平地機WA4280濕式橋托架的試制

趙小冬

摘要：本文主要講述了平地機WA4280濕式驅動橋托架，在森精機柔性加工單元試制的過程，及試制過程中遇到的一些問題和解決方法。通過對工裝的改進，減少了裝夾次數;通過修改程序、加工順序、調整刀具刀片，解決了加工凸臺、震紋及表面粗糙度不良問題;通過使用宏程序，實現坐標系的自動轉換并提高了加工效率和產品質量。

關鍵詞：工裝夾具;粗糙度;同軸度;鏜孔振動

一、設備選擇

平地機WA4280濕式驅動橋，是最新的平地機驅動橋，然而托架作為平地機驅動橋中的關鍵零部件，負責整機的動力傳遞，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，所以設備的選擇很重要，而森精機柔性加工單元是工作臺、主軸都可旋轉的加工中心，加工精度高，并且可以最大程度的減少裝夾次數，集中加工工序。因此決定，本品在森精機柔性加工單元上進行試制。

二、加工試制過程中遇到的問題

（一）工裝問題

為了盡可能減少重復裝夾所產生的誤差，工裝應考慮能夠將工件水平放置并最大程度完成加工工序，所以考慮工裝應為彎板形式。以一面二銷定位，并輔以壓板壓緊（圖1），后面采用可調支撐（圖2）。角向定位銷選擇采用可活動、帶有螺紋拆卸的定位銷，以防止裝卸工件時發生碰撞，導致變形損壞，同時也可減小勞動強度，方便拆裝工件。

1.修工裝定位圈直徑：工裝定位圓尺寸為Ф510mm，外協廠家已經加工至Ф508mm，留量以便我們把工裝安裝在機床上精加工。將工裝清理干凈，并用M16螺栓牢靠的固定在工作臺表面，轉進機床內，用探針（圖3）找到定位圈中心。經測量，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、測量后發現，尺寸為Ф509.52mm，小于理論值，并且加工面粗糙有震紋。分析發現，工裝定位圈硬度比較高，然而刀具為高速鋼刀具，產生讓刀現象，并容易產生振動，且圓弧插補使用的是G03為逆銑，不利于獲得較好的表面粗糙度。經換為硬質合金銑刀，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：使用探針測量，發現定位圈平面度相差0.2mm，使用Ф100硬質合金面銑刀，反復修正，至表面平整光滑。

3.加工2處Ф16F7銷孔：采用鉆、擴、鉸的工藝，加工完成此銷孔。

裝夾工件時發現工件定位面與工裝定位面不貼合，用塞尺測量有0.6mm間隙，發現工裝定位圈修整過后，倒角很小，經測量小于1×45°，而Ф510g6圓與平面有R1.5圓弧過度。經過計算，發現定位圈倒角與R1.5圓弧發生干涉，導致定位偏差。倒角應大于1.2×45°，因此重新修整定位圓倒角至2.5×45°，重新裝夾工件，完成后用塞尺檢測保證貼合良好。又發現角向定位的定位銷，在壓板壓緊后，不能旋轉移動，說明定位銷受力，導致工件也受力、變形或位移。原來外協廠家加工的定位銷為長圓柱銷，不易于工件拆卸，應將圓柱銷修整成為菱形銷，修整時遵循原則，應保證使用時，菱形銷的長軸垂直于圓銷的中心連線，重新裝夾，此時定位銷可以自由旋轉。

（二）加工順序不合理及解決辦法

當首件工件試制完成后發現，Ф140N7孔底平面出現一圈臺階，測量孔端面到孔底深度，不符合圖紙要求。經過思考分析后發現，加工順序有誤。

錯誤的加工順序：

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，實際加工的直徑是小于等于毛坯孔的直徑，而后面進行半精鏜鏜刀刀片的切削端，并非是一條直線，加之由于對刀的誤差、切削時的讓刀等，導致實際加工深度小于理論編程深度，所以造成了這種現象。

