唐清春，張 健，馬仲亮，劉 謙

（廣西科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，柳州 545006）

橋殼支撐軸加工的專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)

唐清春，張 健，馬仲亮，劉 謙

（廣西科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，柳州 545006）

0 引言

橋殼支撐軸是裝載機(jī)的關(guān)鍵部件，它性能的好壞直接影響裝載機(jī)的整體性能。對(duì)于不同型號(hào)帶有安裝板橋殼支撐軸的加工是一個(gè)難題。目前，加工帶有安裝板橋殼的支撐軸主要是采用普通車(chē)床，通過(guò)多次裝夾與多次換刀完成；但是，多次裝夾不僅導(dǎo)致其定位精度與裝夾精度下降，而且效率低下；若使用自制的專(zhuān)用工裝夾具進(jìn)行裝夾，則成本昂貴、效率低且工裝精度無(wú)法保證。隨著近年來(lái)工程機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)橋殼支撐軸需求不斷增加，因此，帶有安裝板橋殼支撐軸的加工這個(gè)瓶頸難題越來(lái)越嚴(yán)重，迫切需要解決。為此，本文提出了一種增加主軸頭、一次裝夾以及通過(guò)PLC控制改造后的車(chē)床等工藝設(shè)想，完成帶有安裝板橋殼支撐軸的加工。

1 橋殼支撐軸安裝板加工工藝分析

如圖1所示，為橋殼支撐軸安裝板加工工序圖，橋殼支撐軸的材料為QT450-10，本CWA6185普通車(chē)床的主要加工內(nèi)容為對(duì)2、5兩處安裝板進(jìn)行加工。兩個(gè)安裝板的對(duì)稱(chēng)度公差為0.05mm，安裝板的外圓表面與支承軸的同軸度公差為Φ0.06mm。針對(duì)上述加工精度，先前采用的加工方案為：1）將橋殼支撐軸使用三爪夾盤(pán)與頂尖聯(lián)合定位，裝夾完成后對(duì)刀，加工左端安裝板；2）CWA6185普通車(chē)床的刀架由于橋殼支撐軸中橋位置的球形半徑過(guò)大無(wú)法從左端向右端順利通過(guò)。故此只能先加工橋殼支撐軸一端的安裝板，再將橋殼支撐軸進(jìn)行反向裝夾，再加工橋殼支撐軸另一端的安裝板[1]。雖然此工序能滿(mǎn)足加工精度，但是此產(chǎn)品的產(chǎn)出效率比較低，因此，對(duì)CWA6185普通車(chē)床改造解決橋殼支撐軸安裝板加工的難題是十分迫切的。

圖1 橋殼支撐軸安裝板加工工序圖

通過(guò)對(duì)上述工況的具體分析，要全面提高對(duì)橋殼支撐軸安裝板的加工精度，及生產(chǎn)效率，可以通過(guò)以下兩個(gè)方案進(jìn)行解決：

1）改造原有的CWA6185普通車(chē)床，這樣在不需要改造關(guān)于車(chē)間生產(chǎn)線所有設(shè)備的前提下，只需花費(fèi)較少的成本來(lái)改造CWA6185普通車(chē)床為新型雙頭車(chē)床，以提高橋殼支撐軸安裝板的總生產(chǎn)量；

2）購(gòu)買(mǎi)橋殼支撐軸安裝板加工的專(zhuān)機(jī)制造設(shè)備，更換新的生產(chǎn)線設(shè)備，這樣雖然可以解決上述所存在的問(wèn)題，但是，更換新的橋殼支撐軸安裝板加工的專(zhuān)機(jī)制造設(shè)備以及配套生產(chǎn)線設(shè)備需要花費(fèi)大量的人力、物力以及財(cái)力。

綜合考慮以上兩種方案，方案 1）是比較可取的，方案 1）既能解決對(duì)橋殼支撐軸安裝板加工這個(gè)難題，又能為企業(yè)節(jié)省大量的資金，又不至于許多加工設(shè)備不能在使用。

2 CWA6185普通車(chē)床改造方案

對(duì)于上述普通車(chē)床的改造，首先根據(jù)所要加工的產(chǎn)品的形狀、尺寸對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行調(diào)整。其次根據(jù)普通車(chē)床自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到能方便完美的加工出所需要的產(chǎn)品。根據(jù)橋殼支撐軸安裝板與CWA6185普通車(chē)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定采用兩個(gè)方面進(jìn)行改造：

1）結(jié)構(gòu)改造，即在滑軌的另一端新加一個(gè)刀架，此時(shí)，滑軌上就有兩個(gè)刀架，兩個(gè)刀架分別加工兩側(cè)的橋殼支撐軸安裝板，以避免二次的裝夾、定位，提高生產(chǎn)效率[2]。

2）系統(tǒng)引進(jìn)，通過(guò)采用PLC電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，來(lái)控制機(jī)床上的兩個(gè)普通的刀架同時(shí)加工，這樣既能提高加工效率，又能保證加工精度。

2.1 結(jié)構(gòu)改造

在對(duì)CWA6185普通車(chē)床進(jìn)行改造，務(wù)必要保證在加工橋殼支撐軸安裝板時(shí)易于裝夾、切削以及高精度定位，同時(shí)要兼顧新刀架相對(duì)普通車(chē)床滑軌的平行度公差、垂直度公差是否達(dá)到合理范圍之內(nèi)，以及新刀架結(jié)構(gòu)是否方便操作等。為滿(mǎn)足上述要求，對(duì)新刀架設(shè)計(jì)了兩種方案。

