Es wurde eine Prozessanalyse zur unregelmäßigen exzentrischen Struktur des Z--förmigen Ausgleichsbogens sowie zu den Schwierigkeiten bei der Bearbeitung aufgrund seiner großen Größe, hohen Präzision und der fehlenden Klemmbarkeit durchgeführt. Es wurde ein standardisiertes Bearbeitungsschema vorgeschlagen. Es wurde eine spezielle Drehvorrichtung entwickelt, die für die Bearbeitung mehrerer Modelle und großer Produktserien geeignet ist und die Probleme hoher Bearbeitungsschwierigkeiten, instabiler Qualität und geringer Bearbeitungseffizienz des Z--förmigen Ausgleichswinkelstücks löst.
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Einführung
Der Ausgleichsbogen ist die Kernkomponente des Federungssystems von Raupen-Spezialfahrzeugen. Es arbeitet mit elastischen Elementen wie der Torsionswelle und dem Stoßdämpfer zusammen, um die Fahrzeugkarosserie und das Straßenrad elastisch zu stützen [1]. Der Ausgleichsbogen kann eine große Menge an Aufprallenergie, die durch die Auf--und-Abwärtsbewegung des Straßenrads erzeugt wird, auf die Torsionswelle übertragen, Vibrationsenergie puffern und absorbieren, die Aufprallkraft auf die Fahrzeugkarosserie reduzieren, den Fahrgastkomfort verbessern, Komponentenschäden reduzieren und die Stabilität und Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs beim Fahren auf unebenen Straßen gewährleisten [2]. Die allgemeine Ausgleichswinkelbaugruppe umfasst eine Keilwelle, einen Ausgleichswinkel und eine Laufradwelle. Der Z-förmige Balance-Ellenbogen ist ein integrierter Balance-Ellenbogen, der alle drei Komponenten vereint. Der integrierte Ausgleichskrümmer zeichnet sich durch hohe Manövrierfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit und geringes Gewicht aus und wird häufig in modernen Spezialfahrzeugen eingesetzt [3]. 02
Analyse der Struktur und Bearbeitungsherausforderungen des Z-förmigen Ausgleichsbogens
Die Z--förmige Balance-Ellenbogenstruktur, wie in Abbildung 1 dargestellt, ist eine unregelmäßig geformte exzentrische Struktur. Es ist groß und schwer und erfordert einen hohen Materialabtrag, eine hohe Maß- und Positionsgenauigkeit sowie einen langen Bearbeitungszyklus mit zahlreichen Prozessen. Es umfasst verschiedene Geräte und Gewerke, darunter Horizontalbohrmaschinen, CNC-Drehmaschinen, Bearbeitungszentren, Räummaschinen und Drahterodiermaschinen. Bei der vorherigen Produktion traten in jedem Prozessschritt zahlreiche Probleme auf, wie z. B. Abweichungen von den Toleranzabmessungen des Außenkreises der Welle, Fehlausrichtung zwischen dem Keilwellenloch und dem Außenkreis, Nicht{7}}Parallelität zwischen den Achsen der großen Welle (Keilwelle) und der kleinen Welle (Lastradwelle), minderwertige Oberflächenrauheit, unausgewogene Prozesszykluszeit und geringe Bearbeitungseffizienz, was die Produktqualität und den Lieferplan erheblich beeinträchtigte.
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Prozessschema
Z--förmiger Ausgleichskrümmer-Bearbeitungsprozess: Vorbohren der Endfläche und des Innenlochs → Grobdrehen der großen Welle → Vordrehen der kleinen Welle → Fertigbohren der Endfläche und des Innenlochs → Fertigdrehen der großen Welle → Fertigdrehen der kleinen Welle → Fräsen der Außenform und Bohren → Räumen (Drahterodieren von Keilwellen). Der Produktrohling ist ein Gesenkschmiedestück. Beim Schruppen und Schlichten der großen und kleinen Wellen ist eine spezielle Drehvorrichtung mit Gegengewichten erforderlich. Diese Vorrichtung gleicht die während der Werkstückrotation erzeugte Zentrifugalkraft aus, reduziert dadurch Vibrationen und erhöht die Spindelgeschwindigkeit, wodurch die Genauigkeit der Produktbearbeitung und die Schnittgeschwindigkeit effektiv verbessert werden.
