提高沖焊橋殼機(jī)械加工精度方法的探討

王向陽(yáng)，郭海霞

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

提高沖焊橋殼機(jī)械加工精度方法的探討

王向陽(yáng)，郭海霞

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

通過(guò)在橋殼的機(jī)械加工過(guò)程中，導(dǎo)致的工藝系統(tǒng)誤差、系統(tǒng)受力變形誤差、系統(tǒng)熱變形誤差、工件內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差的方法探討，從而掌握其變化的基本規(guī)律，采取相應(yīng)的措施減少加工誤差，提高加工精度。

沖焊橋殼；機(jī)械加工精度；工藝系統(tǒng)；變形誤差

CLC NO.:U466Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-79-03

前言

機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。任何加工方法所得到的實(shí)際參數(shù)都不會(huì)絕對(duì)準(zhǔn)確，從零件的功能看，只要加工誤差在在零件圖要求的公差范圍內(nèi)，就認(rèn)為達(dá)到了加工精度。

橋殼是一個(gè)載體，車橋上所有部件都要裝到橋殼上。除此之外，橋殼的另一個(gè)功能就是承受載荷，它不但要承受整車的整備質(zhì)量，還要承受車輛運(yùn)行中的向前向后運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的載荷。橋殼的第三個(gè)功能是與車架連接，也就是懸掛。因要承受多種載荷，所以對(duì)橋殼的剛性、耐疲勞性都有很高的要求和明確的指標(biāo)。

沖焊橋殼是由一種由板料沖壓拼焊成型的橋殼，其制造工序復(fù)雜，且熱加工與冷加工參差，工序轉(zhuǎn)換間由于基準(zhǔn)的變換以及內(nèi)應(yīng)力等多種因素，加工精度比較難保證，下面我就沖焊橋殼的機(jī)械加工精度的保證談一下個(gè)人觀點(diǎn)。

機(jī)械加工過(guò)程中，橋殼零件的尺寸、幾何形狀和表面間相對(duì)位置關(guān)系的形成，歸結(jié)到一點(diǎn)，就是取決于橋殼和刀具之間在切削運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相互位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的，而橋殼和刀具，又安裝在夾具和機(jī)床上，并受到夾具和機(jī)床的約束。因此，在機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床、夾具、刀具和橋殼就構(gòu)成一個(gè)完整的工藝系統(tǒng)。（如附圖1所示）

根據(jù)誤差的性質(zhì)可分為工藝系統(tǒng)的幾何誤差、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差和工件內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差四個(gè)方面。

1、工藝系統(tǒng)的幾何誤差

工藝系統(tǒng)的幾何誤差包括加工原理誤差，機(jī)床的幾何誤差，調(diào)整誤差，刀具和夾具的制造誤差，橋殼、刀具和夾具的安裝誤差以及工藝系統(tǒng)磨損所引起的誤差等。

①、加工原理誤差是由于采用了近似的切削刃輪廓或近似的成形運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差，機(jī)床的幾何誤差主要由主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差及傳動(dòng)鏈誤差組成。

②、主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)軸線的“漂移”。（如附圖2所示）主要是主軸部件的制造誤差、裝配誤差及受力和受熱后的變形造成的誤差。

③、傳動(dòng)鏈誤差是指內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈中首、末兩端傳動(dòng)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。傳動(dòng)鏈誤差破壞了傳動(dòng)鏈中首、末兩端傳動(dòng)件之間的嚴(yán)格傳動(dòng)比要求。（如附圖3所示）傳動(dòng)鏈誤差是由傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的制造誤差、裝配誤差和加工過(guò)程中力和熱產(chǎn)生的變形以及磨損引起的。

④、此外，刀具的制造、安裝、調(diào)整及換刀誤差對(duì)加工精度的影響因刀具種類不同而不同。夾具的制造誤差，零件的加工和裝配誤差。這些誤差對(duì)被加工零件的精度影響較大。夾具的磨損也會(huì)造成工件的相互位置誤差等。

2、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削過(guò)程中，會(huì)受到切削力、傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力及重力等的作用而產(chǎn)生變形，從而破壞刀具和橋殼之間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系，也就是切削力的作用點(diǎn)位置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生加工誤差。

