1 序言
制動(dòng)鼓是車輛的安全部件，其加工精度決定了制動(dòng)效果和制動(dòng)感受。由于精度差的制動(dòng)鼓會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)距離變長、制動(dòng)異響及抖動(dòng)等性能缺陷，因此需要根據(jù)工件的精度要求設(shè)計(jì)工裝夾具，制定工藝方案，合理選擇刀具和切削用量來規(guī)避不利因素，從而保證在批量加工時(shí)滿足技術(shù)要求。
2 零件結(jié)構(gòu)
圖1為制動(dòng)鼓，材料為HT250，壁厚5.7～8mm。內(nèi)孔處表面粗糙度值Ra=1.6μm，圓柱度為0.008mm，經(jīng)查閱資料[1]，此圓柱公差等級(jí)為5級(jí)，在數(shù)控車床上批量加工有一定的難度。
圖1 制動(dòng)鼓
3 加工難點(diǎn)分析
1）對(duì)于孔徑＞200mm的鑄鐵件來說，即使不是薄壁工件，0.008mm的圓柱度要求也不易滿足。大批量加工時(shí)，裝夾不當(dāng)容易造成變形，裝夾的合理性直接影響最終的圓柱度；支承面的平面度、支承面與卡盤軸心的垂直度以及夾持部位的跳動(dòng)亦影響車削時(shí)的穩(wěn)定性和工件的加工精度。以往的夾具是在通用卡爪上車削出定位臺(tái)階，卡爪既是夾持又是支承件，往往因?yàn)槟骋豢ㄗκ軗p、夾持力不均勻或與卡盤的間隙過大，對(duì)工件的掀推力使工件安裝面不能完全與卡爪定位面貼合，造成定位失效。以卡爪臺(tái)階為定位面時(shí)，因?yàn)榕_(tái)階是間斷切削而成，抗刀嚴(yán)重，所以很難通過車削使3個(gè)定位臺(tái)階處于同一水平面，不利于保證工件的加工精度。
2）工件內(nèi)孔一側(cè)端面有一處寬度＞6mm、深度＞11mm的槽，且槽距離制動(dòng)鼓的工作面（φ203mm孔）很近，切削熱和切削力[2]會(huì)進(jìn)一步增加圓柱度0.008mm的完成難度。
3）切削刀具的剛性以及產(chǎn)生的切削熱和切削力，也對(duì)0.008mm圓柱度產(chǎn)生不利影響。
4）機(jī)床的剛性以及精加工余量是否均勻，也對(duì)圓柱度有一定的影響。
綜上所述，在加工此工件時(shí)要使用數(shù)控立式車床，并對(duì)裝夾、切削熱及切削力造成的變形進(jìn)行控制，以及加工過程穩(wěn)定，方能滿足精度要求。
4 零件夾持方案
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和精度要求設(shè)計(jì)專用夾具，并如圖2所示裝夾。3個(gè)支塊與卡爪交替均布，互不干涉。支塊的頂端用螺紋聯(lián)接一個(gè)支承環(huán)，安裝后精車削支承環(huán)上端面作為工件的支承面，以減輕夾持變形，有效避免因定位支承不足而對(duì)加工精度產(chǎn)生影響。
圖2 專用夾具裝夾
5 刀具的選擇
刀具選擇主要考慮刀桿材質(zhì)、主偏角、副偏角、刀片前角、刀尖半徑、倒棱寬度和倒棱角度等。
（1）刀桿的選擇 常見的刀桿一般有鋼質(zhì)刀桿、硬質(zhì)合金刀桿以及阻尼刀桿。此工件孔徑較大，所需的刀桿懸伸適中，鋼質(zhì)刀桿足以應(yīng)對(duì)，刀桿也不需具備內(nèi)冷功能。
（2）刀片的選擇 刀片對(duì)加工影響較大的因素有材質(zhì)、前角、刀尖半徑和倒棱等。在灰鑄鐵件的加工中，PCBN刀片和涂層硬質(zhì)合金刀片是常用刀片，PCBN刀片因其可承受高線速度、低親和性，故常用于灰鑄鐵產(chǎn)品的精加工，但是由于高線速度必然產(chǎn)生較高切削熱，繼而影響薄壁產(chǎn)品的最終質(zhì)量，因此精加工該φ203mm孔使用涂層硬質(zhì)合金刀片效果更好。
