刹车盘的数控加工.doc

山东技师学院山东技师学院数控加工技术毕业论文汽车刹车盘的数控加工班级：技师数控086指导老师：李悉设计者：耿振 2012年09月15日刹车盘简介：刹车盘目前有盘刹和鼓刹，老一些的车很多都是前盘后鼓的。现在的车很多前后都是盘刹的。因为盘刹较鼓刹的散热好，在高速制动状态下，不容易产生热衰退，所以其高速制动效果好。但在低速冷闸时，制动效果不如鼓刹。价格比鼓刹贵。所以现在很多中高级轿车采用全盘刹，而普通轿车采用前盘后鼓，而相对低速，且需要制动力大的卡车、巴士，仍采用鼓刹。英文中刹车盘通常是用：BRAKE DISC 或BRAKE ROTORS 表示，刹车鼓用：BRAKE DRUM 表示。另外在我国南方刹车盘还被称为刹车碟、制动碟。其实，都是指一种东西刹车盘的结构盘式刹车片(碟)分为实心盘（单片盘）和风道盘（双片盘）。实心盘式我们比较容易理解，说白了，就是实心的。风道盘（Vented Disc），顾名思义具有透风功效。从外表看，它在圆周上有许多通向圆心的洞空，称为风道。汽车在行使中通过风道处空气对流，达到散热的目的的，比实心式散热效果要好许多。现在大部分轿车都是前驱，前盘使用频率计磨损较大，故采用前风道盘，后实心盘（单片盘）。当然也有前后都是风道盘的，但制造成本并不会差的离谱。 1. 划线能够扫除刹车盘上因与刹车皮摩擦产生的灰尘，并通过划线槽最终散到空气中，从而避免了因有灰尘产生的滚动摩擦，增加了刹车盘与刹车皮之间的摩擦力；2.打孔和划线都物理造成了盘表面的不平整，从而在一定程度上提高了刹车摩擦效果。3.打孔和划线通过表面不平整，造成了盘体表面的空气绕流，加强了散热效率，避免热量集结，影响刹车效果，也使热量不至于过多通过轮圈传递到轮胎上，造成高温爆胎的危险。4.打孔划线盘在雨天行驶时，由于表面不平整，可以有效避免产生水膜润滑效果，使刹车效果减弱，在晴天行驶一样可以减轻空气产生的气膜，从而提高刹车效果。5.不需要改装其他任何零件,有效的增加刹车的摩擦,缩短刹车距离。2. 鼓式刹车有一形状类似铃鼓的铸铁件，称为刹车鼓，它与轮胎固定并同速转动。盘式刹车具有较佳的反应性及稳定性，散热性较佳，更换简便等优点。鼓式刹车的成本较低、绝对制动力更高，被较多地运用在小型轿车的后轮。 但其磨耗率较高，因此同时整体成本较高。刹车盘的生产加工：精加工图1.1所示基准A面及上下制动面，要满足产品要求三个平面必须一次装夹在同一工序内完成加工，并且要采用图1.2所示专用刀夹和卡爪，同时精车上下制动面。这样加工并不完全是提高加工效率，更主要的是为了满足产品“两制动面一周厚度变化不大于0.0127mm”的质量要求。虽然数控车可以采用两把刀具通过程序控制分别加工。图1.1 某制动盘图1.2 专用刀夹和卡爪上下制动面受主轴的摆差、加工变形等因素的影响，很难满足上述要求，只能采用“同时”加工，将系统的误差“同时”反映在上下制动面上才能满足产品的质量要求。两把刀加工完毕后不能直接退刀，否则，将在制动面上留下退刀痕迹。因此，下面一把刀必须具备向下“让刀”动作，然后机床程序控制刀塔上移，使上面的刀具“让刀”后两把刀一起快退，最后，下面一把刀必须向上“复位”，以保证上下制动面尺寸。这样，数控车要配备专用“液压双面刀架”。 尽管数控车加工精度高、加工灵活，在进行工艺设计时仍要根据产品特点仔细分析，没有正确的工艺设计，再先进的设备也发挥不了它的价值。 工装设计 数控车床的主要装夹工具是卡盘，设计使用时应重点考虑卡盘的定心精度，避免工件夹紧变形和抬起现象。 1、保证定心精度的方法 当加工面与装夹面有较高的同轴度要求时，卡盘的卡爪一般要在设备本身经过“自车”来保证定位面与主轴轴线同心度。“自车”时应尽量模拟在加工状态下自车：例如“自车”正爪时，应在卡爪行程的中间位置卡紧一个辅具（如图1.3），并且“自车”时的油缸压力应与正常工作时压力一致。图1.3 自车卡爪图1.4 某发动机用飞轮卡爪“自车”后的圆弧面直径应与工件的卡紧外圆直径尽量一致。同样，“自车”反爪时，最好涨紧一个辅具。 2、保证端面跳动精度的方法 工件的轴向定位支撑可以通过调整或“自车”来保证定位点“共面”。但是传统结构的三爪卡盘，卡爪要在卡爪座内移动，必然要存在一定的滑动间隙。在夹紧过程中，不可避免的会产生 。 工件“抬起”现象。