加工汽車細(xì)長傳動(dòng)軸類零件的工藝
發(fā)布日期:2016-04-29 蘭生客服中心 瀏覽:12405
一、引言
軸類零件的長度與直徑之比大于5即為細(xì)長軸零件。汽車傳動(dòng)軸是這類零件中的一種。如圖1所示。傳動(dòng)軸除了具有細(xì)長軸零件的特點(diǎn)外,零件兩側(cè)的直徑差比較大,致使零件兩端的線速度差別也大。由于在汽車運(yùn)行中傳動(dòng)軸需要高速運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)要傳遞較大的扭矩,因此不但要求傳動(dòng)軸有較好的動(dòng)平衡性能,也要求零件有高的抗疲勞強(qiáng)度。但這類零件在實(shí)際切削加工過程中由于其剛性差而極易產(chǎn)生彎曲和震動(dòng),難以獲得良好的加工精度和表面粗糙度,且在加工中熱擴(kuò)散差,線膨脹大,當(dāng)工件兩端頂緊時(shí)受熱變形和切削力作用影響熱易產(chǎn)生彎曲,工件容易加工成鼓形,如圖2所示。這類零件在生產(chǎn)中是一個(gè)加工難點(diǎn),需要在加工工藝方案中采取硬頂?shù)拇胧┎拍塬@得較好的加工效果,以保證零件的加工性能。目前汽車制造業(yè)的高速發(fā)展,對(duì)汽車傳動(dòng)軸類的零件加工更是提出了優(yōu)質(zhì)、高效的要求。
二、傳動(dòng)軸零件的加工要求及工藝方案
1、加工要求及加工中的難點(diǎn)
為使傳動(dòng)軸達(dá)到高動(dòng)平衡性能,則要求在各個(gè)加工工序中基準(zhǔn)必須統(tǒng)一,而且最好與動(dòng)平衡檢測(cè)時(shí)的基準(zhǔn)一致,以減少由于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換而造成加工精度和形能公差達(dá)不劍要求。因此加工時(shí)必須以軸兩端中心孔為定位基準(zhǔn),而且設(shè)備穩(wěn)定性要求較高。
在本零件加工過程中,兩個(gè)Φ63.76及Φ108.15的尺寸精度及跳動(dòng)公差要求較高,必須一次加工完成,方能保證加工零件達(dá)到圖紙要求和保證加工出的零件達(dá)到零缺陷。
浚傳動(dòng)軸采用的材料是40CrMo4,零件毛坯采用模具鍛造成型,零件在加工前需經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理,故零件表面存在硬皮且材料組織比較緊密,特別是在分型面及圓角處,在加工這些部位時(shí)切削力和切削熱增加,容易造成刀具崩刃和熱磨損。此外,該工件長徑比大、加工工序多、加工批量大,這些因索進(jìn)一步增加了該工件的難度。
2、加工工藝分析
根據(jù)傳動(dòng)軸零件圖紙上的技術(shù)要求,需要采用車削、鉆削、滾花鍵、磨削才能完成加工,必須經(jīng)動(dòng)動(dòng)平衡測(cè)試。為了防止由于基準(zhǔn)不統(tǒng)一而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,可采用加工精度較高的中心孔作為定位基準(zhǔn)。加工中心孔的粗基準(zhǔn)如何選擇是關(guān)鍵。由于零兩個(gè)Φ63.5軸承位(圖1所示)的加工精度對(duì)動(dòng)平衡影響最大,而且在毛坯制造過程中,小端也是一次成型,故可選擇這兩個(gè)軸承位作為徑向定位粗基準(zhǔn),以Φ241.3端面(圖l所示)作為軸向定位粗基準(zhǔn),這樣可以保證工件加工余量的均勻。依據(jù)數(shù)控車床和加工中心的特點(diǎn),這兩種設(shè)備都能加工出中心孔,但各有優(yōu)缺點(diǎn),如表1所示:
車床雖然不需要增加工裝,但需分兩次裝夾,特別是在加工小端時(shí),由于工件懸伸長,剛性差,易振動(dòng),致使無法加工,在裝夾時(shí)也很容易造成偏差,即使大端與主軸回轉(zhuǎn)中心垂直度誤差僅為0.02mm,也將造成小端達(dá)到0.05mm跳動(dòng)偏差,如圖3所示。
