Provedena je analiza procesa na nepravilnoj ekscentričnoj strukturi balansnog koljena u obliku slova Z, kao i poteškoćama u strojnoj obradi zbog njegove velike veličine, visoke preciznosti i nemogućnosti stezanja. Predložena je standardizirana shema obrade. Dizajnirano je posebno učvršćenje tokarilice koje je prikladno za obradu više modela i velikih serija proizvoda, rješavajući probleme visoke težine obrade, nestabilne kvalitete i niske učinkovitosti obrade balansnog koljena u obliku slova Z-.
01
Uvod
Ravnotežno koljeno je ključna komponenta sustava ovjesa specijalnih vozila na gusjenicama. Djeluje zajedno s elastičnim elementima kao što su torzijska osovina i amortizer kako bi pružio elastičnu potporu karoseriji vozila i kotaču [1]. Ravnotežno koljeno može prenijeti veliku količinu energije udarca generirane kretanjem kotača gore{3}}i-dolje na torzijsko vratilo, ublažiti i apsorbirati energiju vibracija, smanjiti silu udara na karoseriju vozila, poboljšati udobnost putnika, smanjiti oštećenje komponenti i osigurati stabilnost i upravljivost vozila pri vožnji po neravnim cestama [2]. Opći sklop balansnog koljena uključuje klinasto vratilo, balansno koljeno i osovinu kotača. Koljeno za ravnotežu u obliku slova Z integrirano je koljeno za ravnotežu koje kombinira sve tri komponente. Integrirano koljeno za ravnotežu ima karakteristike visoke upravljivosti, visoke pouzdanosti i male težine te se naširoko koristi u modernim specijalnim vozilima [3]. 02
Analiza strukture i izazovi obrade balansnog koljena u obliku slova Z-
Struktura ravnotežnog koljena u obliku slova Z-, kao što je prikazano na slici 1, ekscentrična je struktura nepravilnog oblika. Velik je u veličini i težak u težini, zahtijeva visoku stopu uklanjanja materijala, visoku točnost dimenzija i položaja te dugi ciklus obrade s brojnim procesima. Uključuje različitu opremu i zanate, uključujući strojeve za horizontalno bušenje, CNC tokarilice, obradne centre, strojeve za provlačenje i strojeve za eroziju žice. U prethodnoj proizvodnji, brojni problemi bili su izloženi u svakom koraku procesa, kao -{6}}dimenzije tolerancije vanjskog kruga osovine, neusklađenost između provrta klina i vanjskog kruga, ne-paralelnost između osi velike osovine (osovine klina) i male osovine (osovina kotača opterećenja), nestandardna hrapavost površine, neuravnoteženo vrijeme ciklusa procesa i nisko učinkovitost strojne obrade, što ozbiljno utječe na kvalitetu proizvoda i raspored isporuke.
03
Shema procesa
Proces obrade balansnog koljena u obliku slova Z: Grubo bušenje čeone strane i unutarnje rupe → Grubo tokarenje velike osovine → Grubo tokarenje male osovine → Završno bušenje čeone strane i unutarnje rupe → Završno tokarenje velike osovine → Završno tokarenje male osovine → Glodanje vanjskog oblika i bušenje → Provlačenje (žičani EDM žljeb). Proizvod je kalup za kovanje. Kod grube i završne obrade velikih i malih osovina potreban je poseban tokarski uređaj s protuutezima. Ovo učvršćenje uravnotežuje centrifugalnu silu koja se stvara tijekom rotacije obratka, čime se smanjuju vibracije i povećava brzina vretena, učinkovito poboljšavajući točnost obrade proizvoda i brzinu rezanja.
04
Proces obrade
(1) Grubo bušenje čeonih površina i unutarnjih rupa: koristi se CNC stroj za horizontalno bušenje. Sa svake strane ostavljeno je dopuštenje od 2 mm za krajnje strane i unutarnje rupe. Glavna funkcija ovog procesa je brzo uklanjanje velike količine materijala i stvaranje središnjih rupa procesa za grubo-obrađene vanjske promjere velikih i malih osovina. CNC horizontalni stroj za bušenje ima radnu ploču koja se okreće za 360 stupnjeva, što omogućuje univerzalnu obradu u ravnini XOY u jednoj postavci. Može obrađivati četiri čeone strane i unutarnje rupe odjednom, osiguravajući da su središnje rupe procesa na oba kraja velike i male osovine koaksijalne i da su središnje linije velike i male osovine paralelne. Grubo bušenje čeonih površina i unutarnjih rupa prikazano je na slici 2, gdje debela puna linija predstavlja strojno obrađenu površinu.
Slika 2. Grubo bušenje čeone strane i unutarnje rupe
(2) Grubo tokarenje velike osovine: Strojna obrada se izvodi na CNC tokarilici, s dopuštenjem od 1,5 mm na svakoj strani vanjskog promjera. Glavna funkcija ovog procesa je brzo uklanjanje velike količine materijala i stvaranje referentnog procesa za završno bušenje čeone površine i unutarnje rupe. Budući da se težište balansnog koljena u obliku slova Z- pomiče iz središta rotacije tijekom tokarenja, potreban je poseban tokarski uređaj s protuutezima za uravnoteženje centrifugalne sile, smanjenje vibracija i povećanje brzine vretena. Grubo okretanje velike osovine prikazano je na slici 3.
