1.步进电动机 2. 轴向调节补偿器 3.连杆 4.拉杆 5.镗孔零件
6.测量头 7.测量仪表 8.控制仪表 9.镗刀杆
图1 自动检测自动补偿单位工作原理

1. 镗刀杆 2.拉杆 3.密封圈 4.螺钉 5.镗刀
6.刀片 7.支撑块 8.碟形弹簧 9.支撑座 10.工件
图2 补偿镗刀杆简图

1 工作原理

2 山特维克补偿镗刀杆结构

3 镗刀杆的关键制造工艺

1. 容纳拉杆的f12H7×392mm深孔的加工
   该孔与补偿拉杆配合，其性质有如滑阀孔与阀芯的配合，理论上最小间隙为零，孔粗糙度Ra0.8µm。我们在深孔钻床上用枪钻头加工。枪钻的优点是钻进直线性好，加工孔径尺寸准确，粗糙度值较小。但当深孔钻床性能下降时，钻削孔径精度难以达到要求。此时，也可适当放宽孔径公差，配用研磨棒研磨，以提高孔的圆柱度和减小表面粗糙度值。然后配磨拉杆，使拉杆与孔的配合间隙近乎于零，以能移动自如为准。
   
   图3 精密钻模
2. 内冷却用的2-f4.2×332mm深孔的加工
   这两个不在轴心线而且长径比较大的深孔比上述深孔更难加工，因为零件不能旋转，很容易钻偏，特别是两小孔的孔壁离镗刀杆外圆仅4.4mm，钻孔时很容易穿破镗刀杆外圆而报废。我们使用普通麻花钻头，由钻模(图3)导向在摇臂钻床上加工，用5根长度递增钻头分5段钻成。镗刀杆直立装在组合夹具上，用V形定位，保证其与摇臂钻主轴回转轴线同轴。钻模制造时为保证导向孔与钻模外圆轴线平行，导向孔在坐标镗床上先用中心钻和较小钻头按坐标从两端预钻小孔，保证两端小孔的同轴度，然后用#p#分页标题#e#f4.2钻头从一端钻通接上。钻模经氮化处理以保证导向孔的耐磨性。
3. 浮动支承块的装配
   根据镗刀杆浮动导向支承块的工作性能，支承块圆弧的最终加工放在镗刀杆预装配时进行。这时装支承块，要垫入一块厚度等于碟形弹簧组工作状态时的高度的垫块，为碟形弹簧留一高度。6个支承块预装于槽内和镗刀杆一起磨出外圆，然后卸下待镗刀杆，精磨后连碟形弹簧一起再装入支承块槽内。注意控制碟形弹簧的高度，以保证支承块进入导向孔时对碟形弹簧的压缩量及其预压量，以产生足够的支承力，又使支承块进入导向孔时，不致将碟形弹簧压死。标准碟形弹簧的结构参数和力量一般满足不了该镗刀杆的要求，我们采用的是自制碟形弹簧。
4. 镗刀杆的选材及热处理
   和所有精密镗刀杆一样，该镗刀杆为获得足够的强度和耐磨性，选用38CrMoAl经辉光离子氮化处理。机械加工前作调质处理为氮化处理做好组织准备，又有较好的机械加工性能。氮化前做两次时效处理以消除机械加工应力，减小氮化时的变形，保证镗刀杆精磨以后有均匀和较厚的氮化层，使镗刀杆有较好的精度持久性和较长的使用寿命。

图4 转向节精镗工序草图

4 镗刀杆的结构改进

1. 改进的目的
   由于被加工零件汽车转向节主销孔两孔长度不一致(图4)，短孔长54mm，长孔长80mm，两孔长度比近似达到1:1.5，使镗刀杆上两个刀尖磨损不同步，即每次镗完孔后，刀尖磨损量不一样，镗完若干孔以后，刀尖总的磨损量也不一样。原镗刀杆对两个刀尖的补偿是同步的而且补偿量是完全一致的，使用自动补偿就会造成部分零件的短孔超上差，或者长孔超下差，迫使操作者不得不采用人工补偿，并且每次更换刀片调刀尖时，有意使镗长孔的刀尖比镗短孔的刀尖的径向多伸出一些，即镗短孔刀尖按直径+0.030mm调刀，镗长孔刀尖按直径+0.040mm调刀。而且操作者在自动线加工一定数量零件后要抽查短孔或长孔尺寸，当发现孔径接近下差时，及时人工向控制仪表输入补偿量。这样虽可以保证镗孔尺寸合格，但孔径散差大，造成压主销孔衬套时有的套与孔配合太松，有的配合太紧而收缩量大，不得不在自动线后增加一道推孔工序，即对孔径太小的孔用推刀再推一次然后压衬套，非常麻烦。下面将用刀尖工作循环动态曲线对出现这种缺陷进行具体分析，说明改进措施及效果。
2. 分析现有缺陷
   根据TWC系统的应用手册推荐，对标准镗杆的调整是：设定刀尖的半径上的工作范围为 W≈(r₁-r₂)/2式中r₁、r₂分别为孔的最大半径与最小半径。
   根据孔的尺寸公差，计算得刀尖在半径上的工作范围为W=8µm，每次补偿数，取Dr=6µm。
   
