制動(dòng)泵主缸補(bǔ)償孔反沖加工數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

張海洋

（黑龍江省信億招標(biāo)有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

制動(dòng)泵主缸補(bǔ)償孔加工精度不高，銳邊處理不好，是導(dǎo)致汽車制動(dòng)泵無法達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的主要原因。在我國(guó)制造業(yè)向高端轉(zhuǎn)型的背景下，探究一種更高精度、更快效率、更低成本的補(bǔ)償孔加工工藝具有現(xiàn)實(shí)意義。基于數(shù)控機(jī)床的制動(dòng)泵主缸補(bǔ)償孔反沖加工技術(shù)，通過PLC進(jìn)行刀具的自動(dòng)控制，加工效率和工件精度都得到了明顯提升，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 制動(dòng)泵主缸補(bǔ)償孔反沖加工技術(shù)

1.1 制動(dòng)泵補(bǔ)償孔去毛刺技術(shù)

1.1.1 需求分析

制動(dòng)泵上補(bǔ)償孔的直徑通常在0.1-1.0mm，其作用是在制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中調(diào)節(jié)與補(bǔ)償腔體內(nèi)的制動(dòng)液，從而使整個(gè)液壓制動(dòng)系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行?，F(xiàn)階段汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)大多采用雙腔式制動(dòng)主缸，因此每個(gè)腔體內(nèi)各設(shè)一個(gè)補(bǔ)償孔，其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 制動(dòng)泵主缸剖面圖

在制動(dòng)過程中密封皮碗做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在滑動(dòng)時(shí)皮碗內(nèi)側(cè)受到補(bǔ)償孔邊緣的劃擦。通過改良補(bǔ)償孔的加工工藝，去除邊緣毛刺，使邊緣加工精度進(jìn)一步提升，從而減小與皮碗之間的摩擦力，延長(zhǎng)了密封皮碗的使用壽命，避免汽車制動(dòng)系統(tǒng)過早失效的問題?；诖耍O(shè)計(jì)一種補(bǔ)償孔去毛刺技術(shù)十分關(guān)鍵。

1.1.2 技術(shù)分析

傳統(tǒng)的加工模式下，補(bǔ)償孔在打孔之后，由于加工精度不夠，孔的內(nèi)壁不夠光滑，孔口容易出現(xiàn)無規(guī)則的刺狀物。這些毛刺除了影響工件性能外，工件安裝使用后，也會(huì)大幅縮短整個(gè)設(shè)備的壽命。補(bǔ)償孔去除毛刺技術(shù)，要綜合考慮工件加工的精密程度，以及工件自身的尺寸、形狀、用材等因素外，技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、可行性和易用性等，也是不可忽視的因素。目前行業(yè)內(nèi)常用的補(bǔ)償孔去毛刺技術(shù)有多種，例如刷子拋光去毛刺、熱能燃爆去毛刺、電解化學(xué)去毛刺等。這些技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)和不足，本文提出的一種反沖洗加工技術(shù)，是一種投入小、見效快、精度高的新型工藝，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

1.2 反沖法加工技術(shù)

該方法的創(chuàng)新之處在于用帶有0.2mm圓弧的頂?shù)叮鎮(zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械加工中的鉆頭，在缸體上頂壓得到補(bǔ)償孔，保證補(bǔ)償孔的邊緣有光滑的圓弧角，與皮碗的摩擦明顯降低。該加工技術(shù)中，頂?shù)兜倪x用是決定補(bǔ)償孔成孔效果的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)如圖2。其端部為頂針，選用碳素工具鋼，在表面鍍一層硬鉻，最大硬度達(dá)到HRC60，用頂針座進(jìn)行固定；頂針座嵌入到?jīng)_桿的端頭上，沖桿選擇合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，最大硬度達(dá)到HRC35。

圖2 專用頂?shù)对O(shè)計(jì)

