Provedena je procesna analiza nepravilne ekscentrične strukture balansnog koljena u obliku slova Z-, kao i poteškoća u obradi zbog njegove velike veličine, visoke preciznosti i nemogućnosti stezanja. Predložena je standardizirana shema obrade. Dizajniran je poseban tokarski uređaj koji je pogodan za obradu više modela i velikih serija proizvoda, rješavajući probleme velike težine obrade, nestabilnog kvaliteta i niske efikasnosti obrade balansnog koljena Z-oblika.
01
Uvod
The balance elbow is the core component of the suspension system of tracked special vehicles. It works in conjunction with elastic elements such as the torsion shaft and shock absorber to provide elastic support for the vehicle body and the road wheel [1]. The balance elbow can transfer a large amount of impact energy generated by the up-and-down movement of the road wheel to the torsion shaft, buffer and absorb vibration energy, reduce the impact force on the vehicle body, improve passenger comfort, reduce component damage, and ensure the stability and maneuverability of the vehicle when driving on rough roads [2]. The general balance elbow assembly includes a spline shaft, balance elbow, and road wheel shaft. The Z-shaped balance elbow is an integrated balance elbow that combines all three components. The integrated balance elbow has the characteristics of high maneuverability, high reliability, and lightweight, and is widely used in modern special vehicles [3]. 02
Analiza strukture i izazova obrade ravnotežnog lakta u obliku slova Z-
Struktura ravnotežnog koljena u obliku Z-, kao što je prikazano na slici 1, je ekscentrična struktura nepravilnog oblika. Velike je veličine i teške težine, zahtijeva visoku stopu skidanja materijala, visoku dimenzionalnu i pozicijsku tačnost i dug ciklus obrade s brojnim procesima. Uključuje različitu opremu i zanate, uključujući mašine za horizontalno bušenje, CNC strugove, obradne centre, mašine za provlačenje i žičane EDM mašine. U prethodnoj proizvodnji, brojni problemi su bili izloženi u svakom koraku procesa, kao što su van-od{{6}tolerantnih dimenzija vanjskog kruga osovine, neusklađenost između otvora za klin i vanjskog kruga, ne-paralelizam između osi velikog vratila (osovina sa zupcima) i malog vratila (nisko vrijeme opterećenja kotača, nisko vrijeme ciklusa opterećenja, nestandardno vrijeme okretanja kotača). efikasnost, što ozbiljno utiče na kvalitet proizvoda i raspored isporuke.
03
Šema procesa
Proces obrade ravnotežnog koljena u obliku Z-: Grubo bušenje čeone površine i unutrašnje rupe → Grubo tokarenje velike osovine → Grubo tokarenje malog vratila → Završno bušenje čeone površine i unutrašnje rupe → Završno tokarenje velikog vratila → Završno tokarenje male osovine → Glodanje vanjskog oblika i bušenje → EDM provlačenje (žica). Prazan proizvod je kovanje. Prilikom grube obrade i završne obrade velikih i malih osovina, potreban je poseban tokarski učvršćivač s protuutezima. Ovaj uređaj balansira centrifugalnu silu koja se stvara tokom rotacije obratka, smanjujući na taj način vibracije i povećavajući brzinu vretena, efektivno poboljšavajući preciznost obrade proizvoda i brzinu rezanja.
04
Proces obrade
(1) Grubo bušenje krajnjih površina i unutrašnjih rupa: Koristi se CNC mašina za horizontalno bušenje. Ostavljeno je 2 mm na svakoj strani i za krajnje strane i za unutrašnje rupe. Glavna funkcija ovog procesa je brzo uklanjanje velike količine materijala i stvaranje rupa u centru procesa za grubo-obrađene vanjske prečnike velikog i malog vratila. CNC mašina za horizontalno bušenje ima radni sto koji se okreće za 360 stepeni, što omogućava univerzalnu obradu u ravni XOY u jednoj postavci. Može istovremeno da obrađuje četiri krajnje strane i unutrašnje rupe, osiguravajući da su rupe u centru procesa na oba kraja velike i male osovine koaksijalne i da su središnje linije velike i male osovine paralelne. Grubo bušenje čeonih površina i unutrašnjih rupa prikazano je na slici 2, gdje debela puna linija predstavlja obrađenu površinu.
Slika 2. Grubo bušenje čeone strane i unutrašnje rupe
(2) Grubo tokarenje velike osovine: Obrada se izvodi na CNC strugu, sa 1,5 mm propusnosti na svakoj strani vanjskog prečnika. Glavna funkcija ovog procesa je brzo uklanjanje velike količine materijala i stvaranje referentne vrijednosti procesa za završno bušenje krajnjeg dijela i unutrašnje rupe. Budući da se težište balansnog koljena u obliku Z- pomiče iz centra rotacije tokom tokarenja, potrebna je posebna struga sa protutegovima za balansiranje centrifugalne sile, smanjenje vibracija i povećanje brzine vretena. Grubo okretanje velikog vratila prikazano je na slici 3.