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、表面粗糙度不好及解決辦法

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

1.刀具方面

因為工裝及工作臺的影響，在鏜孔時需選用刀桿長度較長的鏜刀，所用刀桿是一節節接起來的，所以刀桿的剛性和減震性不好。經商討，采用一體式帶有減震桿的刀桿。當時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.切削參數的影響

在鏜孔過程中，切削三要素的影響不容小覷。切削三要素對表面粗糙度的影響：切削深度>進給量>切削速度，所以，首先調整半精鏜鏜刀尺寸，但由于刀具過長，導致刀具剛性降低，所以應適度降低線速度，對應的就是主軸轉速降低，以減小刀具的變形和自激振動，在通過逐漸降低主軸速度為S134時，發現效果最佳，得出進給量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，適當的減小切削參數，以減小切削時刀具受力變化時導致的表面質量不好。同樣將精加工余量由Ф0.5mm改至Ф0.3mm，將原本S220，F22改為S140，F14.

3.切削熱量

影響切削熱量的主要因素有切削參數、刀具幾何參數、工件材料和切屑液。加工中所產生的熱量，大部分傳遞給鐵屑，其次是工件，再次是刀具，由此可見，我們要解決的就是工件與刀具的熱變形導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間間隔拉長，使得工件、刀具充分冷卻，使刀具與工件之間更多產生的是剪切作用，而不是擠壓作用。

三、工件坐標系90度換算

在編制程序時，我們將Ф140H8孔的中心定位G54零點，加工完成后，工作臺旋轉90°，加工Ф150H6孔，將其中心定為G56零點。G54的零點由我們在工件加工之前，通過找工裝定位圈的中心和端面確定。那G56的零點如何確定呢？靠傳統的用刀具或探針去觸碰工件和工裝找中心的方法？因為工裝干涉、探針有效距離短，所以是不能實現的，那么就只能依靠圖紙給定的尺寸，結合機床的回轉中心去進行計算，得到所需的工件坐標系零點。然而就臥式加工中心而言，當一個點到工作臺回轉中心的位置為X1，Y1，Z1時，將工作臺旋轉90°后，得這一點的坐標為X2，Y2，Z2，由于點到工作臺回轉中心的距離沒有變化，那么這時X1=Z2，Y1=Y2，Z1=X2（圖4）。由此，我們可以將工件坐標系原點，同理轉化。從圖5可以看出，從主軸端面到工作臺回轉中心的距離AE是固定的（本設備為Z-1080），從主軸端面到Ф140H8孔端面的距離AB也是已知的（G54坐標系Z軸機械坐標值+刀具長度），那么，BE=AE-AB，而B到D的距離已知，所以DE=BD-BE.工作臺旋轉之后（圖6），D1E1=DE距離不變，則可得到G56坐標系的X軸機械坐標值為X軸回轉中心坐標（X-525）減去DE。圖16中，點D到AE線段的垂直距離，可以通過G54的X軸機械坐標（負值）減去X軸回轉中心坐標減去圖紙尺寸，然后取絕對值得到，旋轉工作臺后（圖6），則可以得到G56坐標系的Z軸機械坐標值為Z軸回轉中心坐標加上D到AE線段的垂直距離。而工件的Y坐標始終不變。由此，G56坐標系的X、Y、Z、B的機械坐標值全部得到。同理可以計算出其他坐標系坐標值。而工作中，這樣計算比較繁瑣，所以我們利用宏程序自動計算。

四、結語

本文講述了試制平地機濕式驅動橋托架的整個過程，從工裝的修正到加工順序的優化，從刀具的更換到切削要素的改進，到切削液的選擇，然后通過宏程序去簡化坐標換算，完成了產品的試制。文中對工件的定位方式，對工件、工裝的加工方法，對刀具的選擇、改動，對坐標系的轉換、計算，對問題的分析，也適用于其他類似零件，具有一定的參考價值。本文提到的方式方法，在其他類型零件的加工中，需結合具體情況，具體分析，靈活運用，才是重中之重。

參考文獻：

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