①、橋殼工件剛度：工藝系統(tǒng)受力變形是指彈性變形，其抵抗彈性變形的能力與自身的剛度有很大關(guān)系。工藝系統(tǒng)中如果橋殼工件剛度相對(duì)于機(jī)床、刀具、夾具來(lái)說(shuō)比較低，在切削力的作用下，橋殼工件由于剛度不足而引起的變形對(duì)加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)的有關(guān)公式估算。沖焊橋殼的大面厚度12mm，切削范圍φ 440mm，自身剛性差，加工過(guò)程中彈性變形很大，所以在夾具設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意在工藝系統(tǒng)的受力變形的方向加上輔助支撐的布置。（如附圖4所示）

②、切削力的變化也會(huì)引起加工誤差。被加工表面的幾何形狀誤差或材料的硬度都會(huì)引起工藝系統(tǒng)切削力大小的變化。高速旋轉(zhuǎn)的零部件的不平衡將產(chǎn)生離心力不斷地改變方向，它在切削點(diǎn)法線方向的分力大小的變化，也會(huì)引起工藝系統(tǒng)的受力變形并產(chǎn)生誤差。

3、工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常發(fā)生復(fù)雜的變形，它破壞了工件與切削刃相對(duì)位置的準(zhǔn)確性，從而產(chǎn)生加工誤差。引起工藝系統(tǒng)受熱變形的“熱源”大體分為兩類：內(nèi)部熱源和外部熱源。內(nèi)部熱源主要是指切削熱和摩擦熱。外部熱源主要是環(huán)境溫度變化和輻射熱，但其只對(duì)精密工件的加工影響很大。

4、工件內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差

內(nèi)應(yīng)力是指在外部載荷去除后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力，也稱殘余應(yīng)力。具有殘余應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定的相對(duì)平衡狀態(tài)，它可以保持形狀精度的暫時(shí)穩(wěn)定，一旦外界條件產(chǎn)生變化，零件內(nèi)部的暫時(shí)平衡就會(huì)被打破而進(jìn)行重新分布，零件將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，降低原來(lái)的精度。在橋殼焊接和熱處理過(guò)程中，由于工件各部分熱脹冷縮不均勻以及金相組織變化引起的體積改變，使工件內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。具有這種內(nèi)應(yīng)力的工件，內(nèi)應(yīng)力暫時(shí)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，變形緩慢，但當(dāng)切去一層金屬后，就打破了這種平衡，

內(nèi)應(yīng)力重新分布，工件就明顯出現(xiàn)變形，因而就產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并造成加工后工件的變形。

5、降低加工誤差的措施

針對(duì)影響橋殼機(jī)械加工精度因素的分析，在技術(shù)上提出降低機(jī)械加工誤差一些措施。

①、減少工藝系統(tǒng)幾何誤差的主要措施。設(shè)計(jì)與制造高精度的主軸部件，采用高精度的滾動(dòng)軸承或高精度的多油楔動(dòng)壓軸承和靜壓軸承；采用相應(yīng)的裝配和調(diào)整措施，可使主軸的回轉(zhuǎn)精度高于主軸部件的制造精度；減少傳動(dòng)件的數(shù)量，縮短傳動(dòng)鏈，以減少誤差來(lái)源；采用降速傳動(dòng)，減少傳動(dòng)誤差；提高傳動(dòng)元件，尤其是末端傳動(dòng)元件的加工精度和裝配精度；采用傳動(dòng)誤差校正裝置（如機(jī)床的校正機(jī)構(gòu)）以及傳動(dòng)誤差自動(dòng)補(bǔ)償功能等；在設(shè)計(jì)和制造夾具時(shí)，凡影響零件加工精度的尺寸都應(yīng)嚴(yán)格控制；夾具的磨損，尤其是定位元件和導(dǎo)向元件的磨損會(huì)造成工件的相互位置誤差。這些都取決于工藝技術(shù)人員在設(shè)備選型和工裝設(shè)計(jì)制造時(shí)的嚴(yán)格控制。

②、減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施是提高接觸剛度，常用的方法是改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量。當(dāng)工件剛度較差時(shí)，應(yīng)采用合理的裝夾和加工方法來(lái)提高工件的剛度。合理安裝工件，減少夾緊變形。

③、減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要措施。減少熱源發(fā)熱和隔離熱源及控制環(huán)境溫度。減少切削熱或磨削熱、機(jī)床各運(yùn)動(dòng)副的摩擦熱，分離和隔離熱源。加強(qiáng)散熱能力?？刹捎糜行У睦鋮s措施，均衡溫度場(chǎng)。當(dāng)機(jī)床零部件溫升均勻時(shí)，機(jī)床本身就呈現(xiàn)一種熱穩(wěn)定狀態(tài)，從而使機(jī)床產(chǎn)生不影響加工精度的均勻熱變形。保持工藝系統(tǒng)的熱平衡。由熱變形規(guī)律可知，機(jī)床剛開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的一段時(shí)間內(nèi)（預(yù)熱期），溫升較快、熱變形大。當(dāng)達(dá)到熱平衡后，熱變形逐漸趨于穩(wěn)定。

