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Ｔ劬卸。ｌ工艺
汽车转向节高效加工工艺方案
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转向节是汽车底盘系统中的重要安全件，具有
承载制动力矩、转向力矩及支撑车身重量等重要功能。由于联接有汽车减震器、制动钳、转向拉杆等多个空间部件，其加工部位相应具有空间方位多、孔系间的位置度要求严的特点，如图ｌ所示为典型
汽车转向节加工部位示意图（深色部分为需加工部
位）。
图
ｌ
常用转向节毛坯为铸造或锻造状态，材质一般包括ＱＴ４００、４０Ｃｒ及ＺＬｌ０１，我公司转向节通常的加工工艺为适应其结构特征，多采用工艺分散的加＿Ｔ．方法，使用立式加工中心设备、多工序多夹具、标准刀具的方式进行批量牛产．如图２昕示．
俐２
从长期使用成本来看，该工艺方法存在人员使用多、设备数量多，占地面积大、耗能高及后期维护成本高等缺点。
在保证产品质量一致性方面，工艺分散方法的
产品装夹次数一般超过４次，多次装夹造成重复装
夹误差累积，人为因素对产品质量的影响增多，加
万方数据
…～’
大了偶然误差的产生机率，使得产品的Ｃ。。很难保证
在１．６７的理想水平，甚至１．３３的可接受水平也勉为
其难。零部件产品的一致性对整车来讲至关重要，
为提升总体质量，必须提高产品的一致性保证能力。
１．工艺方法方向选择
为解决１二艺分散方法的弊端，在人力成本比重逐步高涨的今天，实现高效率、高自动化从而实现
少人化成为一种必然选择，而多主轴机床设备、高复合刀具、五轴转台等的集成应用，从目前来看，是适应转向节产品高效、多空间方位加工的最优选择。而实现转向节一次装夹完成所有部位加工，以
减少装夹次数的工序集中工艺方法，是保证产品一致性的重要工艺手段。这些都对加工方案提出了更高的要求和挑战。
２．工艺方法
对于机加工艺所涉及的主要要素：设备、刀具、
夹具及软件控制系统，是相互支撑、相互影响的，
一种即定工艺路线的实现，需要对上述几方面进行全方位的考虑，使其相辅相成，任一方面考虑不周，都有很大可能导致整套工艺方案的失败。
（１）设备要求：适应高效率、高质量、高稳定性的需求，设备应满足适应大切削量的低速大转矩、
高精度加Ｔ的高速大功率及高刚性、最优的热稳定
性和吸震能力的要求，对于加工铸铁及锻件来说，主轴功率不低于２８ｋＷ、转速不低于１０
０００
ｒ／ｍｉｎ的
电主轴，配装光栅尺的闭环系统以保证加工精度的
卧式加－Ｔ中心是较优的选择。
使用双交换数控旋转丁作台，从而剃除上下件
时间对节拍的影响，可以提高设备利用率、降低加
参磊加工。冷加Ｌ
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Ｘ，仉ｃｏｍ
Ｔｅｃｈ一工艺
Ｔ节拍时间；除设备所标配的■ｌｒ、Ｚｉ个轴之外，
在数控交换Ｔ－作台上增加Ａ、Ｂ轴（两个旋转轴），以实现多方位转位，且同转定位精度应小于５”，可以解决多空间方位加＿Ｔ＿的问题。
对于设备来说，解决高效率、少人化的途径不只限于对单轴加Ｔ效率的要求，多主轴设备的方案
是目前综合柔性与效率的较好选择：多主轴是指一
台设备有２～４根同样的主轴（阿３为３主轴），在加工时相应配备同样数量的夹具和刀具，对于双Ｔ
作台而言，夹具数量应是主轴数量的２倍、
｜冬ｌ
３
多主轴设备研究与制造成熟度较高的国家是德国与意大利，国内也有一些机床厂商做ｍ了样机，但距离商业化仍有较长的路。相对于专机而言，多
主轴设备具有更大的柔性，在被加工］二件满足一定的条件情况下（主要指被加工Ｔ件的尺寸，多主轴设备轴距有一定要求，如德国ＳＷ公司３主轴设备轴
距为４５０ｔｏｎｉ，Ｔ件应在该距离内可以实现回转），可以通过夹具的切换实现产品的换型
（２）刀具系统要求：刀具系统首先的要求是适应高转速，普通ＢＴ刀柄凶其结构特点，不能满足高
转速下对机床主轴的精度要求，而在加Ｔ铸铁及钢
件时采用不小于ＨＳＫ８０型号的热胀刀柄，是比较适宜的。
复合刀具的开发与大量使用，是高效加工必不可少的重要条件。对于大批量生产而言，非标复合
刀具的开发费用是可以接受的，通过对产品的综合
分析，在尽可能的范围内对刀具进行复合，以减少
刀具数量和换刀次数，并缩短走刀路径长度。如图４
所示为双盘铣刀，用于同时铣削某一厚度的两面；图５为复合镗铣刀，实现３个孑Ｌ』七寸的同时粗镗及平面刮铣以我公司生产的某转向节采用分散Ｔ．艺为例，共需刀具２４把，同等情况下使用复合刀具，刀具使用数量可降低至１８把．
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参磊加工８冷加工
万方数据
刀具系统同时配备刀具损伤检测及巴鲁夫刀具