Slika 3. Grubo okretanje velikog vratila
(3) Grubo tokarenje malog vratila: Obrada se izvodi na CNC strugu, sa 1,5 mm napusta sa svake strane vanjskog prečnika i čeone strane. Glavna funkcija ovog procesa je brzo uklanjanje velike količine materijala i oslobađanje naprezanja prilikom obrade. Grubo tokarenje malog vratila prikazano je na slici 4. Nakon grubog tokarenja, velika i mala osovina imaju pravilne vanjske prečnike. Stezaljka u obliku AV- se koristi za stabilniju završnu obradu tokom završnog bušenja.
Slika 4. Grubo okretanje malog vratila
(4) Završno bušenje završne površine i unutrašnje rupe: Ovo se radi pomoću CNC mašine za horizontalno bušenje, sa grubim okretanjem spoljašnjeg prečnika velike osovine kao referentnom osnovom procesa i osnovom stezanja. Glavna funkcija ovog procesa je da se četiri čeone strane i unutrašnja rupa proizvoda obrađuju do gotove veličine, osiguravajući točnost dimenzija i hrapavost površine, a istovremeno se stvara iskosa za završno okretanje vanjskih promjera velikog i malog vratila. Završno bušenje završne površine i unutrašnje rupe prikazano je na slici 5, gdje debela puna linija predstavlja površinu obrađenu u ovom procesu.
Slika 5. Završno bušenje završne površine i unutrašnje rupe
(5) Završno okretanje velike osovine: Ovo se radi pomoću CNC struga, obrađujući vanjski prečnik do gotove veličine, osiguravajući točnost dimenzija, geometrijsku tačnost i hrapavost površine. Ovaj proces koristi zakošenje stvoreno tokom završnog bušenja unutrašnje rupe kao osnov za stezanje, osiguravajući koaksijalnost vanjskog prečnika i unutrašnjeg otvora velike osovine. Završno okretanje velike osovine prikazano je na slici 6.
Slika 6. Precizno okretanje glavnog vratila
(6) Precizno okretanje male osovine: Koristeći CNC strug, vanjski prečnik se obrađuje do gotove veličine, osiguravajući točnost dimenzija, geometrijsku tačnost i hrapavost površine. Ovaj proces koristi skošenje napravljeno tokom preciznog bušenja unutrašnje rupe kao referencu za stezanje i pozicioniranje, osiguravajući koaksijalnost vanjskog prečnika male osovine i unutrašnjeg otvora, kao i paralelnost središnjih linija male osovine i glavne osovine. Precizno okretanje malog vratila prikazano je na slici 7.
Slika 7. Precizno okretanje malog vratila
(7) Glodanje vanjskog oblika i bušenje: Koristeći vertikalni obradni centar, vanjski oblik proizvoda se strojno obrađuje u željenu poziciju, a rupe za tiple se buše. Glodanje vanjskog oblika i bušenje prikazano je na slici 8, gdje debele pune linije predstavljaju obrađene površine u ovom procesu.
Slika 8. Glodanje vanjskog oblika i bušenje
(8) Provlačenje utora (žičana EDM ilica): Kada je serija proizvoda velika, ovaj proces se generalno izvodi pomoću mašine za provlačenje sa alatom za provlačenje, obezbeđujući efikasnost proizvodnje i konzistentnost dimenzija otvora za navlačenje. Kada provlačenje nije dostupno, a veličina serije je mala, ovaj proces se može izvesti pomoću žičane EDM mašine. Spoljni prečnik glavne osovine služi kao referenca za stezanje i pozicioniranje, obezbeđujući koaksijalnost klizne rupe sa spoljnim prečnikom glavne osovine. Prošireni utor (wire-EDM spline) je prikazan na slici 9, gdje debela puna linija predstavlja površinu obrađenu u ovom procesu.
Slika 9: Rašireni urez (žičani-EDM šiljak)
U ovom trenutku, proizvod balansnog koljena u obliku Z- je završio sve procese obrade. Naknadni procesi uključuju detekciju grešaka i površinsku obradu.
05
Namjenski uređaj za strug
Namjenski uređaj za strug uključuje komponente kao što su prirubnica, šasija, potporno tijelo, centar, protuuteg i vijci za pričvršćivanje [4, 5].
Prirubnica služi kao spojna komponenta između tokarilice i učvršćenja. Obično se koristi standardna prirubnica. Jedan kraj se povezuje sa vretenom CNC struga kroz konusnu rupu, a drugi kraj se povezuje sa šasijom kroz locirajući otvor, osiguravajući da je centar rotacije učvršćenja struga u ravni sa vretenom struga.
Šasija, koja služi kao osnova učvršćenja tokarilice, ima izduženi kružni žljeb. Na njega je pričvršćeno potporno tijelo i dvije protuteže, a ova raspodjela mase u tri-tačke osigurava glatkiju rotaciju obratka tokom obrade, smanjujući vibracije i poboljšavajući vanjsku cilindričnu tačnost i kvalitet površine proizvoda.