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Bearbeitungsprozess
(1) Grobbohren von Stirnflächen und Innenlöchern: Es wird eine CNC-Horizontalbohrmaschine verwendet. Auf jeder Seite wird ein Aufmaß von 2 mm sowohl für die Endflächen als auch für die Innenlöcher gelassen. Die Hauptfunktion dieses Prozesses besteht darin, schnell eine große Menge Material zu entfernen und prozesszentrierte Löcher für die roh{4}bearbeiteten Außendurchmesser der großen und kleinen Wellen zu erzeugen. Die CNC-Horizontalbohrmaschine verfügt über einen um 360 Grad drehbaren Arbeitstisch, der eine universelle Bearbeitung in der XOY-Ebene in einer Aufspannung ermöglicht. Es kann vier Endflächen und Innenlöcher gleichzeitig bearbeiten und stellt so sicher, dass die Prozessmittellöcher an beiden Enden der großen und kleinen Welle koaxial sind und dass die Mittellinien der großen und kleinen Welle parallel sind. Das Rohbohren der Endflächen und Innenlöcher ist in Abbildung 2 dargestellt, wobei die dicke durchgezogene Linie die bearbeitete Oberfläche darstellt.
Abbildung 2. Grobes Bohren der Stirnfläche und des Innenlochs
(2) Grobdrehen der großen Welle: Die Bearbeitung erfolgt auf einer CNC-Drehmaschine mit einem Aufmaß von 1,5 mm auf jeder Seite des Außendurchmessers. Die Hauptfunktion dieses Prozesses besteht darin, schnell eine große Menge Material abzutragen und eine Prozessreferenz für das Fertigbohren der Stirnfläche und des Innenlochs zu schaffen. Da sich der Schwerpunkt des Z--förmigen Ausgleichskniestücks beim Drehen vom Drehmittelpunkt verschiebt, ist eine spezielle Drehmaschinenvorrichtung mit Gegengewichten erforderlich, um die Zentrifugalkraft auszugleichen, Vibrationen zu reduzieren und die Spindelgeschwindigkeit zu erhöhen. Das grobe Drehen der großen Welle ist in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3. Grobes Drehen der großen Welle
(3) Grobdrehen der kleinen Welle: Die Bearbeitung erfolgt auf einer CNC-Drehmaschine mit einem Aufmaß von 1,5 mm auf jeder Seite des Außendurchmessers und der Endfläche. Die Hauptfunktion dieses Prozesses besteht darin, schnell eine große Menge Material abzutragen und Bearbeitungsspannungen abzubauen. Das Vordrehen der kleinen Welle ist in Abbildung 4 dargestellt. Nach dem Vordrehen haben die große und die kleine Welle gleichmäßige Außendurchmesser. Die AV--förmige Klemme wird für eine stabilere Endbearbeitung beim Fertigbohren verwendet.
Abbildung 4. Grobes Drehen der kleinen Welle
(4) Fertigbohren der Stirnfläche und des Innenlochs: Dies erfolgt mit einer CNC-Horizontalbohrmaschine, wobei das Grobdrehen des Außendurchmessers der großen Welle als Prozessbezugspunkt und Spannbezugspunkt dient. Die Hauptfunktion dieses Prozesses besteht darin, die vier Endflächen und das Innenloch des Produkts auf die fertige Größe zu bearbeiten, um Maßgenauigkeit und Oberflächenrauheit sicherzustellen und gleichzeitig eine Fase für das Fertigdrehen der Außendurchmesser der großen und kleinen Wellen zu erzeugen. Das Fertigbohren der Stirnfläche und des Innenlochs ist in Abbildung 5 dargestellt, wobei die dicke durchgezogene Linie die in diesem Prozess bearbeitete Oberfläche darstellt.
Abbildung 5. Endbearbeitung der Endfläche und des Innenlochs
(5) Fertigdrehen der großen Welle: Dies erfolgt mit einer CNC-Drehmaschine, wobei der Außendurchmesser auf das fertige Maß bearbeitet wird, um Maßgenauigkeit, geometrische Genauigkeit und Oberflächenrauheit sicherzustellen. Bei diesem Verfahren wird die beim Fertigbohren des Innenlochs erzeugte Fase als Spannbezugspunkt verwendet, um die Koaxialität von Außendurchmesser und Innenloch der großen Welle sicherzustellen. Das Fertigdrehen der großen Welle ist in Abbildung 6 dargestellt.
