郭智春 趙尚福

(沈陽機(jī)床股份有限公司，遼寧沈陽110142)

剎車盤是汽車盤式制動(dòng)器的核心零件，安裝在汽車的車輪上，盤式制動(dòng)器通過液壓系統(tǒng)把壓力施加到制動(dòng)鉗上，使制動(dòng)摩擦片與隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的剎車盤發(fā)生摩擦，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。為了保證制動(dòng)的舒適性，剎車盤制動(dòng)要穩(wěn)定、無噪音、不抖動(dòng)，剎車盤需要具有較高的厚度均勻性，對(duì)剎車面的跳動(dòng)度、平行度、及表面粗糙度有特別要求。剎車盤按照結(jié)構(gòu)形式可以分為:單面盤、雙面盤、高性能盤、軸承盤、輪轂盤等。

剎車盤毛坯件為鑄件，加工需要車剎車盤的內(nèi)外圓和端面，鉆凸面連接螺紋孔和倒角，高性能盤還需要在剎面上鉆孔，部分剎車盤需要攻絲。剎車盤的加工環(huán)境惡劣、粉塵多、切削量大，要求機(jī)床具有良好的防護(hù)及潤滑功能，要求機(jī)床能長時(shí)間在大扭矩狀態(tài)下保持加工精度運(yùn)轉(zhuǎn)，要求機(jī)床具有良好的剛度和精度保持性。

我國剎車盤企業(yè)集中在山東、河北、山西等地。產(chǎn)品在國內(nèi)為第一汽車集團(tuán)、上海汽車工業(yè)(集團(tuán))公司、東風(fēng)汽車公司、廣州汽車集團(tuán)股份有限公司等汽車制造企業(yè)提供配套。出口產(chǎn)品銷售到美國、歐洲、韓國、日本、加拿大等國家和地區(qū)。目前剎車盤市場(chǎng)處于穩(wěn)中有升的良性發(fā)展階段，隨著行業(yè)的快速發(fā)展和產(chǎn)量的增加，對(duì)人工的需求量逐漸增加。剎車盤的加工工作環(huán)境惡劣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。為了緩解工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提高工作效率，利用自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行剎車盤的加工，近年來得到眾多剎車盤制造企業(yè)的重視[1-5]。

1 剎車盤的加工工藝

1.1 剎車盤的結(jié)構(gòu)及精度要求

圖1為汽車盤式制動(dòng)器及剎車盤的結(jié)構(gòu)圖，剎車盤凸面上有螺釘安裝孔，用來與汽車車輪連接。雙面盤有兩個(gè)摩擦面，汽車制動(dòng)時(shí)剎車盤的剎車面與摩擦片配合產(chǎn)生制動(dòng)力矩。為了保證制動(dòng)的舒適性，剎車盤需要具有較高的厚度均勻性，剎車面端面跳動(dòng)度、剎車面端面的平行度、剎車面的表面粗糙度。

圖2為某剎車盤，及形位公差與表面粗糙度要求。該剎車盤剎車面相對(duì)小端螺釘安裝面A和B的端面跳動(dòng)度為0.1 mm，剎車面相對(duì)小端螺釘安裝面A的平行度為0.06 mm，兩剎車盤面之間的平行度為0.05 mm，剎車盤風(fēng)道的對(duì)稱度為0.8，厚度差要求在1 mm以內(nèi)，剎車盤剎車面表面粗糙度為Ra1.6 μm，主要配合表面為Ra3.2 μm，其他表面粗糙度Ra12.5 μm。

1.2 加工工藝

剎車盤毛坯件為鑄件，需要完成端面車削、外圓車削、內(nèi)孔車削、鉆孔等工序。精加工采用夾刀雙車刀同時(shí)進(jìn)行兩剎車盤面加工，從而保證兩個(gè)剎車面的平行度要求。一般分兩道車序和一道鉆孔序，車序采用兩臺(tái)車床加工完成，其中一臺(tái)車床安裝夾刀雙車刀，鉆孔序在立式加工中心上完成[6-8]。上述工藝可以滿足加工精度和表面粗糙度的要求，但據(jù)廠家要求不同，有的盤還需要在磨花機(jī)上進(jìn)行磨花。表1為圖2所示剎車盤的典型加工工藝。