加工中心雖然需要增加旋轉(zhuǎn)工裝,但它是一次裝夾完成兩端中心孔加工,精度靠設(shè)備保證,故加工穩(wěn)定性高。圖4為工裝示意圖,其回轉(zhuǎn)平臺(tái)采用數(shù)控分度頭,定位精度為5秒,零件徑向定位采州液壓中心架,此中心架具有高精度,自動(dòng)定心牦點(diǎn),其外形如圖5所示。
中心孔形式對(duì)加工也有一定的影響。通常中心孔都具有60度錐度,由于零件長徑比大,而且機(jī)床主軸與尾架有細(xì)微同軸度偏差,這些都可能造成中心孔表面劃傷和精度破壞。為避免這種情況發(fā)生,可以采用如圖6所示的球形中心鉆加工球形中心孔。球形中心孔與60度頂針在軸向接觸必然是兩點(diǎn),兩點(diǎn)決定一直線,故保證了加工精度。
在傳動(dòng)軸的車削加工中,零件外圓與中心孔都在起定位作用,但由于毛坯不均勻,必然與中心孔存在一個(gè)大的同軸度誤差,且膏盤三爪為剛性連接,必然造成中心孔不能起到定位作用。為解決這個(gè)問題,可采用如圖6所示的帶中心頂針液壓浮動(dòng)卡盤。此類卡盤主要用于加工軸類零件,以軸心線為基準(zhǔn),三爪具有浮動(dòng)補(bǔ)償功能。故能保證中心孔定位。
3、工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
從上述分析可知,在加工方案選擇上,除使用立式加工中心配旋轉(zhuǎn)工裝加工中心孔外,還可以利用平端面鉆中心孔專機(jī)和臥式加工中心完成中心孔這一關(guān)鍵工序加工,這三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示:
從表2可以看出,方案一是較為理想的工藝方案。采用該方案的工藝路線為:
(1)在加工中心上利用旋轉(zhuǎn)工裝完成兩端中心孔加工和小端面銑削;
(2)在數(shù)控車床上利用帶中心頂針浮動(dòng)卡盤完成小端車削加工;
(3)在數(shù)控車床上利用帶中心頂針浮動(dòng)卡盤完成大端車削加工。
(4)在加工中心上利用鉆孔工裝(與旋轉(zhuǎn)工裝放在同一工作臺(tái)上)完成孔加工。
(5)在高效滾齒機(jī)上滾出花鍵。
(6)在外圓磨床上磨出兩軸承位。
三、傳動(dòng)軸零件加工方案的實(shí)施
1、設(shè)備選擇
(1)車床選擇
由于零件車削需要加工工序較多,而且精度要求高,因而車床首選全功能數(shù)控車床。依工件最大直徑及需加工長度和所需刀具,選擇數(shù)控車床FCL-300。該機(jī)床主要參數(shù)為:最大加工直徑450mm,最大加工長度700mm,最大棒材通過直徑77mm。10工位油壓伺服刀塔。
(2)加工中心選擇
在加工中心上需要完成中心孔、銑削小端面、鉆孔及倒角工序。由于零件本身特點(diǎn),無法從零件小端完成鉆孔和倒角。為保證加工質(zhì)量及加工效率,必須采用從大端進(jìn)行鉆孔及反擴(kuò)倒角辦法來完成零件孔加工。選擇的沒備必須要有足夠大的工作臺(tái)面積和足夠高的z軸行程。為了防止換刀時(shí)發(fā)生干涉現(xiàn)象,應(yīng)選擇刀臂式換刀機(jī)構(gòu)。
依上述要求,選用FALCON-2040VMC-L加工中心。該機(jī)床主要參數(shù)為:X/Y/Z三軸行程1020/5/10/510mm,工作臺(tái)面積1200X500mm,刀臂式換刀,刀庫容量24把。該機(jī)床具有良好剛性結(jié)構(gòu),三軸采用線軌結(jié)構(gòu),比較高的快移速度和定位精度。將能很好滿足銑削,鉆削加工。
2、刀具選擇
由于傳動(dòng)軸零件比較細(xì)長,在加工時(shí)其加工精度容易受下列因素影響:
1)切削力因素:在切削三要索中切削深度影響最大,進(jìn)給量次之.切削速度影響最小。在刀具切削角度中刀前角和倒棱寬度影響最大,前角大,倒棱寬度小,切削力小。主偏角,刃傾角,刀尖圓弧半徑對(duì)主切削力影響不大,但對(duì)徑向力影響大。
2)切削溫度因素:在切削三要素中,影響切削溫度最大的是切削速度。進(jìn)給量影響不如切削速度,因?yàn)檫M(jìn)給量增大,切削溫度增加,但切屑變厚,帶走熱量也多。切削深度影響最小。在刀具切削角度中對(duì)切削溫度影響最大的是前角、主偏角、倒棱和刀尖圓弧半徑。增大前角,減小主偏角,合理倒棱和刀尖圓角,可控制切削溫度。
