針對偏薄型制動盤摩擦面精車存在的問題對車床的改進
2020-5-19 來源：龍泉青瓷寶劍技師學院 景寧畬族自治縣縣 作者：葉孟軍 潘瑋
摘要：論文淺析了偏薄型制動盤在精車兩邊摩擦面時存在的一些精度控制、生產效率等問題，同時根據偏薄型制動盤的技術要求，提出工藝改進，并對標準車床某些部件進行相應的改進，從而解決精度控制難題，提高生產效率。
關鍵詞：制動盤；精車；車床；改進；精度；效率
1 、引言
汽車零配件作為汽車的重要組成部分，是汽車產業發展的基礎。隨著我國經濟和社會的發展，汽車消費特別是轎車消費日益大眾化，汽車配件行業也飛速發展起來，汽配行業在機械行業和國民經濟中站了很重要的地位，這就同時給機床行業帶來了極大的發展機遇。汽配零件的批量都很大，然而一般機床企業量產的標準型機床適用范圍廣泛，不只針對某類零件而設計。因此為了保證加工質量和提高生產效率，對現有的標準型機床進行某部件的小改進，以主動去適應汽配中某類零件的加工，從而提高加工精度及生產效益，對提高機床企業的行業競爭力及成本控制意義非凡。
汽車制動盤就是汽車零配件的一種，是汽車中十分重要的一個零件。汽車運行時制動盤跟著輪轂高速轉動，剎車時利用制動盤與摩擦材料的摩擦，使汽車減速或停止運動。日常汽車運行時，剎車動作非常頻繁，如果不加工好制動盤的兩個摩擦面，那么摩擦材料的損耗將會很大，剎車效果也必將受到影響，安全問題等都將不能保證。因此，制動盤的加工質量控制必須達到要求。
2、 偏薄型制動盤摩擦面精車時存在的問題
2.1 制動盤類零件的技術要求
大部分汽車制動盤形式均在 A、D 兩基準面中有一面為定位安裝面，B 基準圓柱軸心即為制動盤旋轉軸心，而 C 基準有時候可做加工工藝基準。
偏薄類制動盤，兩摩擦面厚度尺寸 H 為 10mm 以下，而車削跨度尺寸 L 則有 40～50mm。要求偏高的制動盤，P、Q 兩摩擦面的平面度要求在 0.01mm 以下，對 A、B 安裝基準的跳動也均在 0.01mm 以下，且厚度尺寸 L 在同一徑向上的偏差不得大于 0.01mm，在同一圓周方向上的偏差不大于 0.003mm。
2.2 標準型車床精車偏薄型制動盤摩擦面時存在的問題
對應于一般的標準型車床，精車此類零件，假設 A 基準面為安裝面，則一般是先將零件粗車、半精車完成，只將兩摩擦面（P 面、Q 面）、一安裝面（A 基準面）和一安裝定位孔（B 基準孔）單面 0.5mm 左右的余量留給精車。具體工藝為：靠實 D 基準面，撐 ΦC 內孔定位，精車各面，要求兩摩擦面、安裝基準面及安裝定位孔一次裝夾車出，對上述如此高的精度要求，在現有標準型車床上精車兩摩擦面時，會因為零件本身剛性問題，而很難達到所需的精度。當車刀車削 P 面時，有一軸向力 F，對于偏薄類制動盤，軸向力 F 足以引起影響制動盤精度的軸向形變量，而車削靠近圓周外側時的變形量最大，車削靠軸線側時變形量較小，從而導致 P 面的平面度、對安裝基準的跳動、厚度尺寸在同一徑向上的跳動和在同一圓周方向上的偏差，將很難達到要求的精度。同樣，車削 Q 面時，精度也難以保證。厚度尺寸 H 越小，車削跨度尺寸 L 越長，精度影響也將越大。
3 、工藝改進及對應加工設備的改進
3.1 對工藝中存在的問題進行改進
針對偏薄型制動盤精車 P、Q 兩面時容易引起變形的問題：車削 P 面，有軸向力 F 而引起制動盤向 Q 面方向讓刀；而車削Q 面時，有軸向力 F′而引起制動盤向 P 面方向讓刀。當左右面車削深度相近時，F≈F′，且方向相反。要是兩邊同時車削，剛好可以抵消。因此考慮精車工藝改動，要求 P 面和 Q 面在同一圓周上同時進行車削，其余不變即可。為保證同時切削的深度相同，即要求兩面的余量要相同，只需在半精車時，控制同一批零件 P、Q 兩面對 D 基準面的尺寸控制在一定的公差范圍內即可。
3.2 對標準車床進行改進以適應新加工工藝的需求
3.2.1 分析新工藝對設備功能的需求及解決方法
