平地机WA4280湿式桥托架的试制

赵小冬

摘要：本文主要讲述了平地机WA4280湿式驱动桥托架，在森精机柔性加工单元试制的过程，及试制过程中遇到的一些问题和解决方法。通过对工装的改进，减少了装夹次数;通过修改程序、加工顺序、调整刀具刀片，解决了加工凸台、震纹及表面粗糙度不良问题;通过使用宏程序，实现坐标系的自动转换并提高了加工效率和产品质量。

关键词：工装夹具;粗糙度;同轴度;镗孔振动

一、设备选择

平地机WA4280湿式驱动桥，是最新的平地机驱动桥，然而托架作为平地机驱动桥中的关键零部件，负责整机的动力传递，具有非常重要的作用。托架的主要加工处是Ф140N7、Ф140H8、Ф145、2-Ф150K7、Ф176.212N7的孔和铣M155*2的螺纹，平面的粗糙度、平面度、平面与孔的垂直度、孔与孔的同轴度和位置度要求都比较高，所以设备的选择很重要，而森精机柔性加工单元是工作台、主轴都可旋转的加工中心，加工精度高，并且可以最大程度的减少装夹次数，集中加工工序。因此决定，本品在森精机柔性加工单元上进行试制。

二、加工试制过程中遇到的问题

（一）工装问题

为了尽可能减少重复装夹所产生的误差，工装应考虑能够将工件水平放置并最大程度完成加工工序，所以考虑工装应为弯板形式。以一面二销定位，并辅以压板压紧（图1），后面采用可调支撑（图2）。角向定位销选择采用可活动、带有螺纹拆卸的定位销，以防止装卸工件时发生碰撞，导致变形损坏，同时也可减小劳动强度，方便拆装工件。

1.修工装定位圈直径：工装定位圆尺寸为Ф510mm，外协厂家已经加工至Ф508mm，留量以便我们把工装安装在机床上精加工。将工装清理干净，并用M16螺栓牢靠的固定在工作台表面，转进机床内，用探针（图3）找到定位圈中心。经测量，定位圈原始尺寸为Ф508mm，最终要求为Ф510（0/+0.05）mm。所以，先试加工至Ф509.8mm。编程、加工完毕、测量后发现，尺寸为Ф509.52mm，小于理论值，并且加工面粗糙有震纹。分析发现，工装定位圈硬度比较高，然而刀具为高速钢刀具，产生让刀现象，并容易产生振动，且圆弧插补使用的是G03为逆铣，不利于获得较好的表面粗糙度。经换为硬质合金铣刀，采用G02顺铣，最终加工至Ф510.030mm，并获得较好加工表面，符合工艺要求，

2.修工装定位圈表面：使用探针测量，发现定位圈平面度相差0.2mm，使用Ф100硬质合金面铣刀，反复修正，至表面平整光滑。

3.加工2处Ф16F7销孔：采用钻、扩、铰的工艺，加工完成此销孔。

装夹工件时发现工件定位面与工装定位面不贴合，用塞尺测量有0.6mm间隙，发现工装定位圈修整过后，倒角很小，经测量小于1×45°，而Ф510g6圆与平面有R1.5圆弧过度。经过计算，发现定位圈倒角与R1.5圆弧发生干涉，导致定位偏差。倒角应大于1.2×45°，因此重新修整定位圆倒角至2.5×45°，重新装夹工件，完成后用塞尺检测保证贴合良好。又发现角向定位的定位销，在压板压紧后，不能旋转移动，说明定位销受力，导致工件也受力、变形或位移。原来外协厂家加工的定位销为长圆柱销，不易于工件拆卸，应将圆柱销修整成为菱形销，修整时遵循原则，应保证使用时，菱形销的长轴垂直于圆销的中心连线，重新装夹，此时定位销可以自由旋转。

（二）加工顺序不合理及解决办法

当首件工件试制完成后发现，Ф140N7孔底平面出现一圈台阶，测量孔端面到孔底深度，不符合图纸要求。经过思考分析后发现，加工顺序有误。

错误的加工顺序：

1.粗铣Ф140N7孔端面及孔底平面

2.精铣Ф140N7孔端面及孔底平面

3.孔口倒角

4.半精镗Ф140N7孔

5.精镗Ф140N7、Ф140H8孔

按照这种加工順序，在精铣孔底平面时，实际加工的直径是小于等于毛坯孔的直径，而后面进行半精镗镗刀刀片的切削端，并非是一条直线，加之由于对刀的误差、切削时的让刀等，导致实际加工深度小于理论编程深度，所以造成了这种现象。

正确的加工顺序：

1.粗铣Ф140N7孔端面及孔底平面

2.半精镗Ф140N7孔

3.孔口倒角

4.精铣Ф140N7孔端面及孔底平面

5.精镗Ф140N7、Ф140H8孔

按照这种顺序，精铣孔底平面的实际加工直径与孔直径重合，而精镗孔刀尖具又有清根作用，符合要求。

（三）镗孔震动、表面粗糙度不好及解决办法

在加工过程中发现，2-Ф150K7（+0.013/-0.033）和Ф176.212N7（-0.014/-0.060）孔在镗孔时有较大的震动，精镗完成后表面粗糙度不良有震纹（要求Ra1.6um），表面粗糙度不良会影响耐磨性、配合的稳定性、疲劳强度、耐腐蚀性、密封性、接触刚度、测量精度等方面。从而影响整机的使用寿命和性能，所以必须解决。影响表面粗糙度的原因应从以下几个方面考虑：刀具方面、切削参数、热量变化。