其中，粗車切削速度v=500～700 m/min，切削深度ap=3～4 mm，進(jìn)給量f=0.3～0.4 mm/r；精車切削速度v=500～700 m/min，切削深度ap=0.5 mm，進(jìn)給量f=0.15～0.20 mm/r。精車后，剎車盤表面粗糙度可達(dá)Ra1.6 μm，剎車盤的制動(dòng)面平行度可達(dá) 0.05 mm，尺寸公差等級(jí)達(dá)IT6。

表1 剎車盤的典型加工工序

圖3分別為采用臥式車床、立式車床、倒立式車床、正倒立式車床加工剎車盤的工序圖。第一序車腰部外圓、粗車大端端面和外圓、車小端內(nèi)孔和端面。第二序車大端內(nèi)孔及倒角、粗車大端端面、夾刀精車兩剎車面。第三序立式加工中心鉆孔和攻絲。

1.3 卡盤夾具

圖4為剎車盤加工專用夾具，卡盤上有3個(gè)均布支撐塊用來定位剎車盤端面，3個(gè)均布可沿卡盤徑向方向移動(dòng)的卡爪上固定有弧形內(nèi)徑支撐爪，在卡盤液壓油缸作用下弧形內(nèi)撐面夾緊剎車盤內(nèi)徑，實(shí)現(xiàn)夾具的定位夾緊。

1.4 夾刀雙車刀切削

如圖5所示，為一種夾刀雙車刀切削的刀架結(jié)構(gòu)及其刀具干涉圖，伺服刀架上安裝有一對(duì)雙刀座，刀盤周向安裝面上為靜刀座，刀盤前端面上安裝有動(dòng)刀座。動(dòng)刀座可在液壓力的作用下軸向移動(dòng)。切削時(shí)，靜刀座和動(dòng)刀座上的雙刀同時(shí)加工剎車盤兩個(gè)剎車面，獲得高的平行度。加工完成后，動(dòng)刀座在液壓力作用下軸向移動(dòng)一段間隙，保證一定的讓刀距離，防止讓刀過程刮傷已加工表面。

2 剎車盤生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

2.1 臥式車床加工生產(chǎn)線

如圖6為剎車盤的臥式車床加工生產(chǎn)線的俯視圖。利用兩臺(tái)臥式車床和一臺(tái)立式加工中心組成剎車盤生產(chǎn)線，其中一臺(tái)為普通臥式車床，一臺(tái)配置夾刀雙車刀刀架，加上一臺(tái)立式加工中心，三臺(tái)機(jī)床“一”字排列組成一條剎車盤生產(chǎn)線。機(jī)床上方配有框架機(jī)械手，框架機(jī)械手為臥式車床上下料，利用臥式車床的卡盤定位夾緊剎車盤工件?？蚣軝C(jī)械手將車削加工后的剎車盤上料至立式加工中心，完成鉆孔和攻絲工藝后，再利用框架機(jī)械手下料。

臥式車床加工生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是臥式車床成本低廉，缺點(diǎn)為加工方向與重力方向垂直，生產(chǎn)線夾具設(shè)計(jì)復(fù)雜。

2.2 立式車床加工生產(chǎn)線

如圖7為剎車盤的立式車床加工生產(chǎn)線的俯視圖。利用兩臺(tái)立式車床和一臺(tái)立式加工中心組成剎車盤生產(chǎn)線，其中一臺(tái)為普通立式車床，一臺(tái)配置夾刀雙車刀刀架，加上一臺(tái)立式加工中心組成一條剎車盤生產(chǎn)線。六自由度機(jī)械手為立式車床上料，將剎車盤放置于立式車床的卡盤上，并將車削加工完成的剎車盤下料至料道上，六自由度機(jī)械手同時(shí)為剎車盤的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?？蚣軝C(jī)械手將車削加工后的剎車盤上料至立式加工中心，完成鉆孔和攻絲工藝后，利用框架機(jī)械手下料。

立式車床加工生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是加工方向與重力方向相同，夾具結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)為機(jī)械手只能水平方向進(jìn)入機(jī)床上下料、不能利用框架機(jī)械手從豎直方向上下料，排屑不便。

