陳桂芳 辛百靈

(①三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽 472000;②三門峽豫西機(jī)床有限公司研究所，河南三門峽 472143)

輪轂是汽車車輪的重要組成部分，是連接制動(dòng)鼓和半軸凸緣的重要零件。其主要功能:承載汽車的總質(zhì)量，通過輪胎吸收與緩和汽車行駛時(shí)所受到的路面沖擊和振蕩，保證輪胎與路面良好的附著性能，以提高汽車的動(dòng)力性、制動(dòng)性和通過性;產(chǎn)生平衡汽車轉(zhuǎn)向行駛的同時(shí)，通過輪胎產(chǎn)生的自動(dòng)回正力矩，使汽車保持直線行駛;輪轂不但是安裝輪胎的骨架，也是將輪胎和車軸連接起來的旋轉(zhuǎn)部件。輪轂分前輪轂和后輪轂，材質(zhì)有灰鐵、球鐵、鋁合金等。對(duì)于載重汽車，一般為球鐵輪轂，數(shù)量有4個(gè)、6個(gè)、8個(gè)不等。隨著汽車產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大，人工成本的不斷提高，傳統(tǒng)的輪轂加工工藝已不適應(yīng)大批、高效、優(yōu)質(zhì)的要求。

1 輪轂

(1)輪轂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

輪轂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)符合盤套類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，故歸結(jié)為盤套類零件。輪轂主要由有較高同軸要求的內(nèi)外圓表面組成，零件的壁厚較小，易產(chǎn)生變形，軸向尺寸一般小于外圓直徑。其中多個(gè)直徑尺寸與軸向尺寸有較高的尺寸精度和表面粗糙度要求。

(2)主要加工表面及技術(shù)要求

主要加工表面:端面、臺(tái)階內(nèi)孔、臺(tái)階外圓、內(nèi)、外倒角等;

主要技術(shù)要求:孔與外圓一般具有較高的同軸度要求;端面與孔軸線的垂直度要求;內(nèi)孔表面本身的尺寸精度、形狀精度及表面粗糙度要求;外圓表面本身的尺寸、形狀精度及表面粗糙度要求等。

(3)加工工藝方法

最常用的加工方法是在普通臥車上加工，加工完一端再掉頭加工另一端，加工過程僅一把車刀在工作，加工質(zhì)量由工人的技術(shù)水平?jīng)Q定。這種加工工藝效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

另一種加工方法是多工位的簡易數(shù)控車床，一臺(tái)機(jī)床加工一端，另一臺(tái)加工另一端，加工過程仍然是一把車刀在工作，加工質(zhì)量由機(jī)床自身精度保證。這種加工工藝僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但仍然沒有解決生產(chǎn)效率問題。

機(jī)床采用立式、雙軸、排刀式、數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)形式。采用立式結(jié)構(gòu)是為安裝工件方便;采用雙主軸結(jié)構(gòu)可提高勞動(dòng)效率，減少職工人數(shù)，降低生產(chǎn)成本，減小機(jī)床占地面積，一臺(tái)機(jī)床就可完成輪轂的正反面加工;采用排刀式工藝方法，可使多把刀同時(shí)對(duì)輪轂不同位置分別進(jìn)行加工，極大地提高機(jī)床的生產(chǎn)效率;采用數(shù)控伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，通過合理布置刀具位置，實(shí)現(xiàn)多個(gè)位置加工使排刀式具備了一定的柔性。機(jī)床可配備兩套φ500 mm的楔式三爪動(dòng)力卡盤。機(jī)床的兩套主軸，各配備一套獨(dú)立的刀架、變速系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、工裝夾具、刀具輔具、潤滑冷卻等，為兩臺(tái)單軸機(jī)床有機(jī)的組合。兩根主軸平行作業(yè)時(shí)，機(jī)床在一個(gè)全循環(huán)中加工完兩個(gè)相同工序的同樣工件。用于順序作業(yè)時(shí)，兩根主軸分別加工同一工件兩面不同的工序。機(jī)床在一個(gè)全循環(huán)中，加工完一個(gè)兩面均需加工的完整工件。機(jī)床采用整體化設(shè)計(jì)，液壓站和電控柜固定在機(jī)床后部，整齊美觀，方便運(yùn)輸。機(jī)床總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