1.刀具方面

因为工装及工作台的影响，在镗孔时需选用刀杆长度较长的镗刀，所用刀杆是一节节接起来的，所以刀杆的刚性和减震性不好。经商讨，采用一体式带有减震杆的刀杆。当时的刀片采用也不适合加工镗孔，所采用的刀片刀尖圆弧为0.4mm，而刀尖圆弧越小、工件切削残留面积也就越大。由此我们将原本的精镗单元和刀片换为新的精镗单元和刀尖圆弧为0.8mm的刀片。

2.切削参数的影响

在镗孔过程中，切削三要素的影响不容小觑。切削三要素对表面粗糙度的影响：切削深度>进给量>切削速度，所以，首先调整半精镗镗刀尺寸，但由于刀具过长，导致刀具刚性降低，所以应适度降低线速度，对应的就是主轴转速降低，以减小刀具的变形和自激振动，在通过逐渐降低主轴速度为S134时，发现效果最佳，得出进给量F14。而Ф150K7轴承孔，是由托架本体（QT450-10）与轴承座（QT400-18）组合而成，性能有所不同，由于刀具条件不变，适当的减小切削参数，以减小切削时刀具受力变化时导致的表面质量不好。同样将精加工余量由Ф0.5mm改至Ф0.3mm，将原本S220，F22改为S140，F14.

3.切削热量

影响切削热量的主要因素有切削参数、刀具几何参数、工件材料和切屑液。加工中所产生的热量，大部分传递给铁屑，其次是工件，再次是刀具，由此可见，我们要解决的就是工件与刀具的热变形导致的表面粗糙度不良，工艺方面，我们将工序集中化，采用先粗后精的顺序，将粗加工与精加工时间间隔拉长，使得工件、刀具充分冷却，使刀具与工件之间更多产生的是剪切作用，而不是挤压作用。

三、工件坐标系90度换算

在编制程序时，我们将Ф140H8孔的中心定位G54零点，加工完成后，工作台旋转90°，加工Ф150H6孔，将其中心定为G56零点。G54的零点由我们在工件加工之前，通过找工装定位圈的中心和端面确定。那G56的零点如何确定呢？靠傳统的用刀具或探针去触碰工件和工装找中心的方法？因为工装干涉、探针有效距离短，所以是不能实现的，那么就只能依靠图纸给定的尺寸，结合机床的回转中心去进行计算，得到所需的工件坐标系零点。然而就卧式加工中心而言，当一个点到工作台回转中心的位置为X1，Y1，Z1时，将工作台旋转90°后，得这一点的坐标为X2，Y2，Z2，由于点到工作台回转中心的距离没有变化，那么这时X1=Z2，Y1=Y2，Z1=X2（图4）。由此，我们可以将工件坐标系原点，同理转化。从图5可以看出，从主轴端面到工作台回转中心的距离AE是固定的（本设备为Z-1080），从主轴端面到Ф140H8孔端面的距离AB也是已知的（G54坐标系Z轴机械坐标值+刀具长度），那么，BE=AE-AB，而B到D的距离已知，所以DE=BD-BE.工作台旋转之后（图6），D1E1=DE距离不变，则可得到G56坐标系的X轴机械坐标值为X轴回转中心坐标（X-525）减去DE。图16中，点D到AE线段的垂直距离，可以通过G54的X轴机械坐标（负值）减去X轴回转中心坐标减去图纸尺寸，然后取绝对值得到，旋转工作台后（图6），则可以得到G56坐标系的Z轴机械坐标值为Z轴回转中心坐标加上D到AE线段的垂直距离。而工件的Y坐标始终不变。由此，G56坐标系的X、Y、Z、B的机械坐标值全部得到。同理可以计算出其他坐标系坐标值。而工作中，这样计算比较繁琐，所以我们利用宏程序自动计算。

四、结语

本文讲述了试制平地机湿式驱动桥托架的整个过程，从工装的修正到加工顺序的优化，从刀具的更换到切削要素的改进，到切削液的选择，然后通过宏程序去简化坐标换算，完成了产品的试制。文中对工件的定位方式，对工件、工装的加工方法，对刀具的选择、改动，对坐标系的转换、计算，对问题的分析，也适用于其他类似零件，具有一定的参考价值。本文提到的方式方法，在其他类型零件的加工中，需结合具体情况，具体分析，灵活运用，才是重中之重。

参考文献：

[1]衡芳芳.平地机驱动桥与平衡箱支承结构的改进[J].工程机械与维修，2014，08（8）：130-130.

[2]林为元.电机后端盖装夹工装：，CN209256775U[P].2019.