④、減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施。橋殼加工時(shí)，應(yīng)將粗、精加工分開(kāi)在不同的工序進(jìn)行，使粗加工后有一定的間隔時(shí)間讓內(nèi)應(yīng)力重新分布，以減少對(duì)精加工的影響。切削時(shí)應(yīng)注意減小切削力，進(jìn)行多次進(jìn)給，以避免工件變形。橋殼的粗、精加工在一個(gè)工序中完成時(shí)，應(yīng)在粗加工后松開(kāi)工件，讓其自由變形，然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進(jìn)行精加工。

6、結(jié)束語(yǔ)

總之，為達(dá)到機(jī)械加工過(guò)程穩(wěn)定地加工出符合設(shè)計(jì)精度要求的零件這一機(jī)械加工追求的目標(biāo)。我們?cè)诹私饬思庸ぞ鹊挠绊懸蛩睾?，在掌握降低加工誤差方法的同時(shí)，并選用合適在切削參數(shù)進(jìn)行加工，均能使加工精度得到較大幅度的提高，從而降低誤差，保證零件的加工質(zhì)量。

表2 不同坡度發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)和液力緩速器適應(yīng)的穩(wěn)定車速范圍

結(jié)合以上對(duì)不同持續(xù)制動(dòng)裝置的制動(dòng)特性分析可知:單獨(dú)使用任意一種持續(xù)制動(dòng)裝置時(shí)，其制動(dòng)范圍都存在制動(dòng)速度盲區(qū)，比如液力緩速器和壓縮釋放式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)分別工作時(shí)存在安全下坡“速度盲區(qū)”，如表2所示為不同坡度發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)和液力緩速器適應(yīng)的穩(wěn)定車速范圍[5]。

因此采用持續(xù)制動(dòng)裝置聯(lián)合作用的制動(dòng)策略可以有效提高持續(xù)制動(dòng)裝置的制動(dòng)效能。例如采用泄氣式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)和液力緩速器聯(lián)合作用的制動(dòng)方式，泄氣式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)低速性能好液力緩速器高速性能好，將泄氣式發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)和液力緩速器聯(lián)合起來(lái)，將能夠保證車輛在高速和低速時(shí)的下坡安全。

4、結(jié)論

通過(guò)分析行車制動(dòng)系統(tǒng)在山區(qū)公路長(zhǎng)大下坡路段制動(dòng)效能的不適應(yīng)性，本文提出持續(xù)制動(dòng)裝置的必要性，同時(shí)對(duì)出目前幾種持續(xù)制動(dòng)裝置的特性進(jìn)行分析，總結(jié)得出持續(xù)制動(dòng)裝置聯(lián)合作用可以消除其單獨(dú)使用時(shí)的“車速盲區(qū)”，獲取較好持續(xù)制動(dòng)效能，從而提高車輛的長(zhǎng)大下坡路段的行車安全性。

[1] 余強(qiáng).汽車下坡持續(xù)制動(dòng)性能研究[D]. 西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2000.

[2] 荊崇波,胡紀(jì)濱. 車用液力減速器制動(dòng)性能試驗(yàn)研究[J]. 試驗(yàn)測(cè)試。2005（12）：27-32.

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[4] KraftfahrtechnischesTaschenbuch(26Auflage)[M]. Robert Bosch GmbH.北京：北京理工大學(xué)出版社，2011：909～914.

[5] 王恒凱.商用車輛持續(xù)制動(dòng)裝置對(duì)我國(guó)山區(qū)高速公路適應(yīng)性研究[D]. 西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

The Analysis of Improving the punching-welding bridge housing machining accuracy method

Wang Xiangyang, Guo Haixia
（Shaanxi Hande axle Co.,Ltd., Shaanxi Xi’an 710201）

Through the bridge shell machining process, the process caused by system error, the force deformation error of the system, system thermal deformation error, error of workpiece caused by the internal stress of method, so as to master the basic law of the change, take appropriate measures to reduce machining error, and improve the machining accuracy.

Punching-welding bridge housing; Machining precision; Process system; Deformation error

U466

A

1671-7988(2014)07-79-03

王向陽(yáng)，就職于陜西漢德車橋有限公司。