避障车轮异形薄壁件加工工艺研究

避障车轮异形薄壁件加工工艺研究

本手册所称抗障车以重力量为动力，抗障车的设计实现了真正意义上的动能转化。凭借避障车重力机构的自然下垂为动力，使避障车匀速、平稳及自主导向的行驶，该避障车主要由重力组件、车架、转向结构、转向轮结构以及车轮组件装配而成，如图1为避障车实体图，其中主动轮是避障车运动的重要组成部分，直接决定避障车能否顺利行进和稳定性、精确性，为了保障避障车的正常行驶，要求主动轮具有材料性能好、尺寸精度高等特性。由于主动轮属于薄壁盘类零件，加工难度高、工艺复杂、易变形数控超高压水射流是将普通的水增压到100～400MPa,然后通过孔径为0.1～1mm的宝石喷嘴喷射出600～900m/s的高速水射流，利用这束高速水射流并加入少量金刚石砂粒对工件进行切割加工，水射流主要应用于：非金属材料加工(石材、肉类、橡胶、皮革、布、陶瓷和复合材料等),金属材料的加工(钢、铝、铜等)。1薄盘类零件加工难、难加工设计与施工避障车主动轮的图纸如图2、图3所示。从图纸可以看出该零件属于薄壁盘类零件，成品后的零件厚度只有2.5mm,其中包含异型孔、小孔、外圆以及弧度等加工要素，因此该零件加工难度较大，加工方法的选择、夹具的设计与制作、切削参数及刀具的选择至关重要2工艺方案的制定工艺方案是零件加工质量得以保障的关键，工艺方案的正确合理选择，对零件的加工起到主导作用3加工工艺3.1技术分析1零件加工工艺分析如图2零件图所示，零件材料为LY6061硬铝，毛坯尺寸为150mm×150mm×3mm的板材，从图纸可以看出该零件属于薄壁盘类零件，成品后的零件厚度仅有2.5mm,结构包含异形孔、小孔、外圆轮廓以及锥度等加工要素，零件整体厚度较薄、加工难度大、装夹难度大，为了保证零件在加工中不变形和质量要求，采用数控超高压水射流与数控加工相结合的加工工艺方案，利用设计制作的专用夹具保障零件装夹的安全可靠性，如图4～图6加工图所示。2尺寸配比及表面粗糙度根据零件的性能要求，尺寸精度控制主要在孔ϕ15mm、外圆ϕ135mm、3-ϕ4mm孔位置及厚度2.5mm等加工要素，孔ϕ15mm与避障车主轴装配使用，因此尺寸公差控制在0.02mm之内、与外圆轮廓ϕ135mm同轴度为0.03mm、表面粗糙度为Ra1.6μm,外圆ϕ135mm是主动轮的外轮廓，要保证外轮廓的圆度公差达到0.02mm以内从而减少外轮廓与地面的摩擦力，孔3-ϕ4mm主要用于装配时做定位孔，所以孔位置的公差要求为ϕ0.02mm,主动轮厚度2.5mm主要控制其平行度在0.03mm以内，以此保证主动轮不产生变形扭曲，其余表面粗糙度为Ra3.2μm。3.2装夹方法的确定毛坯为板材，先采用压板固定在数控超高压水射流机床工作台上进行零件形状的切割，再采用反爪式三爪自定心卡盘夹持零件外圆轮廓进行粗精车端面及镗孔加工，如图5所示夹持方法，最后使用自制的专用夹具以精加工后的端面和内孔为定位基准，采用顶尖和夹具夹紧的方式装夹零件，从而完成外圆轮廓的粗精加工，如图6所示夹持方法。3.3粗加工工序加工工艺路线的确定必须保证零件尺寸精度、位置精度和形状精度等技术要求，并应根据生产批量、结构工艺性、关键表面、结构特点等因素制定，依据零件的批量为小批量，所以需要工序集中提高生产效率，其加工工序：水射流粗加工零件轮廓—数控车粗精车内外轮廓及端面—钳工扩孔。3.4控超高压水射流工序加工内容(1)根据“先粗后精”工艺安排原则以及零件加工工艺要求，制定加工工序，如表2、表3所示。数控超高压水射流工序加工内容：轮廓粗加工，主要工艺参数：水压300MPa、水和磨料的配比32%、切割速度8mm/s,刀具技术参数：喷嘴直径1mm、磨料规格名称80目金刚砂。(2)根据加工工艺要求，选择外圆粗精车刀、粗精镗孔车刀以及扩孔刀加工零件，具体刀具选择如表4所示。4工艺方案与设备的应用重力势能驱动下避障车仅凭借避障车重力机构的自然下垂为动力，使避障车匀速、平稳及自主导向的行驶。其对避障车主要零部件的加工要求极为严格，主动轮作为避障车最重要的一支“脚”,其结构属于薄壁盘类零件，加工难度高、工艺性复杂、易变形、装夹难度大，因此经过反复研究与试验，笔者制定出以数控超高压水射流技术与数控加工相结合的加工工艺方案，结合自行设计制作的专用夹具，解决了避障车主动轮在加工时变形、尺寸精度难以保证、装夹难度大等问题，显著提高了零件加工质量、加工效率以及减少材料的浪费。同时极大地提高了车轮的稳定性和传动效率，为避障车的正常行驶起到了至关重要的作用，经过多次大型比赛验证，装配使用此方法加工的避障车先后获得第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛陕西省选拔赛一等奖，获得第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛三等奖。(1)使用组合压板压紧毛坯，采用数控超高压水射流对尺寸(2)使用