田子欣

車軸端面孔專用雙頭數(shù)控鏜床的研制

田子欣

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

在探討國內(nèi)外車軸端面孔加工方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)床柔性化設(shè)計(jì)理念，提出了車軸端面孔加工專用數(shù)控鏜床的設(shè)計(jì)思路．文中介紹了適用不同規(guī)格車軸端面孔的鏜削加工工藝，提出了臥式雙頭配置的專用鏜床總體結(jié)構(gòu)方案，并給出機(jī)床的工作方式和主要技術(shù)參數(shù)，分析了專用夾具工作方式，闡述了三菱E60L數(shù)控系統(tǒng)配置及調(diào)試，設(shè)計(jì)出機(jī)床關(guān)鍵部件——數(shù)控滑臺(tái)和滾珠絲桿副．

車軸；端孔；數(shù)控鏜床；數(shù)控滑臺(tái)

目前，國內(nèi)外制造企業(yè)針對車軸端面孔的加工方法普遍采用2種方法，一是采用先鉆中心孔、再鏜削加工至尺寸精度；二是先鑄鍛出內(nèi)孔，再在數(shù)控鏜床上進(jìn)行鏜削加工[1]．相比較，第一種生產(chǎn)效率比較底，精度難以保證；第二種精度能夠得到保證，生產(chǎn)效率也較第一種明顯提高，但對操作人員編程水平要求較高，需要根據(jù)車軸工藝進(jìn)行編程，而且不同車軸，需要編制不同的程序．基于此，筆者根據(jù)某汽車零部件制造企業(yè)提供的車軸端面孔尺寸精度，考慮到量產(chǎn)的實(shí)際要求，結(jié)合機(jī)床柔性化設(shè)計(jì)理念，以“功能滿足、精度達(dá)到、操作簡單、定位準(zhǔn)確”為目的，通過選用經(jīng)濟(jì)性數(shù)控系統(tǒng)，并配置專用工件夾具等完成了專用數(shù)控鏜床的設(shè)計(jì)．

1 專用機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案

專用雙頭數(shù)控鏜床加工的對象主要是車軸兩端端面、內(nèi)孔及倒角．車軸工件被水平安裝在機(jī)床配套自制的專用夾具上，并進(jìn)行手動(dòng)鎖緊夾具．雙動(dòng)力鏜頭被數(shù)控系統(tǒng)控制同時(shí)徑向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)車軸兩端端面、內(nèi)孔及倒角加工．根據(jù)工件加工方案，設(shè)計(jì)出的機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖1所示，機(jī)床采用臥式雙面布局，配置有兩個(gè)動(dòng)力鏜頭，1套專用液壓鎖緊夾具，數(shù)控滑臺(tái)2個(gè)，機(jī)床底座、電控柜、液壓站各一臺(tái)，專用刀輔具2套．機(jī)床采用封閉式防護(hù)，管路布局合理，液壓元件均采用符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的疊加閥[2]．潤滑系統(tǒng)采用稀油自動(dòng)潤滑裝置．機(jī)床潤滑采用集中潤滑裝置．機(jī)床配置日本三菱E60L車床數(shù)控系統(tǒng)，并配置RS232通訊接口，可支持CAD/CAM類軟件生成的程序代碼．

機(jī)床動(dòng)作方式：上料→工件定位并夾緊→左右數(shù)控滑臺(tái)同時(shí)快進(jìn)→數(shù)控滑臺(tái)工進(jìn)，進(jìn)行內(nèi)孔加工；內(nèi)倒角同時(shí)平端面加工→左右動(dòng)力滑臺(tái)快退至初始位置→松開各夾緊裝置→卸工件并安裝一個(gè)新工件，使機(jī)床進(jìn)入下一操作循環(huán)．

根據(jù)機(jī)床動(dòng)作，對工件裝卡機(jī)構(gòu)進(jìn)行專用化設(shè)計(jì)．工件的定位方式是采用2套主定位夾緊裝置（自定心）夾緊外軸承位[2]，軸向定位有對中裝置，并采用液壓驅(qū)動(dòng)．主定位夾緊裝置可沿?cái)?shù)控滑臺(tái)導(dǎo)軌調(diào)整，調(diào)整到合適位置后手動(dòng)鎖緊在導(dǎo)軌上，如圖2所示．機(jī)床除裝卸零件手動(dòng)外，具有自動(dòng)循環(huán)、手動(dòng)調(diào)整功能，適應(yīng)機(jī)床的自動(dòng)/半自動(dòng)工作．

圖1 機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如下：

1）TAb40型鏜削頭：主電機(jī)功率11 kW，主電機(jī)轉(zhuǎn)速：1000 r/min，鏜削頭主軸轉(zhuǎn)速：400 r/min，主電機(jī)型號(hào)分別為：UABP-160L-4-33.3-11-B5.