Slika 3. Grubo tokarenje velike osovine
(3) Grubo tokarenje malog vratila: Strojna obrada se izvodi na CNC tokarilici, s dopuštenjem od 1,5 mm na svakoj strani vanjskog promjera i čeone strane. Glavna funkcija ovog procesa je brzo uklanjanje velike količine materijala i oslobađanje strojnog naprezanja. Grubo tokarenje malog vratila prikazano je na slici 4. Nakon grubog tokarenja, veliko i malo vratilo imaju pravilan vanjski promjer. Stezaljka u obliku AV- koristi se za stabilniju završnu obradu tijekom završnog bušenja.
Slika 4. Grubo tokarenje malog vratila
(4) Završno bušenje čeone površine i unutarnje rupe: Ovo se radi pomoću CNC horizontalnog bušilice, s grubim tokarenjem vanjskog promjera velikog vratila kao referentne točke procesa i referentne točke stezanja. Glavna funkcija ovog procesa je strojna obrada četiriju čeonih strana i unutarnjeg otvora proizvoda na gotovu veličinu, osiguravajući točnost dimenzija i hrapavost površine, dok također stvara skošenje za završno tokarenje vanjskih promjera velikih i malih osovina. Završno bušenje čeone površine i unutarnje rupe prikazano je na slici 5, gdje debela puna linija predstavlja površinu obrađenu u ovom procesu.
Slika 5. Završno bušenje čeone strane i unutarnje rupe
(5) Završno tokarenje velike osovine: Ovo se radi pomoću CNC tokarilice, obrađujući vanjski promjer do gotove veličine, osiguravajući točnost dimenzija, geometrijsku točnost i hrapavost površine. Ovaj proces koristi skošenje stvoreno tijekom završnog bušenja unutarnje rupe kao referentnu točku stezanja, osiguravajući koaksijalnost vanjskog promjera i unutarnje rupe velike osovine. Završno tokarenje velike osovine prikazano je na slici 6.
Slika 6. Precizno tokarenje glavnog vratila
(6) Precizno tokarenje malog vratila: korištenjem CNC tokarilice, vanjski promjer se obrađuje na gotovu veličinu, osiguravajući točnost dimenzija, geometrijsku točnost i hrapavost površine. Ovaj proces koristi skošenje napravljeno tijekom preciznog bušenja unutarnje rupe kao referencu za stezanje i pozicioniranje, osiguravajući koaksijalnost vanjskog promjera male osovine i unutarnje rupe, kao i paralelnost središnjih linija male osovine i glavne osovine. Precizno okretanje male osovine prikazano je na slici 7.
Slika 7. Precizno tokarenje malog vratila
(7) Glodanje vanjskog oblika i bušenje: pomoću okomitog obradnog centra, vanjski oblik proizvoda se strojno obrađuje u željeni položaj, a rupe za tiple se buše. Glodanje vanjskog oblika i bušenje prikazano je na slici 8, gdje debele pune linije predstavljaju strojno obrađene površine u ovom procesu.
Slika 8. Glodanje vanjskog oblika i bušenje
(8) Provlačenje klina (žičani EDM klin): Kada je serija proizvoda velika, ovaj se postupak općenito provodi korištenjem stroja za provlačenje s alatom za provlačenje, čime se osigurava učinkovitost proizvodnje i dosljednost dimenzija otvora za klin. Kada je provlaka nedostupna, a veličina serije je mala, ovaj se postupak može izvesti pomoću stroja za eroziju žice. Vanjski promjer glavnog vratila služi kao referenca za stezanje i pozicioniranje, osiguravajući koaksijalnost klinaste rupe s vanjskim promjerom glavnog vratila. Izvučeni klin (žičani-EDM klin) prikazan je na slici 9, gdje debela puna linija predstavlja površinu obrađenu u ovom procesu.
Slika 9: Rašireni klin (žičani-EDM klin)
U ovoj je točki proizvod koljena za ravnotežu u obliku slova Z završio sve procese strojne obrade. Naknadni procesi uključuju otkrivanje grešaka i površinsku obradu.
05
Namjenski tokarski uređaj
Namjensko učvršćenje tokarilice uključuje komponente kao što su prirubnica, šasija, potporno tijelo, centar, protuuteg i pričvrsni vijci [4, 5].
Prirubnica služi kao spojna komponenta između tokarilice i učvršćenja. Obično se koristi standardna prirubnica. Jedan kraj se povezuje s vretenom CNC tokarilice kroz konusnu rupu, a drugi kraj se povezuje sa šasijom kroz locirajuću izbočinu, osiguravajući da središte rotacije učvršćenja tokarilice bude poravnato s vretenom tokarilice.
