一种汽车制动鼓的激光扩孔加工设备及加工方法与流程

本发明涉及车辆配件制造领域，特别是涉及一种汽车制动鼓的激光扩孔加工设备及加工方法。

背景技术：

1、汽车制动鼓是鼓式制动系统中的关键承载部件，通常采用铸造或旋压工艺成型。在毛坯成型后，制动鼓中心需要进行扩孔精加工，以保证中心孔的圆度、尺寸精度以及相对于内制动面的同轴度。中心扩孔加工质量直接影响车轮装配后的动平衡性能，以及制动蹄片与制动鼓的贴合均匀性，加工精度不足易引发车辆制动抖动、异响、制动片偏磨等故障。

2、目前工业领域加工制动鼓中心孔主要依靠数控镗床、普通车床完成切削加工，具体工艺为：制动鼓毛坯通过卡盘锁紧安装在设备主轴，主轴带动工件整体回转，镗刀或车刀沿径向进给完成中心孔分层切削。自动化产线内该类设备多配套单工位上下料机械手，逐件完成工件上料、定位切削、卸料流转，如需提升产能只能增设多台单机并行布置。

3、现有镗削、车削加工方案存在多重短板：设备依靠硬质金属刀具接触切削，制动鼓毛坯内部铸造硬点、砂眼极易造成刀具快速损耗，需要频繁停机更换刀片、补偿刀具误差，有效加工时间被大幅压缩；市面上通用加工设备均为单工位作业模式，单台设备单次仅能加工一件工件，即便多机并排生产，各设备独立循环上下料、切削，工序等待损耗多，整条产线综合加工效率偏低；同时接触式切削会产生较大径向切削力，加工过程易出现孔壁振纹、圆度超差等缺陷，难以稳定保障中心孔高精度同轴度要求。

技术实现思路

1、本发明针对目前制动鼓扩孔采用传统的接触式机加工工艺，加工精度低、刀具损耗大，且需要基于单台设备多个工件逐一上下料加工的问题，提供了一种汽车制动鼓的激光扩孔加工设备。

2、为解决上述问题，本发明采用的技术方案为，一种汽车制动鼓的激光扩孔加工设备，包括设备主体，设备主体包括底座，所述底座上设有多个加工转台和激光加工装置，激光加工装置包括轴动系统，轴动系统中安装有多个激光头模组，激光头模组的数量与加工转台的数量和位置对应；所述加工转台包括转台底座，所述转台底座上可转动地设置有卡盘，所述卡盘上设置有多个卡爪和支撑杆，多个卡爪和多个支撑杆分别呈圆周分布，且支撑杆位于卡爪的圆内，所述支撑杆的上端用于支撑制动鼓的端面面板且高于卡爪的上端。本方案采用激光非接触式热加工方式替代传统车、镗切削工艺，加工过程无径向切削力作用于制动鼓工件，消除了孔壁振纹、薄壁变形缺陷，大幅提升制动鼓中心孔圆度、同心度精度，同时避免了刀具磨损、频繁换刀与尺寸补偿耗时问题，省去多道后续连续切削工序，中心扩孔一次成型，显著缩短单件加工周期，降低刀具耗材采购与运维成本；同时设备采用多工位转台与同数量激光头模组一一匹配，可同步对多件制动鼓实施扩孔加工；工位内部采用内圈支撑杆先承托制动鼓端面、外圈卡爪再夹持外壁的分层装夹结构，支撑与夹紧区域相互分隔互不干涉，工件装夹受力均匀，进一步防止夹持过程制动鼓壳体形变，稳定成品加工精度。

3、优选的，多个所述加工转台沿第一方向排列，激光头模组沿第二方向位于加工转台的一侧且能够移动至加工转台的上方，第一方向与第二方向相互垂直；所述轴动系统包括横梁，沿第一方向，所述底座的两侧均设有第一导轨和第一齿条，所述第一导轨和所述第一齿条均沿第二方向布置，所述横梁的两端均设有横梁安装座，所述横梁安装座可滑动地安装在对应侧的第一导轨上，所述横梁安装座上还设有横梁驱动电机，所述横梁驱动电机的输出轴上设有第一齿轮，第一齿轮与对应侧的第一齿条啮合；多个所述激光头模组均安装在所述横梁上。横梁采用双侧齿轮齿条同步驱动，传动刚性强、横梁运行同步性高，移动定位精度稳定；横梁可整体横移覆盖全部加工工位，单套横梁即可搭载全部激光模组，简化整机驱动结构，降低设备制造成本。

4、优选的，所述激光头模组包括水平溜板，所述横梁上设有第二齿条和第二导轨，水平溜板可移动地安装在第二导轨上，水平溜板上设有模组驱动电机，所述模组驱动电机的输出轴上安装有第二齿轮，第二齿轮与第二齿条啮合；所述水平溜板上还安装有前伸梁，前伸梁沿第二方向设置，且向靠近加工转台的方向延伸，所述前伸梁靠近加工转台的一端通过丝杠组件安装有竖直溜板，所述竖直溜板上安装有激光头主体。单模组可独立横向、竖向移动，三轴联动灵活适配不同规格制动鼓内孔轮廓；丝杠驱动竖直溜板升降，激光头高度随动调节，加工过程可实时跟随工件表面，保证激光切割焦距恒定，提升扩孔内壁光滑度与尺寸一致性。

5、优选的，所述转台底座中设有旋转电机，所述旋转电机相对所述卡盘的转动中心偏心设置，所述旋转电机的输出轴上安装有主动齿轮，所述转台底座的下部设有从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。偏心布置旋转电机充分利用转台底座内部闲置空间，缩小单转台整体占用面积，便于多转台紧凑排布；齿轮啮合传动扭矩大、运转平稳，卡盘匀速旋转可消除切削振纹，保障制动鼓中心孔圆度达标。

