刹车盘工艺研究及生产线规划∗∗

2019-03-06郭智春赵尚福

制造技术与机床 2019年2期

郭智春赵尚福

(沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳110142)

刹车盘是汽车盘式制动器的核心零件，安装在汽车的车轮上，盘式制动器通过液压系统把压力施加到制动钳上，使制动摩擦片与随车轮转动的刹车盘发生摩擦，从而达到制动的目的。为了保证制动的舒适性，刹车盘制动要稳定、无噪音、不抖动，刹车盘需要具有较高的厚度均匀性，对刹车面的跳动度、平行度、及表面粗糙度有特别要求。刹车盘按照结构形式可以分为:单面盘、双面盘、高性能盘、轴承盘、轮毂盘等。

刹车盘毛坯件为铸件，加工需要车刹车盘的内外圆和端面，钻凸面连接螺纹孔和倒角，高性能盘还需要在刹面上钻孔，部分刹车盘需要攻丝。刹车盘的加工环境恶劣、粉尘多、切削量大，要求机床具有良好的防护及润滑功能，要求机床能长时间在大扭矩状态下保持加工精度运转，要求机床具有良好的刚度和精度保持性。

我国刹车盘企业集中在山东、河北、山西等地。产品在国内为第一汽车集团、上海汽车工业(集团)公司、东风汽车公司、广州汽车集团股份有限公司等汽车制造企业提供配套。出口产品销售到美国、欧洲、韩国、日本、加拿大等国家和地区。目前刹车盘市场处于稳中有升的良性发展阶段，随着行业的快速发展和产量的增加，对人工的需求量逐渐增加。刹车盘的加工工作环境恶劣，工人劳动强度大。为了缓解工人的劳动强度，同时提高工作效率，利用自动化生产线进行刹车盘的加工，近年来得到众多刹车盘制造企业的重视[1-5]。

1 刹车盘的加工工艺

1.1 刹车盘的结构及精度要求

图1为汽车盘式制动器及刹车盘的结构图，刹车盘凸面上有螺钉安装孔，用来与汽车车轮连接。双面盘有两个摩擦面，汽车制动时刹车盘的刹车面与摩擦片配合产生制动力矩。为了保证制动的舒适性，刹车盘需要具有较高的厚度均匀性，刹车面端面跳动度、刹车面端面的平行度、刹车面的表面粗糙度。

图2为某刹车盘，及形位公差与表面粗糙度要求。该刹车盘刹车面相对小端螺钉安装面A和B的端面跳动度为0.1 mm，刹车面相对小端螺钉安装面A的平行度为0.06 mm，两刹车盘面之间的平行度为0.05 mm，刹车盘风道的对称度为0.8，厚度差要求在1 mm以内，刹车盘刹车面表面粗糙度为Ra1.6 μm，主要配合表面为Ra3.2 μm，其他表面粗糙度Ra12.5 μm。

1.2 加工工艺

刹车盘毛坯件为铸件，需要完成端面车削、外圆车削、内孔车削、钻孔等工序。精加工采用夹刀双车刀同时进行两刹车盘面加工，从而保证两个刹车面的平行度要求。一般分两道车序和一道钻孔序，车序采用两台车床加工完成，其中一台车床安装夹刀双车刀，钻孔序在立式加工中心上完成[6-8]。上述工艺可以满足加工精度和表面粗糙度的要求，但据厂家要求不同，有的盘还需要在磨花机上进行磨花。表1为图2所示刹车盘的典型加工工艺。

其中，粗车切削速度v=500～700 m/min，切削深度ap=3～4 mm，进给量f=0.3～0.4 mm/r；精车切削速度v=500～700 m/min，切削深度ap=0.5 mm，进给量f=0.15～0.20 mm/r。精车后，刹车盘表面粗糙度可达Ra1.6 μm，刹车盘的制动面平行度可达 0.05 mm，尺寸公差等级达IT6。

表1 刹车盘的典型加工工序

图3分别为采用卧式车床、立式车床、倒立式车床、正倒立式车床加工刹车盘的工序图。第一序车腰部外圆、粗车大端端面和外圆、车小端内孔和端面。第二序车大端内孔及倒角、粗车大端端面、夹刀精车两刹车面。第三序立式加工中心钻孔和攻丝。

1.3 卡盘夹具

图4为刹车盘加工专用夹具，卡盘上有3个均布支撑块用来定位刹车盘端面，3个均布可沿卡盘径向方向移动的卡爪上固定有弧形内径支撑爪，在卡盘液压油缸作用下弧形内撑面夹紧刹车盘内径，实现夹具的定位夹紧。