当工件要求加工面与定位面之间有较严的跳动要求时，统结构的三爪卡盘是很难保证装夹精度的。图1.4是某发动机用飞轮，为保证内孔、外圆的同轴度要求必须将它们安排在同一道工序内完成（大平面向上装夹）。可是工件翻面加工A面时，要保证图示跳动要求，加工时必须保证工件的定位面紧贴卡盘的轴向定位面。若采用传统结构的三爪盘装夹很难满足加工要求。因此，应采用带有“向下拉力”的卡盘，工件夹紧时，有一个向下的分力将工件紧贴定位面。另外，卡盘作为数控车床的关键部件，要按说明书指定的方法，按时润滑及拆解清洗，防止鉄屑加剧滑动面的磨损。设备选择意见 1、机床结构的选择 (1) 卧式“简易数控车床”（如图1.5）。这种机床采用平床身的布局，机床的制造工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的运动精度。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。该设备的主要特点是具备两轴联动功能并且设备价格便宜。但是之所以称其为“简易数控车床”是因为它的主轴不能无级调速、刀架装刀数量较少、快移速度慢、无自动排屑机构，床身整体结构比数控卧式车床的刚性差、加工精度低。但是该设备经过多年改进，技术成熟、运转稳定，加工精度可达IT7IT8，可用于零件的粗加工、半精加工和简单的型面加工。图1.5 卧式简易数控车床(2) 卧式数控车床（如图1.6）。这类机床结构一般有斜床身结构和平床身斜滑板结构两种布局。导轨倾斜的角度小，排屑不便；倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。其倾斜角度的大小还直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑以上因素，中小规格的数控车床，其床身的倾斜度以60为宜。其中平床身斜滑板结构。图1.6 卧式数控车床一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床又具有斜床身结构宽度方向的尺寸小、排屑方便、机床占地面积小，外形美观，容易实现封闭式保护等优点。这两种布局形式被中、小型数控车床所普遍采用。在选择时，整体斜床身结构的刚性略高于平床身斜滑板结构，设备价格也略高一些。当存在重切削加工内容时最好选用整体斜床身结构。卧式数控车床比较适宜轴类零件及直径较小（300mm）重量较轻（10kg）的盘类零件的加工。 (3) 立式数控车床。与卧式数控车床最大的区别是主轴与水平方向垂直，适宜直径较大、较重的盘类、轮毂类工件，工件装卸方便、定位可靠，便于组成加工自动线。另外德国埃马克公司研制的倒置式数控车，是对传统结构的一种革新，它更有利于组成自动线，实现自动上下料。但是此类设备价格较高，一般轿车用的盘类零件由于批量大、直径小比较适宜选用。 2、刀塔结构的选择 图1.7为立式刀塔，该结构刀具的安装数量较多，适宜加工工件高度不高盘类零件。若加工类似轮毂这样需要镗深孔的工件，则适宜选择图1. 8示的卧式刀塔，因为刀具悬深较长，选择立式刀塔，刀具的干涉半径较小，装刀的数量将受到限制。为避免干涉，实际装刀数量将减少。图1.7 立式刀塔图1.8 卧式刀塔另外在转位方式上有电动和液压两种方式。电动刀塔换刀快捷并且故障低、维修方便，但价格略高。 由于数控立车的投资比较大，在选择时，要广泛调研，结合加工工件特点及成本投入综合考虑。在选择数控系统时，应根据加工工件的复杂程度、工厂的应用习惯综合进行考虑。目前国产控制系统在一般加工应用中也很成熟和稳定。刹车盘加工工艺：根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用数控车床、通用转床配以专用工卡检具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：方案一：工序一：以散热卡槽为粗基准粗车刹车盘的大端面，内圆面及内外圆倒角。采用CA6150卧式车床加工。 工序二：以刹车盘大端面为基准粗车零件小端面、装配孔及外圆面及所要求倒角。采用CA6150卧式车床加工。 工序三：再次以散热卡槽为粗基准半精车刹车盘的大端面，内圆面及内外圆倒角。为了提高精度和提高效率，此序采用CAk6150N卧式数控车床加工。 