2.3 倒立式車床加工生產(chǎn)線

如圖8為剎車盤的倒立式車床加工生產(chǎn)線的俯視圖。利用兩臺(tái)倒立式車床和一臺(tái)立式加工中心組成剎車盤生產(chǎn)線，其中一臺(tái)為普通倒立式車床，一臺(tái)配置雙刀刀架，加上一臺(tái)立式加工中心組成一條剎車盤生產(chǎn)線。倒立式車床主軸在上，刀架在下，利用倒立主軸可以自動(dòng)上下料，該機(jī)床主軸兼有上下料機(jī)械手的功能。倒立主軸在料道上抓取毛坯件，并將加工完成的剎車盤下料至料道[9]。三臺(tái)機(jī)床間有兩臺(tái)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手，用來對(duì)剎車盤進(jìn)行翻面?？蚣軝C(jī)械手將車削加工后的剎車盤上料至立式加工中心，完成鉆孔和攻絲工藝后，利用框架機(jī)械手下料。

倒立式車床一般安裝有動(dòng)力刀架可以實(shí)現(xiàn)鉆孔、攻絲等動(dòng)力切削。該生產(chǎn)線可僅由兩臺(tái)倒立式車床組成，但考慮到加工節(jié)拍的匹配，本文采用立式加工中心完成剎車盤端面的鉆孔、攻絲加工。

倒立式車床加工生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是倒立式主軸可以充當(dāng)機(jī)械手上下料，自動(dòng)化程度高，無需另配上下料機(jī)械手，結(jié)構(gòu)緊湊，排屑方便，缺點(diǎn)為倒立式車床的機(jī)床成本高。

2.4 正倒立式車床加工生產(chǎn)線

如圖9為剎車盤的正倒立式車床加工生產(chǎn)線的俯視圖。利用一臺(tái)正倒立式車床和一臺(tái)立式加工中心組成剎車盤生產(chǎn)線。正倒立式車床有兩個(gè)主軸和兩個(gè)刀架，倒置主軸兼有工件上料功能，利用下刀架進(jìn)行第一序加工，并將完成第一序加工的剎車盤置于下主軸上，上刀架對(duì)剎車盤進(jìn)行第二序加工[10]。上刀架的滑板上安裝有氣動(dòng)卡爪，利用氣動(dòng)卡爪可將車削完成的剎車盤下料至料道。正倒立式車床和立式加工中心之間有翻轉(zhuǎn)機(jī)械手，對(duì)剎車盤進(jìn)行一次翻面。立式加工中心配上料氣動(dòng)卡爪，可將剎車盤上料至立式加工中心的工作臺(tái)上。

正倒立式車床加工生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是倒主軸和正主軸交替加工，減少一次剎車盤翻面過程，其中倒主軸兼有倒立式車床自動(dòng)上料的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)為機(jī)床擴(kuò)展性差，正主軸和倒主軸加工序很難做到完全匹配。

3 應(yīng)用實(shí)例

如圖10為某剎車盤生產(chǎn)線的應(yīng)用實(shí)例，該生產(chǎn)線由兩臺(tái)立式車床和一臺(tái)立式加工中心組成。上下料和工件翻轉(zhuǎn)采用六自由度機(jī)械手。

4 結(jié)語

剎車盤毛坯件為鑄件，需要完成端面車削、外圓車削、內(nèi)孔車削、鉆孔等工序。一般分兩道車序和一道鉆孔序，車序采用兩臺(tái)車床加工完成，鉆孔序在立式加工中心上完成。車序的加工機(jī)床可選臥式車床、立式車床、倒立式車床、正倒立式車床。

剎車盤需要具有較高的厚度均勻性，剎車面端面跳動(dòng)度、剎車面端面的平行度、剎車面的表面粗糙度。精加工采用夾刀雙車刀刀架切削加工，可滿足兩剎車面之間的平行度為0.05 mm，剎車盤剎車面表面粗糙度Ra1.6 μm的設(shè)計(jì)要求。

利用車床、立式加工中心、機(jī)械手等設(shè)備，分別規(guī)劃了剎車盤的臥式車床生產(chǎn)線、立式車床生產(chǎn)線、倒立式車床生產(chǎn)線、正倒立式車床生產(chǎn)線。臥式車床和立式車床需要采用機(jī)械手輔助上下料，倒立式車床和正倒立式車床的倒置主軸可代替機(jī)械手實(shí)現(xiàn)上下料功能。