1.步進電動機 2. 軸向調節補償器 3.連桿 4.拉桿 5.鏜孔零件
6.測量頭 7.測量儀表 8.控制儀表 9.鏜刀桿
圖1 自動檢測自動補償單位工作原理

1. 鏜刀桿 2.拉桿 3.密封圈 4.螺釘 5.鏜刀
6.刀片 7.支撐塊 8.碟形彈簧 9.支撐座 10.工件
圖2 補償鏜刀桿簡圖

1 工作原理

2 山特維克補償鏜刀桿結構

3 鏜刀桿的關鍵制造工藝

1. 容納拉桿的f12H7×392mm深孔的加工
   該孔與補償拉桿配合，其性質有如滑閥孔與閥芯的配合，理論上最小間隙為零，孔粗糙度Ra0.8µm。我們在深孔鉆床上用槍鉆頭加工。槍鉆的優點是鉆進直線性好，加工孔徑尺寸準確，粗糙度值較小。但當深孔鉆床性能下降時，鉆削孔徑精度難以達到要求。此時，也可適當放寬孔徑公差，配用研磨棒研磨，以提高孔的圓柱度和減小表面粗糙度值。然后配磨拉桿，使拉桿與孔的配合間隙近乎于零，以能移動自如為準。
   
   圖3 精密鉆模
2. 內冷卻用的2-f4.2×332mm深孔的加工
   這兩個不在軸心線而且長徑比較大的深孔比上述深孔更難加工，因為零件不能旋轉，很容易鉆偏，特別是兩小孔的孔壁離鏜刀桿外圓僅4.4mm，鉆孔時很容易穿破鏜刀桿外圓而報廢。我們使用普通麻花鉆頭，由鉆模(圖3)導向在搖臂鉆床上加工，用5根長度遞增鉆頭分5段鉆成。鏜刀桿直立裝在組合夾具上，用V形定位，保證其與搖臂鉆主軸回轉軸線同軸。鉆模制造時為保證導向孔與鉆模外圓軸線平行，導向孔在坐標鏜床上先用中心鉆和較小鉆頭按坐標從兩端預鉆小孔，保證兩端小孔的同軸度，然后用#p#分頁標題#e#f4.2鉆頭從一端鉆通接上。鉆模經氮化處理以保證導向孔的耐磨性。
3. 浮動支承塊的裝配
   根據鏜刀桿浮動導向支承塊的工作性能，支承塊圓弧的最終加工放在鏜刀桿預裝配時進行。這時裝支承塊，要墊入一塊厚度等于碟形彈簧組工作狀態時的高度的墊塊，為碟形彈簧留一高度。6個支承塊預裝于槽內和鏜刀桿一起磨出外圓，然后卸下待鏜刀桿，精磨后連碟形彈簧一起再裝入支承塊槽內。注意控制碟形彈簧的高度，以保證支承塊進入導向孔時對碟形彈簧的壓縮量及其預壓量，以產生足夠的支承力，又使支承塊進入導向孔時，不致將碟形彈簧壓死。標準碟形彈簧的結構參數和力量一般滿足不了該鏜刀桿的要求，我們采用的是自制碟形彈簧。
4. 鏜刀桿的選材及熱處理
   和所有精密鏜刀桿一樣，該鏜刀桿為獲得足夠的強度和耐磨性，選用38CrMoAl經輝光離子氮化處理。機械加工前作調質處理為氮化處理做好組織準備，又有較好的機械加工性能。氮化前做兩次時效處理以消除機械加工應力，減小氮化時的變形，保證鏜刀桿精磨以后有均勻和較厚的氮化層，使鏜刀桿有較好的精度持久性和較長的使用壽命。