   图5 以长孔测量值输入所得刀尖磨损及补偿动态曲线
   如果以长孔的测量值作为补偿的输入信息，由于孔长不一致，得到镗孔时两孔半径上刀尖磨损及补偿动态曲线(图5)，其中实线为长孔刀尖动态曲线，虚线为短孔刀尖动态曲线。可见由于短孔刀尖磨损慢，使短孔将有部分超上差可能。同理，如果以短孔的测量值作为补偿的输入信息，则又因长孔刀尖磨损快而有部分长孔超下差可能。
   如果以长孔和短孔的测量值之和的一半作为补偿的输入信息，将可能同时有部分长孔超下差，部分短孔超上差。正因为这样，当加工到一定零件数以后，操作者不得不赶紧抽查孔径尺寸，避免超差。这样刀尖远远发挥不到系统正常使用时的总补偿数SD#p#分页标题#e#r，即缩短了刀头的使用寿命。
3. 改进措施
   为此，我们对镗刀杆的斜面调整角a进行改进。众所周知，当切削用量不变时，刀尖的磨损程度与切削路程有关，切削路程大磨损也大，刀尖正常磨损阶段中磨损量与切削路程近似成正比。在同样的工作班时间里，长孔刀尖比短孔刀尖磨损大，为使每次补偿后两个刀尖都大体恢复到设定的工作范围的上限，要求长孔刀尖每次补偿量比短孔刀尖大，即长孔的补偿量与短孔的补偿量之比相当于长孔镗孔长度L_H与短孔镗孔长度L_S之比。
   
   a—刀杆调整角 r_j—一个脉冲补偿量 A、B—杠杆臂长 p—补偿螺杆节距
   图6 补偿机构
   如图6所示，根据TWC补偿机构工作原理，补偿器每个脉冲产生的刀尖半径补偿量为
   r_j=p×1000×Atana400×B 式中r_j——1个脉冲的刀尖补偿量，µm
   a——刀杆调整角，(°)
   p——补偿器螺杆节距，mm
   A、B——杠杆臂长
   400——步进电动机转1转所需脉冲量
   刀夹是标准件，A/B为定值，p为常数，要想改变刀尖一个脉冲的补偿量只有改变调整角a。所以，要求长孔刀尖调整角a_H与短孔刀尖调整角a_S的比例关系为 tana_H/tana_S=L_H/L_S
   设定a_S=3°
   则a_H=arctan(tan 3°80/54)≈4.5°
   
   图7 改造后以长孔测量值输入所得刀尖磨损及补偿动态曲线
   具体程序设定中，以长孔测量值作为补偿信息，为适当照顾两刀尖磨损不一致，取刀尖工作范围W=10µm，长孔每一次补偿总数Dr(长)=8µ，根据两刀尖调整角a的比例关系，可推得短孔每次补偿数为Dr=5µ，改进后的刀尖磨损及补偿动态曲线如图7。可见，修改了刀尖调整角a以后，两个刀尖的磨损和补偿量都能保持稳定状态，使镗孔尺寸实现了受控状态。
4. 改进效果
   • 调刀时两刀尖可以调成一致，操作方便；
   • 两孔刀尖磨损虽不一致，但每次补偿后两刀尖又回到调刀时的同一起点，使镗孔尺寸分散度变小；不再出现超差零件，不用再增加推孔工序；
   • 真正实现TWC系统的自动补偿功能，使总补偿量SDr得以提高，一次调刀能加工较多零件，提高了自动线的生产率；
   • 短孔刀尖使用寿命还是略有浪费，这是零件转向节两孔长度不等留下的唯一不足。