En procesanalyse blev udført på den uregelmæssige excentriske struktur af den Z--formede balancealbue, såvel som vanskelighederne ved bearbejdning på grund af dens store størrelse, høje præcision og manglende evne til at blive fastspændt. Et standardiseret bearbejdningsskema blev foreslået. Der blev designet en speciel drejebænk, som er velegnet til bearbejdning af flere modeller og store partier af produkter, der løser problemerne med høj bearbejdningsbesvær, ustabil kvalitet og lav bearbejdningseffektivitet af den Z--formede balanceknæ.
01
Indledning
Balancealbuen er kernekomponenten i affjedringssystemet til specialbæltebiler. Den fungerer sammen med elastiske elementer såsom torsionsakslen og støddæmperen for at give elastisk støtte til køretøjets karrosseri og vejhjulet [1]. Balancealbuen kan overføre en stor mængde stødenergi, der genereres af op--og-bevægelsen af vejhjulet til torsionsakslen, buffer og absorbere vibrationsenergi, reducere stødkraften på køretøjets karrosseri, forbedre passagerkomforten, reducere komponentskader og sikre køretøjets stabilitet og manøvredygtighed ved kørsel på ujævne veje [2]. Den generelle balancealbue-samling inkluderer en spline-aksel, balancealbue og vejhjulsaksel. Den Z--formede balancealbue er en integreret balancealbue, der kombinerer alle tre komponenter. Den integrerede balancealbue har egenskaberne høj manøvredygtighed, høj pålidelighed og letvægt og er meget udbredt i moderne specialkøretøjer [3]. 02
Analyse af struktur- og bearbejdningsudfordringerne ved den Z-formede balancealbue
Den Z--formede balancealbuestruktur, som vist i figur 1, er en uregelmæssigt formet excentrisk struktur. Den er stor i størrelse og tung i vægt, kræver en høj materialefjernelseshastighed, høj dimensions- og positionsnøjagtighed og en lang bearbejdningscyklus med adskillige processer. Det involverer forskelligt udstyr og fag, herunder horisontale boremaskiner, CNC-drejebænke, bearbejdningscentre, rømmemaskiner og wire EDM-maskiner. I tidligere produktion blev adskillige problemer afsløret i hvert procestrin, såsom ude-af-tolerancedimensioner af akslens ydre cirkel, fejljustering mellem splinehullet og den ydre cirkel, ikke-parallelisme mellem akserne på den store aksel (spline-aksel) og den lille aksel, ubalanceret overflade, ubalanceret aksel, ubalanceret aksel (tid) og lav bearbejdningseffektivitet, hvilket alvorligt påvirker produktkvaliteten og leveringsplanen.
03
Processkema
Z-formet balanceknæbearbejdningsproces: Grov udboring af endeflade og indvendigt hul → Grovdrejning af stor aksel → Grovdrejning af lille aksel → Afslut boring af endeflade og indvendigt hul → Afslut drejning af stor aksel → Afslut drejning af lille aksel → fræsning af ydre spiralform og spiralboring (EDM). Produktemnet er en formsmedning. Ved skrubning og efterbearbejdning af de store og små aksler kræves en speciel drejebænk med kontravægte. Denne armatur afbalancerer centrifugalkraften, der genereres under arbejdsemnets rotation, og reducerer derved vibrationer og øger spindelhastigheden, hvilket effektivt forbedrer produktbearbejdningsnøjagtigheden og skærehastigheden.
04
Bearbejdningsproces
(1) Groft boring af endeflader og indvendige huller: Der anvendes en CNC horisontal boremaskine. Der er 2 mm plads på hver side til både endeflader og indvendige huller. Hovedfunktionen af denne proces er hurtigt at fjerne en stor mængde materiale og skabe procescenterhuller til de ru-bearbejdede ydre diametre af de store og små aksler. Den horisontale CNC-boremaskine har et 360 graders roterende arbejdsbord, hvilket giver mulighed for universel bearbejdning i XOY-planet i én opsætning. Den kan bearbejde fire endeflader og indre huller på én gang, hvilket sikrer, at procescenterhullerne i begge ender af de store og små aksler er koaksiale, og at centerlinjerne på de store og små aksler er parallelle. Den grove udboring af endefladerne og de indre huller er vist i figur 2, hvor den tykke ubrudte linje repræsenterer den bearbejdede overflade.
Figur 2. Groft boring af endeflade og indre hul
(2) Grovdrejning af den store aksel: Bearbejdning udføres på en CNC-drejebænk, med et 1,5 mm-rum på hver side af den ydre diameter. Hovedfunktionen af denne proces er hurtigt at fjerne en stor mængde materiale og skabe en procesreference for finishboringen af endefladen og det indre hul. Fordi tyngdepunktet af den Z--formede balancealbue flytter sig fra rotationscentret under drejning, er en speciel drejebænk med kontravægte påkrævet for at afbalancere centrifugalkraften, reducere vibrationer og øge spindelhastigheden. Den grove drejning af den store aksel er vist i figur 3.