圖4 轉向節精鏜工序草圖

4 鏜刀桿的結構改進

1. 改進的目的
   由于被加工零件汽車轉向節主銷孔兩孔長度不一致(圖4)，短孔長54mm，長孔長80mm，兩孔長度比近似達到1:1.5，使鏜刀桿上兩個刀尖磨損不同步，即每次鏜完孔后，刀尖磨損量不一樣，鏜完若干孔以后，刀尖總的磨損量也不一樣。原鏜刀桿對兩個刀尖的補償是同步的而且補償量是完全一致的，使用自動補償就會造成部分零件的短孔超上差，或者長孔超下差，迫使操作者不得不采用人工補償，并且每次更換刀片調刀尖時，有意使鏜長孔的刀尖比鏜短孔的刀尖的徑向多伸出一些，即鏜短孔刀尖按直徑+0.030mm調刀，鏜長孔刀尖按直徑+0.040mm調刀。而且操作者在自動線加工一定數量零件后要抽查短孔或長孔尺寸，當發現孔徑接近下差時，及時人工向控制儀表輸入補償量。這樣雖可以保證鏜孔尺寸合格，但孔徑散差大，造成壓主銷孔襯套時有的套與孔配合太松，有的配合太緊而收縮量大，不得不在自動線后增加一道推孔工序，即對孔徑太小的孔用推刀再推一次然后壓襯套，非常麻煩。下面將用刀尖工作循環動態曲線對出現這種缺陷進行具體分析，說明改進措施及效果。
2. 分析現有缺陷
   根據TWC系統的應用手冊推薦，對標準鏜桿的調整是：設定刀尖的半徑上的工作范圍為 W≈(r₁-r₂)/2式中r₁、r₂分別為孔的最大半徑與最小半徑。
   根據孔的尺寸公差，計算得刀尖在半徑上的工作范圍為W=8µm，每次補償數，取Dr=6µm。
   
   圖5 以長孔測量值輸入所得刀尖磨損及補償動態曲線
   如果以長孔的測量值作為補償的輸入信息，由于孔長不一致，得到鏜孔時兩孔半徑上刀尖磨損及補償動態曲線(圖5)，其中實線為長孔刀尖動態曲線，虛線為短孔刀尖動態曲線。可見由于短孔刀尖磨損慢，使短孔將有部分超上差可能。同理，如果以短孔的測量值作為補償的輸入信息，則又因長孔刀尖磨損快而有部分長孔超下差可能。
   如果以長孔和短孔的測量值之和的一半作為補償的輸入信息，將可能同時有部分長孔超下差，部分短孔超上差。正因為這樣，當加工到一定零件數以后，操作者不得不趕緊抽查孔徑尺寸，避免超差。這樣刀尖遠遠發揮不到系統正常使用時的總補償數SD#p#分頁標題#e#r，即縮短了刀頭的使用壽命。
3. 改進措施
   為此，我們對鏜刀桿的斜面調整角a進行改進。眾所周知，當切削用量不變時，刀尖的磨損程度與切削路程有關，切削路程大磨損也大，刀尖正常磨損階段中磨損量與切削路程近似成正比。在同樣的工作班時間里，長孔刀尖比短孔刀尖磨損大，為使每次補償后兩個刀尖都大體恢復到設定的工作范圍的上限，要求長孔刀尖每次補償量比短孔刀尖大，即長孔的補償量與短孔的補償量之比相當于長孔鏜孔長度L_H與短孔鏜孔長度L_S之比。
   
   a—刀桿調整角 r_j—一個脈沖補償量 A、B—杠桿臂長 p—補償螺桿節距
   圖6 補償機構
   如圖6所示，根據TWC補償機構工作原理，補償器每個脈沖產生的刀尖半徑補償量為
   r_j=p×1000×Atana400×B 式中r_j——1個脈沖的刀尖補償量，µm
   a——刀桿調整角，(°)
   p——補償器螺桿節距，mm
   A、B——杠桿臂長
   400——步進電動機轉1轉所需脈沖量
   刀夾是標準件，A/B為定值，p為常數，要想改變刀尖一個脈沖的補償量只有改變調整角a。所以，要求長孔刀尖調整角a_H與短孔刀尖調整角a_S的比例關系為 tana_H/tana_S=L_H/L_S
   設定a_S=3°
   則a_H=arctan(tan 3°80/54)≈4.5°
   
   圖7 改造后以長孔測量值輸入所得刀尖磨損及補償動態曲線
   具體程序設定中，以長孔測量值作為補償信息，為適當照顧兩刀尖磨損不一致，取刀尖工作范圍W=10µm，長孔每一次補償總數Dr(長)=8µ，根據兩刀尖調整角a的比例關系，可推得短孔每次補償數為Dr=5µ，改進后的刀尖磨損及補償動態曲線如圖7。可見，修改了刀尖調整角a以后，兩個刀尖的磨損和補償量都能保持穩定狀態，使鏜孔尺寸實現了受控狀態。
4. 改進效果
   • 調刀時兩刀尖可以調成一致，操作方便；
   • 兩孔刀尖磨損雖不一致，但每次補償后兩刀尖又回到調刀時的同一起點，使鏜孔尺寸分散度變小；不再出現超差零件，不用再增加推孔工序；
   • 真正實現TWC系統的自動補償功能，使總補償量SDr得以提高，一次調刀能加工較多零件，提高了自動線的生產率；
   • 短孔刀尖使用壽命還是略有浪費，這是零件轉向節兩孔長度不等留下的唯一不足。