Διεξήχθη μια ανάλυση διαδικασίας σχετικά με την ακανόνιστη έκκεντρη δομή του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-, καθώς και τις δυσκολίες στη μηχανική κατεργασία λόγω του μεγάλου μεγέθους, της υψηλής ακρίβειας και της αδυναμίας σύσφιξης. Προτάθηκε ένα τυποποιημένο σχήμα μηχανικής κατεργασίας. Σχεδιάστηκε ένα ειδικό εξάρτημα τόρνου, το οποίο είναι κατάλληλο για μηχανική κατεργασία πολλαπλών μοντέλων και μεγάλων παρτίδων προϊόντων, λύνοντας τα προβλήματα της υψηλής δυσκολίας μηχανικής κατεργασίας, της ασταθούς ποιότητας και της χαμηλής απόδοσης μηχανικής κατεργασίας του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-.
01
Εισαγωγή
Ο αγκώνας ισορροπίας είναι το βασικό συστατικό του συστήματος ανάρτησης των ιχνηλατούμενων ειδικών οχημάτων. Λειτουργεί σε συνδυασμό με ελαστικά στοιχεία όπως ο άξονας στρέψης και το αμορτισέρ για να παρέχει ελαστική στήριξη στο αμάξωμα του οχήματος και στον τροχό του δρόμου [1]. Ο αγκώνας ισορροπίας μπορεί να μεταφέρει μεγάλη ποσότητα ενέργειας πρόσκρουσης που παράγεται από την πάνω-και-κίνηση του τροχού του δρόμου στον άξονα στρέψης, να αποσβέσει και να απορροφήσει την ενέργεια δόνησης, να μειώσει τη δύναμη κρούσης στο σώμα του οχήματος, να βελτιώσει την άνεση των επιβατών, να μειώσει τη ζημιά των εξαρτημάτων και να εξασφαλίσει τη σταθερότητα και την ευελιξία του οχήματος κατά την οδήγηση σε ανώμαλους δρόμους [2]. Το συγκρότημα αγκώνα γενικής ισορροπίας περιλαμβάνει έναν άξονα με σφήνα, έναν αγκώνα ισορροπίας και έναν άξονα τροχού δρόμου. Ο αγκώνας ισορροπίας σε σχήμα Ζ-είναι ένας ενσωματωμένος αγκώνας ισορροπίας που συνδυάζει και τα τρία στοιχεία. Ο ενσωματωμένος αγκώνας ισορροπίας έχει τα χαρακτηριστικά υψηλής ευελιξίας, υψηλής αξιοπιστίας και ελαφρού βάρους και χρησιμοποιείται ευρέως σε σύγχρονα ειδικά οχήματα [3]. 02
Ανάλυση των προκλήσεων δομής και μηχανικής κατεργασίας του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-
Η δομή του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Z, όπως φαίνεται στο σχήμα 1, είναι μια έκκεντρη δομή ακανόνιστου σχήματος. Είναι μεγάλο σε μέγεθος και βαρύ σε βάρος, απαιτώντας υψηλό ρυθμό αφαίρεσης υλικού, υψηλή ακρίβεια διαστάσεων και θέσης και μακρύ κύκλο κατεργασίας με πολλές διεργασίες. Περιλαμβάνει διάφορους εξοπλισμούς και επαγγέλματα, συμπεριλαμβανομένων μηχανών οριζόντιας διάτρησης, τόρνων CNC, κέντρων μηχανικής κατεργασίας, μηχανών κοπής και μηχανών EDM με σύρμα. Στην προηγούμενη παραγωγή, εκτέθηκαν πολυάριθμα προβλήματα σε κάθε βήμα της διαδικασίας, όπως-διαστάσεις ανοχής του εξωτερικού κύκλου άξονα, κακή ευθυγράμμιση μεταξύ της οπής spline και του εξωτερικού κύκλου, μη-παραλληλισμός μεταξύ των αξόνων του μεγάλου άξονα (άξονας spline) και του μικρού άξονα (load macroughness shaft timechi, unstandard). αποτελεσματικότητα, επηρεάζοντας σοβαρά την ποιότητα των προϊόντων και το χρονοδιάγραμμα παράδοσης.