6、优选的，所述支撑杆的上端加工有螺纹孔并安装有调节螺杆，所述支撑杆的下端设有调节板，所述调节板上开设有长孔，所述调节板通过长孔安装在卡盘上，所述长孔沿卡盘的径向设置；所述卡爪的下部还安装有防尘板，所述防尘板与卡盘的上表面贴合。径向长孔配合顶部调节螺杆可灵活调整支撑点位与支撑高度，适配多种直径、厚度的制动鼓；防尘板全覆盖卡盘滑动轨道，阻挡激光熔渣、金属粉尘进入传动间隙，减少卡盘卡滞故障，延长夹具使用寿命。

7、优选的，还包括废料输送平台，所述废料输送平台的输送方向沿第二方向设置，所述废料输送平台的接收端延伸至所述底座中，且位于所述加工转台所在区域的下方，所述废料输送平台的排出端设有废料斗；所述底座中设有安装台，所述加工转台安装在所述安装台上，所述安装台的中部镂空，在所述安装台的底部，镂空窗口的四周设有落料导向板，所述落料导向板倾斜设置，且斜面下端朝向所述废料输送平台的接收端，且落料导向板的上表面设有导向凸起。加工废料可直接穿过转台中部镂空区域下落，倾斜导向板配合导向凸起防止废料堆积卡堵，废料自动落入输送平台统一归集，无需人工持续清理工位，减少人工投入，改善车间作业环境。

8、优选的，还包括外部框架，所述外部框架包括多条立柱，立柱的顶部共同设置有二楼平台，所述设备主体设置在所述立柱和所述二楼平台所围成的空间内，所述二楼平台上布置有设备主体的配套设备；所述底座的外部还设有外围钣金。上层平台集中放置激光器、水冷机、配电柜等配套器件，充分利用竖直空间，大幅缩减设备地面占用面积；外围钣金实现加工区全封闭，阻隔激光辐射与火花飞溅，提升设备操作安全性。

9、优选的，在所述外部框架的内部，所述二楼平台的底面设有多个除尘箱体，所述除尘箱体与所述加工转台数量对应，除尘箱体位于对应的加工转台的上方。除尘箱体一对一对应加工工位，近距离吸附激光切割产生的烟尘，缩短烟尘吸附路径，除尘效率更高，避免烟尘扩散污染车间。

10、另一方面，本发明还提供一种汽车制动鼓的激光扩孔加工方法，采用上述的汽车制动鼓的激光扩孔加工设备，方法包括以下步骤：

11、s1.上下料设备将若干制动鼓水平放置在加工转台的支撑杆上，卡爪将制动鼓夹紧固定；

12、s2.横梁带动各激光头模组移动到加工转台的上方，竖直溜板下降，使激光头主体下降至加工位置；

13、s3.卡盘转动，同时激光头主体射出激光进行加工；

14、s4.加工完成后，卡盘松开制动鼓，上下料设备将制动鼓取出。

15、本方案采用自动上下料、自动定位、激光非接触扩孔，无需粗镗、半精镗、精镗多道工序，一次成型完成制动鼓中心扩孔，无刀具磨损、无需频繁换刀补偿，缩短单件加工工时，降低耗材成本。

16、进一步的，步骤s2包括：

17、s2-1.激光头主体移动到制动鼓的圆心位置，喷嘴距离工件表面高度0.5-1mm处；

18、s2-2.激光头主体沿制动鼓的径向向外周移动，经过制动鼓内孔的边缘时，激光头主体内部的电容传感器发生电容跳变，记录此时激光头主体的坐标；

19、s2-3.重复步骤s2-2至少三次，每次激光头主体沿制动鼓不同的半径移动；

20、s2-4.根据s2-3记录的多组激光头主体的坐标信息，重新标定制动鼓内孔的圆心，作为加工基准。

21、多点电容寻边自动校正工件装夹偏心，精准锁定制动鼓真实圆心作为加工基准，消除定位偏差，保证扩孔后中心孔与制动鼓外圆同心度，提升后续车轮动平衡与制动稳定性。

22、通过以上技术方案可以看出，本发明的有益效果在于：本发明采用激光非接触式热加工替代传统车镗切削工艺，加工无径向切削力，彻底消除制动鼓孔壁振纹、薄壁变形问题，大幅提升中心孔圆度与同心度，且不存在刀具损耗，省去多道镗削工序，中心扩孔一次成型，有效缩短单件加工时长、削减刀具耗材与维护成本；设备匹配同等数量的多加工转台与激光头模组可同步批量加工，转台采用内支撑杆、外卡爪分层装夹，工件受力均匀，避免夹持形变，稳定成品精度；整机横梁双侧齿轮齿条同步驱动，可全覆盖全部工位，单横梁搭载全部模组简化驱动结构、降低制造成本，各激光头模组可独立三轴联动，丝杠带动竖直溜板实时调节焦距，保障内壁光滑与尺寸统一；转台偏心布置旋转电机节省排布空间，齿轮传动运转平稳，搭配径向可调支撑杆与卡爪防尘板，适配多规格制动鼓同时减少粉尘熔渣造成的夹具卡滞故障；转台中部镂空搭配倾斜落料导向板与废料输送平台，实现废料自动归集，省去人工清理工位；设备配套带二楼平台的外部框架，上层集中布置配套设备以减小占地面积，外围钣金封闭加工区域，工位对应独立除尘箱体近距离吸附烟尘，兼顾操作安全与车间环境；配套加工方法实现全自动上下料与多点电容寻边定位，多点采集坐标自动校正工件偏心，精准锁定加工基准，进一步提升制动鼓同心度，优化车轮动平衡与整车制动性能。