铝合金车轮镜面加工工艺

摘要

本发明涉及一种铝合金车轮镜面加工工艺，采用镜面加工数控设备为数控镜面车床，该镜面加工数控设备内安装有镜面加工专用夹具以及单晶金刚石刀具,并且安装有以微位移驱动及动态控制比技术为控制内核的控制软件系统，具体加工步骤为；①夹持待加工的车轮工件；②粗加工，采用聚晶金刚石刀具对车轮进行粗加工，粗加工的切削深度大于0.02mm，对车轮的加工表面进行2遍粗加工；③精加工，粗加工完成后，用单晶金刚石刀具进行1遍精加工，采用R2和R1.2单晶金刚石刀具加工。本工艺加工面刀纹清晰均匀，每一单节之间没有视觉可见的过渡痕迹或刀棱；精加工表面粗糙度Ra小于0.3微米；在距轮面150mm处，能读出手表的时钟和分钟所处的位置。

权利要求

1.一种铝合金车轮镜面加工工艺，其特征在于：采用镜面加工数控设备为数控镜面车床，该镜面加工数控设备内安装有镜面加工专用夹具以及单晶金刚石刀具,并且安装有以微位移驱动及动态控制比技术为控制内核的控制软件系统，具体加工步骤为：①夹持待加工的车轮工件，本镜面加工数控设备内所安装的专用夹具的卡盘采用径向定位方式的中心涨套定位待加工的车轮工件；本镜面加工数控设备内安装高精度的主轴，该主轴采用静压轴承作为轮毂自动定心机构和轮毂卡具的载体；

②粗加工，采用聚晶金刚石刀具对车轮进行粗加工，粗加工的切削深度大于0.02mm，对车轮的加工表面进行两遍粗加工；该粗加工的转速、切削深度以及刀具的进给速度由微位移驱动及动态控制比技术内核的控制系统软件进行控制；

③精加工，粗加工完成后，用单晶金刚石刀具进行一遍精加工，采用R2和R1.2单晶金刚石刀具加工，精加工主要参数包括精加工转速、精加工切削深度以及精加工进给速度，该精加工转速、精加工切削深度以及精加工进给速度均由微位移驱动及动态控制比技术内核的控制系统软件进行控制；

精加工切削深度，单晶金刚石刀具切削深度为≤0.02mm；

精加工进给速度，进给速度f＝0.05mm。

2.根据权利要求1所述的铝合金车轮镜面加工工艺，其特征在于：所述镜面加工数控设备，车轮产品加工范围：外径最大Ф670毫米；宽度最宽300毫米；加工外观达到精加工表面粗糙度Ra小于0.3微米。

3.根据权利要求1所述的铝合金车轮镜面加工工艺，其特征在于：所述专用夹具的卡盘制造完后做精确动平衡，卡盘径向定位方式使用中心涨套定位。

说明书

铝合金车轮镜面加工工艺

技术领域

[0001] 本发明属于汽车轮毂加工机械领域，尤其是一种铝合金车轮镜面加工工艺。

背景技术

[0002] 轮毂是汽车的重要部件，铝合金车轮具有大直径、轻量化、易散热、端经跳动精度高、动平衡量小等优点，同时，消费者对车轮外观的要求也越来越高。而现在市面上常见的全涂、电镀制程的车轮外观已远远不能满足市场需求。

[0003] 经过检索，未发现本领域中有已公开的相近技术，检索到其他金属表面的加工工艺技术专利如下：

[0004] 一种不锈钢板材8K镜面加工方法(CN102962731A)，其特点是包括有：(1)水洗，将不锈钢表面杂物清洗；(2)粗抛光，用粗抛光磨具石墨轮研磨不锈钢板面，研磨间隙为半个研磨轮直径，一直到表面处理均匀、无麻点；(3)精抛光，用精抛光磨具羊毛毡配抛光液对不锈钢表面进行精密抛光，表面状态达到无轮花及细微划痕，表面均匀一至；(4)水洗吹干，用吹干机将不锈钢板进行水洗吹干；(5)贴膜，用不锈钢板贴膜机进行贴膜。本发明能使不锈钢板材产品由2B或者更粗糙的表面研磨抛光到8K镜面，其镜面效果光亮照人，美观大方，加工后的产品达到了SN/T1671-2005《出口不锈钢装饰板表面质量检验规程》的要求。

