Prosessianalyysi suoritettiin Z--muotoisen tasapainokulman epäsäännölliselle epäkeskiselle rakenteelle sekä sen suuresta koosta, suuresta tarkkuudesta ja kiinnityskyvyttömyydestä johtuvista koneistuksen vaikeuksista. Ehdotettiin standardisoitua koneistussuunnitelmaa. Suunniteltiin erityinen sorvikiinnike, joka soveltuu useiden mallien ja suurten tuoteerien koneistukseen ja ratkaisee Z-muotoisen tasapainokyynärpään korkean työstövaikeuden, epävakaan laadun ja alhaisen koneistustehokkuuden ongelmat.
01
Johdanto
Tasapainotuskulma on tela-alustaisten erikoisajoneuvojen jousitusjärjestelmän ydinkomponentti. Se toimii yhdessä elastisten elementtien, kuten vääntöakselin ja iskunvaimentimen kanssa, ja tarjoaa joustavan tuen ajoneuvon korille ja pyörälle [1]. Tasapainotuskulman kyynärpää voi siirtää suuren määrän ajopyörän ylös--ja-alas-liikkeen tuottamaa iskuenergiaa vääntöakselille, puskuroida ja absorboida tärinäenergiaa, vähentää ajoneuvon runkoon kohdistuvaa iskuvoimaa, parantaa matkustajien mukavuutta, vähentää komponenttien vaurioita ja varmistaa ajoneuvon vakauden ja ohjattavuuden ajettaessa epätasaisella tiellä [2]. Yleinen tasapainotuskulman kokoonpano sisältää ura-akselin, tasapainotuskulman ja maantiepyörän akselin. Z-muotoinen tasapainokyynärpää on integroitu tasapainokyynärpää, joka yhdistää kaikki kolme osaa. Integroidulla tasapainokyynärpäällä on hyvä ohjattavuus, korkea luotettavuus ja kevyt paino, ja sitä käytetään laajasti nykyaikaisissa erikoisajoneuvoissa [3]. 02
Z-muotoisen tasapainokyynärpään rakenteen ja koneistushaasteiden analyysi
Z--muotoinen tasapainokyynärpää, kuten kuvassa 1 on esitetty, on epäsäännöllisen muotoinen epäkeskorakenne. Se on kooltaan suuri ja painava, mikä vaatii suurta materiaalin poistonopeutta, suurta mitta- ja sijaintitarkkuutta sekä pitkää työstösykliä lukuisine prosesseineen. Se sisältää erilaisia laitteita ja ammatteja, mukaan lukien vaakaporauskoneet, CNC-sorvit, työstökeskukset, avaruuskoneet ja lanka-EDM-koneet. Aiemmassa tuotannossa havaittiin lukuisia ongelmia kussakin prosessivaiheessa, kuten akselin ulkokehän toleranssimitat-ulkopuoliset-, uran reiän ja ulomman ympyrän välinen epäkohdistus, suuren akselin (kiilaakseli) ja pienen akselin (vakavan akselin) akselien välinen ei{7}}rinnakkaissuoritus (kuormituspyörän akseli), epästandardi, pinnan epätasaisuus ja karheusprosessi vaikuttaa tuotteen laatuun ja toimitusaikatauluun.
03
Prosessikaavio
Z-muotoinen tasapainokulman työstöprosessi: Päätypinnan ja sisäreiän karkea poraus → Suuren akselin karkea sorvaus → Pienen akselin karkea sorvaus → Päätypinnan ja sisäreiän viimeistelyporaus → Suuren akselin viimeistelysorvaus → Pienen akselin viimeistelysorvaus → Ulkomuodon jyrsintä ja poraus → Avaruus (EDM). Tuoteaihio on muottitaonta. Suuren ja pienen akselin rouhintaan ja viimeistelyyn tarvitaan erityinen sorvikiinnike vastapainoilla. Tämä kiinnike tasapainottaa työkappaleen pyörimisen aikana syntyvää keskipakovoimaa, mikä vähentää tärinää ja lisää karan nopeutta, mikä parantaa tehokkaasti tuotteen työstötarkkuutta ja leikkausnopeutta.
