轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝方案優(yōu)化

金衛(wèi)剛 沈建

摘要：本文介紹了目前汽車轉(zhuǎn)向節(jié)常規(guī)機(jī)加工藝，以及為滿足產(chǎn)能需求下要占用大量的設(shè)備資源問題，進(jìn)而提出運(yùn)用多主軸加工中心工工序集中方案，結(jié)合產(chǎn)品定位點(diǎn)優(yōu)化、復(fù)合刀具運(yùn)用、數(shù)控編程模擬等可實(shí)現(xiàn)一次或兩次裝夾可加工所有內(nèi)容，可以提高設(shè)備利用率、降低加工節(jié)拍。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向節(jié);加工工藝;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0088-02

0? 引言

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)按材質(zhì)可分為鑄鐵件、鑄鋁件、鍛鋼件等;按結(jié)構(gòu)可分為半軸結(jié)構(gòu)、軸承孔結(jié)構(gòu)、輪轂單元結(jié)構(gòu);轉(zhuǎn)向節(jié)在汽車布置位置的不同可分為前轉(zhuǎn)向節(jié)與后轉(zhuǎn)向節(jié);左轉(zhuǎn)向節(jié)與右轉(zhuǎn)向節(jié)（左右件基本為對(duì)稱結(jié)構(gòu)）。國內(nèi)常見的加工方法多為適應(yīng)其結(jié)構(gòu)特征，采用工序分散的加工方案，此方案所需作業(yè)人員較多，存在勞動(dòng)力成本高、加工品質(zhì)不穩(wěn)定等問題。優(yōu)點(diǎn)是使用設(shè)備多為普通加工中心，一次性投資較小，同時(shí)有一定的加工柔性，能方便地實(shí)現(xiàn)多品種兼容生產(chǎn)。有的公司早已引入先進(jìn)的多主軸數(shù)控加工中心來加工轉(zhuǎn)向節(jié)類產(chǎn)品，該加工中心加工工藝高度集成，一次或兩次裝夾可加工所有內(nèi)容，可以提高設(shè)備利用率、降低加工節(jié)拍。

1? 轉(zhuǎn)向節(jié)常規(guī)加工方案

某轉(zhuǎn)向節(jié)屬于軸承孔結(jié)構(gòu)的前轉(zhuǎn)向節(jié)（鑄件），結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該轉(zhuǎn)向節(jié)常規(guī)加工工藝及月產(chǎn)量如表1。

在常規(guī)加工方案中，我司優(yōu)選2臺(tái)立式數(shù)控車床+2臺(tái)五軸加工中心配標(biāo)準(zhǔn)刀具的組合方式進(jìn)行生產(chǎn)加工，五軸加工中心具有以下優(yōu)點(diǎn)：①保持刀具最佳切削狀態(tài)，改善切削條件;②有效避免刀具干涉;③減少裝夾次數(shù)，一次裝夾完成五面加工，因擋泥板螺紋孔的加工內(nèi)容面向夾具，無法在OP20工序一次加工完成，故需要拆出來加工，為保證檢測(cè)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、產(chǎn)品基準(zhǔn)相一致，OP30與OP20定位方法一致仍用了五軸加工中心，其中夾具定位座與A基準(zhǔn)貼合面處增加了氣密檢測(cè)以保證夾具壓緊到位;④提高加工質(zhì)量和效率;⑤縮短生產(chǎn)過程鏈，簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理;⑥縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期。對(duì)于汽車轉(zhuǎn)向節(jié)外形特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工部位較多、精度要求高、空間位置要求嚴(yán)格、定位困難等特點(diǎn)，因此具備高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五軸數(shù)控加工中心可以很好地解決新產(chǎn)品研發(fā)過程中復(fù)雜零件加工的精度和周期問題，大大縮短研發(fā)周期和提高新產(chǎn)品的成功率。

2? 轉(zhuǎn)向節(jié)加工方案優(yōu)化

該轉(zhuǎn)向節(jié)項(xiàng)目客戶月產(chǎn)能5000臺(tái)套，如果延用現(xiàn)有加工工藝，需匹配OP10兩臺(tái)立式數(shù)控車床（左件1臺(tái)，右件1臺(tái)，減少左右件切換加工）， OP20配三臺(tái)五軸加工中心（左、右件同時(shí)加工），OP30工序一臺(tái)五軸加工中心（左、右件同時(shí)加工）。而對(duì)于五軸加工中心設(shè)備有限的情況下，四臺(tái)五軸加工中心極大占用了設(shè)備資源。從人員方向考慮每班OP10工序1名操作人員，OP20/OP30工序1名操作人員，三班共需6名操作人員，目前國內(nèi)制造業(yè)就業(yè)人員已出現(xiàn)明顯大的人口緊缺。結(jié)合設(shè)備資源有限、人員緊缺等情況下急需提出一套合理的解決方案來提升產(chǎn)能滿足客戶需求。

