1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2. 軸向調(diào)節(jié)補(bǔ)償器 3.連桿 4.拉桿 5.鏜孔零件
6.測(cè)量頭 7.測(cè)量?jī)x表 8.控制儀表 9.鏜刀桿
圖1 自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)補(bǔ)償單位工作原理

1. 鏜刀桿 2.拉桿 3.密封圈 4.螺釘 5.鏜刀
6.刀片 7.支撐塊 8.碟形彈簧 9.支撐座 10.工件
圖2 補(bǔ)償鏜刀桿簡(jiǎn)圖

1 工作原理

2 山特維克補(bǔ)償鏜刀桿結(jié)構(gòu)

3 鏜刀桿的關(guān)鍵制造工藝

1. 容納拉桿的f12H7×392mm深孔的加工
   該孔與補(bǔ)償拉桿配合，其性質(zhì)有如滑閥孔與閥芯的配合，理論上最小間隙為零，孔粗糙度Ra0.8µm。我們?cè)谏羁足@床上用槍鉆頭加工。槍鉆的優(yōu)點(diǎn)是鉆進(jìn)直線性好，加工孔徑尺寸準(zhǔn)確，粗糙度值較小。但當(dāng)深孔鉆床性能下降時(shí)，鉆削孔徑精度難以達(dá)到要求。此時(shí)，也可適當(dāng)放寬孔徑公差，配用研磨棒研磨，以提高孔的圓柱度和減小表面粗糙度值。然后配磨拉桿，使拉桿與孔的配合間隙近乎于零，以能移動(dòng)自如為準(zhǔn)。
   
   圖3 精密鉆模
2. 內(nèi)冷卻用的2-f4.2×332mm深孔的加工
   這兩個(gè)不在軸心線而且長(zhǎng)徑比較大的深孔比上述深孔更難加工，因?yàn)榱慵荒苄D(zhuǎn)，很容易鉆偏，特別是兩小孔的孔壁離鏜刀桿外圓僅4.4mm，鉆孔時(shí)很容易穿破鏜刀桿外圓而報(bào)廢。我們使用普通麻花鉆頭，由鉆模(圖3)導(dǎo)向在搖臂鉆床上加工，用5根長(zhǎng)度遞增鉆頭分5段鉆成。鏜刀桿直立裝在組合夾具上，用V形定位，保證其與搖臂鉆主軸回轉(zhuǎn)軸線同軸。鉆模制造時(shí)為保證導(dǎo)向孔與鉆模外圓軸線平行，導(dǎo)向孔在坐標(biāo)鏜床上先用中心鉆和較小鉆頭按坐標(biāo)從兩端預(yù)鉆小孔，保證兩端小孔的同軸度，然后用#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#f4.2鉆頭從一端鉆通接上。鉆模經(jīng)氮化處理以保證導(dǎo)向孔的耐磨性。
3. 浮動(dòng)支承塊的裝配
   根據(jù)鏜刀桿浮動(dòng)導(dǎo)向支承塊的工作性能，支承塊圓弧的最終加工放在鏜刀桿預(yù)裝配時(shí)進(jìn)行。這時(shí)裝支承塊，要墊入一塊厚度等于碟形彈簧組工作狀態(tài)時(shí)的高度的墊塊，為碟形彈簧留一高度。6個(gè)支承塊預(yù)裝于槽內(nèi)和鏜刀桿一起磨出外圓，然后卸下待鏜刀桿，精磨后連碟形彈簧一起再裝入支承塊槽內(nèi)。注意控制碟形彈簧的高度，以保證支承塊進(jìn)入導(dǎo)向孔時(shí)對(duì)碟形彈簧的壓縮量及其預(yù)壓量，以產(chǎn)生足夠的支承力，又使支承塊進(jìn)入導(dǎo)向孔時(shí)，不致將碟形彈簧壓死。標(biāo)準(zhǔn)碟形彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力量一般滿足不了該鏜刀桿的要求，我們采用的是自制碟形彈簧。
4. 鏜刀桿的選材及熱處理
   和所有精密鏜刀桿一樣，該鏜刀桿為獲得足夠的強(qiáng)度和耐磨性，選用38CrMoAl經(jīng)輝光離子氮化處理。機(jī)械加工前作調(diào)質(zhì)處理為氮化處理做好組織準(zhǔn)備，又有較好的機(jī)械加工性能。氮化前做兩次時(shí)效處理以消除機(jī)械加工應(yīng)力，減小氮化時(shí)的變形，保證鏜刀桿精磨以后有均勻和較厚的氮化層，使鏜刀桿有較好的精度持久性和較長(zhǎng)的使用壽命。