04
Koneistusprosessi
(1) Päätypintojen ja sisäreikien karkea poraus: Käytetään CNC-vaakaporauskonetta. Molemmille puolille jätetään 2 mm tilaa sekä päätypintoja että sisäreikiä varten. Tämän prosessin päätehtävänä on poistaa nopeasti suuri määrä materiaalia ja luoda prosessikeskuksen reikiä suurten ja pienten akselien karkeasti{4}}koneistettuja ulkohalkaisijoita varten. CNC-vaakaporauskoneessa on 360 astetta pyörivä työpöytä, joka mahdollistaa yleisen koneistuksen XOY-tasossa yhdellä asennuksella. Se voi työstää neljä päätypintaa ja sisäreikää kerralla varmistaen, että suuren ja pienen akselin molemmissa päissä olevat prosessikeskuksen reiät ovat koaksiaalisia ja että suuren ja pienen akselin keskilinjat ovat yhdensuuntaiset. Päätypintojen ja sisäreikien karkea poraus on esitetty kuvassa 2, jossa paksu yhtenäinen viiva edustaa koneistettua pintaa.
Kuva 2. Päätypinnan ja sisäreiän karkea poraus
(2) Suuren akselin karkea sorvaus: Työstö suoritetaan CNC-sorvilla siten, että ulkohalkaisijan kummallakin puolella on 1,5 mm:n tila. Tämän prosessin päätehtävänä on poistaa nopeasti suuri määrä materiaalia ja luoda prosessireferenssi päätypinnan ja sisäreiän viimeistelyyn. Koska Z-muotoisen tasapainotuskulman painopiste siirtyy kiertokeskipisteestä sorvauksen aikana, tarvitaan erityinen sorvin kiinnike vastapainoilla tasapainottamaan keskipakovoimaa, vähentämään tärinää ja lisäämään karan nopeutta. Suuren akselin karkea kääntyminen on esitetty kuvassa 3.
Kuva 3. Suuren akselin karkea kääntäminen
(3) Pienen akselin karkea sorvaus: Työstö suoritetaan CNC-sorvilla siten, että ulkohalkaisijan ja päätypinnan kummallakin puolella on 1,5 mm:n tila. Tämän prosessin päätehtävänä on poistaa nopeasti suuri määrä materiaalia ja vapauttaa koneistusjännitys. Pienen akselin karkea sorvaus on esitetty kuvassa 4. Karkean sorvauksen jälkeen suurella ja pienellä akselilla on säännöllinen ulkohalkaisija. AV-muotoista puristinta käytetään vakaampaan viimeistelyyn viimeistelyporauksen aikana.
Kuva 4. Pienen akselin karkea kääntäminen
(4) Päätypinnan ja sisäreiän viimeistelyporaus: Tämä tehdään CNC-vaakaporauskoneella, jossa suuren akselin ulkohalkaisijan karkea sorvaus on prosessin peruspiste ja kiinnityspiste. Tämän prosessin päätehtävänä on työstää tuotteen neljä päätypintaa ja sisäreikä valmiiseen kokoon, mikä varmistaa mittatarkkuuden ja pinnan karheuden sekä luo viisteen isojen ja pienten akselien ulkohalkaisijoiden viimeistelyyn. Päätypinnan ja sisäreiän viimeistelyporaus on esitetty kuvassa 5, jossa paksu yhtenäinen viiva edustaa tässä prosessissa työstettyä pintaa.
Kuva 5. Viimeistele päätypinnan ja sisäreiän poraus
(5) Suuren akselin viimeistelysorvaus: Tämä tehdään CNC-sorvilla, työstämällä ulkohalkaisija valmiiseen kokoon, mikä varmistaa mittatarkkuuden, geometrisen tarkkuuden ja pinnan karheuden. Tässä prosessissa käytetään sisäreiän viimeistelyporauksen aikana syntynyttä viistettä kiinnityspisteenä, mikä varmistaa suuren akselin ulkohalkaisijan ja sisäreiän koaksiaalisuuden. Suuren akselin viimeistely on esitetty kuvassa 6.
