铝合金车轮数控加工方法研究

吴新佳,赵晓东,耿海军

(1.郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460；
2.河南欧亚智能科技有限公司，河南 郑州 450046)

铝合金车轮在汽车、摩托车上广泛应用，使用数量巨大，运用数控机床高效、精确加工制作极其重要。加工工序必须集中，要在一次装夹中尽可能完成所有工序，以取得符合精度要求的封闭尺寸。因此，要正确制定数控加工方案，工序划分的特点是先粗后精、先面后孔、刀具集中[1](P22)。刀具集中的工序办法可以减少换刀次数，缩短空行程，减少定位误差，即将零件上用同一把刀加工的部位全部完工后再换另一把刀。本研究以铝合金车轮的加工工艺路线为例进行分析。

1.1 工艺路线

工艺路线一：钻气门孔—轮毂正面加工—轮毂反面加工—计数器槽加工—清洗。

工艺路线二：钻气门孔—轮毂正面加工—轮毂反面加工—轮辋精加工—计数器槽加工—清洗。

1.2 工序内容

1.2.1 钻气门孔

为能给车轮轮胎充气，在轮辋上进行气门孔加工。加工时以铸造毛坯件预留孔位的中心定位，通过台钻、摇臂钻等普通设备进行加工。如果是大批量，为提高效率可根据毛坯制作专用夹具。

1.2.2 轮毂正面加工

检查车轮定位情况，按设定加工路线选用刀具进行切削加工。

(1)轮辋加工刀具选用圆形铝合金专用刀片，精加工采用PCD刀片能保证稳定的加工尺寸和提高产品粗糙度。

(2)轮辐和轮辋外侧端面直接选用圆形PCD刀片，轮辐部分切削进给0.6～0.8 毫米/转。

(3)轴承孔采用VCGT铝合金专用刀片，精加工同样采用PCD刀片并控制尺寸。

加工完成后，去飞边、毛刺，按检查表检查外观、尺寸及铸造缺陷。

1.2.3 轮毂反面加工

在正面加工后的轮辋端面和轴孔定位，根据产品要求设定刀具、加工路径、加工参数，用数控机床进行切削加工。

(1)定位要求：中心定位块与轴承孔配合应小于0.02毫米并保证中心定位块径向跳动小于0.02毫米,端面定位应采用粗糙度0.8以下的定位块并保证分布均匀且数量不低于6个，可设3个主定位块和3个辅助定位块，主定位块平面度小于0.02毫米,辅助定位块采用弹簧设计或气动设计，避免因弹力过大或过小将产品顶变形或产生颤动，主定位块与辅助定位块应呈相间均匀分布。

(2)刀具选用及参数同轮毂正面加工内容。

1.2.4 计数器槽加工

在正面加工后的轮辋端面和轴孔定位，根据图纸要求选择对应铣刀，用数控加工中心或立式铣床进行切削加工。

1.2.5 清洗

工件在加工过程中使用的切削液或者乳化液会在产品表面有残留，影响产品外观和耐腐性。因此，加工完成后要进行清洗并实现防腐处理，特别是钝化处理，保证制动铁圈不能生锈。

1.2.6 轮辋精加工

根据生产设备的不同，用经济型数控机床加工铝合金车轮时，可选用轮辋精加工的工艺路线。如果可装夹刀具数量受限，可增加轮辋精加工工序，可以设计新的精加工程序，可以利用粗加工程序采用刀具补偿功能进行精加工，更好解决因工件二次装夹造成轮辋中心线处存在的接刀痕现象[1](P145)。

加工设备及工艺不同，与其配套的夹具也不相同，要根据现用加工设备选配夹具。

2.1 使用斜床身加工设备的夹具选用

选用自动指型夹具(见图1)，优点是加工过程安全、刚性好、装夹快捷，可配用于液压旋转油缸，可承受较高加工转数和较大切削力；
缺点是价格较贵，备件不易采购，需要较大夹持力；
容易造成工件变形，结构复杂、不易检修[2]。

图1 自动指型夹具

该型夹具可用于轮辋正面加工工艺路线。

2.2 使用经济型数控机床的夹具选用

选用手动指型夹具(见图2)，优点是价格便宜，加工尺寸稳定、工件跳动一致性有保证，备件易采购和自制；
缺点是装夹效率低、安全系数低，可承受加工转数和切削力有限。

图2 手动指型夹具

该类型夹具可选用轮辋的反面加工工艺路线，制作简单，但因属手动螺栓压紧方式装夹，现场操作烦琐，存在一定安全隐患。

(1)加工尺寸：轮辋径向跳动控制在0.05～0.12毫米内，轮辋端面跳动控制在0.02～0.05毫米内，轴承孔同轴度控制在0.02毫米内，均符合GB/T 22436的技术要求[3]。

(2)产品外观：通过改进三序加工，有效解决工序间产生的接刀痕和装夹过程产生的压痕；
通过采用PCD刀具，有效提高产品表面粗糙度质量和产品亮度。

(3)有效解决了产品加工后铝合金本体腐蚀和制动铁圈生锈现象。

铝合金车轮加工过程中，夹具、刀具、机床的确定是加工工艺的重要内容，不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。因此，加工工艺设计者必须首先了解使用机床、夹具、刀具的基本原则，从而确定正确的加工工艺路线，获得较高质量的产品。通过对加工工艺、夹具的分析，提出提高加工精度和生产效率的解决方案，在实际生产应用中摸索完善，使其更加合理。

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