Беше проведен анализ на процеса на неправилната ексцентрична структура на Z-образното балансиращо коляно, както и на трудностите при обработката поради големия му размер, висока прецизност и невъзможността да бъде захванат. Предложена е стандартизирана схема на обработка. Беше проектирано специално приспособление за струг, което е подходящо за обработка на множество модели и големи партиди от продукти, решавайки проблемите с висока трудност на обработка, нестабилно качество и ниска ефективност на обработка на Z-образно балансирано коляно.
01
Въведение
Коляното за балансиране е основният компонент на системата за окачване на верижни специални превозни средства. Той работи във връзка с еластични елементи като торсионен вал и амортисьор, за да осигури еластична опора за тялото на превозното средство и колелото [1]. Балансиращото коляно може да прехвърли голямо количество енергия на удара, генерирана от движението на колелото нагоре-и-надолу, към торсионния вал, да буферира и абсорбира енергията на вибрациите, да намали силата на удара върху каросерията на превозното средство, да подобри комфорта на пътниците, да намали повредите на компонентите и да гарантира стабилността и маневреността на превозното средство при движение по неравни пътища [2]. Общият възел на коляното за балансиране включва шлицов вал, коляно за балансиране и вал на колелото. Z-образното балансиращо коляно е интегрирано балансиращо коляно, което съчетава и трите компонента. Интегрираното коляно за балансиране има характеристиките на висока маневреност, висока надеждност и леко тегло и се използва широко в съвременните специални превозни средства [3]. 02
Анализ на структурата и предизвикателствата при обработката на Z-образно коляно за баланс
Z--образната балансираща лакътна структура, както е показано на фигура 1, е ексцентрична структура с неправилна форма. Той е с голям размер и тежко тегло, което изисква висока скорост на отстраняване на материал, висока точност на размерите и позиционирането и дълъг цикъл на обработка с множество процеси. Включва различно оборудване и професии, включително машини за хоризонтално пробиване, стругове с ЦПУ, обработващи центри, машини за протягане и електроерозионни машини за тел. В предишното производство многобройни проблеми бяха изложени във всяка стъпка на процеса, като извън--допустимите размери на външния кръг на вала, несъответствие между шлицовия отвор и външния кръг, не-паралелизъм между осите на големия вал (шлицов вал) и малкия вал (вал на товарното колело), нестандартна грапавост на повърхността, небалансирано време на цикъл на процеса и ниско ефективност на машинната обработка, което сериозно засяга качеството на продукта и графика за доставка.
03
Схема на процеса
Z-образен процес на машинна обработка на коляното на баланса: Грубо пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор → Грубо струговане на голям вал → Грубо струговане на малък вал → Крайно пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор → Финално струговане на големия вал → Крайно струговане на малкия вал → Фрезоване на външната форма и пробиване → Протягане (сплайн с тел EDM). Продуктовата заготовка е щанцова коване. При грубо обработване и обработка на големи и малки валове е необходимо специално приспособление за струг с противотежести. Това приспособление балансира центробежната сила, генерирана по време на въртене на детайла, като по този начин намалява вибрациите и увеличава скоростта на шпиндела, ефективно подобрявайки точността на обработка на продукта и скоростта на рязане.
04
Процес на обработка
(1) Грубо пробиване на челни повърхности и вътрешни отвори: Използва се CNC хоризонтална бормашина. От всяка страна са оставени 2 mm резерви както за крайните повърхности, така и за вътрешните отвори. Основната функция на този процес е бързо отстраняване на голямо количество материал и създаване на централни отвори за обработка за грубо-обработените външни диаметри на големия и малкия вал. Хоризонталната пробивна машина с ЦПУ има въртяща се на 360 градуса работна маса, позволяваща универсална обработка в равнината XOY в една настройка. Той може да обработва четири крайни повърхности и вътрешни отвора наведнъж, като гарантира, че централните отвори на процеса в двата края на големите и малките валове са коаксиални и че централните линии на големите и малките валове са успоредни. Грубото пробиване на челните повърхности и вътрешните отвори е показано на фигура 2, където плътната плътна линия представлява обработената повърхност.
