剎車盤工藝研究及生產線規劃??

郭智春 趙尚福

(沈陽機床股份有限公司，遼寧沈陽110142)

剎車盤是汽車盤式制動器的核心零件，安裝在汽車的車輪上，盤式制動器通過液壓系統把壓力施加到制動鉗上，使制動摩擦片與隨車輪轉動的剎車盤發生摩擦，從而達到制動的目的。為了保證制動的舒適性，剎車盤制動要穩定、無噪音、不抖動，剎車盤需要具有較高的厚度均勻性，對剎車面的跳動度、平行度、及表面粗糙度有特別要求。剎車盤按照結構形式可以分為:單面盤、雙面盤、高性能盤、軸承盤、輪轂盤等。

剎車盤毛坯件為鑄件，加工需要車剎車盤的內外圓和端面，鉆凸面連接螺紋孔和倒角，高性能盤還需要在剎面上鉆孔，部分剎車盤需要攻絲。剎車盤的加工環境惡劣、粉塵多、切削量大，要求機床具有良好的防護及潤滑功能，要求機床能長時間在大扭矩狀態下保持加工精度運轉，要求機床具有良好的剛度和精度保持性。

我國剎車盤企業集中在山東、河北、山西等地。產品在國內為第一汽車集團、上海汽車工業(集團)公司、東風汽車公司、廣州汽車集團股份有限公司等汽車制造企業提供配套。出口產品銷售到美國、歐洲、韓國、日本、加拿大等國家和地區。目前剎車盤市場處于穩中有升的良性發展階段，隨著行業的快速發展和產量的增加，對人工的需求量逐漸增加。剎車盤的加工工作環境惡劣，工人勞動強度大。為了緩解工人的勞動強度，同時提高工作效率，利用自動化生產線進行剎車盤的加工，近年來得到眾多剎車盤制造企業的重視[1-5]。

1 剎車盤的加工工藝

1.1 剎車盤的結構及精度要求

圖1為汽車盤式制動器及剎車盤的結構圖，剎車盤凸面上有螺釘安裝孔，用來與汽車車輪連接。雙面盤有兩個摩擦面，汽車制動時剎車盤的剎車面與摩擦片配合產生制動力矩。為了保證制動的舒適性，剎車盤需要具有較高的厚度均勻性，剎車面端面跳動度、剎車面端面的平行度、剎車面的表面粗糙度。

圖2為某剎車盤，及形位公差與表面粗糙度要求。該剎車盤剎車面相對小端螺釘安裝面A和B的端面跳動度為0.1 mm，剎車面相對小端螺釘安裝面A的平行度為0.06 mm，兩剎車盤面之間的平行度為0.05 mm，剎車盤風道的對稱度為0.8，厚度差要求在1 mm以內，剎車盤剎車面表面粗糙度為Ra1.6 μm，主要配合表面為Ra3.2 μm，其他表面粗糙度Ra12.5 μm。

1.2 加工工藝

剎車盤毛坯件為鑄件，需要完成端面車削、外圓車削、內孔車削、鉆孔等工序。精加工采用夾刀雙車刀同時進行兩剎車盤面加工，從而保證兩個剎車面的平行度要求。一般分兩道車序和一道鉆孔序，車序采用兩臺車床加工完成，其中一臺車床安裝夾刀雙車刀，鉆孔序在立式加工中心上完成[6-8]。上述工藝可以滿足加工精度和表面粗糙度的要求，但據廠家要求不同，有的盤還需要在磨花機上進行磨花。表1為圖2所示剎車盤的典型加工工藝。

其中，粗車切削速度v=500～700 m/min，切削深度ap=3～4 mm，進給量f=0.3～0.4 mm/r；精車切削速度v=500～700 m/min，切削深度ap=0.5 mm，進給量f=0.15～0.20 mm/r。精車后，剎車盤表面粗糙度可達Ra1.6 μm，剎車盤的制動面平行度可達 0.05 mm，尺寸公差等級達IT6。

表1 剎車盤的典型加工工序

圖3分別為采用臥式車床、立式車床、倒立式車床、正倒立式車床加工剎車盤的工序圖。第一序車腰部外圓、粗車大端端面和外圓、車小端內孔和端面。第二序車大端內孔及倒角、粗車大端端面、夾刀精車兩剎車面。第三序立式加工中心鉆孔和攻絲。

1.3 卡盤夾具

圖4為剎車盤加工專用夾具，卡盤上有3個均布支撐塊用來定位剎車盤端面，3個均布可沿卡盤徑向方向移動的卡爪上固定有弧形內徑支撐爪，在卡盤液壓油缸作用下弧形內撐面夾緊剎車盤內徑，實現夾具的定位夾緊。

1.4 夾刀雙車刀切削

如圖5所示，為一種夾刀雙車刀切削的刀架結構及其刀具干涉圖，伺服刀架上安裝有一對雙刀座，刀盤周向安裝面上為靜刀座，刀盤前端面上安裝有動刀座。動刀座可在液壓力的作用下軸向移動。切削時，靜刀座和動刀座上的雙刀同時加工剎車盤兩個剎車面，獲得高的平行度。加工完成后，動刀座在液壓力作用下軸向移動一段間隙，保證一定的讓刀距離，防止讓刀過程刮傷已加工表面。