主偏角是切削過程中主切削刃與刀具行進(jìn)方向之間的夾角，直接影響刀具的使用壽命以及對(duì)振動(dòng)的敏感程度；副偏角是切削過程中副切削刃與已加工表面之間的夾角，過小的副偏角會(huì)破壞已加工表面的精度；前角是刀具切削部分的主要角度，合理的前角可以有效降低工件的切削變形；刀尖半徑以及刃口倒棱的大小決定了加工后的表面粗糙度以及對(duì)振動(dòng)的敏感程度。
綜合以上對(duì)刀具的分析，結(jié)合被加工材質(zhì)、工況等條件，最終選擇外徑50mm、主偏角95°的鋼質(zhì)刀桿以及TNMG220408-KM刀片，此刀片為專門加工鑄鐵的正三角形刀片，可承受較高的線速度，與刀桿搭配后得到95°的主偏角、25°的副偏角以及5°的刃傾角。適中的主偏角和負(fù)偏角使刀具壽命和加工精度都達(dá)到很好的期望值；刀具前角為0°，正反兩面皆可使用，既增加了刀尖可用數(shù)量，降低成本，又保證了刀具在加工中的強(qiáng)度；0.8mm的刀尖半徑在有效降低切削力和切削熱對(duì)工件的傷害的同時(shí)，可兼顧強(qiáng)度。
6 工藝方案的優(yōu)化
1）此工件的內(nèi)孔一側(cè)端面有一處槽，如果先精車削內(nèi)孔再車削槽，則切削力會(huì)破壞內(nèi)孔精度；如果先車削槽，再加工內(nèi)孔，則槽加工后內(nèi)應(yīng)力的釋放也會(huì)破壞內(nèi)孔精加工后的精度。
2）工件端面與內(nèi)孔結(jié)合部位需要1mm×45°倒角，精加工時(shí)，若機(jī)床先走斜線完成倒角，再走直線精車削內(nèi)孔，則倒角時(shí)機(jī)床X軸、Z軸同步走斜線產(chǎn)生的微小反向間隙，會(huì)造成在內(nèi)孔直徑處的定位有小的偏差，這種小的偏差會(huì)在加工內(nèi)孔時(shí)得到恢復(fù)，進(jìn)而影響內(nèi)孔加工精度；如果先精車削內(nèi)孔后倒角，則會(huì)因?yàn)榈菇菚r(shí)刀具對(duì)工件的斜向擠壓作用，而影響倒角處內(nèi)孔的精度，同樣不利于圓柱度的保持。
綜上所述，最終制定的工藝方案為：先半精車削內(nèi)孔及其他表面，然后精加工槽，并且在半精車削內(nèi)孔時(shí)做出倒角，最后精車削內(nèi)孔時(shí)只加工φ203mm孔，不做倒角動(dòng)作。
7 切削參數(shù)的選擇
1）選擇了適合的刀具并不能完全保證批量加工出合格的產(chǎn)品，還要有合理的切削參數(shù)才能使過程可控、穩(wěn)定。根據(jù)此款涂層硬質(zhì)合金刀片的參考線速度vc為235～410m/min，計(jì)算出加工φ203mm孔時(shí)的最高轉(zhuǎn)速不能超出643r/min，最終確定轉(zhuǎn)速為600r/min，即線速度為382m/min。
2）此工件內(nèi)孔表面粗糙度值Ra不能＞1.6μm，圓柱度公差等級(jí)為5級(jí)，經(jīng)查閱資料[3]，要想保證此形狀精度，表面粗糙度值Ra必須控制在1.3μm以內(nèi)。根據(jù)表面粗糙度理論計(jì)算公式，可得進(jìn)給量f=0.09mm/r，結(jié)合刀具負(fù)偏角會(huì)有一定的修光作用，最終確定進(jìn)給量f=0.11mm/r。
3）根據(jù)刀片整體幾何參數(shù)分析，此工件內(nèi)孔的精車削背吃刀量不能＜0.2mm，否則會(huì)造成振刀和刀具摩擦燒損，對(duì)工件精度和刀具壽命都不利，最終確定精車削時(shí)的背吃刀量ap=0.3mm。
8 結(jié)束語
通過加工難點(diǎn)分析和工藝改進(jìn)，數(shù)控車削加工后，用圓柱度儀對(duì)制動(dòng)鼓φ203mm孔的圓柱度進(jìn)行測量。在連續(xù)測量的50件產(chǎn)品中，圓柱度全部在0.006mm以內(nèi)（見圖3），證明機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)、工藝路徑、刀具及切削參數(shù)的選擇是合理的，完全滿足圓柱度0.008mm的加工精度要求，且過程穩(wěn)定，尺寸和形狀公差的一致性很好。
圖3 圓柱度檢測結(jié)果