Фигура 2. Грубо пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор
(2) Грубо струговане на големия вал: Машинната обработка се извършва на струг с ЦПУ, с 1,5 mm надбавка от всяка страна на външния диаметър. Основната функция на този процес е бързо да се отстрани голямо количество материал и да се създаде референтен процес за окончателно пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор. Тъй като центърът на тежестта на Z-образното балансиращо коляно се измества от центъра на въртене по време на струговане, е необходимо специално приспособление за струг с противотежести за балансиране на центробежната сила, намаляване на вибрациите и увеличаване на скоростта на шпиндела. Грубото завъртане на големия вал е показано на фигура 3.
Фигура 3. Грубо струговане на големия вал
(3) Грубо струговане на малкия вал: Машинната обработка се извършва на струг с ЦПУ, с 1,5 mm надбавка от всяка страна на външния диаметър и челната повърхност. Основната функция на този процес е бързо отстраняване на голямо количество материал и освобождаване на напрежението при обработка. Грубото струговане на малкия вал е показано на Фигура 4. След грубо струговане големите и малките валове имат правилни външни диаметри. AV-образната скоба се използва за по-стабилно довършване по време на окончателно пробиване.
Фигура 4. Грубо струговане на малкия вал
(4) Финално пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор: Това се прави с помощта на CNC хоризонтална бормашина, с грубо завъртане на външния диаметър на големия вал като базова точка на процеса и опорна точка за затягане. Основната функция на този процес е да обработи четирите крайни повърхности и вътрешния отвор на продукта до крайния размер, като гарантира точност на размерите и грапавост на повърхността, като същевременно създава фаска за окончателно струговане на външните диаметри на големия и малкия вал. Крайното пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор е показано на фигура 5, където плътната плътна линия представлява повърхността, обработена в този процес.
Фигура 5. Финално пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор
(5) Крайно завъртане на големия вал: Това се прави с помощта на струг с ЦПУ, обработка на външния диаметър до крайния размер, осигуряване на точност на размерите, геометрична точност и грапавост на повърхността. Този процес използва фаската, създадена по време на окончателното пробиване на вътрешния отвор, като опорна точка за затягане, осигурявайки коаксиалността на външния диаметър и вътрешния отвор на големия вал. Крайното завъртане на големия вал е показано на фигура 6.
Фигура 6. Прецизно завъртане на главния вал
(6) Прецизно струговане на малкия вал: С помощта на CNC струг външният диаметър се обработва до крайния размер, осигурявайки точност на размерите, геометрична точност и грапавост на повърхността. Този процес използва фаската, направена по време на прецизното пробиване на вътрешния отвор, като еталон за затягане и позициониране, осигурявайки коаксиалността на външния диаметър на малкия вал и вътрешния отвор, както и успоредността на централните линии на малкия вал и главния вал. Прецизното завъртане на малкия вал е показано на фигура 7.
Фигура 7. Прецизно завъртане на малкия вал
(7) Фрезоване на външната форма и пробиване: С помощта на вертикален обработващ център външната форма на продукта се обработва до желаната позиция и се пробиват отвори за дюбели. Фрезоването на външната форма и пробиването е показано на Фигура 8, където плътните плътни линии представляват обработените повърхности в този процес.
Фигура 8. Фрезоване на външната форма и пробиване
(8) Протягане на шпонката (тел EDM шпонка): Когато продуктовата партида е голяма, този процес обикновено се извършва с помощта на машина за протягане с инструмент за протягане, осигурявайки ефективност на производството и последователност на размерите на отворите на шпонката. Когато протягането не е налично и размерът на партидата е малък, този процес може да се извърши с помощта на телена EDM машина. Външният диаметър на главния вал служи като еталон за затягане и позициониране, осигурявайки коаксиалността на шлицовия отвор с външния диаметър на основния вал. Разширеният шлиц (тел -EDM шлиц) е показан на Фигура 9, където плътната плътна линия представлява повърхността, обработена в този процес.
Фигура 9: Разширен шпон (Wire-EDM сплайн)
В този момент Z-образният балансиращ продукт е завършил всички процеси на обработка. Последващите процеси включват откриване на дефекти и повърхностна обработка.
05
Специално приспособление за струг
Специалното приспособление за струг включва компоненти като фланец, шаси, опорно тяло, център, противотежест и закрепващи болтове [4, 5].
Фланецът служи като свързващ компонент между струга и приспособлението. Обикновено се използва стандартен фланец. Единият край се свързва към шпиндела на струга с ЦПУ чрез заострен отвор, а другият край се свързва към шасито чрез локализираща издатина, като се гарантира, че центърът на въртене на приспособлението на струга е подравнен с шпиндела на струга.