Kuva 6. Pääakselin tarkkuuskääntö
(6) Pienen akselin tarkkuussorvaus: CNC-sorvin avulla ulkohalkaisija koneistetaan valmiiseen kokoon, mikä varmistaa mittatarkkuuden, geometrisen tarkkuuden ja pinnan karheuden. Tässä prosessissa käytetään sisäreiän tarkkuusporauksessa tehtyä viistettä kiinnitys- ja sijoitusreferenssinä, mikä varmistaa pienen akselin ja sisäreiän ulkohalkaisijan koaksiaalisuuden sekä pienen akselin ja pääakselin keskilinjojen yhdensuuntaisuuden. Pienen akselin tarkkuuskääntö on esitetty kuvassa 7.
Kuva 7. Pienen akselin tarkkuussorvaus
(7) Ulkomuodon jyrsintä ja poraus: Pystytyöstökeskuksen avulla tuotteen ulkomuoto koneistetaan haluttuun asentoon ja porataan tapinreiät. Ulkomuodon jyrsintä ja poraus on esitetty kuvassa 8, jossa paksut yhtenäiset viivat edustavat koneistettuja pintoja tässä prosessissa.
Kuva 8. Ulkomuodon jyrsintä ja poraus
(8) Aventaminen (langallinen EDM-kiila): Kun tuote-erä on suuri, tämä prosessi suoritetaan yleensä avaruuskoneella, jossa on avaruustyökalu, mikä varmistaa tuotannon tehokkuuden ja kiilareiän mittojen yhdenmukaisuuden. Kun reikä ei ole saatavilla ja eräkoko on pieni, tämä prosessi voidaan suorittaa lanka-EDM-koneella. Pääakselin ulkohalkaisija toimii kiristys- ja sijoitusreferenssinä, mikä varmistaa rihlareiän koaksiaalisuuden pääakselin ulkohalkaisijan kanssa. Avenutettu rihla (wire-EDM spline) on esitetty kuvassa 9, jossa paksu yhtenäinen viiva edustaa tässä prosessissa työstettyä pintaa.
Kuva 9: Broached Spline (Wire-EDM Spline)
Tässä vaiheessa Z{0}}muotoinen tasapainokyynärpää on saanut kaikki työstöprosessit valmiiksi. Myöhemmät prosessit sisältävät vikojen havaitsemisen ja pintakäsittelyn.
05
Omistettu sorvikiinnitys
Erillinen sorvikiinnike sisältää komponentteja, kuten laipan, rungon, tukirungon, keskikohdan, vastapainon ja kiinnityspultit [4, 5].
Laippa toimii liitososana sorvin ja kiinnikkeen välillä. Yleensä käytetään vakiolaippaa. Toinen pää liitetään CNC-sorvin karaan kartiomaisen reiän kautta, ja toinen pää liitetään runkoon kohdistusulokkeen kautta varmistaen, että sorvin kiinnittimen pyörimiskeskus on kohdistettu sorvin karaan.
Sorvin kiinnittimen pohjana toimivassa rungossa on pitkänomainen pyöreä ura. Siihen on kiinnitetty tukirunko ja kaksi vastapainoa, ja tämä kolmen-pisteen massan jakautuminen varmistaa työkappaleen tasaisemman pyörimisen koneistuksen aikana, vähentää tärinää ja parantaa tuotteen ulkoista sylinterimäistä tarkkuutta ja pinnan laatua.
Runkoon hitsatussa tukirungossa on myös pitkänomainen pyöreä ura, jonka mitat vastaavat alustan uraa. Tällä uralla on kaksi tarkoitusta: sorvin kiinnittimen kokonaispainon vähentäminen ja Z-muotoisen tasapainokulman ei--koneistettavan akselin ja sorvin kiinnittimen välinen häiriö. Uran molemmissa päissä on useita kiinnityspultteja, jotka kiinnittävät Z-muotoisen tasapainokulman ei--koneistettavan akselin. Pitkänomainen pyöreä ura mahdollistaa Z-muotoisten erikokoisten ja -mallisten tasapainotuskulmien työstämisen tällä sorvikiinnikkeellä, mikä mahdollistaa monikäyttöisen toiminnallisuuden.
