汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的改進(jìn)型加工方案

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤系統(tǒng)中重要的安全件，同時(shí)也是極復(fù)雜的異形件，加工中存在工序分散、夾具設(shè)計(jì)困難、加工易變形等問題。本文介紹一種改進(jìn)型加工方案，以解決加工工序分散的問題，同時(shí)降低加工成本、提升加工品質(zhì)，為其他類似零件的加工提供一種可行且低成本的加工方案。

1.汽車轉(zhuǎn)向節(jié)介紹

轉(zhuǎn)向節(jié)又稱“羊角”，作為汽車底盤系統(tǒng)中重要的安全件，除了機(jī)械性能要求高、外形異型外，尺寸精度和位置精度也有一定要求。由于連接有汽車減震器、制動(dòng)鉗、橫向拉桿、下臂等多個(gè)空間部件，其加工部位也要求多個(gè)空間角度，因此傳統(tǒng)的加工方案存在工序分散、加工效率低等問題。如圖1為我司生產(chǎn)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)示意（黑色部分為毛坯面，銀白色部分為加工面）。

圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)加工成品

2.國內(nèi)常見轉(zhuǎn)向節(jié)加工方案

常用轉(zhuǎn)向節(jié)毛坯為鍛造件、鑄造件或鋁合金，鍛造件材質(zhì)一般采用40Cr、40MnB或42CrMo等合金，優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度、韌性都非常好，國內(nèi)很多廠商選擇。鑄造件材質(zhì)一般為球墨鑄鐵，優(yōu)點(diǎn)是制造成本較低。鋁合金由于材料成本較高，一般用在中高檔汽車上。我司生產(chǎn)的就是球墨鑄鐵材質(zhì)轉(zhuǎn)向節(jié)，毛坯加工余量約2.5～3.5mm。國內(nèi)常見的加工方法多為適應(yīng)其結(jié)構(gòu)特征，采用工序分散的加工方案，此方案所需作業(yè)人員較多，存在勞動(dòng)力成本高、加工品質(zhì)不穩(wěn)定等問題，優(yōu)點(diǎn)是使用設(shè)備多為普通加工中心，一次性投資較小，同時(shí)有一定的加工柔性，能方便地實(shí)現(xiàn)多品種兼容生產(chǎn)。如圖2即是我司采用的工序分散的工藝流程。

圖2 轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝流程

近年，隨著國內(nèi)勞動(dòng)力成本逐年上升，迫于成本壓力，部分公司開始引進(jìn)國外少人化、無人化的加工生產(chǎn)線：一種是通過整套引進(jìn)國外全自動(dòng)生產(chǎn)線（包括設(shè)備系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)甚至在線檢測(cè)系統(tǒng)）取代人的作業(yè)，但仍采用的是工序分散的加工方案，整線工序較多。另一種則是引進(jìn)國外先進(jìn)的多主軸綜合加工中心系統(tǒng)，采用的是工序高度集成的加工方案（1道或2道工序加工全部?jī)?nèi)容），類似設(shè)備系統(tǒng)做的比較好的有德國SW、SAMAG、巨浪等。兩種方案的優(yōu)勢(shì)都在于采用了少人化、無人化的加工方案，效率和品質(zhì)都有大幅度的提升。但劣勢(shì)也非常明顯，其一次性投資金額非常巨大，以及后期維護(hù)成本都遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加工方案，在汽車市場(chǎng)增速不斷放緩的大背景下，也將是一個(gè)艱難的選擇。

除上述一次性引進(jìn)先進(jìn)加工系統(tǒng)外，并不是沒有其他道路可以選擇。有些公司可以在自己現(xiàn)有生產(chǎn)線上導(dǎo)入機(jī)器人或機(jī)械手來代替人的作業(yè)，這樣的改造投資并不會(huì)很高，同樣可以達(dá)到提高效率、降低成本的目的。但這樣的方案受到很多方面的限制，比如設(shè)備的狀態(tài)是否適合與機(jī)器人聯(lián)機(jī)、刀具壽命低同樣影響開動(dòng)率，最終達(dá)不到提高效率、降低成本的目的。

