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，抗障車的設計實現(xiàn)了真正意義上的動能轉化。憑借避障車重力機構的自然下垂為動力，使避障車勻速、平穩(wěn)及自主導向的行駛，該避障車主要由重力組件、車架、轉向結構、轉向輪結構以及車輪組件裝配而成，如圖1為避障車實體圖，其中主動輪是避障車運動的重要組成部分，直接決定避障車能否順利行進和穩(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行切割加工，水射流主要應用于：非金屬材料加工(石材、肉類、橡膠、皮革、布、陶瓷和復合材料等),金屬材料的加工(鋼、鋁、銅等)。1薄盤類零件加工難、難加工設計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、夾具的設計與制作、切削參數(shù)及刀具的選擇至關重要2工藝方案的制定工藝方案是零件加工質(zhì)量得以保障的關鍵，工藝方案的正確合理選擇，對零件的加工起到主導作用3加工工藝3.1技術分析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,結構包含異形孔、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)控加工相結合的加工工藝方案，利用設計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)控超高壓水射流機床工作臺上進行零件形狀的切割，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，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要求，并應根據(jù)生產(chǎn)批量、結構工藝性、關鍵表面、結構特點等因素制定，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孔刀加工零件，具體刀具選擇如表4所示。4工藝方案與設備的應用重力勢能驅(qū)動下避障車僅憑借避障車重力機構的自然下垂為動力，使避障車勻速、平穩(wěn)及自主導向的行駛。其對避障車主要零部件的加工要求極為嚴格，主動輪作為避障車最重要的一支“腳”,其結構屬于薄壁盤類零件，加工難度高、工藝性復雜、易變形、裝夾難度大，因此經(jīng)過反復研究與試驗，筆者制定出以數(shù)控超高壓水射流技術與數(shù)控加工相結合的加工工藝方案，結合自行設計制作的專用夾具，解決了避障車主動輪在加工時變形、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。同時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重要的作用，經(jīng)過多次大型比賽驗證，裝配使用此方法加工的避障車先后獲得第六屆全國大學生工程訓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生工程訓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