Keskiosa ja tukirungon asentorajoitin sovitetaan yhteen ja hitsataan tukirunkoon. Työstön aikana keskiosa ja sorvin takatuen keskipiste tukevat Z-muotoisen tasapainokulman työstöakselin kahta päätä, jolloin saadaan kaksinkertainen-keskipuristuskonfiguraatio. Sen varmistamiseksi, että keskuksen asemointikartion pinta on koaksiaalinen sorvin karan kanssa, keskuksen kohdistuskartion pinta on työstettävä tarkasti{4}}sorvissa sen jälkeen, kun sorvin kiinnike on hitsattu yhteen. Vastapaino koostuu useista viuhkamaisista{6}}vastapainolevyistä. Vastapainolevyjen lukumäärää voidaan säätää tasapainottamaan eri Z-muotoisten tasapainokyynärpäämallien koneistuksen aikana syntyvää keskipakovoimaa. Kaksi vastapainoa on jaettu tasaisesti 120 asteen kulmaan tuen painopisteeseen nähden, mikä varmistaa paremmin dynaamisen tasapainon tuotteen työstön aikana.
Erikokoisten Z--muotoisten tasapainotuskulmien työstöä varten on asennettu useita kiinnityspultteja tukirungon pitkän soikean uran molemmille puolille. Kiinnityspulttien kiinnityspaikat on esitetty kuvassa 10. Kunkin kiinnityspulttisarjan keskiviiva on korkeampi kuin Z--muotoisen tasapainokulman ulomman ympyrän keskikohdan välinen etäisyys H. Tämä kiinnitysmenetelmä varmistaa, että Z--muotoisen tasapainokulman kiinnityspulttien puristusvoima on vastakkainen keskipakovoiman kanssa, mikä vähentää tehokkaasti työkappaleen pyöriessä syntyvää keskipakovoimaa. Pienten ja suurten akseleiden koneistuksen kiinnitystilat on esitetty kuvissa 11 ja 12.
Kuva 10. Kaaviokuva kiinnityspultin kiristysasennosta
Kuva 11. Kiinnitystila pientä akselia koneistettaessa
Kuva 12. Kiristystila suuren akselin työstyksessä
06
Koneistustulosten tarkastus
Tällä hetkellä tätä Z-muotoista tasapainokulman työstöprosessia ja erillistä sorvikiinnitystä on käytetty tuotantolinjalla yli vuoden ajan. Tällä prosessilla koneistetaan useita malleja ja suuria eriä Z-muotoisia tasapainokulmatuotteita, mikä johtaa vakaaseen ja luotettavaan tuotteen laatuun ja merkittävästi parantuneeseen koneistustehokkuuteen. Tämä varmistaa täysin prosessin ja erillisen sorvikiinnikkeen toteutettavuuden ja tehokkuuden. Kuvassa 13 on valokuva Z-muotoisen tasapainokulman eräistä työstövaiheista.
a) Päätypinnan ja sisäreiän karkea poraus
b) Pääakselin karkea kääntäminen
c) Viimeistele päätypinnan ja sisäreiän poraus
Kuva 13: Todellisia kuvia Z-muotoisen tasapainokyynärpään työstöprosessista
07
Johtopäätös
Tässä artikkelissa ehdotettu työstöprosessi ja erityinen sorvikiinnike Z--muotoiselle tasapainokyynärpäälle soveltuvat erilaisten Z-muotoisten tasapainokyynärpäätuotteiden mallien koneistukseen tuotteen materiaalista tai aihion tyypistä riippumatta. Se tarjoaa täydellisen prosessi- ja kiinnitysmenetelmän tämän tyyppisille tuotteille, ja se ratkaisee ongelmat, jotka liittyvät korkeaan työstövaikeuteen, kiinnityskyvyttömyyteen, epävakaaseen tuotteen laatuun ja alhaiseen koneistustehokkuuteen, jotka johtuvat Z--muotoisen tasapainokyynärpään epäsäännöllisestä epäkeskorakenteesta, suuresta koosta, raskaasta painosta ja suurista tarkkuusvaatimuksista. Kenttätarkastus osoittaa, että tällä työstöprosessilla voidaan varmistaa, että Z--muotoiset tasapainokulmatuotteet täyttävät suunnittelun tarkkuusvaatimukset, vähentävät koneistuksen vaikeutta ja parantavat tuotteen laadun tasaisuutta ja koneistustehokkuutta.