Telo nosača, zavareno za šasiju, takođe ima izduženi kružni žleb sa dimenzijama koje odgovaraju onim utora na šasiji. Ovaj žljeb služi za dvije svrhe: smanjenje ukupne težine učvršćenja tokarilice i sprječavanje smetnji između ne-osi balansnog koljena u obliku Z- i učvršćenja struga. Nekoliko kompleta vijaka za pričvršćivanje nalazi se na oba kraja žlijeba kako bi se osigurala ne-osovina ravnotežnog koljena u obliku slova Z-. Dizajn izduženog kružnog žljeba omogućava mašinsku obradu balans kolena u obliku Z- različitih veličina i modela pomoću ovog učvršćenja za strug, čime se postiže višenamjenska funkcionalnost.
Središte i graničnik za pozicioniranje potpornog tijela su spojeni i zavareni na potporno tijelo. Tokom obrade, centar i središte stražnjeg dijela struge, respektivno, podupiru dva kraja ose obrade koljena ravnoteže u obliku Z-, postižući konfiguraciju dvostrukog-centra stezanja. Da bi se osiguralo da je središnja površina konusa za pozicioniranje koaksijalna s vretenom tokarilice, površina središnjeg pozicionog konusa mora biti precizno-obrađena na strugu nakon što je učvršćenje struga zavareno zajedno. Protivteg se sastoji od više ploča protivutega u obliku lepeza{6}. Broj ploča protivutega može se podesiti kako bi se izbalansirala centrifugalna sila nastala tokom obrade različitih modela balans kolena u obliku Z-. Dve protivteže su ravnomerno raspoređene pod uglom od 120 stepeni u odnosu na centar gravitacije oslonca, čime se bolje obezbeđuje dinamička ravnoteža tokom obrade proizvoda.
Da bi se prilagodila obrada kolena za balansiranje u obliku Z- različitih veličina, na obje strane dugog ovalnog žljeba potpornog tijela ugrađeno je više setova pričvrsnih vijaka. Položaji stezanja pričvrsnih vijaka prikazani su na slici 10. Središnja linija svakog seta vijaka za pričvršćivanje je veća od udaljenosti H između središta vanjskog kruga neobrađene ose balansnog koljena u obliku slova Z-. Ova metoda stezanja osigurava da je sila stezanja pričvrsnih vijaka na koljeno ravnoteže u obliku Z- suprotna centrifugalnoj sili, efektivno smanjujući centrifugalnu silu koja se stvara kada se radni predmet rotira. Stanja stezanja za obradu malih i velikih vratila prikazana su na slikama 11 i 12, respektivno.
Slika 10. Šematski dijagram stezne pozicije pričvrsnog vijka
Slika 11. Stanje stezanja pri obradi male osovine
Slika 12. Stanje stezanja pri obradi velikog vratila
06
Provjera rezultata obrade
Trenutno se ovaj proces obrade balansnog koljena u obliku Z-a i namjenski učvršćenje za strug primjenjuju na proizvodnoj liniji više od godinu dana. Više modela i velike serije proizvoda za balans koljena u obliku slova Z- se obrađuju ovim procesom, što rezultira stabilnim i pouzdanim kvalitetom proizvoda i značajno poboljšanom efikasnošću obrade. Ovo u potpunosti potvrđuje izvodljivost i efektivnost procesa i namjenskog učvršćenja struga. Fotografija nekih koraka obrade koljena za ravnotežu u obliku Z- prikazana je na slici 13.
a) Grubo bušenje čeone površine i unutrašnje rupe
b) Grubo okretanje glavnog vratila
c) Završno bušenje čeone strane i unutrašnje rupe
Slika 13: Stvarne fotografije procesa obrade balansnog lakta u obliku slova Z-
07
Zaključak
Proces obrade i specijalna struga za Z-koljeno za balansiranje koje je predloženo u ovom radu primjenjivo je na mašinsku obradu različitih modela Z-proizvoda balansnog koljena, bez obzira na materijal proizvoda ili vrstu praznine. Pruža kompletan proces i pristup stezanju za ovu vrstu proizvoda, rješavajući probleme visoke težine obrade, nemogućnosti stezanja, nestabilnog kvaliteta proizvoda i niske efikasnosti obrade uzrokovane nepravilnom ekscentričnom strukturom, velikom veličinom, velikom težinom i visokim zahtjevima za preciznošću balansnog koljena u obliku Z-. Provjera na terenu pokazuje da ovaj proces obrade može osigurati da proizvodi ravnotežnog koljena u obliku Z- ispunjavaju zahtjeve za tačnost dizajna, smanjuju poteškoće u obrađivanju i poboljšaju konzistentnost kvaliteta proizvoda i efikasnost obrade.