2 專用數(shù)控機(jī)床的總體創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的去除毛刺設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：一是工件裝夾方便，做到一次裝夾即可成孔；二是采用自動(dòng)控制，提高效率和保證精度；三是采用液壓系統(tǒng)，降低成本和保證清潔；四是設(shè)計(jì)報(bào)警裝置，出現(xiàn)故障可及時(shí)告警，降低殘次產(chǎn)品率。在滿足上述要求的情況下，還要關(guān)注核心技術(shù)，例如支持直徑在20-45mm內(nèi)多種型號(hào)制動(dòng)缸的補(bǔ)償孔加工，并且在制動(dòng)缸參數(shù)變化后，只需要更換沖桿外套即可進(jìn)行反沖加工，簡(jiǎn)化操作。以及補(bǔ)償孔直徑在0.5-0.8mm之間可調(diào)，雙腔缸體的補(bǔ)償孔間距在0-150mm之間可調(diào)。通過耐久性測(cè)試，確保密封皮碗能正常往復(fù)運(yùn)行80萬次，滿足汽車液壓制動(dòng)泵的設(shè)計(jì)壽命要求。

2.2 機(jī)械本體設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3。其中，1為鉆頭，與補(bǔ)償孔保持垂直，用于鉆削補(bǔ)償孔上方的工藝孔。2為沖桿及其外套，外套起到固定和導(dǎo)向作用，沖桿在外套內(nèi)做上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)沖桿前端的頂?shù)哆M(jìn)行反沖加工。3為夾具，與滑板相連，起到固定待加工工件的作用。4為滑板，其上有導(dǎo)軌，可支持夾具左右調(diào)整。整個(gè)數(shù)控設(shè)備采用PLC控制，按照設(shè)定程序完成補(bǔ)償孔反沖加工。

圖3 專用數(shù)控設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段一些反沖加工數(shù)控機(jī)床，用步進(jìn)電機(jī)控制滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)完成補(bǔ)償孔加工。雖然也能夠保證加工精度，去除毛刺，但是加工成本較高。本文對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行了改良，將4個(gè)直線軸承固定在工作臺(tái)上，保證了加工的穩(wěn)定性。同時(shí)，在直線軸承上連接可靈活移動(dòng)的導(dǎo)軌。傳動(dòng)系統(tǒng)中的核心設(shè)備如工位氣缸、限位螺桿等，全部采用螺絲固定到導(dǎo)軌上。這樣就可以根據(jù)加工要求由PLC自動(dòng)控制完成進(jìn)給機(jī)構(gòu)的移動(dòng)，從而簡(jiǎn)化了控制操作和省略了步進(jìn)電機(jī)，加工成本得到控制。傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 伺服系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

選用伺服電機(jī)代替普通電機(jī)，除了具備更加廣泛的調(diào)速范圍外，還能夠保證轉(zhuǎn)軸升降更加平穩(wěn)，對(duì)防止補(bǔ)償孔出現(xiàn)毛刺等情況有積極作用。此外，可支持頻繁啟停與反轉(zhuǎn)，可靠性更好，使用壽命更長(zhǎng)。電位器是伺服系統(tǒng)中的核心零件，選擇模擬電壓可調(diào)范圍在-24V-24V的電位器，當(dāng)需要調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，利用外側(cè)的滑動(dòng)手柄使動(dòng)觸點(diǎn)進(jìn)行滑動(dòng)，通過改變電阻達(dá)到調(diào)節(jié)電位，進(jìn)而得到特定轉(zhuǎn)速的目的。

2.4 夾具設(shè)計(jì)

夾具應(yīng)保證將待加工工件牢牢固定，防止在切削、頂壓加工時(shí)出現(xiàn)工件位移進(jìn)而影響加工精度、出現(xiàn)毛刺的問題。另外，夾具還應(yīng)帶有自動(dòng)定位、限位等功能。本次設(shè)計(jì)中機(jī)床夾具組成結(jié)構(gòu)包括：一是定位裝置?？芍С制矫娑ㄎ弧A孔定位等多種定位方式，根據(jù)待加工工件的形狀、尺寸等完成自動(dòng)定位；二是夾緊裝置。除了夾緊部件外，還有傳動(dòng)部件，提供外力使工件固定的更加牢靠，防止在反沖加工中發(fā)生位移；三是動(dòng)力裝置。采用氣動(dòng)與電動(dòng)配合的方式，借助于傳動(dòng)裝置為夾具提供動(dòng)力。夾具部分的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 夾具部分結(jié)構(gòu)特征

2.5 氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)