03
Σχέδιο διαδικασίας
Z{0}}διαδικασία κατεργασίας με αγκώνα ισορροπίας σχήματος: Τραχεία διάτρηση της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής → Τραχιά στροφή μεγάλου άξονα → Τραχιά στροφή μικρού άξονα → Φινίρισμα διάτρησης της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής → Τελειώστε το γύρισμα μεγάλου άξονα → Τελειώστε το γύρισμα μικρού άξονα → Τρίψιμο εξωτερικού σχήματος σύρματος → φρεζάρισμα εξωτερικού σχήματος και διάτρησης DM). Το κενό προϊόντος είναι σφυρηλάτηση με μήτρα. Κατά την τραχύτητα και το φινίρισμα των μεγάλων και μικρών αξόνων απαιτείται ειδικός τόρνος με αντίβαρα. Αυτό το εξάρτημα εξισορροπεί τη φυγόκεντρη δύναμη που δημιουργείται κατά την περιστροφή του τεμαχίου εργασίας, μειώνοντας έτσι τους κραδασμούς και αυξάνοντας την ταχύτητα του άξονα, βελτιώνοντας αποτελεσματικά την ακρίβεια μηχανικής κατεργασίας και την ταχύτητα κοπής.
04
Διαδικασία Μηχανικής
(1) Τραχιά διάτρηση ακραίων επιφανειών και εσωτερικών οπών: Χρησιμοποιείται μηχανή οριζόντιας διάτρησης CNC. Αφήνεται περιθώριο 2 mm σε κάθε πλευρά τόσο για τις ακραίες όψεις όσο και για τις εσωτερικές οπές. Η κύρια λειτουργία αυτής της διαδικασίας είναι η γρήγορη αφαίρεση μεγάλης ποσότητας υλικού και η δημιουργία κεντρικών οπών διεργασίας για τις ακατέργαστες-επεξεργασμένες εξωτερικές διαμέτρους των μεγάλων και μικρών αξόνων. Η μηχανή οριζόντιας διάτρησης CNC διαθέτει ένα περιστρεφόμενο τραπέζι εργασίας 360 μοιρών, επιτρέποντας την καθολική κατεργασία στο επίπεδο XOY σε μία εγκατάσταση. Μπορεί να επεξεργαστεί τέσσερις ακραίες όψεις και εσωτερικές οπές ταυτόχρονα, διασφαλίζοντας ότι οι κεντρικές οπές διεργασίας και στα δύο άκρα των μεγάλων και μικρών αξόνων είναι ομοαξονικές και ότι οι κεντρικές γραμμές των μεγάλων και μικρών αξόνων είναι παράλληλες. Η τραχιά διάτρηση των ακραίων όψεων και των εσωτερικών οπών φαίνεται στο Σχήμα 2, όπου η παχιά συμπαγής γραμμή αντιπροσωπεύει την κατεργασμένη επιφάνεια.
Εικόνα 2. Τραχύ τρύπημα της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής
(2) Τραχιά στροφή του μεγάλου άξονα: Η κατεργασία πραγματοποιείται σε τόρνο CNC, με περιθώριο 1,5 mm σε κάθε πλευρά της εξωτερικής διαμέτρου. Η κύρια λειτουργία αυτής της διαδικασίας είναι η γρήγορη αφαίρεση μεγάλης ποσότητας υλικού και η δημιουργία μιας αναφοράς διαδικασίας για το φινίρισμα της οπής και της εσωτερικής οπής. Επειδή το κέντρο βάρους του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-μετατοπίζεται από το κέντρο περιστροφής κατά τη στροφή, απαιτείται ειδικό εξάρτημα τόρνου με αντίβαρα για την εξισορρόπηση της φυγόκεντρης δύναμης, τη μείωση των κραδασμών και την αύξηση της ταχύτητας του άξονα. Η τραχιά στροφή του μεγάλου άξονα φαίνεται στο σχήμα 3.
Εικόνα 3. Τραχιά στροφή του μεγάλου άξονα
(3) Τραχιά στροφή του μικρού άξονα: Η κατεργασία πραγματοποιείται σε τόρνο CNC, με περιθώριο 1,5 mm σε κάθε πλευρά της εξωτερικής διαμέτρου και της ακραίας όψης. Η κύρια λειτουργία αυτής της διαδικασίας είναι η γρήγορη αφαίρεση μεγάλης ποσότητας υλικού και η απελευθέρωση της καταπόνησης της κατεργασίας. Η τραχιά στροφή του μικρού άξονα φαίνεται στο σχήμα 4. Μετά από τραχιά στροφή, ο μεγάλος και ο μικρός άξονας έχουν κανονικές εξωτερικές διαμέτρους. Ο σφιγκτήρας σε σχήμα AV{6}}χρησιμοποιείται για πιο σταθερό φινίρισμα κατά τη διάρκεια της διάτρησης του φινιρίσματος.
