การกลึง CNC ล้อช่วยแรง: คู่มือขั้นตอน อุปกรณ์ และการเลือกใช้

ชิ้นส่วนฟลายวีลเป็นอุปกรณ์เก็บมวลหมุนที่สำคัญซึ่งพบได้ในเครื่องยนต์รถยนต์ ระบบขับเคลื่อนทางน้ำ และอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้า ตลาดระบบส่งกำลังยานยนต์ทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ741 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2024ซึ่งยังคงเป็นแรงผลักดันให้เกิดความต้องการโซลูชันการผลิตล้อช่วยแรงที่มีความแม่นยำสูง (ที่มา:MarketsandMarkets, ระบบส่งกำลังยานยนต์ 2024เนื่องจากค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิตเข้มงวดขึ้นและเป้าหมายด้านประสิทธิภาพการผลิตสูงขึ้น การเลือกวิธีการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ที่เหมาะสมจึงกลายเป็นการตัดสินใจเชิงกลยุทธ์สำหรับผู้จัดการโรงงานและวิศวกรโรงงาน

คู่มือนี้จะตรวจสอบกระบวนการกลึง CNC สำหรับล้อช่วยแรง รายละเอียดข้อกำหนดทางเทคนิคที่กำหนดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ และให้กรอบการทำงานที่เป็นประโยชน์สำหรับการเลือกอุปกรณ์ให้สอดคล้องกับขนาดการผลิตและความซับซ้อนของชิ้นส่วน

การกลึง CNC ล้อช่วยแรงคืออะไร

การกลึง CNC สำหรับล้อช่วยแรง หมายถึงการกลึง การเจาะ การกัด และการตกแต่งชิ้นส่วนล้อช่วยแรงด้วยระบบควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์บนเครื่องกลึง CNC เฉพาะทาง แตกต่างจากการกลึงแบบทั่วไปบนเครื่องกลึงอเนกประสงค์ เครื่อง CNC ที่ออกแบบมาสำหรับล้อช่วยแรงโดยเฉพาะจะรวมการทำงานของเครื่องจักรหลายอย่างเข้าไว้ด้วยกัน เช่น การกลึงเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและพื้นผิวเสียดทาน การเจาะรูสลักเกลียว การทำเกลียวสำหรับติดตั้ง และการกัดร่องปรับสมดุล ภายในขั้นตอนการตั้งค่าเครื่องจักรเพียงครั้งเดียว

วัตถุประสงค์หลักของการกลึงล้อช่วยแรง ได้แก่:

บรรลุค่าความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกภายใน0.005 มม.

• รักษาความกลมไว้ด้านล่าง0.005 มม.(ตามมาตรฐาน ISO 1101)
• การควบคุมความหยาบของพื้นผิวระหว่างRa 0.4–0.8 μmสำหรับพื้นผิวที่สัมผัสกับแรงเสียดทาน
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบการติดตั้งอยู่ในแนวแกนเดียวกัน0.015 มม.

เครื่องกลึง CNC สมัยใหม่ที่ออกแบบมาสำหรับใช้กับล้อช่วยแรงโดยเฉพาะ สามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนได้ตามต้องการด้วยการออกแบบฐานเครื่องแบบชิ้นเดียวที่เอียง 45° รางนำทางลูกกลิ้งเชิงเส้นที่มีความแม่นยำสูง และป้อมปืนหลายสถานีที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โว ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดในการปรับตำแหน่งระหว่างการทำงาน

ข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญของเครื่องจักร CNC แบบฟลายวีล

ในการประเมินเครื่องกลึง CNC ที่ออกแบบมาสำหรับล้อช่วยแรงโดยเฉพาะ วิศวกรควรให้ความสำคัญกับข้อกำหนดในหมวดหมู่ต่อไปนี้ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการกลึงและปริมาณงานในการผลิต

ความแข็งแกร่งและโครงสร้างของเครื่องจักร

โครงสร้างของแท่นกลึงเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดเสถียรภาพทางความร้อนและการลดแรงสั่นสะเทือน เครื่องกลึง CNC แบบใช้ล้อช่วยแรงคุณภาพสูงใช้...เหล็กหล่อความแข็งแรงสูง HT300สำหรับแท่นตัดแบบกล่อง จะต้องมีโครงสร้างโมเลกุลที่หนาแน่น ความแข็งที่เหมาะสม และคุณสมบัติพื้นผิวหล่อลื่นในตัว เพื่อลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานในระหว่างรอบการตัดที่ยาวนาน