Figur 3. Grov drejning af den store aksel
(3) Grov drejning af den lille aksel: Bearbejdning udføres på en CNC drejebænk med en 1,5 mm justering på hver side af den ydre diameter og endefladen. Hovedfunktionen af denne proces er hurtigt at fjerne en stor mængde materiale og frigive bearbejdningsspænding. Den lille aksels grovdrejning er vist i figur 4. Efter grovdrejning har de store og små aksler regelmæssige ydre diametre. AV-formet klemme bruges til mere stabil efterbehandling under finishboring.
Figur 4. Grov drejning af den lille aksel
(4) Afslut boring af endefladen og det indre hul: Dette gøres ved hjælp af en CNC horisontal boremaskine, med grovdrejning af den ydre diameter af den store aksel som procesdatum og fastspændingsdatum. Hovedfunktionen af denne proces er at bearbejde de fire endeflader og det indre hul i produktet til den færdige størrelse, hvilket sikrer dimensionsnøjagtighed og overfladeruhed, samtidig med at der skabes en affasning til færdigdrejning af de ydre diametre af de store og små aksler. Afslutningsboringen af endefladen og det indre hul er vist i figur 5, hvor den tykke optrukne linje repræsenterer overfladen, der er bearbejdet i denne proces.
Figur 5. Afslut boringen af endefladen og det indre hul
(5) Afslut drejning af den store aksel: Dette gøres ved hjælp af en CNC drejebænk, bearbejdning af den ydre diameter til den færdige størrelse, hvilket sikrer dimensionsnøjagtighed, geometrisk nøjagtighed og overfladeruhed. Denne proces bruger den affasning, der dannes under færdigboringen af det indre hul, som spændingsdatum, hvilket sikrer koaksialiteten af den ydre diameter og det indre hul i den store aksel. Slutdrejningen af den store aksel er vist i figur 6.
Figur 6. Præcisionsdrejning af hovedakslen
(6) Præcisionsdrejning af den lille aksel: Ved hjælp af en CNC drejebænk bearbejdes den ydre diameter til den færdige størrelse, hvilket sikrer dimensionsnøjagtighed, geometrisk nøjagtighed og overfladeruhed. Denne proces bruger den affasning, der er lavet under præcisionsboring af det indre hul, som fastspændings- og positioneringsreference, hvilket sikrer koaksialiteten af den ydre diameter af den lille aksel og det indre hul, såvel som paralleliteten af midterlinjerne af den lille aksel og hovedakslen. Præcisionsdrejningen af den lille aksel er vist i figur 7.
Figur 7. Præcisionsdrejning af den lille aksel
(7) Fræsning af den ydre form og boring: Ved hjælp af et lodret bearbejdningscenter bearbejdes produktets ydre form til den ønskede position, og dyvelhuller bores. Fræsningen af den ydre form og boringen er vist i figur 8, hvor de tykke optrukne linjer repræsenterer de bearbejdede overflader i denne proces.
Figur 8. Fræsning af den ydre form og boring
(8) Broching af spline (wire EDM spline): Når produktbatchen er stor, udføres denne proces generelt ved hjælp af en broching-maskine med et broaching-værktøj, hvilket sikrer produktionseffektivitet og konsistens af spline-huldimensioner. Når en broach ikke er tilgængelig, og batchstørrelsen er lille, kan denne proces udføres ved hjælp af en tråd-EDM-maskine. Hovedakslens ydre diameter tjener som fastspændings- og positioneringsreference, hvilket sikrer koaksialiteten af splinehullet med hovedakslens ydre diameter. Den brochede spline (wire-EDM spline) er vist i figur 9, hvor den tykke ubrudte linje repræsenterer overfladen, der er bearbejdet i denne proces.
Figur 9: Broached Spline (Wire-EDM Spline)
På dette tidspunkt har det Z--formede balancealbueprodukt gennemført alle bearbejdningsprocesser. Efterfølgende processer omfatter fejldetektion og overfladebehandling.
05
Dedikeret drejebænk
Den dedikerede drejebænk omfatter komponenter som flange, chassis, støttelegeme, center, kontravægt og fastgørelsesbolte [4, 5].
Flangen fungerer som forbindelseskomponenten mellem drejebænken og armaturet. En standardflange anvendes generelt. Den ene ende forbindes til CNC-drejebænkens spindel gennem et tilspidset hul, og den anden ende forbindes til chassiset gennem en lokaliseringsknap, hvilket sikrer, at rotationscentret af drejebænken er på linje med drejebænkens spindlen.
