针对偏薄型制动盘摩擦面精车存在的问题对车床的改进
2020-5-19 来源：龙泉青瓷宝剑技师学院 景宁畲族自治县县 作者：叶孟军 潘玮
摘要：论文浅析了偏薄型制动盘在精车两边摩擦面时存在的一些精度控制、生产效率等问题，同时根据偏薄型制动盘的技术要求，提出工艺改进，并对标准车床某些部件进行相应的改进，从而解决精度控制难题，提高生产效率。
关键词：制动盘；精车；车床；改进；精度；效率
1 、引言
汽车零配件作为汽车的重要组成部分，是汽车产业发展的基础。随着我国经济和社会的发展，汽车消费特别是轿车消费日益大众化，汽车配件行业也飞速发展起来，汽配行业在机械行业和国民经济中站了很重要的地位，这就同时给机床行业带来了极大的发展机遇。汽配零件的批量都很大，然而一般机床企业量产的标准型机床适用范围广泛，不只针对某类零件而设计。因此为了保证加工质量和提高生产效率，对现有的标准型机床进行某部件的小改进，以主动去适应汽配中某类零件的加工，从而提高加工精度及生产效益，对提高机床企业的行业竞争力及成本控制意义非凡。
汽车制动盘就是汽车零配件的一种，是汽车中十分重要的一个零件。汽车运行时制动盘跟着轮毂高速转动，刹车时利用制动盘与摩擦材料的摩擦，使汽车减速或停止运动。日常汽车运行时，刹车动作非常频繁，如果不加工好制动盘的两个摩擦面，那么摩擦材料的损耗将会很大，刹车效果也必将受到影响，安全问题等都将不能保证。因此，制动盘的加工质量控制必须达到要求。
2、 偏薄型制动盘摩擦面精车时存在的问题
2.1 制动盘类零件的技术要求
大部分汽车制动盘形式均在 A、D 两基准面中有一面为定位安装面，B 基准圆柱轴心即为制动盘旋转轴心，而 C 基准有时候可做加工工艺基准。
偏薄类制动盘，两摩擦面厚度尺寸 H 为 10mm 以下，而车削跨度尺寸 L 则有 40～50mm。要求偏高的制动盘，P、Q 两摩擦面的平面度要求在 0.01mm 以下，对 A、B 安装基准的跳动也均在 0.01mm 以下，且厚度尺寸 L 在同一径向上的偏差不得大于 0.01mm，在同一圆周方向上的偏差不大于 0.003mm。
2.2 标准型车床精车偏薄型制动盘摩擦面时存在的问题
对应于一般的标准型车床，精车此类零件，假设 A 基准面为安装面，则一般是先将零件粗车、半精车完成，只将两摩擦面（P 面、Q 面）、一安装面（A 基准面）和一安装定位孔（B 基准孔）单面 0.5mm 左右的余量留给精车。具体工艺为：靠实 D 基准面，撑 ΦC 内孔定位，精车各面，要求两摩擦面、安装基准面及安装定位孔一次装夹车出，对上述如此高的精度要求，在现有标准型车床上精车两摩擦面时，会因为零件本身刚性问题，而很难达到所需的精度。当车刀车削 P 面时，有一轴向力 F，对于偏薄类制动盘，轴向力 F 足以引起影响制动盘精度的轴向形变量，而车削靠近圆周外侧时的变形量最大，车削靠轴线侧时变形量较小，从而导致 P 面的平面度、对安装基准的跳动、厚度尺寸在同一径向上的跳动和在同一圆周方向上的偏差，将很难达到要求的精度。同样，车削 Q 面时，精度也难以保证。厚度尺寸 H 越小，车削跨度尺寸 L 越长，精度影响也将越大。
3 、工艺改进及对应加工设备的改进
3.1 对工艺中存在的问题进行改进
针对偏薄型制动盘精车 P、Q 两面时容易引起变形的问题：车削 P 面，有轴向力 F 而引起制动盘向 Q 面方向让刀；而车削Q 面时，有轴向力 F′而引起制动盘向 P 面方向让刀。当左右面车削深度相近时，F≈F′，且方向相反。要是两边同时车削，刚好可以抵消。因此考虑精车工艺改动，要求 P 面和 Q 面在同一圆周上同时进行车削，其余不变即可。为保证同时切削的深度相同，即要求两面的余量要相同，只需在半精车时，控制同一批零件 P、Q 两面对 D 基准面的尺寸控制在一定的公差范围内即可。
3.2 对标准车床进行改进以适应新加工工艺的需求
3.2.1 分析新工艺对设备功能的需求及解决方法