Abbildung 6. Präzisionsdrehen der Hauptwelle
(6) Präzisionsdrehen der kleinen Welle: Mit einer CNC-Drehmaschine wird der Außendurchmesser auf das fertige Maß bearbeitet, um Maßgenauigkeit, geometrische Genauigkeit und Oberflächenrauheit zu gewährleisten. Bei diesem Verfahren wird die beim Präzisionsbohren des Innenlochs erzeugte Fase als Spann- und Positionierungsreferenz verwendet, um die Koaxialität des Außendurchmessers der kleinen Welle und des Innenlochs sowie die Parallelität der Mittellinien der kleinen Welle und der Hauptwelle sicherzustellen. Das Präzisionsdrehen der kleinen Welle ist in Abbildung 7 dargestellt.
Abbildung 7. Präzisionsdrehen der kleinen Welle
(7) Außenform fräsen und bohren: Mit einem vertikalen Bearbeitungszentrum wird die Außenform des Produkts in die gewünschte Position bearbeitet und Dübellöcher gebohrt. Das Fräsen der Außenform und das Bohren ist in Abbildung 8 dargestellt, wobei die dicken durchgezogenen Linien die in diesem Prozess bearbeiteten Flächen darstellen.
Abbildung 8. Außenform fräsen und bohren
(8) Räumen des Keilprofils (Drahterodieren des Keilprofils): Wenn die Produktcharge groß ist, wird dieser Vorgang im Allgemeinen mit einer Räummaschine mit Räumwerkzeug durchgeführt, um die Produktionseffizienz und die Konsistenz der Lochabmessungen des Keilprofils sicherzustellen. Wenn keine Räumnadel verfügbar ist und die Losgröße klein ist, kann dieser Vorgang mit einer Drahterodiermaschine durchgeführt werden. Der Außendurchmesser der Hauptwelle dient als Klemm- und Positionierungsreferenz und stellt die Koaxialität des Keilwellenlochs mit dem Außendurchmesser der Hauptwelle sicher. Der geräumte Spline (Draht-EDM-Spline) ist in Abbildung 9 dargestellt, wobei die dicke durchgezogene Linie die in diesem Prozess bearbeitete Oberfläche darstellt.
Abbildung 9: Gefräster Spline (Draht--EDM-Spline)
Zu diesem Zeitpunkt hat das Z-förmige Ausgleichsbogenprodukt alle Bearbeitungsprozesse abgeschlossen. Nachfolgende Prozesse umfassen die Fehlererkennung und Oberflächenbehandlung.
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Spezielle Drehmaschinenvorrichtung
Die spezielle Drehmaschinenvorrichtung umfasst Komponenten wie Flansch, Chassis, Stützkörper, Mitte, Gegengewicht und Befestigungsschrauben [4, 5].
Der Flansch dient als Verbindungselement zwischen Drehmaschine und Vorrichtung. Im Allgemeinen wird ein Standardflansch verwendet. Ein Ende ist über ein konisches Loch mit der CNC-Drehmaschinenspindel verbunden und das andere Ende ist über einen Positionierungsvorsprung mit dem Chassis verbunden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Drehzentrum der Drehmaschinenvorrichtung mit der Drehmaschinenspindel ausgerichtet ist.
Das Chassis, das als Basis der Drehbankvorrichtung dient, verfügt über eine längliche kreisförmige Nut. Daran sind ein Stützkörper und zwei Gegengewichte befestigt. Diese Dreipunkt-Massenverteilung sorgt für eine gleichmäßigere Werkstückrotation während der Bearbeitung, reduziert Vibrationen und verbessert die äußere Zylindergenauigkeit und Oberflächenqualität des Produkts.
Der mit dem Chassis verschweißte Trägerkörper verfügt außerdem über eine längliche kreisförmige Nut, deren Abmessungen denen der Nut des Chassis entsprechen. Diese Nut dient zwei Zwecken: Reduzierung des Gesamtgewichts der Drehmaschinenhalterung und Vermeidung von Interferenzen zwischen der nicht-Bearbeitungsachse des Z-förmigen Ausgleichswinkelstücks und der Drehmaschinenhalterung. An beiden Enden der Nut befinden sich mehrere Sätze Befestigungsschrauben, um die nicht-Bearbeitungsachse des Z-förmigen Ausgleichswinkelstücks zu sichern. Das längliche kreisförmige Rillendesign ermöglicht die Bearbeitung von Z-förmigen Ausgleichsbögen verschiedener Größen und Modelle mit dieser Drehmaschinenvorrichtung und ermöglicht so eine vielseitige Funktionalität.