機(jī)床動(dòng)作:吊裝工件—自動(dòng)夾緊—自動(dòng)車孔、端面、外圓—加工停止，夾具松開—吊卸工件。

2 機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)

2.1 雙主軸箱設(shè)計(jì)

本主軸箱采用完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其傳動(dòng)完全獨(dú)立，均由變頻主電動(dòng)機(jī)通過變速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。采用變頻電動(dòng)機(jī)是為適應(yīng)加工工件線速度變化的要求。主軸端部設(shè)連接盤可與線連接，也可與專用工裝夾具相連接。主軸中心設(shè)夾緊油缸，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊提供動(dòng)力。主軸箱設(shè)排屑口，其下面連接自動(dòng)排屑器，將切屑自動(dòng)排入集屑小車。主軸箱中部設(shè)擋板，將兩軸隔開，方便兩軸同時(shí)加工和分別加工。

2.2 立刀架設(shè)計(jì)

立刀架結(jié)構(gòu)采用數(shù)控十字滑板形式，如圖4所示，左右立刀架完全對(duì)稱，可獨(dú)立操作?？v橫導(dǎo)軌均采用線性導(dǎo)軌，反應(yīng)靈敏，精度可靠?？v橫滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)均采用伺服電動(dòng)機(jī)，可根據(jù)需要調(diào)整進(jìn)給速度和進(jìn)給次數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床柔性化。縱向行程500 mm，橫向行程400 mm。

2.3 其他部件

(1)立柱部分是承擔(dān)左右立刀架和左右側(cè)刀架的基礎(chǔ)件，采用六方棱柱形結(jié)構(gòu)，一方面可最大限度地提高立柱的剛性，另一方面可有效地減小機(jī)床的占地面積。

(2)左右側(cè)刀架是為加工工件的端面而設(shè)的，其橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可采用液壓驅(qū)動(dòng)也可采用伺服電動(dòng)機(jī)提高滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，同時(shí)側(cè)刀架還具備縱向讓刀功能。

(3)數(shù)控系統(tǒng)采用兩套廣州數(shù)控系統(tǒng)，兩軸可單獨(dú)控制，亦可聯(lián)合控制，置于機(jī)床后側(cè)上邊。

(4)液壓系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的國產(chǎn)液壓站，分別置于機(jī)床后側(cè)兩邊，固定在主軸箱體上。

3 輪轂排刀示例

輪轂排刀示例如圖5所示。布刀特點(diǎn):(1)根據(jù)余量大小可實(shí)現(xiàn)多次進(jìn)給;(2)內(nèi)孔、外圓可同時(shí)加工也可按次序加工;(3)對(duì)于內(nèi)孔多臺(tái)階的布刀不能同時(shí)把臺(tái)階加工完可通過合理布刀和數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)多次走刀完成;(4)合理布刀和編程有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高效性和柔性。

4 結(jié)語

(1)生產(chǎn)效率大幅度提高。本機(jī)床為數(shù)控控制，自動(dòng)加工，安裝方便，操作簡單，縮短了裝卡時(shí)間，避免了傳統(tǒng)頻繁更換刀具的麻煩，減少了生產(chǎn)節(jié)拍，提高了生產(chǎn)效率。

(2)加工質(zhì)量明顯提高。由于采用數(shù)控技術(shù)，消除了人為誤差，與傳統(tǒng)加工相比，加工精度穩(wěn)定性明顯提高。

(3)社會(huì)效益顯著。該機(jī)床已經(jīng)多家用戶使用，非常滿意。隨著中國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，加工輪轂的高效立式雙軸數(shù)控車床市場(chǎng)前景廣闊。

(4)該機(jī)床的研制成功，解決了輪轂加工的高效性和質(zhì)量的穩(wěn)定性。

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