Εικόνα 4. Τραχιά στροφή του μικρού άξονα
(4) Τελική διάτρηση της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής: Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας μια μηχανή οριζόντιας διάτρησης CNC, με την αδρή περιστροφή της εξωτερικής διαμέτρου του μεγάλου άξονα ως σημείο αναφοράς διεργασίας και σημείο σύσφιξης. Η κύρια λειτουργία αυτής της διαδικασίας είναι η κατεργασία των τεσσάρων ακραίων όψεων και της εσωτερικής οπής του προϊόντος στο τελικό μέγεθος, διασφαλίζοντας ακρίβεια διαστάσεων και τραχύτητα επιφάνειας, ενώ δημιουργεί επίσης μια λοξότμηση για το φινίρισμα της στροφής των εξωτερικών διαμέτρων των μεγάλων και μικρών αξόνων. Η οπή φινιρίσματος της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής φαίνεται στο Σχήμα 5, όπου η παχιά συμπαγής γραμμή αντιπροσωπεύει την επιφάνεια που υποβάλλεται σε κατεργασία σε αυτή τη διαδικασία.
Εικόνα 5. Τελειώστε τη διάτρηση της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής
(5) Τελειώστε το γύρισμα του μεγάλου άξονα: Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας έναν τόρνο CNC, κατεργάζοντας την εξωτερική διάμετρο στο τελικό μέγεθος, εξασφαλίζοντας ακρίβεια διαστάσεων, γεωμετρική ακρίβεια και τραχύτητα επιφάνειας. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί τη λοξότμηση που δημιουργήθηκε κατά τη διάνοιξη φινιρίσματος της εσωτερικής οπής ως σημείο αναφοράς σύσφιξης, διασφαλίζοντας την ομοαξονικότητα της εξωτερικής διαμέτρου και της εσωτερικής οπής του μεγάλου άξονα. Η τελική στροφή του μεγάλου άξονα φαίνεται στο σχήμα 6.
Εικόνα 6. Περιστροφή ακριβείας του κύριου άξονα
(6) Στρίψιμο ακριβείας του μικρού άξονα: Χρησιμοποιώντας έναν τόρνο CNC, η εξωτερική διάμετρος κατεργάζεται στο τελικό μέγεθος, εξασφαλίζοντας ακρίβεια διαστάσεων, γεωμετρική ακρίβεια και τραχύτητα επιφάνειας. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί τη λοξότμηση που γίνεται κατά τη διάνοιξη ακριβείας της εσωτερικής οπής ως αναφορά σύσφιξης και τοποθέτησης, διασφαλίζοντας την ομοαξονικότητα της εξωτερικής διαμέτρου του μικρού άξονα και της εσωτερικής οπής, καθώς και τον παραλληλισμό των κεντρικών γραμμών του μικρού άξονα και του κύριου άξονα. Η στροφή ακριβείας του μικρού άξονα φαίνεται στο σχήμα 7.
Εικόνα 7. Στρίψιμο ακριβείας του μικρού άξονα
(7) Άλεσμα του εξωτερικού σχήματος και διάτρηση: Χρησιμοποιώντας ένα κατακόρυφο κέντρο μηχανικής κατεργασίας, το εξωτερικό σχήμα του προϊόντος υποβάλλεται σε μηχανική επεξεργασία στην επιθυμητή θέση και ανοίγονται οπές για πείρο. Το φρεζάρισμα του εξωτερικού σχήματος και η διάτρηση φαίνονται στο Σχήμα 8, όπου οι παχιές συμπαγείς γραμμές αντιπροσωπεύουν τις κατεργασμένες επιφάνειες σε αυτή τη διαδικασία.
Εικόνα 8. Φρεζάρισμα του εξωτερικού σχήματος και διάτρηση
(8) Αύξηση της σφήνας (σύρμα EDM spline): Όταν η παρτίδα του προϊόντος είναι μεγάλη, αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται γενικά με τη χρήση μηχανής διάνοιξης με εργαλείο κοπής, διασφαλίζοντας την αποδοτικότητα της παραγωγής και τη συνέπεια των διαστάσεων της οπής spline. Όταν δεν είναι διαθέσιμο ένα στόμιο και το μέγεθος της παρτίδας είναι μικρό, αυτή η διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας μια συρμάτινη μηχανή EDM. Η εξωτερική διάμετρος του κύριου άξονα χρησιμεύει ως σημείο αναφοράς σύσφιξης και τοποθέτησης, διασφαλίζοντας την ομοαξονικότητα της οπής spline με την εξωτερική διάμετρο του κύριου άξονα. Ο διάτρητος σφήνας (σύρμα-ΕΔΜ spline) φαίνεται στο Σχήμα 9, όπου η παχιά συμπαγής γραμμή αντιπροσωπεύει την επιφάνεια που υποβάλλεται σε μηχανική επεξεργασία σε αυτή τη διαδικασία.