Chassiset, der tjener som base for drejebænken, har en aflang cirkulær rille. Et støttelegeme og to modvægte er fastgjort til det, og denne tre--punkts massefordeling sikrer en jævnere rotation af emnet under bearbejdning, reducerer vibrationer og forbedrer produktets ydre cylindriske nøjagtighed og overfladekvalitet.
Støttekroppen, der er svejset til chassiset, har også en aflang cirkulær rille med dimensioner, der matcher chassisets rille. Denne rille tjener to formål: at reducere den samlede vægt af drejebænken og forhindre interferens mellem den ikke--bearbejdningsakse af den Z--formede balanceknæ og drejebænken. Adskillige sæt fastgørelsesbolte er placeret i begge ender af rillen for at sikre den ikke--bearbejdningsakse af den Z--formede balanceknæ. Det aflange cirkulære rilledesign giver mulighed for bearbejdning af Z--formede balanceknæ i forskellige størrelser og modeller ved hjælp af denne drejebænk, hvilket opnår multi-funktionalitet.
Midten og støttelegemets positioneringsstop monteres sammen og svejses til støttelegemet. Under bearbejdning understøtter henholdsvis midten og drejebænkens midte de to ender af den Z--formede balanceknæs bearbejdningsakse, hvilket opnår en dobbelt-center-spændekonfiguration. For at sikre, at centerets positioneringskegleoverflade er koaksial med drejebænkens spindlen, skal centerets positioneringskegleoverflade bearbejdes præcist- på en drejebænk, efter at drejebænken er svejset sammen. Kontravægten består af flere vifteformede-modvægtsplader. Antallet af modvægtsplader kan justeres for at balancere den centrifugalkraft, der genereres under bearbejdning af forskellige modeller af Z--formede balanceknæ. De to modvægte er jævnt fordelt 120 grader i forhold til støttens tyngdepunkt og sikrer dermed bedre dynamisk balance under produktbearbejdning.
For at imødekomme bearbejdningen af Z--formede balanceknæ i forskellige størrelser, er der installeret flere sæt fastgørelsesbolte på begge sider af den lange ovale rille i støttelegemet. Fastgørelsesboltenes fastspændingspositioner er vist i figur 10. Midterlinjen for hvert sæt fikseringsbolte er højere end afstanden H mellem den ydre cirkelmidte af den ikke-bearbejdede akse af den Z-formede balanceknæ. Denne spændemetode sikrer, at spændekraften af fikseringsboltene på den Z--formede balanceknæ er modsat centrifugalkraften, hvilket effektivt reducerer centrifugalkraften, der genereres, når emnet roterer. Klemmetilstandene for bearbejdning af små aksler og store aksler er vist i henholdsvis figur 11 og 12.
Figur 10. Skematisk diagram af fastgørelsesboltens klemmeposition
Figur 11. Spændetilstand ved bearbejdning af den lille aksel
Figur 12. Spændetilstand ved bearbejdning af den store aksel
06
Verifikation af bearbejdningsresultater
I øjeblikket er denne Z--formede balanceknæbearbejdningsproces og dedikerede drejebænkearmatur blevet anvendt på produktionslinjen i over et år. Flere modeller og store partier af Z--formede balanceknæprodukter bearbejdes ved hjælp af denne proces, hvilket resulterer i stabil og pålidelig produktkvalitet og væsentligt forbedret bearbejdningseffektivitet. Dette verificerer fuldt ud gennemførligheden og effektiviteten af processen og dedikeret drejebænk. Et fotografi af nogle bearbejdningstrin af den Z--formede balancealbue er vist i figur 13.
a) Groft boring af endefladen og det indre hul
b) Grov drejning af hovedakslen
c) Afslut boringen af endefladen og det indvendige hul
Figur 13: Faktiske billeder af bearbejdningsprocessen af den Z-formede balanceknæ
07
Konklusion
Bearbejdningsprocessen og den specielle drejebænk til den Z--formede balanceknæ, der er foreslået i dette dokument, kan anvendes til bearbejdning af forskellige modeller af Z--formede balanceknæprodukter, uanset produktmateriale eller emnetype. Det giver en komplet proces og fastspændingstilgang til denne type produkt, der løser problemerne med høj bearbejdningsvanskelighed, manglende evne til at klemme, ustabil produktkvalitet og lav bearbejdningseffektivitet forårsaget af den uregelmæssige excentriske struktur, store størrelse, tunge vægt og høje præcisionskrav til den Z--formede balanceknæ. Feltbekræftelse viser, at denne bearbejdningsproces kan sikre, at de Z--formede balanceknæprodukter opfylder kravene til designnøjagtighed, reducerer bearbejdningsbesvær og forbedrer produktkvalitetens ensartethed og bearbejdningseffektivitet.