[0005] 一种对复杂曲面镜面加工的电解研磨工具(CN103042279A)，该对复杂曲面镜面加工的电解研磨工具包括曲面研磨头安装于电机的旋转轴，曲面研磨头的中空连接管上连接有电解液导流管和碳刷，碳刷上连接有导线；所述曲面研磨头包括圆柱形腔体上端安装中空连接管，中空连接管与电机的旋转轴固定连接，圆柱形腔体下端面为可拆卸的研磨曲面体，所述研磨曲面体通过粘结剂粘结有研磨无纺布，研磨曲面体上设有多个电解液小孔，无纺布对应电解液小孔的位置也设有小孔。通过上述方式，本发明其结构简单，成本低廉，容易制造，操作灵活方便，同时能发挥电化学与机械研磨复合工艺的优点，大大提高加工效率和表面加工质量，非常适合对大批量零件的加工。

[0006] 一种基于飞刀切削的膜状工件的镜面加工方法(CN103372654A)，是具备将安装了飞刀切削用刀头的飞刀切削用夹具安装在旋转主轴上的工序、及控制旋转主轴的旋转和膜状工件相对于旋转主轴的相对位置的工序的基于飞刀切削的对膜状工件的镜面加工方法，其特征在于，以飞刀切削用刀头在膜状工件的侧端面形成镜面的方式，膜状工件相对于旋转主轴的相对位置与该镜面平行地移动。

[0007] 经过对比，本工艺与以上已公开的现有技术相比，技术区别较大。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、设计合理、操作便捷、提升准确率的铝合金车轮镜面加工工艺。

[0009] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

[0010] 一种铝合金车轮镜面加工工艺，其特征在于：采用镜面加工数控设备为数控镜面车床，该镜面加工数控设备内安装有镜面加工专用夹具以及单晶金刚石刀具,并且安装有以微位移驱动及动态控制比技术为控制内核的控制软件系统，具体加工步骤为：

[0011] ①夹持待加工的车轮工件，本镜面加工数控设备内所安装的专用夹具的卡盘采用径向定位方式的中心涨套定位待加工的车轮工件；本镜面加工数控设备内安装高精度的主轴，该主轴采用静压轴承作为轮毂自动定心机构和轮毂卡具的载体；

[0012] ②粗加工，采用聚晶金刚石刀具对车轮进行粗加工，粗加工的切削深度大于0.02mm，对车轮的加工表面进行2遍粗加工；该粗加工的转速、切削深度以及刀具的进给速度由微位移驱动及动态控制比技术内核的控制系统软件进行控制；

[0013] ③精加工，粗加工完成后，用单晶金刚石刀具进行一遍精加工，采用R2和R1.2单晶金刚石刀具加工，精加工主要参数包括精加工转速、精加工切削深度以及精加工进给速度，该精加工转速、精加工切削深度以及精加工进给速度均由微位移驱动及动态控制比技术内核的控制系统软件进行控制；

[0014] 精加工切削深度，单晶金刚石刀具切削深度为≤0.02mm；

[0015] 精加工进给速度，进给速度f＝0.05mm。

[0016] 而且，所述镜面加工数控设备，车轮产品加工范围：外径最大Ф670毫米；宽度最宽300毫米；加工外观达到精加工表面粗糙度Ra小于0.3微米。

[0017] 而且，所述镜面加工夹具设计，夹具卡盘制造完后做精确动平衡，卡盘径向定位方式使用中心涨套定位。

[0018] 而且，所述镜面加工刀具设计，采用R2和R1.2单晶金刚石刀具加工。

[0019] 本发明的优点和积极效果是：

[0020] 1、本发明具有很高的可靠性保障，在机械结构系统的设计中，充分考虑机床的时间和温度稳定性，是机床能长时间稳定运行的基础；成熟的控制系统和电气元器件及其布置设计是机器可靠性的根本保障；微位移驱动及动态控制比技术是实现真正意义镜面车削可靠性的重要技术保障；而且液压卡紧，压力可调，卡爪卡紧内侧采取保护措施。