เดอะเตียงแบบบูรณาการเอียง 45°การออกแบบนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายเศษวัสดุ ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความแข็งแกร่งโดยรวมของโครงสร้างขึ้นประมาณ23%เมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบพื้นเรียบแบบดั้งเดิม ตามการศึกษาเปรียบเทียบที่ตีพิมพ์ในวารสารกระบวนการผลิต(เอลเซเวียร์, 2023)

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพแกนหมุน

ข้อกำหนดเฉพาะของแกนหมุนจะควบคุมความเร็วในการตัดสูงสุด กำลังส่ง และความสามารถในการประมวลผลวัสดุแท่ง

ในการผลิตฟลายวีลสำหรับยานยนต์ เส้นผ่านศูนย์กลางของรูทะลุแกนหมุนคือเส้นผ่านศูนย์กลาง 65 มม.รองรับขนาดแผ่นเปล่าของล้อช่วยแรงส่วนใหญ่ได้ ในขณะที่ความเร็วสูงสุด 3,000 รอบต่อนาที ให้ความเร็วพื้นผิวที่เพียงพอสำหรับวัสดุล้อช่วยแรงทั้งเหล็กและอลูมิเนียม

ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งและการทำซ้ำ

ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งเป็นตัวกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบที่สุดที่สามารถทำได้ในการผลิต เครื่องกลึง CNC แบบใช้ล้อช่วยแรงที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมระบุคุณสมบัติดังนี้:

ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำตามแกน X: 0.003 มม.

• ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำในแกน Z: 0.005 มม.
• ความกลมหลังการกลึง: ≤0.005 มม.
• ความสม่ำเสมอของเส้นผ่านศูนย์กลางในช่วง 300 มม.: ≤0.015 มม.

ตัวเลขเหล่านี้สอดคล้องกับISO 13041-2ตรงตามมาตรฐานการทดสอบความแม่นยำสำหรับเครื่องกลึง CNC และตรงตามข้อกำหนดด้านมิติของผู้ผลิตล้อช่วยแรงสำหรับยานยนต์ รวมถึงข้อกำหนดที่สอดคล้องกับระบบการจัดการคุณภาพ IATF 16949

ขั้นตอนการทำงานของกระบวนการกลึงล้อช่วยแรง

โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการทำงานของการกลึง CNC ล้อช่วยแรงบนเครื่องจักรเฉพาะทาง เช่น ซีรี่ส์ HG40/50L จะประกอบด้วยสี่ขั้นตอนหลัก

ขั้นตอนที่ 1: การหนีบและตั้งค่าชิ้นงานเปล่า

ชิ้นงานหล่อหรือตีขึ้นรูปของล้อช่วยแรงจะถูกใส่เข้าไปในหัวจับไฮดรอลิกแบบกลวง 4 ขากรรไบ ขนาด 10 นิ้วการออกแบบหัวจับแบบกลวงช่วยให้แท่งวัสดุผ่านเข้าไปได้สำหรับการป้อนชิ้นงานอย่างต่อเนื่อง การตรวจสอบการตั้งค่ารวมถึงการยืนยันรูปทรงเรขาคณิตเริ่มต้นของชิ้นงานด้วยเครื่อง CMM และการจัดแนวให้ตรงกับระบบพิกัดของเครื่องจักร

ขั้นตอนที่ 2: การกลึงหยาบ — เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและพื้นผิวเสียดทาน

การกลึงหยาบจะกำจัดวัสดุส่วนเกินออกจากเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและพื้นผิวสัมผัส เครื่องจักรใช้กระบวนการนี้แกน Xสำหรับการตัดตามความลึกในแนวรัศมี ในขณะที่แกน Zควบคุมการทำงานตามแนวแกน พารามิเตอร์การตัดโดยทั่วไปประกอบด้วย:

ความลึกของการตัด: 1.5–3.0 มม.