Das Zentrum und der Positionierungsanschlag des Stützkörpers werden zusammengefügt und mit dem Stützkörper verschweißt. Während der Bearbeitung stützen die Spitze und die Reitstockspitze der Drehmaschine jeweils die beiden Enden der Bearbeitungsachse des Z-förmigen Ausgleichswinkelstücks ab, wodurch eine doppelte Mittenklemmkonfiguration erreicht wird. Um sicherzustellen, dass die Oberfläche des Positionierungskegels des Zentrums koaxial zur Spindel der Drehmaschine ist, muss die Oberfläche des Positionierungskegels des Zentrums nach dem Zusammenschweißen der Drehmaschinenvorrichtung auf einer Drehmaschine präzisionsbearbeitet werden. Das Gegengewicht besteht aus mehreren fächerförmigen Gegengewichtsplatten. Die Anzahl der Gegengewichtsplatten kann angepasst werden, um die Zentrifugalkraft auszugleichen, die bei der Bearbeitung verschiedener Modelle von Z--förmigen Ausgleichsbögen entsteht. Die beiden Gegengewichte sind gleichmäßig im 120-Grad-Winkel zum Schwerpunkt des Trägers verteilt und sorgen so für ein besseres dynamisches Gleichgewicht bei der Produktbearbeitung.
Um die Bearbeitung von Z--förmigen Ausgleichsbögen unterschiedlicher Größe zu ermöglichen, werden auf beiden Seiten der langen ovalen Nut des Stützkörpers mehrere Sätze Befestigungsschrauben installiert. Die Klemmpositionen der Befestigungsschrauben sind in Abbildung 10 dargestellt. Die Mittellinie jedes Befestigungsschraubensatzes liegt höher als der Abstand H zwischen dem äußeren Kreismittelpunkt und der unbearbeiteten Achse des Z-förmigen Ausgleichsbogens. Diese Klemmmethode stellt sicher, dass die Klemmkraft der Befestigungsschrauben am Z--förmigen Ausgleichswinkel der Zentrifugalkraft entgegengesetzt ist, wodurch die Zentrifugalkraft, die beim Drehen des Werkstücks entsteht, effektiv reduziert wird. Die Spannzustände für die Bearbeitung von kleinen Wellen und großen Wellen sind in den Abbildungen 11 bzw. 12 dargestellt.
Abbildung 10. Schematische Darstellung der Klemmposition der Befestigungsschraube
Abbildung 11. Spannzustand bei der Bearbeitung der kleinen Welle
Abbildung 12. Spannzustand bei der Bearbeitung der großen Welle
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Überprüfung der Bearbeitungsergebnisse
Derzeit werden dieser Z--förmige Bearbeitungsprozess für Ausgleichsbögen und die spezielle Drehvorrichtung seit über einem Jahr in der Produktionslinie eingesetzt. Mehrere Modelle und große Chargen von Z--förmigen Ausgleichsbogenprodukten werden mit diesem Verfahren bearbeitet, was zu einer stabilen und zuverlässigen Produktqualität und einer deutlich verbesserten Bearbeitungseffizienz führt. Dadurch wird die Machbarkeit und Wirksamkeit des Prozesses und der speziellen Drehmaschinenvorrichtung vollständig bestätigt. Ein Foto einiger Bearbeitungsschritte des Z--förmigen Ausgleichsbogens ist in Abbildung 13 dargestellt.
a) Grobes Bohren der Stirnfläche und des Innenlochs
b) Grobes Drehen der Hauptwelle
c) Fertigbohren der Stirnfläche und des Innenlochs
Abbildung 13: Aktuelle Fotos des Bearbeitungsprozesses des Z--förmigen Ausgleichsbogens
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Abschluss
Der in diesem Dokument vorgeschlagene Bearbeitungsprozess und die spezielle Drehvorrichtung für den Z--förmigen Ausgleichsbogen sind auf die Bearbeitung verschiedener Modelle von Z--förmigen Ausgleichsbogenprodukten anwendbar, unabhängig vom Produktmaterial oder Rohlingstyp. Es bietet einen vollständigen Prozess- und Spannansatz für diese Art von Produkt und löst die Probleme hoher Bearbeitungsschwierigkeiten, Unfähigkeit zum Spannen, instabiler Produktqualität und geringer Bearbeitungseffizienz, die durch die unregelmäßige exzentrische Struktur, die große Größe, das hohe Gewicht und die hohen Präzisionsanforderungen des Z--förmigen Ausgleichswinkelstücks verursacht werden. Die Überprüfung vor Ort zeigt, dass dieser Bearbeitungsprozess sicherstellen kann, dass die Z--förmigen Ausgleichsbogenprodukte die Anforderungen an die Konstruktionsgenauigkeit erfüllen, Bearbeitungsschwierigkeiten reduzieren und die Produktqualität und die Bearbeitungseffizienz verbessern.
