Було проведено аналіз процесу щодо нерегулярної ексцентричної структури Z--подібного балансирного коліна, а також труднощів у механічній обробці через його великий розмір, високу точність і неможливість закріплення. Запропоновано стандартизовану схему обробки. Було розроблено спеціальне пристосування для токарного верстата, яке підходить для обробки кількох моделей і великих партій виробів, вирішуючи проблеми високої складності обробки, нестабільної якості та низької ефективності обробки Z--подібного колінного балансу.
01
вступ
Коліно балансира є основним елементом системи підвіски гусеничних спецтехніки. Він працює в поєднанні з пружними елементами, такими як торсіонний вал і амортизатор, щоб забезпечити пружну опору для кузова автомобіля і опорного колеса [1]. Коліно балансира може передавати велику кількість енергії удару, що утворюється під час руху опорного колеса вгору та -вниз, на торсіонний вал, буферизувати та поглинати енергію вібрації, зменшувати силу удару на кузов транспортного засобу, покращувати комфорт пасажирів, зменшувати пошкодження компонентів і забезпечувати стійкість та маневреність автомобіля під час руху по нерівній дорозі [2]. Загальний вузол балансирного коліна включає шліцьовий вал, балансирний коліно та вал опорного колеса. Z--подібне коліно балансу — це інтегроване коліно балансу, яке поєднує всі три компоненти. Інтегроване коліно балансу має такі характеристики, як висока маневреність, висока надійність і легкість, і широко використовується в сучасних спеціальних автомобілях [3]. 02
Аналіз конструкції та труднощів обробки Z--подібного балансуючого коліна
Z--подібна балансирна колінна конструкція, як показано на малюнку 1, є ексцентричною структурою неправильної форми. Він має великі розміри та вагу, що вимагає високої швидкості зняття матеріалу, високої точності розмірів і позиціонування, а також тривалого циклу обробки з численними процесами. Він включає в себе різноманітне обладнання та професії, включаючи горизонтально-розточувальні верстати, токарні верстати з ЧПУ, обробні центри, протягувальні верстати та електроерозійні верстати. У попередньому виробництві на кожному етапі процесу виявлялися численні проблеми, такі як--розміри допуску зовнішнього кола вала, невідповідність між шліцьовим отвором і зовнішнім колом, не-паралельність між осями великого вала (шліцьовий вал) і малого вала (вал колеса навантаження), нестандартна шорсткість поверхні, незбалансований час циклу процесу та низька ефективність обробки, що серйозно впливає на якість продукції та графік доставки.
03
Схема процесу
Процес обробки Z-балансного коліна: Чорнове розточування торцевої поверхні та внутрішнього отвору → Чорнове точіння великого валу → Чорнове точіння малого валу → Чистове розточування торцевої поверхні та внутрішнього отвору → Чистове точіння великого валу → Чистове точіння малого валу → Фрезерування зовнішньої форми та свердління → Протяжка (шліц EDM). Заготовка виробу — штамп. При чорновій обробці великих і малих валів потрібне спеціальне токарне пристосування з противагами. Це пристосування врівноважує відцентрову силу, що виникає під час обертання заготовки, тим самим зменшуючи вібрацію та збільшуючи швидкість шпинделя, ефективно покращуючи точність обробки продукту та швидкість різання.
04
Процес обробки
(1) Чорнове розточування торців і внутрішніх отворів: використовується горизонтально-розточувальний верстат з ЧПК. З кожного боку залишають припуск по 2 мм як для торців, так і для внутрішніх отворів. Основною функцією цього процесу є швидке видалення великої кількості матеріалу та створення центральних отворів для грубо-оброблених зовнішніх діаметрів великого та малого валів. Горизонтально-розточувальний верстат з ЧПУ має робочий стіл, що обертається на 360 градусів, що дозволяє виконувати універсальну обробку в площині XOY за одну установку. Він може обробляти чотири торцеві поверхні та внутрішні отвори одночасно, гарантуючи, що центральні отвори процесу на обох кінцях великого та малого валів є коаксіальними, а центральні лінії великого та малого валів паралельні. Грубе розточування торців і внутрішніх отворів показано на малюнку 2, де товста суцільна лінія позначає оброблену поверхню.
Малюнок 2. Чорнове розточування торця та внутрішнього отвору
(2) Грубе точіння великого валу: обробка виконується на токарному верстаті з ЧПУ з припуском 1,5 мм на кожній стороні зовнішнього діаметра. Основною функцією цього процесу є швидке видалення великої кількості матеріалу та створення контрольної точки процесу для остаточного розточування торцевої поверхні та внутрішнього отвору. Оскільки під час точіння центр ваги Z--подібного балансирного коліна зміщується від центру обертання, для врівноваження відцентрової сили, зменшення вібрації та збільшення швидкості шпинделя потрібне спеціальне пристосування для токарного верстата з противагами. Грубе точіння великого вала показано на малюнку 3.