如何在以上方案均不奏效的情況下，用最小的投資解決成本和品質(zhì)兩方面的問題，成為接下來要繼續(xù)探討的課題。

3.改進(jìn)型加工方案介紹

為解決逐年上升的加工成本和品質(zhì)兩方面的問題，同時(shí)結(jié)合不同汽車公司生產(chǎn)線實(shí)際，我們需要另辟蹊徑尋找出一條切實(shí)可行的高效加工路徑。本文所介紹改進(jìn)型加工方案也就是在這樣不斷的生產(chǎn)實(shí)際中驗(yàn)證可行的解決方案，針對(duì)同類型的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)會(huì)有一定借鑒作用。我司轉(zhuǎn)向節(jié)原有生產(chǎn)線采用工序分散的加工方案，全部7道工序，7個(gè)工序作業(yè)人員，7臺(tái)立式加工中心，受設(shè)備狀態(tài)的限制很難實(shí)現(xiàn)機(jī)器人或機(jī)械手的引進(jìn)。

圖 3

如圖3所示，前3工序的加工狀態(tài)。

1序：以零件毛坯面作為加工基準(zhǔn)，鏜軸承底端階梯孔。

2序：零件調(diào)轉(zhuǎn)180°，以1序加工面作為加工基準(zhǔn)，套車軸承孔外圓、鉆銑支架面。

3序：仍然將零件調(diào)轉(zhuǎn)180°以1序加工面作為加工基準(zhǔn)，鏜軸承孔。

由于夾具夾緊零件位置的限制，以及精鏜軸承孔圓柱度要求高的原因限制，2序和3序并未能合并。本文改進(jìn)型加工方案就是創(chuàng)新性地使用反銑刀代替鏜刀加工軸承底端階梯孔，最終實(shí)現(xiàn)在1個(gè)姿態(tài)中加工完原有1序、2序、3序的加工內(nèi)容，具體實(shí)現(xiàn)方式如下：

夾具：以零件毛坯面作為定位基準(zhǔn)，夾具夾緊選擇在對(duì)應(yīng)的定位點(diǎn)上方，相互抵消夾具夾緊力，同時(shí)減少零件加工變形，定位穩(wěn)定可靠。如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后夾具結(jié)構(gòu)

刀具：用盤銑刀代替鏜刀，采用圓弧插補(bǔ)銑加工軸承底端階梯孔，其他刀具保持不變。在盤銑刀設(shè)計(jì)時(shí)，刀盤直徑選擇非常重要：刀盤直徑過小，會(huì)在加工孔中心留下一個(gè)芯，類似套料鉆。刀盤直徑過大，加工時(shí)由于同時(shí)參與切削的齒數(shù)增多，振動(dòng)增大，同時(shí)產(chǎn)生波紋影響品質(zhì)，解決的辦法是減小刀盤直徑，假定銑削孔直徑D，推薦銑刀盤直徑d=0.6-0.75D，另外一個(gè)辦法是減少刀盤的齒數(shù)，密齒改為梳齒。如圖5所示。

圖5 刀盤直徑選擇

其他生產(chǎn)條件保持不變。解決以上問題后就可以順利實(shí)現(xiàn)工序的集成：由7序合并為5序，如圖6所示。

改進(jìn)后，在保證加工節(jié)拍保持不變的情況下，可以取得很好的效果：

（1）全線加工工序集成，整個(gè)軸承孔部一次裝夾、一次定位，軸承孔的加工精度提高。

（2）加工效率提高28.6% 。

（3）小投資大收益，可降低加工成本20%～30%。同時(shí)這樣的改進(jìn)是可復(fù)制的，對(duì)降低工廠的加工成本有很大的優(yōu)勢(shì)。

4.結(jié)語

本次改進(jìn)的關(guān)鍵在于反銑軸承底端階梯孔刀具的引進(jìn)。我們將繼續(xù)結(jié)合生成實(shí)際，通過不斷的改進(jìn)活動(dòng)，逐步降低加工成本、提高加工品質(zhì)。 □