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面相对于孔公共轴线垂直度超差问题研究

时间:2021-08-24来源:互联网

导语:本文分析了取力器壳体加工中现场存在的两侧凸台面相对于轴承孔公共轴线的垂直度超差 问题,找到影响垂直度的主要原因是机床重复定位精度差。通过采用加长精镗刀,对两个轴承 孔进行一次性精加工,最终解决了两侧面相对于公共轴线的垂直度超差问题。

  目前在取力器壳体的加工中,经常出现两侧凸 台面相对于两个轴承孔公共轴线的垂直度超差的问 题。该问题难以解决,给取力器的使用性能和装配 质量带来了不良影响。

  现场存在的问题

  取力器壳体(图 1)的加工精度对发动机功率 的输出起着至关重要的作用,而取力器壳体侧面相 对于孔公共轴线的垂直度将直接影响取力器的使用 性能,以及齿轮轴的使用寿命。在取力器壳体的加 工过程中,经常存在两侧面相对于孔公共轴线的垂 直度(图 2)超差的现象。

  

 

  工艺方案

  根据取力器壳体的特征,采取了一面两销的定 位方案来加工两侧凸台面和两侧轴承孔,具体加工 顺序如图 3 所示。

  

 

  两侧凸台面 H 面、N 面和 C、D 轴承孔在 10 工序加工:D63 面铣刀粗、精铣两侧凸台面 H 面和 N 面 → 粗镗刀镗 C 孔φ72(+0.009,-0.021)mm孔至 φ71.7 mm, 切 削 参 数:S =1 000 r/min, F =100 mm/min → 机床工作台旋转 180°,粗镗 D 孔至φ71.7 mm → 精镗 C 孔至φ72(+0.009, -0.021)mm, 切 削 参 数:S =1 000 r/min, F=100 mm/min → 机床工作台旋转 180°,精镗 D 孔至φ72(+0.009,-0.021)mm。

  数据统计

  选取目前产量最大的壳体类产品作为统计对 象,取力器车间有一整条生产线加工该型号产品, 该生产线共 4 组加工单元,每组加工单元包含 1 台立式加工中心和两台卧式加工中心,05、15 和 20 工序在立式加工中心上加工,10 工序在卧式加 工中心上加工。

  选取第三机组作为试验机组进行调 查统计,经过对 50 份三坐标测量 报告的分析得出:该处垂直度公差 图样要求 0.05 mm,现场最大加 工至 0.12 mm,超差率约为 40%。

  解决思路

  1 . 垂直度超差现状分析

  有一部分该零件在壳体车间协 助加工,两车间的工艺方案相同, 而壳体车间不存在垂直度超差的现象。将两车间加工该取力器壳体 零件的三坐标测量报告做对比, 发现两车间加工出的 C 和 D 轴承 孔相对于公共轴线的同轴度公差 基本都在图纸要求的 0.03 mm 范 围内,但是壳体车间加工出的同 轴度公差普遍优于取力器车间。

  2 . 垂直度超差原因分析

  取力器车间设备已使用了数 年,各方面性能均有损耗,造成 同轴度公差较差的原因,有可能 是由于机床旋转后,回转中心未 能完全回到回转零点,导致 C 孔 和D孔的轴线不在同一水平线上, 进而造成两孔相对于公共轴线的 同轴度公差较大,也就是说两孔 的公共轴线偏于理想水平线过大 (图 4),从而导致两侧面相对于 孔公共轴线的垂直度超差。

  

 

  3. 垂直度超差原因验证

  零件的 05 序加工完成, 10 序加工至粗镗φ72(+0.009, -0.021)mm 孔 之 前, 进 入 验 证 状 态, 用 粗 镗 刀 镗 完 C 孔 后,用寻边器找到该孔中心位置 并记录该坐标,然后工作台旋 转 180°,继续粗镗 D 孔,再 次记录 D 孔中心坐标,经过对 比 得 出:前 后 两 组 坐 标,X 坐 标相差 0.112 mm,Y 坐标相差 0.109 mm,从而验证了机床重 复定位精度差的推测。

  4. 解决方案

  为解决机床重复定位精度差 而造成生产过程中的垂直度超差 的问题 , 采用一体式加长精镗刀 (图 5)对 C 孔和 D 孔进行一刀 精镗,同时改变切削深度,调整 切削参数,工艺方案调整如下: D63 面铣刀粗、精铣两侧 凸台面 H 面和 N 面 →粗镗刀镗 C 孔至 φ71.5 mm,切削参数: S=1 000 r/min,F=100 mm/min →机床工作台旋转 180°,粗 镗 D 孔 至 φ71.5 mm, 切 削 参 数:S =1 000 r/ m i n, F =100 mm/min →精镗 C、D 两 孔 至 φ72(+0.009,-0.021) mm,切削参数:S =800 r/min, F=80 mm/min。 测得:C、D 两孔均为椭圆 孔,同一孔的圆直径最大相差 0.13 mm。对该结果进行进一步 分析,先假设机床旋转后未能完 全回到回转零点的观点成立,加 长镗刀从一面进行加工,即存在 镗刀与 D 孔的轴线几乎重合,而 与 C 孔的轴线有偏差,偏差值 的大小主要取决于机床旋转后回 转中心与回转零点的偏差值,会 产生精镗刀与粗镗后的孔部分接 触上,部分没有接触上的结果, 即出现孔被加工成椭圆孔的现象 (图 6),进一步证实了机床的重 复定位精度不好的推测。

  

 

  做出进一步调整,若粗镗的 加工余量大于粗镗后和精镗后两 个孔的中心轴线的偏差值,那么 精镗刀将能修正两孔的位置偏差, 故现增加粗镗的切削余量,切削 参数不变:D63 面铣刀粗、精铣 两侧凸台面 H 面和 N 面 → 粗 镗刀镗 C 孔至φ71 mm → 机床 工作台旋转 180°,粗镗 D 孔 至φ71 mm →精镗 C、D 两孔至 φ72(+0.009,-0.021)mm。解决了垂直度超差的问题,且 C、 D 轴承孔相对于公共轴线的同轴 度公差得到提升。

  验证效果

  改进前两侧凸台面相对于两 轴承孔公共轴线的垂直度最大可 达 0.12 mm,改进后垂直度稳定 在 0.03 ~ 0.04 mm 之间(图 7)。

  结束语

  此项改进最大的效益是可以 解决取力器壳体加工中难以解决 的垂直度超差问题,提高了取力 器总成的装配质量和使用性能, 降低了废品率,提高了经济效益 , 同时提供了一种在机床重复定位 精度差的情况下,出现几何公差 超差的情况时,如何发现问题并 解决问题的思路和方法。

标签: 机床工具

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