根據(jù)上述,選用的刀具和切削參數(shù)如下:
粗車:正型刀片,刀片基體材質(zhì)ISO代碼P20-P30和M15-M30,具有TiC、TiCN、AI203和TiAiN復(fù)合涂層。這些涂層具有如下特點(diǎn):TiC是一種高硬度的耐磨化合物,有良好的抗后刀面磨損和抗月牙洼磨損能力。TiCN性能具有TiC和TiN的綜合性能,其硬度高于他們兩者,是比較理想刀具涂層材料。AI203涂層在高溫下能保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。TiAiN具有良好的抗氧化,抗擴(kuò)散磨損和抗后刀面磨損能力,尤其具有很高的高溫硬度,適合于高速切削加工。粗車時(shí)選擇主偏角91度外圓車刀桿。粗車時(shí)切削用量:V=160-250m/min,f=0.2-0.3mm/rpm,ap=1.5-2.5mm。
精車:刀片基體材質(zhì)ISO代碼P10-P30和K10-K25,選擇主偏角95度外圓車刀桿。精車切削用量;V=200-250m/min,f=0.15-0.2mm/rpm,ap=0.5-1mm。
3、加工生產(chǎn)線工藝布置
根據(jù)上述工藝要求,配置兩臺(tái)數(shù)控車床、一臺(tái)加工中心及相應(yīng)輸送設(shè)備,可組成一個(gè)機(jī)加工成組制造單元,其工藝布置如圖8所示:
四、結(jié)論
上述汽車傳動(dòng)輔機(jī)加工工藝方案已經(jīng)在一家汽車零部件合資企業(yè)得到了設(shè)計(jì)應(yīng)用,取得了良好的加工效果,傳動(dòng)軸端面跳動(dòng)控制在0.02以下。
下面介紹一款立式數(shù)控車床,應(yīng)用于模具、金屬加工和汽車零部件等行業(yè)。
日本大隈OKUMA立式數(shù)控車床V系列
日本大隈OKUMA立式數(shù)控車床的最小加工直徑為400mm,最大加工直徑為1000mm,適合大、中型箱體、法蘭型部件、薄型、異形工件的車削加工。
型號(hào) |
單位 |
V40R |
V60R |
V80R |
V100R |
最大加工直徑 |
mm |
φ400 |
φ610 |
φ800 |
φ1,000 |
最大振幅 |
mm |
φ500 |
φ700 |
φ1,000 |
φ1,250 |
最大加工長度 |
mm |
450 |
660 |
840 |
890 |
最大卡盤尺寸 |
mm |
φ450 |
φ610 |
φ910 |
φ1,010 |
最大工件承載質(zhì)量 |
Kg |
300(含卡盤) |
500(含卡盤) |
800(含卡盤) |
1200(含卡盤) |
X軸移動(dòng)量 |
Mm |
265 |
370 |
465 |
565 |
Z軸移動(dòng)量 |
Mm |
450 |
660 |
840 |
890 |
主軸轉(zhuǎn)速 |
Minˉ1 |
25-2,500 |
20-2,000 |
13-1,250 |
13-1,250 |
主軸的變速級(jí)數(shù) |
|
無極 | |||
主軸端形狀 |
|
A2-8 |
A2-11 |
φ380扁鋼 | |
主軸軸承內(nèi)徑 |
mm |
φ120 |
φ160 |
φ200 | |
主軸貫通孔徑 |
mm |
φ77 |
φ92 |
φ110 | |
地面到主軸端面高度 |
mm |
960 |
1,085 |
1,150 |
1,170 |
主軸支撐方法 |
|
通過滾柱軸承的2點(diǎn)支撐 | |||
刀臺(tái)的型號(hào) |
|
V12 | |||
外徑車刀刀柄尺寸 |
mm |
□25 |
□32 | ||
內(nèi)徑刀具刀柄直徑 |
mm |
φ40、φ50 |
φ50、φ63 | ||
切削進(jìn)給速度X\Y\Z |
mm/Min |
0.001-300.000 | |||
快速進(jìn)給速度X\Z軸 |
m/Min |
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