1.4 夹刀双车刀切削

如图5所示，为一种夹刀双车刀切削的刀架结构及其刀具干涉图，伺服刀架上安装有一对双刀座，刀盘周向安装面上为静刀座，刀盘前端面上安装有动刀座。动刀座可在液压力的作用下轴向移动。切削时，静刀座和动刀座上的双刀同时加工刹车盘两个刹车面，获得高的平行度。加工完成后，动刀座在液压力作用下轴向移动一段间隙，保证一定的让刀距离，防止让刀过程刮伤已加工表面。

2 刹车盘生产线设计

2.1 卧式车床加工生产线

如图6为刹车盘的卧式车床加工生产线的俯视图。利用两台卧式车床和一台立式加工中心组成刹车盘生产线，其中一台为普通卧式车床，一台配置夹刀双车刀刀架，加上一台立式加工中心，三台机床“一”字排列组成一条刹车盘生产线。机床上方配有框架机械手，框架机械手为卧式车床上下料，利用卧式车床的卡盘定位夹紧刹车盘工件。框架机械手将车削加工后的刹车盘上料至立式加工中心，完成钻孔和攻丝工艺后，再利用框架机械手下料。

卧式车床加工生产线的优点是卧式车床成本低廉，缺点为加工方向与重力方向垂直，生产线夹具设计复杂。

2.2 立式车床加工生产线

如图7为刹车盘的立式车床加工生产线的俯视图。利用两台立式车床和一台立式加工中心组成刹车盘生产线，其中一台为普通立式车床，一台配置夹刀双车刀刀架，加上一台立式加工中心组成一条刹车盘生产线。六自由度机械手为立式车床上料，将刹车盘放置于立式车床的卡盘上，并将车削加工完成的刹车盘下料至料道上，六自由度机械手同时为刹车盘的翻转机构。框架机械手将车削加工后的刹车盘上料至立式加工中心，完成钻孔和攻丝工艺后，利用框架机械手下料。

立式车床加工生产线的优点是加工方向与重力方向相同，夹具结构简单，缺点为机械手只能水平方向进入机床上下料、不能利用框架机械手从竖直方向上下料，排屑不便。

2.3 倒立式车床加工生产线

如图8为刹车盘的倒立式车床加工生产线的俯视图。利用两台倒立式车床和一台立式加工中心组成刹车盘生产线，其中一台为普通倒立式车床，一台配置双刀刀架，加上一台立式加工中心组成一条刹车盘生产线。倒立式车床主轴在上，刀架在下，利用倒立主轴可以自动上下料，该机床主轴兼有上下料机械手的功能。倒立主轴在料道上抓取毛坯件，并将加工完成的刹车盘下料至料道[9]。三台机床间有两台翻转机械手，用来对刹车盘进行翻面。框架机械手将车削加工后的刹车盘上料至立式加工中心，完成钻孔和攻丝工艺后，利用框架机械手下料。

倒立式车床一般安装有动力刀架可以实现钻孔、攻丝等动力切削。该生产线可仅由两台倒立式车床组成，但考虑到加工节拍的匹配，本文采用立式加工中心完成刹车盘端面的钻孔、攻丝加工。

倒立式车床加工生产线的优点是倒立式主轴可以充当机械手上下料，自动化程度高，无需另配上下料机械手，结构紧凑，排屑方便，缺点为倒立式车床的机床成本高。

2.4 正倒立式车床加工生产线

如图9为刹车盘的正倒立式车床加工生产线的俯视图。利用一台正倒立式车床和一台立式加工中心组成刹车盘生产线。正倒立式车床有两个主轴和两个刀架，倒置主轴兼有工件上料功能，利用下刀架进行第一序加工，并将完成第一序加工的刹车盘置于下主轴上，上刀架对刹车盘进行第二序加工[10]。上刀架的滑板上安装有气动卡爪，利用气动卡爪可将车削完成的刹车盘下料至料道。正倒立式车床和立式加工中心之间有翻转机械手，对刹车盘进行一次翻面。立式加工中心配上料气动卡爪，可将刹车盘上料至立式加工中心的工作台上。

正倒立式车床加工生产线的优点是倒主轴和正主轴交替加工，减少一次刹车盘翻面过程，其中倒主轴兼有倒立式车床自动上料的优点，缺点为机床扩展性差，正主轴和倒主轴加工序很难做到完全匹配。