①新工藝要求：P 面和 Q 面在同一圓周上同時進行切削。即兩把車刀同時對 P、Q 進行切削。考慮將標準車床刀架改為特制刀架，裝兩把刀同時切削。②退刀問題：從 A 點車削至 B
點完成車削，如果不讓刀而直接退刀回 A 點，將會導致車刀刀尖對兩摩擦面拉傷，或者出現螺旋刀痕，對摩擦面會造成破壞。因此，退刀之前，應該先將某一把車刀讓開一小段距離，讓兩刀尖離開兩摩擦面一段距離后再退刀。先讓車刀 T2 往 Z+方向，讓出 2s 的距離，再將刀架整體向 Z+方向移動 s 的距離，即可實現順利退刀。③讓刀方式：如果將刀具 T2 向 Z+方向平移一小段距離來實現讓刀，則需解決如下一些問題：T2 刀在 Z軸方向上的定位問題、T2 刀車削時的鎖緊問題、T2 刀具平移時產生間隙的防塵防屑問題、潤滑問題等都不能很好的解決。T2 刀向 Z+方向平移 2s 距離，致使固定 T2 刀的刀座與固定T1 刀的刀座之間產生 2s 的間隙，鐵屑、灰塵等雜質很容易進入間隙從而影響 T2 刀回程后的 Z 軸方向上的定位問題。T2刀的鎖緊問題及滑動面的潤滑問題也比較棘手[1]。因此考慮將T2 刀沿平行于 X 軸方向的軸線旋轉一個角度來實現讓刀，將能解決平移式讓刀難以解決的問題。在刀座上裝 T1 刀和一旋轉刀座，在旋轉刀座上再裝上 T2 刀。讓刀時只需將 T2 刀旋轉θ 角度，從而使 T2 刀尖離開工件表面一段距離 2s，即可實現順利讓刀。退刀后，轉回原始位置即可進行下次進刀車削，定位精準，鎖緊方向與切削力方向一致，且不會產生任何定位間隙，防塵、防屑、潤滑問題也都得到解決。需要注意的是 T2 刀的旋轉角度 θ 必須要小于刀具 T2 的后角 α0，以防讓刀時刀桿與工件相碰。④車削厚度可調整性問題：為了適應不同厚度制動盤的車削，將 T2 刀與旋轉刀座的連接鎖緊設計成有一定的可調范圍，即可滿足要求。⑤其他功能改進需求：除了加工兩摩擦面，還需加工安裝面（A 基準面）和安裝定位孔（B 基準孔），因此，還要再加一把內孔端面車刀來完成整個精車過程，考慮在橫溜板上加裝排刀座，以便新增一把或數把車刀來滿足加工需求[2]。
3.2.2 根據需求改進標準型車床
根據上述分析，確定了對標準型車床改造的范圍內容和大體方案：即保持其余各零部件不變，只需將 X 向刀架改進為上述雙刀刀座加一排刀，然后將橫溜板進行對應改動即可。在整
體刀座上裝一把固定刀 T1，再裝一旋轉刀座，在旋轉刀座上裝一把可在 Z 軸方向上有一定調整范圍的車刀 T2 即可。為保證旋轉刀座能夠旋轉自如，在旋轉刀座兩端裝推力球軸承和銅質襯套，用圓螺母預緊，并在旋轉刀座上方增加兩潤滑油孔，以降低摩擦系數，減少磨損，提高精度、穩定性和使用壽命。兩端加裝防塵蓋，有效防止塵屑進入。[3]在刀架左端裝一只單動型小液壓缸，工作時小液壓缸頂出，將杠桿頂向右端頂桿一側并鎖緊而使 T2 刀處于切削位置；當讓刀時小液壓缸卸壓自動縮進，杠桿則由拉伸彈簧的拉伸而帶動旋轉刀座旋轉，使 T2 刀旋轉至
讓刀位置。當兩刀進行切削時，切削力的相對于旋轉刀座是逆時針的力矩作用，因此切削力不會影響旋轉刀座的鎖緊性能。
4 、改進前后加工質量、生產效率和設備生產
成本的對比將改進后的車床同標準型車床比較，很明顯改進后的加工工藝及設備能更好地保證制動盤兩摩擦面的精度，且兩面同時進行精車，節省了加工時間，大大提高了加工質量和生產效率。因為只對車床刀架進行了改動，將標準車床的刀架換成上述刀架，而其他零部件均可借用量產標準機床，所以在設備生產成本上并未有明顯增加。且經改動后的車床，不只是單單針對汽車制動盤，對其他有相似要求的盤類零件同樣有很高的適應性和優越性。
5、 結論
綜上所述，經過改進后的工藝和設備，大大提高了偏薄型制動盤摩擦面精車時的加工質量、效率，最大限度的壓低了設備生產的成本，使機床企業從中獲得更大的經濟效益，對機床
企業的發展意義重大。
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