。

圖1 某汽車中橋零件

（2）設(shè)備選型。工件特性：長(zhǎng)度為2072mm，寬度約540mm，鏜孔直徑約445mm。

加工設(shè)備選型：常理下，加工此類零件以臥式加工中心為第一選擇，但臥式加工中心價(jià)值比較昂貴，加工成本過(guò)高。隨后，我們多次組織與資深工藝人員和經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)床操作人員一起探討、研究，決定采用以“經(jīng)濟(jì)最大化、性價(jià)比最高化”為原則進(jìn)行設(shè)備選型，即立式加工中心配備CNC數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的零件加工方案。

2.夾具設(shè)計(jì)

因?yàn)橐庸う?45mm琵琶孔與φ110N7孔及其各自端面上的螺紋，從圖1中可以看到φ445mm琵琶孔與φ110N7孔分別在兩個(gè)相互平行的平面上，加工完一個(gè)平面后，工件需要旋轉(zhuǎn)180°后再加工另外一個(gè)平面。若使用分工序或翻轉(zhuǎn)夾具的方法加工，加工出工件的精度低、一致性差、效率不高、工人的勞動(dòng)強(qiáng)大，發(fā)揮不出加工中心高效、快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)。所以選用立式加工中心配CNC數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成對(duì)琵琶孔、端面及后蓋孔的全部加工內(nèi)容，在裝夾方面分別由A、B基準(zhǔn)用V形鐵和614mm尺寸左面定位裝夾，然后再分別聯(lián)接在CNC數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和尾架上。

（1）防止工件在旋轉(zhuǎn)時(shí)丟轉(zhuǎn)。由于A、B基準(zhǔn)表面光滑，與V形鐵定位面之間摩擦力小，在CNC數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)容易產(chǎn)生丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使得工件旋轉(zhuǎn)不到位，φ445mm琵琶孔與φ110N7孔之間距離（150±0.06）mm和（106±0.05）mm尺寸不能保證。所以在設(shè)計(jì)夾具時(shí)增加夾緊裝置，防止工件在旋轉(zhuǎn)時(shí)丟轉(zhuǎn)。

（2）防止工件撓曲變形。該工件自重170kg，兩定位處（兩V形塊）的跨度為1400mm，工件約2/3的重量在中間部分。用兩個(gè)定位塊把工件支撐起之后，工件的中間部分處于懸空狀態(tài)，因此，工件在自重的作用下產(chǎn)生中間部分下沉；再者，工件在鏜φ445mm琵琶孔時(shí)，由于毛坯孔余量的不均勻，使得由A、B基準(zhǔn)構(gòu)成的軸線在空間產(chǎn)生各種程度的撓曲變形，從而影響零件的加工精度。為此，設(shè)計(jì)夾具時(shí)在工件的下方和側(cè)面增加輔助支持裝置，以防止工件的撓曲變形。

（3）采用液壓夾具。由于該工件的特殊性和結(jié)構(gòu)的限制，若使用機(jī)械夾具裝夾工件，操作者在每加工一個(gè)零件需要花費(fèi)約5min的時(shí)間來(lái)調(diào)整輔助裝置和夾具裝置，才能完成工件的定位和裝夾。這樣使得生產(chǎn)效率不高，操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度大。

從提高生產(chǎn)效率和降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度方面考慮，采用專用液壓夾具（見(jiàn)圖2），工件的整個(gè)定位和裝夾過(guò)程全部由液壓系統(tǒng)來(lái)完成。操作者將工件安裝到位后，只需要在機(jī)床上執(zhí)行相應(yīng)的夾緊代碼，整個(gè)夾緊過(guò)程就會(huì)自動(dòng)完成，不需要人為地調(diào)整。工件的整個(gè)夾緊過(guò)程大約為30s的時(shí)間，從而，加工一個(gè)車橋在該工序上可節(jié)約出2.5min的時(shí)間。

圖2

3.采用自動(dòng)工件坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)

工件裝夾完成后，首先，將工件的琵琶孔端面在機(jī)床Y軸方向找平（X軸方向由等高V形定位塊保證）；其次，需要先確定和測(cè)量出工件的坐標(biāo)零點(diǎn)，再確定編程零點(diǎn)；最后，編程加工。由圖可知，我們以琵琶孔向上定位數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)零度位置，以琵琶孔中心為工件的X、Y軸坐標(biāo)零點(diǎn)，以圖中97mm尺寸上面為工件的Z軸坐標(biāo)零點(diǎn)；數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)180°（φ110N7孔端面坐標(biāo)）位置坐標(biāo)可以通過(guò)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的零度坐標(biāo)換算而來(lái)。

（1）找正平面。若使用百分表和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)CNC數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的方法來(lái)找平，需要花費(fèi)約1min的時(shí)間（這取決于操作者的熟練程度）；使用雷尼紹自動(dòng)工件坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，人為事先設(shè)置好參數(shù)后，在機(jī)床上執(zhí)行程序，測(cè)頭就會(huì)自動(dòng)測(cè)量出琵琶孔端面與工作臺(tái)面在Y軸方向的夾角，然后CNC數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)來(lái)消除該夾角，使得工件琵琶孔端面與工作臺(tái)面平行。

