制動泵主缸補償孔反沖加工數控機床的應用

張海洋

（黑龍江省信億招標有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

制動泵主缸補償孔加工精度不高，銳邊處理不好，是導致汽車制動泵無法達到設計壽命的主要原因。在我國制造業向高端轉型的背景下，探究一種更高精度、更快效率、更低成本的補償孔加工工藝具有現實意義。基于數控機床的制動泵主缸補償孔反沖加工技術，通過PLC進行刀具的自動控制，加工效率和工件精度都得到了明顯提升，具有推廣應用價值。

1 制動泵主缸補償孔反沖加工技術

1.1 制動泵補償孔去毛刺技術

1.1.1 需求分析

制動泵上補償孔的直徑通常在0.1-1.0mm，其作用是在制動系統運行中調節與補償腔體內的制動液，從而使整個液壓制動系統可以連續運行。現階段汽車液壓制動系統大多采用雙腔式制動主缸，因此每個腔體內各設一個補償孔，其結構如圖1。

圖1 制動泵主缸剖面圖

在制動過程中密封皮碗做往復運動，在滑動時皮碗內側受到補償孔邊緣的劃擦。通過改良補償孔的加工工藝，去除邊緣毛刺，使邊緣加工精度進一步提升，從而減小與皮碗之間的摩擦力，延長了密封皮碗的使用壽命，避免汽車制動系統過早失效的問題。基于此，設計一種補償孔去毛刺技術十分關鍵。

1.1.2 技術分析

傳統的加工模式下，補償孔在打孔之后，由于加工精度不夠，孔的內壁不夠光滑，孔口容易出現無規則的刺狀物。這些毛刺除了影響工件性能外，工件安裝使用后，也會大幅縮短整個設備的壽命。補償孔去除毛刺技術，要綜合考慮工件加工的精密程度，以及工件自身的尺寸、形狀、用材等因素外，技術的經濟性、可行性和易用性等，也是不可忽視的因素。目前行業內常用的補償孔去毛刺技術有多種，例如刷子拋光去毛刺、熱能燃爆去毛刺、電解化學去毛刺等。這些技術各有優點和不足，本文提出的一種反沖洗加工技術，是一種投入小、見效快、精度高的新型工藝，技術優勢明顯。

1.2 反沖法加工技術

該方法的創新之處在于用帶有0.2mm圓弧的頂刀，代替傳統機械加工中的鉆頭，在缸體上頂壓得到補償孔，保證補償孔的邊緣有光滑的圓弧角，與皮碗的摩擦明顯降低。該加工技術中，頂刀的選用是決定補償孔成孔效果的關鍵，其結構如圖2。其端部為頂針，選用碳素工具鋼，在表面鍍一層硬鉻，最大硬度達到HRC60，用頂針座進行固定；頂針座嵌入到沖桿的端頭上，沖桿選擇合金調質結構鋼，最大硬度達到HRC35。

圖2 專用頂刀設計

2 專用數控機床的總體創新設計

2.1 設備設計

設計的去除毛刺設備應滿足以下要求：一是工件裝夾方便，做到一次裝夾即可成孔；二是采用自動控制，提高效率和保證精度；三是采用液壓系統，降低成本和保證清潔；四是設計報警裝置，出現故障可及時告警，降低殘次產品率。在滿足上述要求的情況下，還要關注核心技術，例如支持直徑在20-45mm內多種型號制動缸的補償孔加工，并且在制動缸參數變化后，只需要更換沖桿外套即可進行反沖加工，簡化操作。以及補償孔直徑在0.5-0.8mm之間可調，雙腔缸體的補償孔間距在0-150mm之間可調。通過耐久性測試，確保密封皮碗能正常往復運行80萬次，滿足汽車液壓制動泵的設計壽命要求。

2.2 機械本體設計

2.2.1 數控機床結構設計

結構簡圖如圖3。其中，1為鉆頭，與補償孔保持垂直，用于鉆削補償孔上方的工藝孔。2為沖桿及其外套，外套起到固定和導向作用，沖桿在外套內做上下運動，推動沖桿前端的頂刀進行反沖加工。3為夾具，與滑板相連，起到固定待加工工件的作用。4為滑板，其上有導軌，可支持夾具左右調整。整個數控設備采用PLC控制，按照設定程序完成補償孔反沖加工。

圖3 專用數控設備結構圖

2.2.2 傳動系統方案設計

現階段一些反沖加工數控機床，用步進電機控制滾珠絲杠旋轉完成補償孔加工。雖然也能夠保證加工精度，去除毛刺，但是加工成本較高。本文對傳統系統進行了改良，將4個直線軸承固定在工作臺上，保證了加工的穩定性。同時，在直線軸承上連接可靈活移動的導軌。傳動系統中的核心設備如工位氣缸、限位螺桿等，全部采用螺絲固定到導軌上。這樣就可以根據加工要求由PLC自動控制完成進給機構的移動，從而簡化了控制操作和省略了步進電機，加工成本得到控制。傳動系統結構如圖4所示。