2）數(shù)控滑臺(tái)：工作行程≥500 mm，滾珠絲杠型號(hào)：FYND5010-3；絲杠公稱直徑為50 mm，導(dǎo)程10 mm，最高轉(zhuǎn)速：1500 r/min，絲杠精度為3級(jí)，內(nèi)循環(huán)式；最大進(jìn)給力：30000（N），工作進(jìn)給速度≥5mm/min,快移速度≤9m/min，電機(jī)扭矩12Nm，絲杠預(yù)加載荷300～350 kg，滾珠絲杠額定動(dòng)載荷38639 N，接觸剛性1840 N/μm；

3）機(jī)床外觀尺寸： 6100 mm×2100 mm×1900 mm（長×寬×高）；液壓站： 860 mm×660 mm× 1650 mm；電控箱： 800 mm×500 mm×1800 mm．

2 數(shù)控系統(tǒng)的選用

圖2 工件定位裝置示意圖

2.1 系統(tǒng)配置

專用雙頭數(shù)控鏜床配置了經(jīng)濟(jì)性、使用性都較好的三菱E60L車床數(shù)控系統(tǒng)（見圖3），該數(shù)控系統(tǒng)可以將數(shù)控系統(tǒng)（CNC）、可編程邏輯控制器（PLC）、人機(jī)接口（HMI）和通訊接口（I/O）等集成一體，最多可以控制3個(gè)方向的進(jìn)給軸和一個(gè)主軸[3]．

2.2 參數(shù)配置及調(diào)試

1）根據(jù)機(jī)床性能要求，在內(nèi)置PLC中，輸入對相關(guān)技術(shù)參數(shù)，特別是主軸參數(shù)、伺服電機(jī)參數(shù)、刀具半徑/直徑查補(bǔ)參數(shù)、機(jī)床位置參數(shù)、工件坐標(biāo)零點(diǎn)參數(shù)等，一定要結(jié)合機(jī)床加工工件的精度要求，合理的進(jìn)行參數(shù)設(shè)置．待所有參數(shù)輸入完畢后，給機(jī)床通電并逐項(xiàng)查看機(jī)床性能及相關(guān)技術(shù)參數(shù)輸入是否正確，等到檢查無誤后，就可以按照機(jī)床操作說明書，進(jìn)行相關(guān)程序的編制與輸入，進(jìn)行工件的加工．

2）改變數(shù)控機(jī)床的某些參數(shù)將會(huì)影響機(jī)床的某些性能及功能，請參閱數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)/報(bào)警手冊．

3）機(jī)床發(fā)生報(bào)警時(shí)，請對照數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)/報(bào)警手冊，根據(jù)報(bào)警號(hào)查找報(bào)警原因及處理對策，解除報(bào)警．

4）機(jī)床加工程序、各項(xiàng)加工參數(shù)可手動(dòng)輸入，也可通過RS232接口由機(jī)算機(jī)傳入/傳出．

圖3 三菱E60L數(shù)控系統(tǒng)配置圖

3 機(jī)床關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)控滑臺(tái)

數(shù)控滑臺(tái)作為專用機(jī)床上的關(guān)鍵部件，主要實(shí)現(xiàn)鏜頭進(jìn)給、退回等功能．其結(jié)構(gòu)如圖4所示，它是沿著導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的，導(dǎo)軌起著導(dǎo)向和支承作用．因此導(dǎo)軌的制造精度及其精度保持性對機(jī)床加工精度有著重要的影響．?dāng)?shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌必須具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機(jī)床在高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)、低速將給不爬行．結(jié)合機(jī)床實(shí)際情況，選用了貼塑滑動(dòng)矩導(dǎo)軌形式．

3.2 滾珠絲桿副

本機(jī)床采用滾珠絲桿副作為數(shù)控滑臺(tái)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元[1]．滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，在絲杠和螺母上都裝有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道，螺母上有滾珠回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠．當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動(dòng)．

與傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲杠螺母副比較，滾珠絲杠螺母副具有傳動(dòng)效率高，摩擦損失小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無爬行，傳動(dòng)精度高，反向時(shí)無空程，磨損小，精度保持性好，使用壽命長等有優(yōu)點(diǎn)．為確保本機(jī)床絲杠的剛性和精度的穩(wěn)定，機(jī)床選用了面對面結(jié)構(gòu)的角接觸球軸承兩端固定，其支承結(jié)構(gòu)如圖5所示．

圖4 數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)

圖5 滾珠絲杠副支承結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

本機(jī)床經(jīng)用戶使用，性能穩(wěn)定，經(jīng)過多次工件加工實(shí)驗(yàn)，加工節(jié)拍為3min/件，加工尺寸精度符合圖紙要求，提高了生產(chǎn)效率．另外，專用機(jī)床采用數(shù)控化、液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)思想，安裝工件方便，操作機(jī)床簡單．該機(jī)床加工柔性化，可進(jìn)行車軸不同規(guī)格品種的加工．

[1] 苑春迎．汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體雙金屬曲軸孔數(shù)控精密鏜孔機(jī)床的設(shè)計(jì)及研究[D]．重慶：重慶理工大學(xué)，2012．

[2] 于英華．組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2012．

[3] 陳桂芳，李勤．YX-TK212型轉(zhuǎn)向節(jié)數(shù)控鏜床的設(shè)計(jì)[J]．煤礦機(jī)械,2006（4）：553-554．

Design of Double-Headed CNC Boring Machine for End-Hole of Axletree

TIAN Zixin

（Sanmenxia Polytechnic, Sanmenxia, Henan 472000,China）

After an analysis of advantages and disadvantages of processing methods of end-hole of axletree at home and abroad, and flexibility of machine design, the paper proposes the design of special CNC boring for the end-hole of axletree, and the structure of double-headed configuration of specific boring. Boring process of various specifications for the end-hole of axletree is introduced, working mode of the machines and fixture, main technical parameters of machine, and Mitsubishi E60L CNC system configuration and testing are dealt with. Besides, the key components, CNC sliding table and ball screw are designed.

axletree; end-hole; CNC boring; numerical control sliding table

TG65

B

1672-0318（2014）03-0055-04

2013-10-17

田子欣（1983-），男，河南南陽人，碩士，講師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用研究．