（2）測(cè)量工件坐標(biāo)系。人工手動(dòng)測(cè)量X、Y、Z軸坐標(biāo)零點(diǎn)的方法，會(huì)使測(cè)量的誤差大（主要取決于操作者的技術(shù)），浪費(fèi)時(shí)間；使用英國(guó)雷尼紹自動(dòng)工件坐標(biāo)測(cè)量裝置，操作只需要在機(jī)床上執(zhí)行工件測(cè)量程序，測(cè)頭就會(huì)自動(dòng)測(cè)量并換算出X、Y、Z軸坐標(biāo)零點(diǎn)。這樣操作方便簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，節(jié)約時(shí)間。

4.數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

為了解決某汽車中橋零件的高效加工，采取了先粗后精、先面后孔的加工方案，具體加工內(nèi)容如下：

（2）夾具夾緊加工工件。

（3）數(shù)控工作臺(tái)回轉(zhuǎn)0°位置。

（5）粗鏜φ440mm孔至φ439.5mm。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ439.5mm雙刃鏜刀，切削速度150m/min，主軸轉(zhuǎn)速109r/min，進(jìn)給速度44mm/min，切削長(zhǎng)度47mm，切削時(shí)間1.318min。

（6）粗鏜φ445mm孔至φ444.5mm。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ444.5mm雙刃鏜刀，切削速度150m/min，主軸轉(zhuǎn)速107r/min，進(jìn)給速度43mm/min，切削長(zhǎng)度25mm，切削時(shí)間0.831min。

（7）φ445mm孔口倒角和φ440mm孔口倒角。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ63mm倒角刀，切削速度240m/min，主軸轉(zhuǎn)速1213r/min，進(jìn)給速度1213mm/min，切削長(zhǎng)度2800mm，切削時(shí)間2.558min。

（8）精鏜φ445mm孔。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ445mm精鏜刀，切削速度180m/min，主軸轉(zhuǎn)速129r/min，進(jìn)給速度13mm/min，切削長(zhǎng)度25mm，切削時(shí)間3.865 min。

（9）精鏜φ440mm孔。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ440mm精鏜刀，切削速度170m/min，主軸轉(zhuǎn)速123r/min，進(jìn)給速度12mm/min，切削長(zhǎng)度23mm，切削時(shí)間2.333 min。

（10）鉆12個(gè)M16×1.5mm底孔并孔端倒角。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ14.5mm×φ18mm復(fù)合鉆頭，切削速度60m/min，主軸轉(zhuǎn)速1318r/min，進(jìn)給速度198mm/min，切削長(zhǎng)度480mm，切削時(shí)間2.924min。

（11）攻12個(gè)M16×1.5螺紋孔。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為M16×1絲錐，切削速度60m/min，主軸轉(zhuǎn)速12r/min，進(jìn)給速度358mm/min，切削長(zhǎng)度1100mm，切削時(shí)間3.573 min。

（12）夾具松開(kāi)加工工件。

（13）數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)180°位置。

（14）夾具夾緊加工工件。

（15）粗精銑φ110N7孔端面。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ100mm面銑刀，切削速度150m/min，主軸轉(zhuǎn)速478r/min，進(jìn)給速度574mm/min，切削長(zhǎng)度855mm，切削時(shí)間1.74 min。

（16）粗鏜φ110N7孔至φ109.5mm。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為109.5mm粗鏜刀，切削速度120m/min，主軸轉(zhuǎn)速349r/min，進(jìn)給速度70mm/min，切削長(zhǎng)度42mm，切削時(shí)間0.85 min。

（17）鏜M112×1.5至φ110.5mm。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ110.5mm粗鏜刀，切削速度120m/min，主軸轉(zhuǎn)速346r/min，進(jìn)給速度69mm/min，切削長(zhǎng)度22mm，切削時(shí)間0.569 min。

（18）M112×1.5mm孔口45°倒角。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ63mm×45°倒角刀，切削速度200m/min，主軸轉(zhuǎn)速1011r/min，進(jìn)給速度1011mm/min，切削長(zhǎng)度360mm，切削時(shí)間0.606min。

（19）銑M112×1.5螺紋。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ32mm螺紋銑刀，切削速度90m/min，主軸轉(zhuǎn)速896r/min，進(jìn)給速度269mm/min，切削長(zhǎng)度360mm，切削時(shí)間1.844 min。

（20）精鏜φ110N7孔。加工刀具及加工參數(shù)：刀具為φ110mm精鏜刀，切削速度180m/min，主軸轉(zhuǎn)速521r/min，進(jìn)給速度52mm/min，切削長(zhǎng)度25mm，切削時(shí)間0.731 min。

（21）夾具松開(kāi)加工工件。

（22）數(shù)控工作臺(tái)回轉(zhuǎn)0°位置。

5.加工程序

下面以FANUC 0i MD 數(shù)控系統(tǒng)為例，根據(jù)數(shù)控加工工藝對(duì)圖1所示的加工零件進(jìn)行數(shù)控加工編程，具體加工程序如下：

6.結(jié)語(yǔ)

該工藝方案經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證了其切削參數(shù)合理性、工藝過(guò)程正確性，加工精度完全達(dá)到了用戶圖樣要求，成為車橋加工成熟的加工工藝典范。在生產(chǎn)實(shí)踐中承擔(dān)大量成批生產(chǎn)的重任，加工出的車橋具有精度高、互換性好等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足當(dāng)代“節(jié)能汽車，環(huán)保汽車”所需的車橋，值得在車橋類零件加工中推廣應(yīng)用。