• อัตราการป้อน: 0.2–0.4 มม./รอบ
• ความเร็วในการตัด: 150–250 เมตร/นาที (สำหรับเหล็กหล่อ)

ขั้นตอนที่ 3: การกลึงขึ้นรูปด้วยความแม่นยำสูง — การเจาะรู การทำเกลียว และการทำร่องปรับสมดุล

เดอะป้อมปืนหลายสถานีขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวเปลี่ยนไปใช้การเจาะ การตอกเกลียว และการกัดโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายชิ้นงาน วิธีการตั้งค่าเพียงครั้งเดียวนี้ช่วยลดข้อผิดพลาดในการจับยึดชิ้นงานซ้ำ ซึ่งมักเกิดขึ้นได้0.02–0.05 มม.ของการเบี่ยงเบนตำแหน่งเพิ่มเติม

การเจาะใช้ดอกสว่านเหล็กความเร็วสูงหรือดอกสว่านคาร์ไบด์ที่มีระบบหล่อเย็นภายใน การตอกเกลียวสำหรับรูยึด (โดยทั่วไปคือเกลียว M10–M16) ทำได้โดยการหมุนแกนหมุนแบบซิงโครไนซ์ของป้อมปืนขับเคลื่อน การกัดร่องสมดุลใช้หัวขับเคลื่อนแบบรัศมีที่ทำงานด้วยความเร็วสูงสุดถึง3,000 รอบต่อนาที.

ขั้นตอนที่ 4: การตรวจสอบคุณภาพและการตกแต่งขั้นสุดท้าย

การวัดหลังการตัดเฉือนใช้เครื่องวัดพิกัด (CMM)หรือการสแกนด้วยเลเซอร์ระหว่างกระบวนการผลิตเพื่อตรวจสอบ:

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความกลม

• ตำแหน่งรูยึดและคุณภาพเกลียว
• ความลึกและรูปทรงของร่องต้องสมดุลกัน
• ความหยาบของพื้นผิวสัมผัส

ชิ้นส่วนที่ตรงตามข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อนจะเข้าสู่กระบวนการปรับสมดุลแบบไดนามิกและการประกอบ ชิ้นส่วนที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดจะถูกส่งไปยังกระบวนการแก้ไขหรือทิ้งตามแผนควบคุม SPC ของโรงงาน

การเลือกเครื่อง CNC สำหรับผลิตล้อช่วยแรงที่เหมาะสม

การเลือกอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับตัวแปรหลักสามประการ ได้แก่ ความซับซ้อนของรูปทรงชิ้นส่วน ปริมาณการผลิตต่อปี และข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อน

เหมาะสำหรับการผลิตสินค้าหลากหลายชนิดในปริมาณปานกลาง (500–5,000 ชิ้นต่อปี)ครอบคลุมฟลายวีลหลายรูปแบบเครื่องจักรป้อมปืนเซอร์โว 3 หัวเครื่องมือนี้มีความยืดหยุ่นสูง สามารถรองรับการเจาะ การตอกเกลียว และการกัดงานที่หลากหลาย โดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องมือเฉพาะ การออกแบบหัวเครื่องแบบโมดูลาร์รองรับหัวกัดแบบรัศมี แบบแกน และแบบเชิงมุม ที่ปรับแต่งให้เข้ากับดีไซน์ของล้อช่วยแรงแต่ละแบบ

สำหรับสายการผลิตที่มีปริมาณมากและผลิตสินค้าชนิดเดียว (มากกว่า 10,000 ชิ้นต่อปี)สายลำเลียงแบบฟลายวีลเฉพาะที่มีหลายสถานีช่วยลดเวลาในการผลิตชิ้นงานเดี่ยวให้น้อยลง3 นาทีแต่ต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมากและพื้นที่ใช้สอยมากเช่นกัน

เกณฑ์การคัดเลือกที่สำคัญ ได้แก่:
1.เส้นผ่านศูนย์กลางการกลึงสูงสุดล้อช่วยแรงของรถยนต์ส่วนใหญ่มีขนาดตั้งแต่ :เส้นผ่านศูนย์กลาง 300–500 มม.เครื่องจักรต้องมีประสิทธิภาพสูงกว่านี้อย่างน้อย 10%

2.การกำหนดค่าป้อมปืนสถานีจ่ายไฟแบบหมุนได้เป็นตัวกำหนดความสามารถในการทำงานแบบผสมผสาน แนะนำให้มีสถานีอย่างน้อย 3 สถานี