氣壓傳動(dòng)裝置受PLC電氣控制，根據(jù)程序指令調(diào)節(jié)節(jié)流閥、空壓機(jī)、油霧器等動(dòng)作單元的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)完成翻轉(zhuǎn)、沖桿，以及夾緊或放松等動(dòng)作。在傳動(dòng)過程中，首先完成電能與氣能的轉(zhuǎn)化，然后在巨大的壓力作用下，將氣能轉(zhuǎn)化為零件運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，完成反沖加工任務(wù)。以“沖桿動(dòng)作氣缸回路”為例，當(dāng)工藝孔沖壓完畢后，鉆頭自動(dòng)復(fù)位，此時(shí)在電磁閥的控制下，沖壓氣缸推動(dòng)前方的頂?shù)?，穿過工藝孔接觸主缸表面，并對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償孔的標(biāo)記點(diǎn)。此時(shí)，傳感器將就位信號(hào)反饋給PLC，發(fā)出反沖加工指令，沖壓氣缸提供壓力使頂?shù)稕_壓得到補(bǔ)償孔。

3 補(bǔ)償孔反沖加工數(shù)控機(jī)床的具體應(yīng)用

3.1 設(shè)備型號(hào)確定與主要技術(shù)參數(shù)

在反沖加工數(shù)控機(jī)床的硬件組成上，對(duì)各類設(shè)備的科學(xué)選型是保證補(bǔ)償孔反沖加工高質(zhì)量完成的必要條件。例如，作為電氣控制系統(tǒng)的核心元件，選擇PLC時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其抗干擾能力、兼容性、同步控制效果等。另外像氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的節(jié)流閥、減壓閥，伺服控制系統(tǒng)中電位器的模擬電壓、調(diào)速范圍等，都是設(shè)備選型中必須要關(guān)注的關(guān)鍵點(diǎn)。只有設(shè)備選擇恰當(dāng)，且保證整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)兼容，才能高效率、高精度完成補(bǔ)償孔反沖加工。除此之外，還要根據(jù)制動(dòng)泵主缸的使用需要，提前確定好技術(shù)參數(shù)。例如沖孔直徑為0.5mm，孔口倒角半徑為0.3mm，最大沖孔深度為1.5mm等。

3.2 設(shè)備的調(diào)試與使用方法

通過調(diào)試確定整套設(shè)備正常運(yùn)行，調(diào)試時(shí)先進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。按下“頂緊”鍵，頂緊氣缸前出，至最大長(zhǎng)度后停止，再按一下復(fù)位。按下“鉆孔”鍵，主軸逐漸加速到設(shè)定速度，鉆孔氣缸下移，達(dá)到設(shè)定鉆孔深度，持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，再按一下，主軸減速、氣缸上移。主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)后氣缸復(fù)位。按下“沖孔”鍵，頂?shù)渡斐?，再按一下收回。完成手?dòng)調(diào)整后，再進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試。按下“自動(dòng)”鍵，設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果

選擇兩件在材質(zhì)、尺寸等方面完全相同的制動(dòng)泵主缸。1#采用常規(guī)加工，2#采用反沖加工數(shù)控機(jī)床。2#完成雙孔加工只需要17s，1#則需要42s。通過觀察和觸摸的方式，發(fā)現(xiàn)1#補(bǔ)償孔邊緣有明顯毛刺，而2#光滑。使用相同的密封皮碗進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，1#在制動(dòng)泵主缸往復(fù)運(yùn)行36.5萬次后有明顯損壞，密封失效；2#制動(dòng)泵主缸往復(fù)運(yùn)行80.1萬次后失效。對(duì)比來看，采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行反沖加工的2#工件，加工速度更快，成孔效果更好，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于PLC控制的數(shù)控機(jī)床，根據(jù)預(yù)設(shè)程序控制伺服系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和定位夾具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制動(dòng)泵主缸補(bǔ)償孔的自動(dòng)加工。除了降低人工成本、明顯提升效率外，補(bǔ)償孔的邊緣無明顯毛刺，更加光滑和平順。在投入使用中，與密封皮碗之間的摩擦力減小，延長(zhǎng)了密封皮碗的使用壽命，對(duì)降低制動(dòng)泵主缸出現(xiàn)液壓油泄露等故障概率有積極作用。