我司提出采用多主軸加工中心工序集中方案來加工轉(zhuǎn)向節(jié)。特引進(jìn)了德國先進(jìn)的雙五軸加工中心，該加工中心屬于雙交換數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，每工作區(qū)有兩個(gè)工位（2左或2右同時(shí)加工），此模式可以剃除上下件時(shí)間對(duì)節(jié)拍的影響，可以提高設(shè)備利用率、降低加工節(jié)拍。采用工序高度集成的加工方法來加工，一道工序可完成所有加工內(nèi)容。

其次運(yùn)用復(fù)合刀具。復(fù)合刀具是將兩把或兩把以上的同類或不同類的刀具組合成一體，它能在一次加工的過程中完成銑面、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、倒角等多工序不同的工藝復(fù)合，具有高效率、高精度、高可靠性的成形加工特點(diǎn)。復(fù)合刀具的應(yīng)用可有效保證轉(zhuǎn)向節(jié)的加工質(zhì)量提高生產(chǎn)效率，減少換刀次數(shù)，消除工作或刀具的重復(fù)定位誤差，顯著減少輔助時(shí)間、提高加工精度。該轉(zhuǎn)向節(jié)加工中心鏜銑加工軸承內(nèi)孔需匹配不少于7把常規(guī)刀具（粗鏜內(nèi)孔刀、精鏜內(nèi)孔刀、排屑槽刀、卡簧槽刀、T型刀、止口粗鏜刀、端面銑刀），運(yùn)用復(fù)合鏜孔刀數(shù)量可以減少至3把。常用的復(fù)合刀具有復(fù)合鏜銑刀、雙面盤銑刀、階梯鉆、鉆孔+锪面刀等。為提高復(fù)合刀具的鋼性及刀具加工穩(wěn)定性，必有符合高速動(dòng)轉(zhuǎn)精度的HSK主軸作支撐，如HSK-A100、HSK-A80主軸。

再次運(yùn)用數(shù)控編程模擬。應(yīng)用數(shù)控加工仿真在計(jì)算機(jī)上模擬加工環(huán)境、刀具路徑和材料的切除過程。刀具路徑軌跡的仿真可以對(duì)刀具選擇、走刀路徑的正確性等作出直觀的判斷。軟件模擬可以更好地檢測(cè)加工時(shí)的干涉碰撞現(xiàn)象，提高程序的安全性和合理性。通過專業(yè)的數(shù)控編程軟件可測(cè)算出該夾具方案+復(fù)合刀具組合加工節(jié)拍在183秒/件，每月產(chǎn)能達(dá)到6100臺(tái)套，可以滿足客戶5000臺(tái)套/月的產(chǎn)能需求。目前該方案每班人員1人，共計(jì)3人，相比原來的方案可以減少3名操作人員。

3? 轉(zhuǎn)向節(jié)加工優(yōu)化方案的驗(yàn)收

產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性是客戶最關(guān)注的，想要質(zhì)量穩(wěn)定最關(guān)鍵需要加工的設(shè)備穩(wěn)定，在汽車行業(yè)評(píng)價(jià)設(shè)備穩(wěn)定性用機(jī)器能力指數(shù)Cmk，Cmk值≥1.33、1.67或2.0，值越高，機(jī)床運(yùn)行就越穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量就越能得到保證。我司要求新設(shè)備、新工裝CMK≥1.67方可投產(chǎn)使用。Cmk我們關(guān)心的是機(jī)器設(shè)備本身的能力，在取樣過程中要盡量消除其他因素的影響，因此，取樣件要在短時(shí)間內(nèi)（環(huán)），同一操作者（人），采用標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)方法（法），對(duì)同一批次毛坯（料）每工位進(jìn)行連續(xù)加工不少于50件（機(jī)）。Cmk評(píng)價(jià)既可以通過尺寸公差數(shù)據(jù)（雙邊公差或單邊公差），也可以通過形位公差數(shù)據(jù)（單邊公差），我司對(duì)Cmk評(píng)價(jià)公式如下：

調(diào)試完成后對(duì)雙主軸加工中心每個(gè)工位進(jìn)行了同批次毛坯50件的連續(xù)加工。加工完成后對(duì)軸承內(nèi)孔Φ67（-0.048/-0.078）尺寸進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如表2。

通過測(cè)算，滿足Cmk≥1.67水平要求，由此可以表明該優(yōu)化方案從設(shè)備、夾具、刀具等方面來說，是充分滿足要求的，轉(zhuǎn)向節(jié)允許在該設(shè)備上進(jìn)行大批量、高效、高精度的生產(chǎn)。

4? 結(jié)束語

在工作期間，設(shè)計(jì)或工藝人員要設(shè)計(jì)毛坯圖及加工圖時(shí)要多研究工藝特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際的設(shè)備、夾具、刀具等確立加工工序、加工余量和公差。首輪樣件因試制時(shí)間短，產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)沒有經(jīng)過充分驗(yàn)證情況下，試樣工裝優(yōu)先使用手工夾具進(jìn)行加工，試制過程中如有重大變更，手工夾具變更可以更好的快速響應(yīng)，尤其涉及基準(zhǔn)尺寸，夾具制作成本也比較低。對(duì)于已通過路試及相應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的項(xiàng)目，加工方案優(yōu)選五軸加工中心配液壓夾具。在投資允許的情況下，選用多主軸工序集中方案是目前比較理想的選擇。

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