圖4 轉(zhuǎn)向節(jié)精鏜工序草圖

4 鏜刀桿的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1. 改進(jìn)的目的
   由于被加工零件汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)主銷(xiāo)孔兩孔長(zhǎng)度不一致(圖4)，短孔長(zhǎng)54mm，長(zhǎng)孔長(zhǎng)80mm，兩孔長(zhǎng)度比近似達(dá)到1:1.5，使鏜刀桿上兩個(gè)刀尖磨損不同步，即每次鏜完孔后，刀尖磨損量不一樣，鏜完若干孔以后，刀尖總的磨損量也不一樣。原鏜刀桿對(duì)兩個(gè)刀尖的補(bǔ)償是同步的而且補(bǔ)償量是完全一致的，使用自動(dòng)補(bǔ)償就會(huì)造成部分零件的短孔超上差，或者長(zhǎng)孔超下差，迫使操作者不得不采用人工補(bǔ)償，并且每次更換刀片調(diào)刀尖時(shí)，有意使鏜長(zhǎng)孔的刀尖比鏜短孔的刀尖的徑向多伸出一些，即鏜短孔刀尖按直徑+0.030mm調(diào)刀，鏜長(zhǎng)孔刀尖按直徑+0.040mm調(diào)刀。而且操作者在自動(dòng)線加工一定數(shù)量零件后要抽查短孔或長(zhǎng)孔尺寸，當(dāng)發(fā)現(xiàn)孔徑接近下差時(shí)，及時(shí)人工向控制儀表輸入補(bǔ)償量。這樣雖可以保證鏜孔尺寸合格，但孔徑散差大，造成壓主銷(xiāo)孔襯套時(shí)有的套與孔配合太松，有的配合太緊而收縮量大，不得不在自動(dòng)線后增加一道推孔工序，即對(duì)孔徑太小的孔用推刀再推一次然后壓襯套，非常麻煩。下面將用刀尖工作循環(huán)動(dòng)態(tài)曲線對(duì)出現(xiàn)這種缺陷進(jìn)行具體分析，說(shuō)明改進(jìn)措施及效果。
2. 分析現(xiàn)有缺陷
   根據(jù)TWC系統(tǒng)的應(yīng)用手冊(cè)推薦，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鏜桿的調(diào)整是：設(shè)定刀尖的半徑上的工作范圍為 W≈(r₁-r₂)/2式中r₁、r₂分別為孔的最大半徑與最小半徑。
   根據(jù)孔的尺寸公差，計(jì)算得刀尖在半徑上的工作范圍為W=8µm，每次補(bǔ)償數(shù)，取Dr=6µm。
   
   圖5 以長(zhǎng)孔測(cè)量值輸入所得刀尖磨損及補(bǔ)償動(dòng)態(tài)曲線
   如果以長(zhǎng)孔的測(cè)量值作為補(bǔ)償?shù)妮斎胄畔ⅲ捎诳组L(zhǎng)不一致，得到鏜孔時(shí)兩孔半徑上刀尖磨損及補(bǔ)償動(dòng)態(tài)曲線(圖5)，其中實(shí)線為長(zhǎng)孔刀尖動(dòng)態(tài)曲線，虛線為短孔刀尖動(dòng)態(tài)曲線。可見(jiàn)由于短孔刀尖磨損慢，使短孔將有部分超上差可能。同理，如果以短孔的測(cè)量值作為補(bǔ)償?shù)妮斎胄畔ⅲ瑒t又因長(zhǎng)孔刀尖磨損快而有部分長(zhǎng)孔超下差可能。
   如果以長(zhǎng)孔和短孔的測(cè)量值之和的一半作為補(bǔ)償?shù)妮斎胄畔ⅲ瑢⒖赡芡瑫r(shí)有部分長(zhǎng)孔超下差，部分短孔超上差。正因?yàn)檫@樣，當(dāng)加工到一定零件數(shù)以后，操作者不得不趕緊抽查孔徑尺寸，避免超差。這樣刀尖遠(yuǎn)遠(yuǎn)發(fā)揮不到系統(tǒng)正常使用時(shí)的總補(bǔ)償數(shù)SD#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#r，即縮短了刀頭的使用壽命。
3. 改進(jìn)措施
   為此，我們對(duì)鏜刀桿的斜面調(diào)整角a進(jìn)行改進(jìn)。眾所周知，當(dāng)切削用量不變時(shí)，刀尖的磨損程度與切削路程有關(guān)，切削路程大磨損也大，刀尖正常磨損階段中磨損量與切削路程近似成正比。在同樣的工作班時(shí)間里，長(zhǎng)孔刀尖比短孔刀尖磨損大，為使每次補(bǔ)償后兩個(gè)刀尖都大體恢復(fù)到設(shè)定的工作范圍的上限，要求長(zhǎng)孔刀尖每次補(bǔ)償量比短孔刀尖大，即長(zhǎng)孔的補(bǔ)償量與短孔的補(bǔ)償量之比相當(dāng)于長(zhǎng)孔鏜孔長(zhǎng)度L_H與短孔鏜孔長(zhǎng)度L_S之比。
   
