手緩解體零件的車銑復合加工工藝分析及應用

張一帆， 陳劍， 魏小鈞， 劉鵬

（中國鐵道科學研究院機車車輛研究所，北京100081）

0 引言

車銑中心是集車削、銑削、鉆、滾齒、工件自動裝夾等多工序于一體的復合型精密機床，其強大的C、Y和B軸功能解決了零件需要多次裝夾造成的效率低、精度低的難題。采用車銑技術不但可大幅提高生產效率，而且加工精度大大優于傳統的機械加工，是一種高金屬去除率的“整體制造”技術［1］。

本文研究對象是動車制動夾鉗中的零件手緩解體，屬于加工要素較多的異形回轉類零件［2］，包含車削內孔、銑槽、軸向及徑向鉆孔及螺紋加工等多步工序。若采用傳統的數控加工工藝，需多臺不同數控設備和多次裝夾才能完成；應用車銑中心僅需兩次裝夾即可完成，因此該零件適合車銑中心加工。手緩解體三維數模和毛坯如圖1所示。

圖1

1 手緩解體結構特征和工藝分析

手緩解體是動車制動夾鉗中的一種關鍵零件，在動車緊急剎車之后，為了使動車可繼續行駛，可松開手緩解體，使動車由制動狀態轉為緩解狀態，起到輔助緩解的作用。

根據圖2可知，該零件屬于偏心類異形結構，加工要素較多，該零件左端φ34內孔與右端φ36外圓偏心，需要車削加工，上端還要加工23 mm寬槽，下端銑20 mm鍵槽，背面平面，需要銑削加工；零件材料為鑄鋁，為整體鑄件毛坯，加工余量約為10 mm。在設計工藝流程時，將車銑復合加工機床和普通機床結合使用，會更有利于公司的生產實際。而且從保護關鍵設備的觀點出發，對功率和扭矩要求較大的粗加工應安排在普通數控機床或普通機床上進行，這樣可以充分發揮車銑復合中心在精加工方面的優勢，提高設備利用價值。

根據工件加工特點，工藝流程大致可以如下安排：1）粗加工。采用車、銑、鉆等加工方法，去除零件表面大部分余量。2）半精加工。采用車、銑、鉆等加工方法，完成一般精度面的加工。3）精加工。采用精車、精銑、精鏜等方法，對零件重要表面進行最終加工。

對于這種異形回轉類零件，我們先利用鑄件毛坯定位，在常規數控機床上加工出φ34內孔作為軸向基準，再利用車銑復合中心加工徑向尺寸及剩余軸向尺寸即可。

2 手緩解體的加工設備選擇

用普通加工機床進行這類異形回轉零件加工時，所需要的加工設備，定位裝夾次數較多，工序分散，制造周期長。車銑復合中心能克服以上缺點，能在一次裝夾條件下完成全部或大部分加工工序。車銑復合中心除了X、Y、Z軸外，還帶有B軸。由于B軸可以控制Z-X（車）軸和C（旋轉）銑削軸，因此可通過一次裝夾定位后可進行范圍內所有車削和銑削加工。

與常規加工相比，車銑復合加工具有以下優點：1）縮短產品制造工藝鏈，提高生產效率。由于只需要一次裝夾就能完成大部分加工工序，減少了裝夾、周轉等生產輔助時間，縮短了產品制造工藝鏈。2）減少裝夾次數，提高加工精度。這是由于裝夾次數的減少降低了定位基準轉化帶來的誤差積累。3）減少占地面積，減低生產成本。

通過之前的工藝分析可知，手緩解體總共需兩序加工，一序加工工件主回轉面內孔，采用傳統的數控車床完成，二序加工徑向銑槽鉆孔以及副回轉面，采用車銑復合中心MAZAK INTEGREX 300，該設備配備了Mazatrol Fusion 640數控系統，設備主要技術參數如表1所示。

表1 車銑復合中心MAZAK INTEGREX 300性能參數

3 手緩解體的車銑復合加工工裝分析及設計

車銑復合中心是車削、銑削、鉆孔等加工過程在一次裝夾中完成的，加工過程中一旦發生工件位移而沒有及時發現并糾正，后續的切削加工位置就和程序設定的加工位置不同，極易造成零件報廢。因此在設計裝夾方式［3］時，必須重視防止工件繞主軸線扭轉和沿軸線的位移。

通過分析零件的圖紙尺寸可知，零件在車銑復合上加工尺寸φ36外圓時的圓心與一序φ34內孔不同心，存有9 mm的偏心量（圖3）。

因此在工裝設計上需要對偏心尺寸進行補償，使其在車銑中心上加工時與機床回轉中心重合（見圖4），工裝用三爪卡盤夾持（圖5），以一序精加工內孔作為定位基準，利用壓板壓緊，另選工件上兩側伸出的平面，利用限位塊定向，同時也起到了防止工件在加工過程中在切削力作用下與卡盤發生旋轉的作用。

采用這種方式定位裝夾時，對工件兩側定位面的位置精度要求較高，因此在限位塊上采用了調節措施，在裝夾工件時需要用螺釘夾緊限位塊，利用限位塊上的長圓孔調節其位置，使其與工件平面貼緊，保證加工精度。

4 結語

本文基于車銑復合中心的特點制定了新的機加工工藝，設計了一套專用車銑復合工裝夾具，得出以下主要結論：1）為保護車銑復合加工中心機床精度，充分發揮高端設備的潛能，異形回轉件采用普通機床、常規數控機床和車銑復合相結合的工藝方法加工。粗加工時由于切削力大，嚴重損耗機床，宜采用常規數控機床加工，對于精加工和常規機床難以完成的加工內容應采用車銑復合機床加工。2）在對車銑復合加工設計工裝方案時，要考慮到防止工件繞主軸線扭轉和沿軸向位移的因素，制定專用工裝。3）經實踐，本文所采用的加工方案及專用工裝適合車銑復合中心加工。以前用傳統數控加工方法需用兩臺機床，加工一個工件需約60 min完成；現在利用車銑復合一臺設備加工，需約35 min完成，大幅縮短了輔助加工時間，提高了企業的綜合生產效率。

［1］ 劉晉紅，高希慧，宋建麗.高速車銑加工（HSTM）∶一種新型的精密加工技術［J］.山西冶金，2009（2）：6-8.

［2］ 吳俊勇.五軸車銑加工中心設計中幾個關鍵問題的研究［D］.大連：大連理工大學，2007.

［3］ 張曙.從車銑復合到完整加工［J］.新技術新工藝，2004（8）：2-5.