Σχήμα 9: Στριφογυριστός σπάγγος (Σύρμα-ΕΔΜ Spline)
Σε αυτό το σημείο, το προϊόν αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ- έχει ολοκληρώσει όλες τις διαδικασίες κατεργασίας. Οι επόμενες διαδικασίες περιλαμβάνουν την ανίχνευση ελαττωμάτων και την επιφανειακή επεξεργασία.
05
Αφιερωμένο Εξάρτημα Τόρνου
Το ειδικό εξάρτημα τόρνου περιλαμβάνει εξαρτήματα όπως φλάντζα, πλαίσιο, σώμα στήριξης, κέντρο, αντίβαρο και μπουλόνια στερέωσης [4, 5].
Η φλάντζα χρησιμεύει ως συνδετικό στοιχείο μεταξύ του τόρνου και του εξαρτήματος. Συνήθως χρησιμοποιείται μια τυπική φλάντζα. Το ένα άκρο συνδέεται με τον άξονα του τόρνου CNC μέσω μιας κωνικής οπής και το άλλο άκρο συνδέεται με το σασί μέσω μιας προεξοχής τοποθέτησης, διασφαλίζοντας ότι το κέντρο περιστροφής του εξαρτήματος τόρνου είναι ευθυγραμμισμένο με τον άξονα τόρνου.
Το πλαίσιο, που χρησιμεύει ως βάση του εξαρτήματος τόρνου, διαθέτει μια επιμήκη κυκλική αυλάκωση. Ένα σώμα στήριξης και δύο αντίβαρα είναι προσαρτημένα σε αυτό και αυτή η κατανομή μάζας τριών-σημείων εξασφαλίζει ομαλότερη περιστροφή του τεμαχίου κατά τη μηχανική κατεργασία, μειώνοντας τους κραδασμούς και βελτιώνοντας την εξωτερική κυλινδρική ακρίβεια και την ποιότητα της επιφάνειας του προϊόντος.
Το σώμα στήριξης, συγκολλημένο στο πλαίσιο, διαθέτει επίσης μια επιμήκη κυκλική αυλάκωση με διαστάσεις που ταιριάζουν με αυτές του αυλακιού του πλαισίου. Αυτή η αυλάκωση εξυπηρετεί δύο σκοπούς: τη μείωση του συνολικού βάρους του εξαρτήματος τόρνου και την πρόληψη παρεμβολών μεταξύ του μη-άξονα μηχανικής κατεργασίας του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-και του εξαρτήματος τόρνου. Πολλά σετ μπουλονιών στερέωσης βρίσκονται και στα δύο άκρα της αυλάκωσης για να ασφαλίσουν τον μη{4}}άξονα μηχανικής κατεργασίας του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-. Ο επιμήκης κυκλικός σχεδιασμός αυλάκωσης επιτρέπει τη μηχανική κατεργασία γωνιών ισορροπίας σε σχήμα Ζ-διαφορετικών μεγεθών και μοντέλων χρησιμοποιώντας αυτό το εξάρτημα τόρνου, επιτυγχάνοντας πολλαπλές-λειτουργίες.
Το κέντρο και ο αναστολέας τοποθέτησης του σώματος στήριξης τοποθετούνται μεταξύ τους και συγκολλούνται στο σώμα στήριξης. Κατά τη μηχανική κατεργασία, το κέντρο και το κέντρο ουράς τόρνου στηρίζουν αντίστοιχα τα δύο άκρα του άξονα μηχανικής κατεργασίας του αγκώνα ισορροπίας σχήματος Z, επιτυγχάνοντας διπλή-διαμόρφωση σύσφιξης κέντρου. Για να διασφαλιστεί ότι η επιφάνεια του κώνου τοποθέτησης του κέντρου είναι ομοαξονική με την άτρακτο του τόρνου, η επιφάνεια του κώνου τοποθέτησης του κέντρου πρέπει να είναι επεξεργασμένη με ακρίβεια-σε έναν τόρνο αφού συγκολληθεί το εξάρτημα τόρνου. Το αντίβαρο αποτελείται από πολλαπλές πλάκες αντίβαρου σε σχήμα ανεμιστήρων-. Ο αριθμός των πλακών αντίβαρου μπορεί να ρυθμιστεί για να εξισορροπηθεί η φυγόκεντρος δύναμη που δημιουργείται κατά τη μηχανική κατεργασία διαφορετικών μοντέλων γωνιών ισορροπίας σε σχήμα Ζ-. Τα δύο αντίβαρα κατανέμονται ομοιόμορφα στις 120 μοίρες ως προς το κέντρο βάρους του στηρίγματος, διασφαλίζοντας έτσι καλύτερα τη δυναμική ισορροπία κατά την κατεργασία του προϊόντος.