Малюнок 3. Чорнове точіння великого вала
(3) Грубе точіння малого валу: обробка виконується на токарному верстаті з ЧПУ з припуском 1,5 мм на кожній стороні зовнішнього діаметра та торцевої поверхні. Основною функцією цього процесу є швидке видалення великої кількості матеріалу та зняття напруги обробки. Чорнове точіння малого вала показано на малюнку 4. Після чорнового точіння великий і малий вали мають правильний зовнішній діаметр. AV--подібний затискач використовується для більш стабільної обробки під час чистового розточування.
Малюнок 4. Чорнове точіння малого валу
(4) Чистове розточування торцевої поверхні та внутрішнього отвору: це виконується за допомогою горизонтального розточувального верстата з ЧПК із грубим обточуванням зовнішнього діаметра великого валу як базової точки процесу та базової точки затиску. Основна функція цього процесу полягає в обробці чотирьох торцевих поверхонь і внутрішнього отвору виробу до готового розміру, забезпечуючи точність розмірів і шорсткість поверхні, а також створюючи фаску для чистового точіння зовнішніх діаметрів великого та малого валів. Кінцеве розточування торцевої поверхні та внутрішнього отвору показано на малюнку 5, де товста суцільна лінія позначає поверхню, оброблену в цьому процесі.
Малюнок 5. Чистове розточування торця та внутрішнього отвору
(5) Чистове точіння великого валу: це виконується за допомогою токарного верстата з ЧПК, обробляючи зовнішній діаметр до кінцевого розміру, забезпечуючи точність розмірів, геометричну точність і шорсткість поверхні. У цьому процесі використовується фаска, утворена під час чистового розточування внутрішнього отвору, як опорна точка затиску, що забезпечує співвісність зовнішнього діаметра та внутрішнього отвору великого валу. Остаточне точіння великого вала показано на малюнку 6.
Малюнок 6. Точне точіння головного вала
(6) Точне точіння малого валу: за допомогою токарного верстата з ЧПК зовнішній діаметр обробляється до кінцевого розміру, забезпечуючи точність розмірів, геометричну точність і шорсткість поверхні. У цьому процесі використовується фаска, зроблена під час точного розточування внутрішнього отвору, як затиск і орієнтир позиціонування, забезпечуючи співвісність зовнішнього діаметра малого валу та внутрішнього отвору, а також паралельність центральних ліній малого валу та головного валу. Точність повороту малого вала показано на малюнку 7.
Малюнок 7. Точне точіння малого валу
(7) Фрезерування зовнішньої форми та свердління: за допомогою вертикального обробного центру зовнішня форма виробу обробляється до потрібного положення та просвердлюються отвори під дюбелі. Фрезерування зовнішньої форми та свердління показано на малюнку 8, де товсті суцільні лінії представляють поверхні, оброблені в цьому процесі.
Малюнок 8. Фрезерування зовнішньої форми та свердління
(8) Протягування шпонки (дротяна електроерозійна шпонка): якщо партія продукту велика, цей процес зазвичай виконується за допомогою протягувальної машини з інструментом для протягування, що забезпечує ефективність виробництва та постійність розмірів отвору для шпонки. Якщо протяжка недоступна, а розмір партії невеликий, цей процес можна виконати за допомогою електроерозійної машини. Зовнішній діаметр головного вала служить опорним затиском і позиціонуванням, забезпечуючи співвісність шліцьового отвору із зовнішнім діаметром головного вала. Розширений сплайн (дротяний -сплайн EDM) показаний на малюнку 9, де товста суцільна лінія представляє поверхню, оброблену в цьому процесі.
Малюнок 9. Шпиль із розтяжкою (-сплайн EDM)
На даний момент Z--подібний балансирний коліно завершив усі процеси обробки. Подальші процеси включають дефектоскопію та обробку поверхні.
05
Спеціальне пристосування для токарного верстата
Спеціальне пристосування для токарного верстата включає такі компоненти, як фланець, шасі, опорний корпус, центр, противагу та кріпильні болти [4, 5].
Фланець служить з'єднувальним елементом між токарним верстатом і пристосуванням. Зазвичай використовується стандартний фланець. Один кінець з’єднується зі шпинделем токарного верстата з ЧПК через конічний отвір, а інший кінець з’єднується з шасі через установчу втулку, гарантуючи, що центр обертання пристосування токарного верстата вирівнюється зі шпинделем токарного верстата.