圖4 機床進給傳動系統結構

2.3 伺服系統控制設計

選用伺服電機代替普通電機，除了具備更加廣泛的調速范圍外，還能夠保證轉軸升降更加平穩，對防止補償孔出現毛刺等情況有積極作用。此外，可支持頻繁啟停與反轉，可靠性更好，使用壽命更長。電位器是伺服系統中的核心零件，選擇模擬電壓可調范圍在-24V-24V的電位器，當需要調節伺服電機的轉速時，利用外側的滑動手柄使動觸點進行滑動，通過改變電阻達到調節電位，進而得到特定轉速的目的。

2.4 夾具設計

夾具應保證將待加工工件牢牢固定，防止在切削、頂壓加工時出現工件位移進而影響加工精度、出現毛刺的問題。另外，夾具還應帶有自動定位、限位等功能。本次設計中機床夾具組成結構包括：一是定位裝置。可支持平面定位、圓孔定位等多種定位方式，根據待加工工件的形狀、尺寸等完成自動定位；二是夾緊裝置。除了夾緊部件外，還有傳動部件，提供外力使工件固定的更加牢靠，防止在反沖加工中發生位移；三是動力裝置。采用氣動與電動配合的方式，借助于傳動裝置為夾具提供動力。夾具部分的結構如圖5所示。

圖5 夾具部分結構特征

2.5 氣壓傳動設計

氣壓傳動裝置受PLC電氣控制，根據程序指令調節節流閥、空壓機、油霧器等動作單元的工作狀態，協調完成翻轉、沖桿，以及夾緊或放松等動作。在傳動過程中，首先完成電能與氣能的轉化，然后在巨大的壓力作用下，將氣能轉化為零件運動的機械能，完成反沖加工任務。以“沖桿動作氣缸回路”為例，當工藝孔沖壓完畢后，鉆頭自動復位，此時在電磁閥的控制下，沖壓氣缸推動前方的頂刀，穿過工藝孔接觸主缸表面，并對準補償孔的標記點。此時，傳感器將就位信號反饋給PLC，發出反沖加工指令，沖壓氣缸提供壓力使頂刀沖壓得到補償孔。

3 補償孔反沖加工數控機床的具體應用

3.1 設備型號確定與主要技術參數

在反沖加工數控機床的硬件組成上，對各類設備的科學選型是保證補償孔反沖加工高質量完成的必要條件。例如，作為電氣控制系統的核心元件，選擇PLC時應重點關注其抗干擾能力、兼容性、同步控制效果等。另外像氣壓傳動系統中的節流閥、減壓閥，伺服控制系統中電位器的模擬電壓、調速范圍等，都是設備選型中必須要關注的關鍵點。只有設備選擇恰當，且保證整個數控系統兼容，才能高效率、高精度完成補償孔反沖加工。除此之外，還要根據制動泵主缸的使用需要，提前確定好技術參數。例如沖孔直徑為0.5mm，孔口倒角半徑為0.3mm，最大沖孔深度為1.5mm等。

3.2 設備的調試與使用方法

通過調試確定整套設備正常運行，調試時先進行手動調整。按下“頂緊”鍵，頂緊氣缸前出，至最大長度后停止，再按一下復位。按下“鉆孔”鍵，主軸逐漸加速到設定速度，鉆孔氣缸下移，達到設定鉆孔深度，持續轉動，再按一下，主軸減速、氣缸上移。主軸停止轉動后氣缸復位。按下“沖孔”鍵，頂刀伸出，再按一下收回。完成手動調整后，再進行自動調試。按下“自動”鍵，設備進行自動運行狀態。

3.3 實際應用效果

選擇兩件在材質、尺寸等方面完全相同的制動泵主缸。1#采用常規加工，2#采用反沖加工數控機床。2#完成雙孔加工只需要17s，1#則需要42s。通過觀察和觸摸的方式，發現1#補償孔邊緣有明顯毛刺，而2#光滑。使用相同的密封皮碗進行耐久性試驗，1#在制動泵主缸往復運行36.5萬次后有明顯損壞，密封失效；2#制動泵主缸往復運行80.1萬次后失效。對比來看，采用數控機床進行反沖加工的2#工件，加工速度更快，成孔效果更好，應用優勢明顯。

4 結束語

基于PLC控制的數控機床，根據預設程序控制伺服系統、傳動系統和定位夾具，實現了對制動泵主缸補償孔的自動加工。除了降低人工成本、明顯提升效率外，補償孔的邊緣無明顯毛刺，更加光滑和平順。在投入使用中，與密封皮碗之間的摩擦力減小，延長了密封皮碗的使用壽命，對降低制動泵主缸出現液壓油泄露等故障概率有積極作用。