2 剎車盤生產線設計

2.1 臥式車床加工生產線

如圖6為剎車盤的臥式車床加工生產線的俯視圖。利用兩臺臥式車床和一臺立式加工中心組成剎車盤生產線，其中一臺為普通臥式車床，一臺配置夾刀雙車刀刀架，加上一臺立式加工中心，三臺機床“一”字排列組成一條剎車盤生產線。機床上方配有框架機械手，框架機械手為臥式車床上下料，利用臥式車床的卡盤定位夾緊剎車盤工件。框架機械手將車削加工后的剎車盤上料至立式加工中心，完成鉆孔和攻絲工藝后，再利用框架機械手下料。

臥式車床加工生產線的優點是臥式車床成本低廉，缺點為加工方向與重力方向垂直，生產線夾具設計復雜。

2.2 立式車床加工生產線

如圖7為剎車盤的立式車床加工生產線的俯視圖。利用兩臺立式車床和一臺立式加工中心組成剎車盤生產線，其中一臺為普通立式車床，一臺配置夾刀雙車刀刀架，加上一臺立式加工中心組成一條剎車盤生產線。六自由度機械手為立式車床上料，將剎車盤放置于立式車床的卡盤上，并將車削加工完成的剎車盤下料至料道上，六自由度機械手同時為剎車盤的翻轉機構?？蚣軝C械手將車削加工后的剎車盤上料至立式加工中心，完成鉆孔和攻絲工藝后，利用框架機械手下料。

立式車床加工生產線的優點是加工方向與重力方向相同，夾具結構簡單，缺點為機械手只能水平方向進入機床上下料、不能利用框架機械手從豎直方向上下料，排屑不便。

2.3 倒立式車床加工生產線

如圖8為剎車盤的倒立式車床加工生產線的俯視圖。利用兩臺倒立式車床和一臺立式加工中心組成剎車盤生產線，其中一臺為普通倒立式車床，一臺配置雙刀刀架，加上一臺立式加工中心組成一條剎車盤生產線。倒立式車床主軸在上，刀架在下，利用倒立主軸可以自動上下料，該機床主軸兼有上下料機械手的功能。倒立主軸在料道上抓取毛坯件，并將加工完成的剎車盤下料至料道[9]。三臺機床間有兩臺翻轉機械手，用來對剎車盤進行翻面?？蚣軝C械手將車削加工后的剎車盤上料至立式加工中心，完成鉆孔和攻絲工藝后，利用框架機械手下料。

倒立式車床一般安裝有動力刀架可以實現鉆孔、攻絲等動力切削。該生產線可僅由兩臺倒立式車床組成，但考慮到加工節拍的匹配，本文采用立式加工中心完成剎車盤端面的鉆孔、攻絲加工。

倒立式車床加工生產線的優點是倒立式主軸可以充當機械手上下料，自動化程度高，無需另配上下料機械手，結構緊湊，排屑方便，缺點為倒立式車床的機床成本高。

2.4 正倒立式車床加工生產線

如圖9為剎車盤的正倒立式車床加工生產線的俯視圖。利用一臺正倒立式車床和一臺立式加工中心組成剎車盤生產線。正倒立式車床有兩個主軸和兩個刀架，倒置主軸兼有工件上料功能，利用下刀架進行第一序加工，并將完成第一序加工的剎車盤置于下主軸上，上刀架對剎車盤進行第二序加工[10]。上刀架的滑板上安裝有氣動卡爪，利用氣動卡爪可將車削完成的剎車盤下料至料道。正倒立式車床和立式加工中心之間有翻轉機械手，對剎車盤進行一次翻面。立式加工中心配上料氣動卡爪，可將剎車盤上料至立式加工中心的工作臺上。

正倒立式車床加工生產線的優點是倒主軸和正主軸交替加工，減少一次剎車盤翻面過程，其中倒主軸兼有倒立式車床自動上料的優點，缺點為機床擴展性差，正主軸和倒主軸加工序很難做到完全匹配。

3 應用實例

如圖10為某剎車盤生產線的應用實例，該生產線由兩臺立式車床和一臺立式加工中心組成。上下料和工件翻轉采用六自由度機械手。

4 結語

剎車盤毛坯件為鑄件，需要完成端面車削、外圓車削、內孔車削、鉆孔等工序。一般分兩道車序和一道鉆孔序，車序采用兩臺車床加工完成，鉆孔序在立式加工中心上完成。車序的加工機床可選臥式車床、立式車床、倒立式車床、正倒立式車床。

剎車盤需要具有較高的厚度均勻性，剎車面端面跳動度、剎車面端面的平行度、剎車面的表面粗糙度。精加工采用夾刀雙車刀刀架切削加工，可滿足兩剎車面之間的平行度為0.05 mm，剎車盤剎車面表面粗糙度Ra1.6 μm的設計要求。

利用車床、立式加工中心、機械手等設備，分別規劃了剎車盤的臥式車床生產線、立式車床生產線、倒立式車床生產線、正倒立式車床生產線。臥式車床和立式車床需要采用機械手輔助上下料，倒立式車床和正倒立式車床的倒置主軸可代替機械手實現上下料功能。