[0021] 2、本工艺可以生产出具有镜面效果的轮毂产品，而且产品的机械性能达到企业要求标准，加工生产节拍控制在7分钟以内，加工质量好，效率高。

[0022] 3、本工艺加工面刀纹清晰均匀，每一单节之间没有视觉可见的过渡痕迹或刀棱；精加工表面粗糙度Ra小于0.3微米；在距轮面150mm处，能读出手表的时钟和分钟所处的位置。

具体实施方式

[0023] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

[0024] 一种铝合金车轮镜面加工工艺，采用镜面加工数控设备为数控镜面车床，该镜面加工数控设备内安装有镜面加工专用夹具以及单晶金刚石刀具；并且安装有以微位移驱动及动态控制比技术为控制内核的控制软件系统。

[0025] 本镜面加工数控设备配置了真正意义上的关键机械和控制系统的软、硬件，实现真正意义上的高效镜面车削；首先，镜面加工数控设备安装高精度的主轴系统，为回转零件的镜面加工提供了基础保障；其次，镜面加工数控设备以微位移驱动及动态控制比技术的控制内核为保障,使得在车削加工具有拐点波动的非平面车轮工件表面时,同样能够保持镜面车削效果。由于机床的整体结构和驱动设计，充分考虑了整体机床工艺系统的高刚度及动态机电系统的惯量匹配饱和，所以在高速运动或车削时，仍然具有很好的抗震性、很好的微位移动态配比性，不但车削表面质量好，效率也能有所提升。

[0026] 镜面加工数控设备加工步骤；

[0027] ①夹持待加工的车轮工件，本镜面加工数控设备内所安装的专用夹具的卡盘径向定位方式使用中心涨套定位；安装高精度的主轴系统，主轴采用高精度、高刚度、抗震动静压轴承，作为轮毂自动定心机构和轮毂卡具的载体；

[0028] ②粗加工：采用聚晶金刚石刀具对车轮进行粗加工，粗加工的切削深度大于0.02mm，对车轮的加工表面进行两遍粗加工；

[0029] 针对镜面表面亮度的特殊要求，单晶金刚石刀具的特性和以往仿镜面加工经验积累，单晶金刚石刀具虽然刃口很锋利，但当采用大切深进行加工时，其加工效果不够明显，这在很大程度上取决于工件材料、切削速度和进给量，所以切削深度大于0.02mm时，不采用单晶金刚石刀具刀具进行加工，先用聚晶金刚石刀具进行粗加工，该粗加工的转速、切削深度以及刀具的进给速度由微位移驱动及动态控制比技术内核的控制系统软件进行控制；

[0030] ③精加工：粗加工完成后，然后再用单晶金刚石刀具进行一遍精加工，采用R2和R1.2单晶金刚石刀具加工，单晶金刚石刀具进一步细化车轮A面纹路和提高了光泽度，精加工的参数决定了镜面加工的外观效果，主要参数包括精加工转速、精加工切削深度以及精加工进给速度，该精加工转速、精加工切削深度以及精加工进给速度均由微位移驱动及动态控制比技术内核的控制系统软件进行控制；

[0031] 精加工转速，车削时，切削速度与表面粗糙度关系很大，在以往实际生产中，为保证较低的表面粗糙度，可以采用较高的切削速度。但切削速度达到一定程度之后，由于高速条件下系统刚性和平衡性问题，表面粗糙度不但无法再继续下降，反而略有升高，所以一般情况下转速维持在1500转/分钟即可，追求过高的转速是没有必要的。

[0032] 精加工切削深度，单晶金刚石刀具切削深度为≤0.02mm.