Για τη διευκόλυνση της μηχανικής κατεργασίας γωνιών ισορροπίας σε σχήμα Ζ- διαφορετικών μεγεθών, τοποθετούνται πολλαπλά σετ μπουλονιών στερέωσης και στις δύο πλευρές της μακριάς οβάλ αυλάκωσης του σώματος στήριξης. Οι θέσεις σύσφιξης των μπουλονιών στερέωσης φαίνονται στο Σχήμα 10. Η κεντρική γραμμή κάθε σετ μπουλονιών στερέωσης είναι μεγαλύτερη από την απόσταση H μεταξύ του κέντρου του εξωτερικού κύκλου του μη επεξεργασμένου άξονα του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-. Αυτή η μέθοδος σύσφιξης διασφαλίζει ότι η δύναμη σύσφιξης των μπουλονιών στερέωσης στον αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Z είναι αντίθετη από τη φυγόκεντρο δύναμη, μειώνοντας ουσιαστικά τη φυγόκεντρη δύναμη που δημιουργείται όταν περιστρέφεται το τεμάχιο εργασίας. Οι καταστάσεις σύσφιξης για την κατεργασία μικρών αξόνων και μεγάλων αξόνων φαίνονται στα Σχήματα 11 και 12, αντίστοιχα.
Εικόνα 10. Σχηματικό διάγραμμα της θέσης σύσφιξης του μπουλονιού στερέωσης
Εικόνα 11. Κατάσταση σύσφιξης κατά την κατεργασία του μικρού άξονα
Εικόνα 12. Κατάσταση σύσφιξης κατά την κατεργασία του μεγάλου άξονα
06
Επαλήθευση των αποτελεσμάτων μηχανικής κατεργασίας
Επί του παρόντος, αυτή η διαδικασία κατεργασίας με αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Z και το ειδικό εξάρτημα τόρνου έχουν εφαρμοστεί στη γραμμή παραγωγής για περισσότερο από ένα χρόνο. Πολλά μοντέλα και μεγάλες παρτίδες προϊόντων αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-κατασκευάζονται με αυτή τη διαδικασία, με αποτέλεσμα σταθερή και αξιόπιστη ποιότητα προϊόντος και σημαντικά βελτιωμένη απόδοση μηχανικής κατεργασίας. Αυτό επαληθεύει πλήρως τη σκοπιμότητα και την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας και του αποκλειστικού εξαρτήματος τόρνου. Μια φωτογραφία μερικών βημάτων μηχανικής κατεργασίας του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ- φαίνεται στο Σχήμα 13.
α) Τραχιά διάτρηση της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής
β) Τραχιά στροφή του κύριου άξονα
γ) Τελειώστε τη διάτρηση της ακραίας όψης και της εσωτερικής οπής
Εικόνα 13: Πραγματικές φωτογραφίες της διαδικασίας κατεργασίας του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-
07
Σύναψη
Η διαδικασία μηχανικής κατεργασίας και το ειδικό εξάρτημα τόρνου για τον αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-που προτείνονται σε αυτό το έγγραφο ισχύουν για τη μηχανική κατεργασία διαφόρων μοντέλων προϊόντων αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Ζ-, ανεξάρτητα από το υλικό του προϊόντος ή τον τύπο του τυφλού. Παρέχει μια ολοκληρωμένη προσέγγιση διαδικασίας και σύσφιξης για αυτόν τον τύπο προϊόντος, επιλύοντας τα προβλήματα της υψηλής δυσκολίας μηχανικής κατεργασίας, της αδυναμίας σύσφιξης, της ασταθούς ποιότητας του προϊόντος και της χαμηλής απόδοσης μηχανικής κατεργασίας που προκαλείται από την ακανόνιστη έκκεντρη δομή, το μεγάλο μέγεθος, το μεγάλο βάρος και τις απαιτήσεις υψηλής ακρίβειας του αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Z-. Η επιτόπια επαλήθευση δείχνει ότι αυτή η διαδικασία κατεργασίας μπορεί να διασφαλίσει ότι τα προϊόντα αγκώνα ισορροπίας σε σχήμα Z πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιαστικής ακρίβειας, μειώνουν τη δυσκολία κατεργασίας και βελτιώνουν τη συνέπεια της ποιότητας του προϊόντος και την αποδοτικότητα της μηχανικής κατεργασίας.