①新工艺要求：P 面和 Q 面在同一圆周上同时进行切削。即两把车刀同时对 P、Q 进行切削。考虑将标准车床刀架改为特制刀架，装两把刀同时切削。②退刀问题：从 A 点车削至 B
点完成车削，如果不让刀而直接退刀回 A 点，将会导致车刀刀尖对两摩擦面拉伤，或者出现螺旋刀痕，对摩擦面会造成破坏。因此，退刀之前，应该先将某一把车刀让开一小段距离，让两刀尖离开两摩擦面一段距离后再退刀。先让车刀 T2 往 Z+方向，让出 2s 的距离，再将刀架整体向 Z+方向移动 s 的距离，即可实现顺利退刀。③让刀方式：如果将刀具 T2 向 Z+方向平移一小段距离来实现让刀，则需解决如下一些问题：T2 刀在 Z轴方向上的定位问题、T2 刀车削时的锁紧问题、T2 刀具平移时产生间隙的防尘防屑问题、润滑问题等都不能很好的解决。T2 刀向 Z+方向平移 2s 距离，致使固定 T2 刀的刀座与固定T1 刀的刀座之间产生 2s 的间隙，铁屑、灰尘等杂质很容易进入间隙从而影响 T2 刀回程后的 Z 轴方向上的定位问题。T2刀的锁紧问题及滑动面的润滑问题也比较棘手[1]。因此考虑将T2 刀沿平行于 X 轴方向的轴线旋转一个角度来实现让刀，将能解决平移式让刀难以解决的问题。在刀座上装 T1 刀和一旋转刀座，在旋转刀座上再装上 T2 刀。让刀时只需将 T2 刀旋转θ 角度，从而使 T2 刀尖离开工件表面一段距离 2s，即可实现顺利让刀。退刀后，转回原始位置即可进行下次进刀车削，定位精准，锁紧方向与切削力方向一致，且不会产生任何定位间隙，防尘、防屑、润滑问题也都得到解决。需要注意的是 T2 刀的旋转角度 θ 必须要小于刀具 T2 的后角 α0，以防让刀时刀杆与工件相碰。④车削厚度可调整性问题：为了适应不同厚度制动盘的车削，将 T2 刀与旋转刀座的连接锁紧设计成有一定的可调范围，即可满足要求。⑤其他功能改进需求：除了加工两摩擦面，还需加工安装面（A 基准面）和安装定位孔（B 基准孔），因此，还要再加一把内孔端面车刀来完成整个精车过程，考虑在横溜板上加装排刀座，以便新增一把或数把车刀来满足加工需求[2]。
3.2.2 根据需求改进标准型车床
根据上述分析，确定了对标准型车床改造的范围内容和大体方案：即保持其余各零部件不变，只需将 X 向刀架改进为上述双刀刀座加一排刀，然后将横溜板进行对应改动即可。在整
体刀座上装一把固定刀 T1，再装一旋转刀座，在旋转刀座上装一把可在 Z 轴方向上有一定调整范围的车刀 T2 即可。为保证旋转刀座能够旋转自如，在旋转刀座两端装推力球轴承和铜质衬套，用圆螺母预紧，并在旋转刀座上方增加两润滑油孔，以降低摩擦系数，减少磨损，提高精度、稳定性和使用寿命。两端加装防尘盖，有效防止尘屑进入。[3]在刀架左端装一只单动型小液压缸，工作时小液压缸顶出，将杠杆顶向右端顶杆一侧并锁紧而使 T2 刀处于切削位置；当让刀时小液压缸卸压自动缩进，杠杆则由拉伸弹簧的拉伸而带动旋转刀座旋转，使 T2 刀旋转至
让刀位置。当两刀进行切削时，切削力的相对于旋转刀座是逆时针的力矩作用，因此切削力不会影响旋转刀座的锁紧性能。
4 、改进前后加工质量、生产效率和设备生产
成本的对比将改进后的车床同标准型车床比较，很明显改进后的加工工艺及设备能更好地保证制动盘两摩擦面的精度，且两面同时进行精车，节省了加工时间，大大提高了加工质量和生产效率。因为只对车床刀架进行了改动，将标准车床的刀架换成上述刀架，而其他零部件均可借用量产标准机床，所以在设备生产成本上并未有明显增加。且经改动后的车床，不只是单单针对汽车制动盘，对其他有相似要求的盘类零件同样有很高的适应性和优越性。
5、 结论
综上所述，经过改进后的工艺和设备，大大提高了偏薄型制动盘摩擦面精车时的加工质量、效率，最大限度的压低了设备生产的成本，使机床企业从中获得更大的经济效益，对机床
企业的发展意义重大。
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