Шасі, яке служить основою для токарного кріплення, має подовжену круглу канавку. До нього прикріплено опорний корпус і дві противаги, і цей три{1}}точковий розподіл маси забезпечує плавніше обертання заготовки під час обробки, зменшуючи вібрацію та покращуючи зовнішню циліндричну точність виробу та якість поверхні.
Опорний корпус, приварений до шасі, також має подовжену круглу канавку з розмірами, що відповідають розмірам канавки шасі. Ця канавка служить двом цілям: зменшує загальну вагу пристосування токарного верстата та запобігає перешкоджанню між не-віссю обробки Z--подібного балансирного коліна та пристосуванням токарного верстата. Кілька наборів кріпильних болтів розташовані на обох кінцях канавки для фіксації не-осі обробки Z--подібного балансирного коліна. Подовжена кругла конструкція канавок дозволяє обробляти Z--подібні балансувальні коліна різних розмірів і моделей за допомогою цього токарного пристосування, досягаючи багатоцільової-функціональності.
Центр і обмежувач позиціонування опорного корпусу з'єднані разом і приварені до опорного корпусу. Під час обробки центр і центр задньої бабки токарного верстата підтримують відповідно два кінці Z--подібної осі обробки балансирного коліна, досягаючи конфігурації подвійного-центру затиску. Щоб переконатися, що поверхня конуса позиціонування центру співвісна зі шпинделем токарного верстата, поверхня конуса позиціонування центру має бути точно-оброблена на токарному верстаті після того, як токарне пристосування буде зварено разом. Противага складається з кількох віялоподібних пластин противаги. Кількість пластин противаги можна регулювати, щоб збалансувати відцентрову силу, що виникає під час обробки різних моделей Z--подібних колін балансу. Дві противаги рівномірно розподілені під кутом 120 градусів до центру ваги опори, таким чином краще забезпечуючи динамічний баланс під час обробки виробу.
Щоб забезпечити механічну обробку Z--подібних балансирних колін різних розмірів, кілька наборів кріпильних болтів встановлено з обох боків довгого овального паза опорного корпусу. Положення затиску кріпильних болтів показано на малюнку 10. Центральна лінія кожного набору фіксуючих болтів є вищою за відстань H між центром зовнішнього кола не-обробленої осі Z--подібного балансувального коліна. Цей метод затиску гарантує, що сила затиску фіксуючих болтів на Z--подібному балансирному коліні протилежна відцентровій силі, ефективно зменшуючи відцентрову силу, що створюється під час обертання заготовки. Стани затиску для обробки малих і великих валів показані на малюнках 11 і 12 відповідно.
Малюнок 10. Принципова схема положення затиску кріпильного болта
Малюнок 11. Стан затиску під час обробки малого валу
Малюнок 12. Стан затиску під час обробки великого вала
06
Перевірка результатів обробки
Наразі цей Z--подібний процес обробки балансирного коліна та спеціальне пристосування для токарного верстата застосовуються на виробничій лінії вже більше року. За допомогою цього процесу обробляються численні моделі та великі партії Z--подібних балансирних ліктів, що забезпечує стабільну та надійну якість продукції та значно покращує ефективність обробки. Це повністю перевіряє здійсненність та ефективність процесу та спеціального токарного кріплення. Фотографія деяких етапів обробки Z--подібного балансирного коліна показана на малюнку 13.
a) Чорнове розточування торця та внутрішнього отвору
б) Грубе точіння головного вала
c) Завершіть розточування торця та внутрішнього отвору
Малюнок 13. Фактичні фотографії процесу обробки Z--подібного колінного балансира
07
Висновок
Процес обробки та спеціальне токарне пристосування для Z--подібного балансирного коліна, запропоновані в цьому документі, застосовуються до обробки різних моделей Z--подібних балансирних колін, незалежно від матеріалу продукту чи типу заготовки. Він забезпечує повний процес і підхід до затиску для цього типу продукції, вирішуючи проблеми високої складності обробки, неможливості затискання, нестабільної якості продукту та низької ефективності обробки, викликаної неправильною ексцентричною структурою, великим розміром, великою вагою та високими вимогами до точності Z--подібного колінного балансу. Польова перевірка показує, що цей процес обробки може гарантувати, що Z--подібні балансирні колінні вироби відповідають вимогам проектної точності, зменшують труднощі обробки та покращують стабільність якості продукції та ефективність обробки.