3.ระบบกำจัดเศษชิ้นส่วนระบบลำเลียงเศษวัสดุอัตโนมัติช่วยป้องกันการสะสมของเศษวัสดุในระหว่างกะทำงานที่ไม่มีผู้ควบคุม

4.ความเข้ากันได้ของระบบควบคุมระบบ CNC ของ Siemens, Fanuc และ Mitsubishi แต่ละระบบมีการรองรับ Post Processor และการบูรณาการ CAM ที่แตกต่างกัน

การใช้งานทั่วไปในอุตสาหกรรม

การกลึงล้อช่วยแรงสำหรับยานยนต์

ล้อช่วยแรงของรถยนต์นั่งส่วนบุคคลและรถบรรทุกเชิงพาณิชย์จำเป็นต้องมีพื้นผิวเสียดทานที่มีRa ≤ 0.8 μmรูแบริ่งสำเร็จรูปและรูแบริ่งนำร่องยึดไว้กับความทนทาน H7ล้อช่วยแรงแบบสองมวล (DMF) ที่ใช้ในรถยนต์เกียร์อัตโนมัติสมัยใหม่ จำเป็นต้องมีการกลึงกลไกแดมเปอร์เพิ่มเติม ทำให้ความซับซ้อนของเครื่องมือเพิ่มขึ้น

การประมวลผลล้อช่วยแรงเครื่องยนต์เรือ

ล้อช่วยแรงของเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเลเกินกว่าเส้นผ่านศูนย์กลาง 600 มม.มีเส้นผ่านศูนย์กลาง และผลิตจากเหล็กหล่อคุณภาพสูงหรือเหล็กกล้าตีขึ้นรูป ชิ้นส่วนเหล่านี้ต้องผ่านการตัดแต่งหยาบอย่างหนัก ตามด้วยการตกแต่งที่แม่นยำ โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนดไว้ABS (สำนักงานการขนส่งทางเรือแห่งอเมริกา)ข้อกำหนดการรับรอง

ล้อช่วยแรงของอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้า

ล้อช่วยแรงในชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองทำงานที่1,800–3,600 รอบต่อนาทีและต้องใช้ดุมกลางที่ผ่านการกลึงอย่างแม่นยำ ร่องปรับสมดุล และคุณสมบัติการเชื่อมต่อขั้วต่อ อุปกรณ์ที่ให้บริการในภาคส่วนนี้โดยทั่วไปต้องมีอินเทอร์เฟซเครื่องมือ BT/BMTความเข้ากันได้และพิกัดกำลังแกนหมุนที่เกินกว่า15 กิโลวัตต์เพื่อการขนย้ายสินค้าคงคลังอย่างมีประสิทธิภาพ

ข้อควรพิจารณาในการบำรุงรักษาเครื่องกลึง CNC แบบใช้ล้อช่วยแรง

ความแม่นยำในการกลึงที่ยั่งยืนขึ้นอยู่กับตารางการบำรุงรักษาเชิงป้องกันที่สอดคล้องกับการสะสมชั่วโมงการทำงานของเครื่องจักร

ทุกๆ 500 ชั่วโมงการทำงานของเครื่องจักร: ตรวจสอบระบบหล่อลื่นและเปลี่ยนถ่ายน้ำมันรางนำทาง

• ทุกๆ 1,000 ชั่วโมงการทำงานของเครื่องจักรการวิเคราะห์อุณหภูมิและการสั่นสะเทือนของตลับลูกปืนแกนหมุน
• ทุกๆ 2,000 ชั่วโมงการทำงานของเครื่องจักรการวัดและการชดเชยระยะคลายตัวของบอลสกรู
• ทุกๆ 5,000 ชั่วโมงการทำงานของเครื่องจักร: การตรวจสอบความถูกต้องทางเรขาคณิตอย่างครบถ้วนตามมาตรฐาน ISO 230-2

การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอช่วยรักษาความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งให้อยู่ในขอบเขตความคลาดเคลื่อนที่ระบุไว้ และยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรให้ยาวนานขึ้น15–20 ปีด้วยการดูแลรักษาที่เหมาะสม ตามข้อมูลอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่เผยแพร่โดยIMTS — งานแสดงเทคโนโลยีการผลิตนานาชาติ.