[0033] 精加工进给速度，进给速度与表面粗糙度之间有一定的关系，而进给速度的选择又与刀具角度和刀尖型式有关。

[0034] 为综合保证较低的表面粗糙度和较高的生产率，精加工时采用刀尖半径为2mm的单晶金刚石刀具，达到要求的表面粗糙度Ra小于0.3微米，计算可得进给速度均可采用f＝0.05mm。

[0035] 带入公式：

[0036]

[0037] f＝进给量(mm/rev)       r＝刀尖半径(mm)

[0038] f2＝(0.3*2)/50＝0.015   推出f＝0.109mm

[0039] 结论：进给量最大为0.109mm考虑到刀尖半径大，容易发生振刀的可能性大，还需制造刀尖半径为1.2mm的单晶金刚石刀具，使用的进给量为：f2＝(0.2*1.2)/50＝0.015推出进给量f＝0.085mm

[0040] 结论：进给量最大为0.085mm综上所述，为统一加工外观刀纹视觉效果(刀纹间距)，刀尖半径R2和R1.2刀具进给速度均采用f＝0.05mm.

[0041] 镜面加工工艺的镜面效果：加工面纹路清晰均匀；每一单节之间没有视觉可见的过渡痕迹或刀棱；精加工表面粗糙度Ra：小于0.3微米；在距轮面150mm处，能读出手表的时钟和分钟所处的位置。

[0042] 经试验，车轮镜面加工精车线，转速1500转/分钟、切削深度0.02mm、进给量≤0.10mm的加工参数下，加工面刀纹清晰均匀，每一单节之间没有视觉可见的过渡痕迹或刀棱。

[0043] 本工艺达到高质量镜面效果的的核心在于：镜面加工数控设备、镜面加工专用夹具以及单晶金刚石刀具，详细参数如下：

[0044] ①镜面加工数控设备，数控镜面车床，

[0045] 加工范围：外径15″～～22″(最大Ф670毫米)；宽度6″～～10″(最宽300毫米)；

[0046] 加工外观：精加工表面粗糙度Ra：小于0.3微米；在距轮面150mm处，能读出手表的时钟和分钟所处的位置；

[0047] 使用时间：保证设备每天能连续24小时生产,每年350天生产；

[0048] ②镜面加工夹具设计，夹具卡盘制造完后做精确动平衡，卡盘径向定位方式使用中心涨套定位；

[0049] ③镜面加工刀具设计，采用R2和R1.2单晶金刚石刀具加工，并对新刀具进行验证；

[0050] ④效率分析，镜面加工时，采用2遍粗加工，1遍精加工的方法，粗加工采用参数[0051] f＝0.1mm/rev、s＝1500rev，镜面加工一个工件的生产的时间为：(19寸工件正面加工距离L＝240mm)

[0052]

[0053] t＝加工时间(min)

[0054] f＝进给量(mm/rev)

[0055] s＝转速(rev)

[0056] 粗加工一遍时间：  t＝240/(0.1*1500)＝1.6min

[0057] 精加工时间：      t＝240/(0.05*1500)＝3.2min

[0058] 总时间：          T＝1.6*2+3.2＝6.4min

[0059] 结论：19寸工件6.4分钟加工一个，一个班8小时加工75个。

[0060] 关键技术主要为设备的精度：

[0061] a:高精度主轴：该主轴采用高精度、高刚度、抗震动静压轴承，作为轮毂自动定心机构和车轮夹具的载体；

[0062] b：各坐标轴轴承：选用日本NSK高精度大角度角接触球轴承；

[0063] c:各坐标轴驱动丝杠：超高精度滚珠丝杠(日本THK)，装配时，做动态阻尼调整(与机电系统驱动惯量相匹配)；

[0064] d:各坐标轴导轨：超高精度低阻尼系数导轨(全封闭式液压悬浮导轨)，装配时，也须做动态阻尼调整(与机电系统驱动惯量相匹配)；

[0065] e:采用天然钻石刀加工镜面工艺，细化了车轮A面纹路和提高了光泽度；

[0066] f：采用固定的加工参数：转速1500转/分钟；切削深度0.02mm；进给量≤0.10mm。

[0067] 尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。