Шасито, служещо като основа на приспособлението за струг, има удължен кръгъл жлеб. Към него са прикрепени опорно тяло и две противотежести и това три-точково разпределение на масата осигурява по-плавно въртене на детайла по време на обработка, намалявайки вибрациите и подобрявайки външната цилиндрична точност и качеството на повърхността на продукта.
Носещото тяло, заварено към шасито, също има удължен кръгъл канал с размери, съвпадащи с тези на канала на шасито. Този жлеб служи за две цели: намаляване на общото тегло на приспособлението за струг и предотвратяване на намеса между не-обработващата ос на Z-образното балансиращо коляно и приспособлението за струг. Няколко комплекта закрепващи болтове са разположени в двата края на жлеба, за да осигурят не-обработващата ос на Z-образното балансиращо коляно. Дизайнът с удължен кръгъл жлеб позволява обработката на Z-образни балансиращи колена с различни размери и модели с помощта на това приспособление за струг, постигайки многофункционалност-.
Центърът и ограничителят за позициониране на опорното тяло са монтирани заедно и заварени към опорното тяло. По време на обработката центърът и центърът на опашката на струга съответно поддържат двата края на оста на обработка на Z-образното балансиращо коляно, постигайки конфигурация на двойно-централно затягане. За да се гарантира, че повърхността на позициониращия конус на центъра е коаксиална с шпиндела на струга, повърхността на позициониращия конус на центъра трябва да бъде прецизно-обработена на струг, след като приспособлението на струга е заварено заедно. Противотежестта се състои от множество противотежести с форма на ветрило-. Броят на противотежестните плочи може да се регулира, за да се балансира центробежната сила, генерирана по време на обработката на различни модели Z-образни балансиращи колена. Двете противотежести са равномерно разпределени на 120 градуса спрямо центъра на тежестта на опората, като по този начин се осигурява по-добре динамичен баланс по време на машинната обработка на продукта.
За да се поеме машинната обработка на Z-образни балансиращи колена с различни размери, множество комплекти закрепващи болтове са монтирани от двете страни на дългия овален жлеб на опорното тяло. Позициите на затягане на закрепващите болтове са показани на Фигура 10. Централната линия на всеки комплект фиксиращи болтове е по-висока от разстоянието H между центъра на външния кръг на не-обработената ос на Z-образното балансиращо коляно. Този метод на затягане гарантира, че силата на затягане на фиксиращите болтове на Z-образното балансиращо коляно е противоположна на центробежната сила, като ефективно намалява центробежната сила, генерирана при въртене на детайла. Състоянията на затягане за обработка на малки валове и големи валове са показани съответно на фигури 11 и 12.
Фигура 10. Схематична диаграма на позицията на затягане на закрепващия болт
Фигура 11. Състояние на затягане при обработка на малкия вал
Фигура 12. Състояние на затягане при обработка на големия вал
06
Проверка на резултатите от обработката
Понастоящем този Z-образен процес на обработка на коляното на баланса и специално приспособление за струг се прилагат на производствената линия повече от година. Множество модели и големи партиди Z--образни балансиращи колянови продукти се обработват чрез този процес, което води до стабилно и надеждно качество на продукта и значително подобрена ефективност на обработка. Това напълно потвърждава осъществимостта и ефективността на процеса и специалното приспособление за струг. Снимка на някои стъпки на обработка на Z-образно балансиращо коляно е показана на Фигура 13.
a) Грубо пробиване на челната повърхност и вътрешния отвор
b) Грубо завъртане на главния вал
c) Завършете пробиването на челната повърхност и вътрешния отвор
Фигура 13: Действителни снимки на процеса на обработка на Z-образно балансиращо коляно
07
Заключение
Процесът на обработка и специалното приспособление за струг за Z-образно балансиращо коляно, предложени в този документ, са приложими за обработката на различни модели Z-образни продукти за балансиращо коляно, независимо от материала на продукта или типа на заготовката. Осигурява цялостен подход за процес и затягане за този тип продукти, като решава проблемите с висока трудност при обработка, невъзможност за затягане, нестабилно качество на продукта и ниска ефективност на обработката, причинени от неправилната ексцентрична структура, големия размер, голямото тегло и високите изисквания за точност на Z-образното балансиращо коляно. Проверката на място показва, че този процес на обработка може да гарантира, че Z--образните балансиращи лакътни продукти отговарят на изискванията за точност на дизайна, намаляват трудността при обработката и подобряват последователността на качеството на продукта и ефективността на обработката.