Šasija, koja služi kao baza učvršćenja tokarilice, ima izduženi kružni utor. Na njega su pričvršćeni potporno tijelo i dva protuutega, a ova raspodjela mase u tri-točke osigurava glatkiju rotaciju obratka tijekom strojne obrade, smanjujući vibracije i poboljšavajući vanjsku cilindričnu točnost i kvalitetu površine proizvoda.
Potporno tijelo, zavareno na šasiju, također ima izduženi kružni utor s dimenzijama koje odgovaraju dimenzijama utora na šasiji. Ovaj utor ima dvije svrhe: smanjenje ukupne težine učvršćenja tokarilice i sprječavanje smetnji između ne-osi obrade balansnog koljena u obliku slova Z i učvršćenja tokarilice. Nekoliko setova pričvrsnih vijaka nalazi se na oba kraja utora za učvršćivanje ne-osi obrade balansnog koljena u obliku slova Z-. Dizajn izduženog kružnog utora omogućuje strojnu obradu ravnotežnih koljena u obliku slova Z različitih veličina i modela pomoću ovog učvršćenja za tokarski stroj, čime se postiže višenamjenska funkcionalnost.
Središte i graničnik za pozicioniranje potpornog tijela spojeni su zajedno i zavareni na potporno tijelo. Tijekom strojne obrade, središte i središte zadnjeg dijela tokarilice podupiru dva kraja osi obrade ravnotežnog koljena u obliku slova Z, postižući konfiguraciju dvostrukog-centralnog stezanja. Kako bi se osiguralo da je površina konusa za pozicioniranje središta koaksijalna s vretenom tokarilice, površina konusa za pozicioniranje središta mora biti precizno-obrađena na tokarilici nakon što se učvršćenje tokarilice zavari zajedno. Protuuteg se sastoji od više ploča protuutega u-obliku lepeze. Broj ploča protuutega može se podesiti kako bi se uravnotežila centrifugalna sila koja se stvara tijekom strojne obrade različitih modela ravnotežnih koljena u obliku slova Z-. Dva protuutega ravnomjerno su raspoređena pod kutom od 120 stupnjeva u odnosu na težište nosača, čime se bolje osigurava dinamička ravnoteža tijekom strojne obrade proizvoda.
Kako bi se omogućila strojna obrada ravnotežnih koljena različitih veličina u obliku slova Z, više setova pričvrsnih vijaka ugrađeno je na obje strane dugog ovalnog utora potpornog tijela. Položaji stezanja pričvrsnih vijaka prikazani su na slici 10. Središnja linija svakog skupa pričvrsnih vijaka je viša od udaljenosti H između središta vanjskog kruga ne-obrađene osi ravnotežnog koljena u obliku slova Z-. Ova metoda stezanja osigurava da je sila stezanja pričvrsnih vijaka na balansnom koljenu u obliku slova Z suprotna centrifugalnoj sili, učinkovito smanjujući centrifugalnu silu koja se stvara kada se obradak okreće. Stanja stezanja za obradu malih vratila i velikih vratila prikazana su na slikama 11 i 12.
Slika 10. Shematski dijagram položaja stezanja pričvrsnog vijka
Slika 11. Stanje stezanja kod obrade malog vratila
Slika 12. Stanje stezanja pri obradi velike osovine
06
Provjera rezultata strojne obrade
Trenutačno se ovaj proces obrade ravnotežnog koljena u obliku slova Z i namjenska tokarilica primjenjuju na proizvodnu liniju više od godinu dana. Višestruki modeli i velike serije balansnih koljena u obliku slova Z obrađuju se ovim postupkom, što rezultira stabilnom i pouzdanom kvalitetom proizvoda i značajno poboljšanom učinkovitošću obrade. Ovo u potpunosti provjerava izvedivost i učinkovitost procesa i namjenskog tokarskog učvršćenja. Fotografija nekih koraka strojne obrade balansnog koljena u obliku slova Z prikazana je na slici 13.
a) Grubo bušenje čeone strane i unutarnje rupe
b) Grubo okretanje glavnog vratila
c) Završite bušenje čeone strane i unutarnje rupe
Slika 13: Stvarne fotografije procesa obrade balansnog koljena u obliku slova Z-
07
Zaključak
Proces obrade i posebno učvršćenje tokarilice za ravnotežno koljeno u obliku slova Z- predloženi u ovom radu primjenjivi su na strojnu obradu različitih modela proizvoda s koljenom ravnoteže u obliku slova Z-, bez obzira na materijal proizvoda ili vrstu ispune. Omogućuje potpun pristup procesu i stezanju za ovu vrstu proizvoda, rješavajući probleme velikih poteškoća u obradi, nemogućnosti stezanja, nestabilne kvalitete proizvoda i niske učinkovitosti obrade uzrokovane nepravilnom ekscentričnom strukturom, velikom veličinom, velikom težinom i zahtjevima visoke preciznosti balansnog koljena u obliku slova Z-. Provjera na terenu pokazuje da ovaj proces strojne obrade može osigurati da proizvodi ravnotežnog koljena u obliku slova Z ispunjavaju zahtjeve točnosti dizajna, smanjuju poteškoće strojne obrade i poboljšavaju dosljednost kvalitete proizvoda i učinkovitost strojne obrade.
