避障車輪異形薄壁件加工工藝研究

避障車輪異形薄壁件加工工藝研究

本手冊所稱抗障車以重力量為動力，抗障車的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的動能轉(zhuǎn)化。憑借避障車重力機(jī)構(gòu)的自然下垂為動力，使避障車勻速、平穩(wěn)及自主導(dǎo)向的行駛，該避障車主要由重力組件、車架、轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向輪結(jié)構(gòu)以及車輪組件裝配而成，如圖1為避障車實(shí)體圖，其中主動輪是避障車運(yùn)動的重要組成部分，直接決定避障車能否順利行進(jìn)和穩(wěn)定性、精確性，為了保障避障車的正常行駛，要求主動輪具有材料性能好、尺寸精度高等特性。由于主動輪屬于薄壁盤類零件，加工難度高、工藝復(fù)雜、易變形數(shù)控超高壓水射流是將普通的水增壓到100～400MPa,然后通過孔徑為0.1～1mm的寶石噴嘴噴射出600～900m/s的高速水射流，利用這束高速水射流并加入少量金剛石砂粒對工件進(jìn)行切割加工，水射流主要應(yīng)用于：非金屬材料加工(石材、肉類、橡膠、皮革、布、陶瓷和復(fù)合材料等),金屬材料的加工(鋼、鋁、銅等)。1薄盤類零件加工難、難加工設(shè)計(jì)與施工避障車主動輪的圖紙如圖2、圖3所示。從圖紙可以看出該零件屬于薄壁盤類零件，成品后的零件厚度只有2.5mm,其中包含異型孔、小孔、外圓以及弧度等加工要素，因此該零件加工難度較大，加工方法的選擇、夾具的設(shè)計(jì)與制作、切削參數(shù)及刀具的選擇至關(guān)重要2工藝方案的制定工藝方案是零件加工質(zhì)量得以保障的關(guān)鍵，工藝方案的正確合理選擇，對零件的加工起到主導(dǎo)作用3加工工藝3.1技術(shù)分析1零件加工工藝分析如圖2零件圖所示，零件材料為LY6061硬鋁，毛坯尺寸為150mm×150mm×3mm的板材，從圖紙可以看出該零件屬于薄壁盤類零件，成品后的零件厚度僅有2.5mm,結(jié)構(gòu)包含異形孔、小孔、外圓輪廓以及錐度等加工要素，零件整體厚度較薄、加工難度大、裝夾難度大，為了保證零件在加工中不變形和質(zhì)量要求，采用數(shù)控超高壓水射流與數(shù)控加工相結(jié)合的加工工藝方案，利用設(shè)計(jì)制作的專用夾具保障零件裝夾的安全可靠性，如圖4～圖6加工圖所示。2尺寸配比及表面粗糙度根據(jù)零件的性能要求，尺寸精度控制主要在孔?15mm、外圓?135mm、3-?4mm孔位置及厚度2.5mm等加工要素，孔?15mm與避障車主軸裝配使用，因此尺寸公差控制在0.02mm之內(nèi)、與外圓輪廓?135mm同軸度為0.03mm、表面粗糙度為Ra1.6μm,外圓?135mm是主動輪的外輪廓，要保證外輪廓的圓度公差達(dá)到0.02mm以內(nèi)從而減少外輪廓與地面的摩擦力，孔3-?4mm主要用于裝配時(shí)做定位孔，所以孔位置的公差要求為?0.02mm,主動輪厚度2.5mm主要控制其平行度在0.03mm以內(nèi)，以此保證主動輪不產(chǎn)生變形扭曲，其余表面粗糙度為Ra3.2μm。3.2裝夾方法的確定毛坯為板材，先采用壓板固定在數(shù)控超高壓水射流機(jī)床工作臺上進(jìn)行零件形狀的切割，再采用反爪式三爪自定心卡盤夾持零件外圓輪廓進(jìn)行粗精車端面及鏜孔加工，如圖5所示夾持方法，最后使用自制的專用夾具以精加工后的端面和內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)，采用頂尖和夾具夾緊的方式裝夾零件，從而完成外圓輪廓的粗精加工，如圖6所示夾持方法。3.3粗加工工序加工工藝路線的確定必須保證零件尺寸精度、位置精度和形狀精度等技術(shù)要求，并應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)批量、結(jié)構(gòu)工藝性、關(guān)鍵表面、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素制定，依據(jù)零件的批量為小批量，所以需要工序集中提高生產(chǎn)效率，其加工工序：水射流粗加工零件輪廓—數(shù)控車粗精車內(nèi)外輪廓及端面—鉗工擴(kuò)孔。3.4控超高壓水射流工序加工內(nèi)容(1)根據(jù)“先粗后精”工藝安排原則以及零件加工工藝要求，制定加工工序，如表2、表3所示。數(shù)控超高壓水射流工序加工內(nèi)容：輪廓粗加工，主要工藝參數(shù)：水壓300MPa、水和磨料的配比32%、切割速度8mm/s,刀具技術(shù)參數(shù)：噴嘴直徑1mm、磨料規(guī)格名稱80目金剛砂。(2)根據(jù)加工工藝要求，選擇外圓粗精車刀、粗精鏜孔車刀以及擴(kuò)孔刀加工零件，具體刀具選擇如表4所示。4工藝方案與設(shè)備的應(yīng)用重力勢能驅(qū)動下避障車僅憑借避障車重力機(jī)構(gòu)的自然下垂為動力，使避障車勻速、平穩(wěn)及自主導(dǎo)向的行駛。其對避障車主要零部件的加工要求極為嚴(yán)格，主動輪作為避障車最重要的一支“腳”,其結(jié)構(gòu)屬于薄壁盤類零件，加工難度高、工藝性復(fù)雜、易變形、裝夾難度大，因此經(jīng)過反復(fù)研究與試驗(yàn)，筆者制定出以數(shù)控超高壓水射流技術(shù)與數(shù)控加工相結(jié)合的加工工藝方案，結(jié)合自行設(shè)計(jì)制作的專用夾具，解決了避障車主動輪在加工時(shí)變形、尺寸精度難以保證、裝夾難度大等問題，顯著提高了零件加工質(zhì)量、加工效率以及減少材料的浪費(fèi)。同時(shí)極大地提高了車輪的穩(wěn)定性和傳動效率，為避障車的正常行駛起到了至關(guān)重要的作用，經(jīng)過多次大型比賽驗(yàn)證，裝配使用此方法加工的避障車先后獲得第六屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽陜西省選拔賽一等獎，獲得第六屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽三等獎。(1)使用組合壓板壓緊毛坯，采用數(shù)控超高壓水射流對尺寸(2)使用