工序四：再以三序刹车盘大端面为基准半精车零件小端面、装配孔及外圆面及所要求倒角。采用CA6150卧式车床加工。 工序五：以大端面为水平基准，小端面内孔为定位基准，转削凸圆面的4个定位装配孔。采用Z3040转床。工序六：以小端面内孔壁厚为定位精基准，对工件大外圆两平行端面进行磨削精加工。采用改装后的砂轮CAK6150N进行加工。根据工序方案制定出详细的工序划分如下所示：毛坯为精铸件，清理后，退火处理，以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，在毛坯车间车削去浇冒口，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。根据工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。见附表：机械加工工艺过程卡；附表；机械加工工序卡。（三）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定。1 .毛坯尺寸的确定，画毛坯图。 刹车盘材料为HT230。由于产品的精度要求不高，生产纲领为中批生产，所以毛坯选用砂型铸造。毛坯铸出后进行退火处理，以消除铸件在铸造过程中产生的内应力。由文献（1）表2-2，该种铸件的尺寸公差等级为IT9级。由文献（1）表2-2，可查出铸件主要尺寸的公差，现将主要毛坯尺寸及公差所示：主要面尺寸零件尺寸总余量公差IT主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差IT62.5两端面852+29内孔625458.59底面3029由此，可绘出其零件的毛坯图（见附图2） 2.粗车刹车盘的两端面面 两端面由粗车和精车两次加工完成，采用6换多次使用圆弧车刀（高速钢）。 刀具：YG6硬质合金圆弧右偏车刀。由于车刀在工作时，是断续切削，背吃刀量大，刀齿受很大的机械冲击，在选择几何角度时，应保证刀齿具有足够的强度。由金属切削原理与刀具可取-10 =60 =10。 加工要求： 粗车刹车盘的两端面。a) 确定加工余量由毛坯图可知：总加工余量为2mm，文献表8-30可知精加工余量为1mm，由于两脚底面较小，根据实际情况，调整为0.2mm，故其粗加工余量为(2-0.2)=1.8mm。 b）确定进给量 由切削加工简明实用手册表8-95 ，取每分钟进给量为0.2mm/min,取精加工每齿的进给量为1.5mm/min.粗车走刀一次ap=1.8mm，精车走刀一次ap= 0.2mm。c)计算切削用量 由表8-56，取粗车、精车的主轴转速分别为150r/min 和300r/min，由前面选择的刀具圆弧R0.2mm，以及工件直径确定相应的切削速度分别为：V =dn/1000= =56.52m/min V=dn/1000=m/min=113m/min d) 校核该机床功率（只需校核粗加工即可）。 由文献表2.4-96得切削功率为P=92.4x10-5ZnK 取Z=16 n=2.5r/s =10mm =0.2mm =1.8mm 而K=KKF2 由文献表2.4-94可知K=1 KF2=1 故K=1 故=92.4xxxxx1.8x16x2.5x1=0.35KW 其所消耗量功率远小于机床功率，故可用。3.两端面的加工两端面的加工由车削来完成，此时，刀具：YG6硬质合金端车刀，刀具不变，机床不变。工序单边总余量由毛坯图与零件图可知为mm，由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端车，以提高进给量提高加工效率。由表8-95可得：=2mm f=2mm/r 由文献表8-56可得n=600r/min 则就可确定相应的切削的速度：故V=226.08m/min4.钻定位孔孔该孔可选由高速钢钻头钻出定位孔后，为了装配方便，再由锪钻钻出倒角。由文献表8-81得锪孔时的倒角余量为1.5mm，根据实际情况可取为2mm,故锪孔的角度为90。由文献表8-69,锪孔的进给量在不破坏精度的情况下自行确定。由文献表8-71求得钻孔时的切削速度v=0.35m/s=21m/min由此算出转速为：n=668.8r/min按钻床的实际转速取n=600r/min，则实际切削速度为：v=dn/1000=21.