   a—刀桿調(diào)整角 r_j—一個(gè)脈沖補(bǔ)償量 A、B—杠桿臂長(zhǎng) p—補(bǔ)償螺桿節(jié)距
   圖6 補(bǔ)償機(jī)構(gòu)
   如圖6所示，根據(jù)TWC補(bǔ)償機(jī)構(gòu)工作原理，補(bǔ)償器每個(gè)脈沖產(chǎn)生的刀尖半徑補(bǔ)償量為
   r_j=p×1000×Atana400×B 式中r_j——1個(gè)脈沖的刀尖補(bǔ)償量，µm
   a——刀桿調(diào)整角，(°)
   p——補(bǔ)償器螺桿節(jié)距，mm
   A、B——杠桿臂長(zhǎng)
   400——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)所需脈沖量
   刀夾是標(biāo)準(zhǔn)件，A/B為定值，p為常數(shù)，要想改變刀尖一個(gè)脈沖的補(bǔ)償量只有改變調(diào)整角a。所以，要求長(zhǎng)孔刀尖調(diào)整角a_H與短孔刀尖調(diào)整角a_S的比例關(guān)系為 tana_H/tana_S=L_H/L_S
   設(shè)定a_S=3°
   則a_H=arctan(tan 3°80/54)≈4.5°
   
   圖7 改造后以長(zhǎng)孔測(cè)量值輸入所得刀尖磨損及補(bǔ)償動(dòng)態(tài)曲線
   具體程序設(shè)定中，以長(zhǎng)孔測(cè)量值作為補(bǔ)償信息，為適當(dāng)照顧兩刀尖磨損不一致，取刀尖工作范圍W=10µm，長(zhǎng)孔每一次補(bǔ)償總數(shù)Dr(長(zhǎng))=8µ，根據(jù)兩刀尖調(diào)整角a的比例關(guān)系，可推得短孔每次補(bǔ)償數(shù)為Dr=5µ，改進(jìn)后的刀尖磨損及補(bǔ)償動(dòng)態(tài)曲線如圖7。可見(jiàn)，修改了刀尖調(diào)整角a以后，兩個(gè)刀尖的磨損和補(bǔ)償量都能保持穩(wěn)定狀態(tài)，使鏜孔尺寸實(shí)現(xiàn)了受控狀態(tài)。
4. 改進(jìn)效果
   • 調(diào)刀時(shí)兩刀尖可以調(diào)成一致，操作方便；
   • 兩孔刀尖磨損雖不一致，但每次補(bǔ)償后兩刀尖又回到調(diào)刀時(shí)的同一起點(diǎn)，使鏜孔尺寸分散度變小；不再出現(xiàn)超差零件，不用再增加推孔工序；
   • 真正實(shí)現(xiàn)TWC系統(tǒng)的自動(dòng)補(bǔ)償功能，使總補(bǔ)償量SDr得以提高，一次調(diào)刀能加工較多零件，提高了自動(dòng)線的生產(chǎn)率；
   • 短孔刀尖使用壽命還是略有浪費(fèi)，這是零件轉(zhuǎn)向節(jié)兩孔長(zhǎng)度不等留下的唯一不足。