คำถามที่พบบ่อย

Q1: ค่าความคลาดเคลื่อนโดยทั่วไปสำหรับการกลึงล้อช่วยแรงในรถยนต์คือเท่าไร?A: โดยทั่วไปแล้ว ข้อกำหนดของฟลายวีลสำหรับยานยนต์จะกำหนดให้ค่าความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกต้องอยู่ภายในช่วงที่กำหนด±0.005 มม.ความกลมมนด้านล่าง0.005 มม.และค่าความหยาบผิว Ra 0.4–0.8 μm บนพื้นผิวเสียดทาน โดยทั่วไปแล้ว ความตรงแนวแกนระหว่างส่วนประกอบการติดตั้งจะอยู่ในช่วงที่กำหนด0.015 มม.ข้อกำหนดเหล่านี้สอดคล้องกับมาตรฐานคุณภาพยานยนต์ IATF 16949

Q2: เครื่องกลึง CNC แบบใช้ล้อช่วยแรงแตกต่างจากเครื่องกลึง CNC ทั่วไปอย่างไร?A: เครื่องกลึง CNC แบบเฉพาะสำหรับล้อช่วยแรงนั้น ผสานรวมความสามารถในการเจาะ ตอกเกลียว และกัด เข้าด้วยกันผ่านป้อมปืนแบบหลายสถานีที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โว ทำให้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนทั้งหมดได้ในขั้นตอนเดียว เครื่องกลึง CNC แบบดั้งเดิมมักต้องใช้การทำงานแยกต่างหากหรือการแทรกแซงด้วยตนเองสำหรับการเจาะรูและการทำเกลียว ซึ่งเพิ่มเวลาในการทำงานและข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่ง

คำถามที่ 3: ความเร็วรอบแกนหมุนที่จำเป็นสำหรับการกลึงล้อช่วยแรงคือเท่าใด?A: โดยทั่วไปแล้วล้อช่วยแรงเหล็กหล่อส่วนใหญ่ต้องการความเร็วรอบแกนหมุนระหว่าง...2,000 และ 3,000 รอบ/นาทีสำหรับการขึ้นรูปหยาบ โดยขั้นตอนการขึ้นรูปละเอียดอาจใช้เวลานานถึง...4,500 รอบ/นาทีเพื่อผิวงานที่เรียบเนียนเป็นพิเศษ ล้อช่วยแรงอะลูมิเนียมได้รับประโยชน์จากความเร็วที่สูงกว่า4,000 รอบ/นาทีเพื่อให้ได้ค่า Ra ที่ต้องการโดยไม่ก่อให้เกิดความร้อนสูงเกินไป

คำถามที่ 4: การกลึงล้อช่วยแรงหนึ่งชิ้นใช้เวลานานเท่าไหร่?A: เวลาในการทำงานแต่ละรอบจะแตกต่างกันไปตามขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและความซับซ้อนของล้อช่วยแรง โดยทั่วไปแล้วΦ400 มม.ล้อช่วยแรงของรถยนต์ผ่านกระบวนการกลึงหยาบ (2–3 นาที), การเจาะและตอกเกลียว (1.5–2 นาที), การกัดร่องปรับสมดุล (1–2 นาที) และการขัดผิว (1–1.5 นาที) ส่งผลให้เวลาในการผลิตทั้งหมดอยู่ที่...6–9 นาทีบนเครื่องกลึง CNC แบบใช้ล้อช่วยแรงโดยเฉพาะ กระบวนการทำงานแบบหลายเครื่องตามปกติอาจใช้เวลา 20-30 นาทีต่อชิ้น

Q5: อุตสาหกรรมหลักใดบ้างที่ใช้เครื่องจักร CNC แบบมีล้อหมุน?A: อุตสาหกรรมผู้ใช้งานหลัก ได้แก่ การผลิตยานยนต์ (เครื่องยนต์สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลและรถยนต์เพื่อการพาณิชย์), การขับเคลื่อนทางทะเล (ล้อช่วยแรงของเครื่องยนต์ดีเซล), การผลิตไฟฟ้า (ชุดประกอบหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า), อุปกรณ์ทางการเกษตร และเครื่องจักรกลก่อสร้าง ข้อกำหนดของอุปกรณ์ควรตรงกับช่วงขนาดล้อช่วยแรงและข้อกำหนดด้านวัสดุที่เฉพาะเจาะจงของแต่ละภาคส่วน