识别系统，．．刀具损伤检测可通过对刀具切削过程中的转矩监控实现，基于检测到的空负荷加Ｔ和正常加工的转矩差异数据，对刀具损坏情况进行监控。巴鲁夫刀具识别系统通过安装在刀柄上的芯片自动
凄写刀具数据，并通过读写头进行传输，实现刀具
的全方位管理．
图４冈５
（３）夹具设计：夹具是整个Ｔ艺设计方案的核心，设计合理与否对产品质量及稳定性的影响至关重要。
夹具设计的核心是定位点的选择。对于铸造或锻造毛坯，由于围内制造水平的限制，产品一致性的保证并不充分，因此在选择定位点时，应综合权
衡各个位置的利弊，尽量选择铸锻Ｔ艺较容易满足位置尺寸要求的部位，或不容易因铸锻Ｔ艺产生变形的部位，如图６所示为转向节一次装夹的定位选
择方案
刖６
另一方面，工件的夹紧涉及到产品加丁过程中的变形，因此第二重要考虑的是夹紧点及夹紧力的选择。为保证Ｔ件夹紧变形在可控范围内，夹紧力与支撑力应在同一直线上，避免产生夹紧力矩，图６所示方案的夹紧位均在ｚ向移动限位的正Ｊ二方。为保证工件加工过程的稳定性，对于悬伸部位是否需增加辅助支撑需进行切削力的考量，避免在加工过程中由于缺乏支撑ｍ现较大的振动，影响加Ｔ质量。在精加Ｔ时，由于切削力较小，可以通过液压系统的调整通过二次给压减小夹紧力，从而减小夹紧变形，提高产品的加Ｔ精度。
在产品开发阶段采用同步Ｔ程，设置必要的Ｔ艺限位点和夹紧点，可以理想地解决定位和夹紧点，选择合理性的问题。
在一次装夹完成所有工序加丁的夹具中，夹具因需承受粗加Ｔ阶段的较大切削力，因此刚性设计需进行细致计算，并留有一定的裕度。如图７所示
为我公司为某种转向节一序完成所有部位加工并使
用三主轴设备所设计的夹具（数模及实物）。
俐７
该夹具设计了气密检测系统，在不超过０．４ｓ的
时间内通过气体压力感知判定Ｔ件是否安装到位。在检测超时时会重新进行定位面清洗，从而对工件
安装不到位这一唯一人为因素进行防错。
（４）夹具、刀具及设备的干涉检查：夹具及刀具在设计完成后，需要根据数字模型进行丁件切削状态下Ｔ件、夹具与刀具的干涉验证，这是极为必要的，可以保证在设计阶段最大限度地发现和解决问题。在一次装夹完成所有部位加工的情况下，Ｔ件在定位夹紧后，各加Ｔ部位需通过数控转台的Ａ、
Ｂ轴转动停留在待加工位置，因此转动过程中对工件
之间、］二装之间，Ｔ件加丁过程中１二装与刀具之间是否存在干涉的检查，就显得尤为重要。
（５）数控系统：数控系统应采用不低于西门子８４０Ｄ或同等水平的系统，涵盖刚性攻螺纹、ＤＮＣ加工能力，刀具补正记忆数应不低于２００组；为适应刀
具管理要求，系统应同时具备刀具寿命管理功能，可以按刀具使用次数和时间进行统计，实现强制
换刀。
其他功能包括具备英制／米制转换、Ｔ件计数、工件坐标系旋转、线外编程接口等，并在３个直线运动轴配备光栅尺及绝对位置编码器，形成全闭环控制系统。
万方数据
Ｔ砌帅。Ｉ工艺
３．工艺方法验证
在综合考虑上述要素的情况下，按一次装夹完
成所有部位加工的Ｔ艺路线进行各要素的设计和选用，并对有重要影响的要素做出特殊要求，以保证
整体工艺方案实施的可控性和合理性。工艺方法的
验证过程，是对设备、刀具、夹具及软件的综合测
试，而这些要素的合理性最终体现在加工过程中各
丁艺参数的选择范同上，这比较容易理解：对某个加Ｔ部位而言，整个加丁系统可以支撑多大的切削量和切削速度，进给量可以达到多少，表面质量可不可以接受，工件加１二的尺寸和形位公差的稳定性
等，都是整个系统的直观指标。对一条生产线而言，除了满足产品的质量和稳定性要求，节拍是另一个
重要考量标准，而节拍往往与加Ｔ质量是一对矛盾。
当对质量要求提高时，往往需要调整Ｔ艺参数以降低进给或减少切削余量，这通常会增加节拍时间。
因此在满足产品质量要求的前提下，使整个系统的参数选择处在一个合理的水平，同时兼顾节拍要求，
并保证刀具的损耗处在一个正常的水平上，是工艺参数调整的关键。
我公司使用三主轴设备带双交换数控旋转工作台（加Ａ、Ｂ轴），复合刀具，西门子８４０Ｄ系统，一
次装夹完成所有工位加工丁．艺方案，转向节轴承位孔尺寸进行同批次毛坯２５件试切加Ｔ完成后，进行Ｃｍ计算所得的数据，其Ｃ。，值为５．５７，Ｃｍ值达到４．８４，远远超过１．６７的水平。由此可以表明该方案
从设备制造能力来说，是充分满足要求的。
４．结语
对于汽车转向节产品而言，在初期投资允许的情况下，从长期收益来看，多主轴Ｔ艺集中方案是一个就现阶段来说比较理想的选择。但任何方案都不是一劳永逸的，每种产品的加工都需要就设备、
夹具、刀具等各方面做足够而充分的论证，并在实
际验证阶段做大量的工作进行方案的局部修正和改进，才能最终获得理想的结果。对于其他种类的大批量机加Ｔ产品，在满足该种设备的相关条件情况
下，同样具有借鉴意义。ＭＷ
（收稿日期：２０１４０２１７）
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