1）在CWA6185普通車(chē)床外新增刀架

此方案是將在CWA6185普通車(chē)床外部新增一個(gè)機(jī)床平臺(tái)，在機(jī)床平臺(tái)上固定一對(duì)機(jī)床滑軌，并在機(jī)床滑軌上裝上新增的刀架，最后通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)控制機(jī)床上的絲杠帶動(dòng)滑軌上的刀架移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工功能。如圖2所示為CWA6185普通車(chē)床外新增刀架圖，此新增刀架在其機(jī)床的外部，在改造時(shí)不需改變?cè)瓩C(jī)床的結(jié)構(gòu)，不影響原有的精度；而且改造周期也比較短。但是，此方案的可能存在的不足之處是新增的刀架在機(jī)床之外，加工時(shí)刀柄較長(zhǎng)，剛性減弱。為檢驗(yàn)此方案效果，采取40Cr刀柄進(jìn)行試驗(yàn)，刀柄尺寸為70mm×60mm×510mm，刀柄上裝夾鈦基硬質(zhì)合金刀片，刀柄的伸長(zhǎng)量為280mm。通過(guò)對(duì)橋殼支撐軸安裝板進(jìn)行實(shí)際加工、檢測(cè)，其結(jié)果完全在規(guī)定的公差范圍之內(nèi)，且滿(mǎn)足使用要求。

圖2 CWA6185普通車(chē)床外新增刀架圖

2）在CWA6185普通車(chē)床上新增刀架

此方案是在CWA6185普通車(chē)床的原有滑軌上增加一個(gè)滑軌平臺(tái)，然后在滑軌平臺(tái)上重新布置滑軌，最后將新增的刀架裝配到新布置的滑軌上，并通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)控制機(jī)床上的絲杠帶動(dòng)滑軌上的刀架移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工功能。新增刀架在原有機(jī)床的滑軌上，傳動(dòng)精度比較好，而且刀柄的伸長(zhǎng)量較小，對(duì)刀具的剛性要求容易滿(mǎn)足。但此方案要在原機(jī)床滑軌上配置新滑軌平臺(tái)，由于精度匹配問(wèn)題，一般機(jī)床無(wú)法滿(mǎn)足，且周期長(zhǎng)，不符合企業(yè)的生產(chǎn)宗旨。因此，最終決定采取在車(chē)床機(jī)身外新增刀架的改造方案。

2.2 系統(tǒng)引進(jìn)

縱觀整個(gè)制造行業(yè)，大多數(shù)自動(dòng)化設(shè)備，均采用PLC電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，PLC技術(shù)在位置控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的具有較高的精度[3,4]。此次改造是控制新增刀架進(jìn)行橫向、縱向的切削運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作簡(jiǎn)單，采用PLC電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)完全可以滿(mǎn)足使用要求。

CWA6185普通車(chē)床的PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由輸入、輸出裝置、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)反饋裝置和機(jī)床主機(jī)等組成[5]。如圖3所示，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)編程器讀入所編寫(xiě)的程序。進(jìn)而通過(guò)PLC系統(tǒng)功能控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的工進(jìn)或退、快進(jìn)或退、停止等功能，同時(shí)還可以用手輪、手動(dòng)功能進(jìn)行微調(diào)[6]。

3 改造成果

通過(guò)在原有CWA6185普通車(chē)床的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)床身之外的新刀架，再由PLC控制系統(tǒng)對(duì)其新刀架進(jìn)行控制，將新刀架以及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)裝配到原有機(jī)床上，裝配好的設(shè)備圖如圖4所示，最后將橋殼支撐軸裝夾到改造后的機(jī)床上，采用40Cr刀柄以及前端裝有鈦基硬質(zhì)合金刀片的車(chē)刀進(jìn)行實(shí)際切削加工，將加工后的橋殼支撐軸進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的尺寸與加工精度均符合圖紙上所規(guī)定的要求。

圖3 CWA6185 PLC控制總體布局圖

圖4 CWA6185改造后總裝圖

4 結(jié)束語(yǔ)

針過(guò)對(duì)橋殼支撐軸的加工工藝進(jìn)行分析，找出嚴(yán)重影響橋殼支撐軸產(chǎn)量的問(wèn)題，進(jìn)而通過(guò)對(duì)原有CWA6185普通車(chē)床機(jī)床結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)引進(jìn)方面進(jìn)行改造，最后，對(duì)橋殼支撐軸進(jìn)行加工檢測(cè)，檢測(cè)后的結(jié)果符合使用要求。此次對(duì)該車(chē)床的改造，不僅成本低，改造方便，又達(dá)到了實(shí)際所需的加工精度，對(duì)其它同類(lèi)車(chē)床的改造奠定了一定的基礎(chǔ)。

[1]宋東超.數(shù)控活塞車(chē)床直線伺服刀架的設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2012(1):93-94.

[2]孫崗存,楊勇,袁麗,鄭永平.一款實(shí)用車(chē)削刀架的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師,2011(7):154-155.

[3]曾燕飛.基于PLC的三面銑組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2010(1):44-46.

[4]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[5]石玉明.用PLC技術(shù)改造普通車(chē)床的電氣控制系統(tǒng)[J].機(jī)床電器,2006(3):38-39.

[6]周振寶.PLC在普通銑床數(shù)控化改造中的應(yīng)用[J].機(jī)床電器,2006(3):30-31.

Design of the special machine of axle housing support shaft machining

TANG Qing-chun, ZHANG Jian, MA Zhong-liang, LIU Qian

本文根據(jù)橋殼支撐軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及目前生產(chǎn)效率低下等問(wèn)題，在原有的CWA6185普通車(chē)床的基礎(chǔ)上對(duì)橋殼支撐軸的加工進(jìn)行專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)；利用經(jīng)改造后的專(zhuān)機(jī)對(duì)其橋殼支撐軸進(jìn)行實(shí)際加工，驗(yàn)證了此改造方案的正確性與實(shí)用性；同時(shí)也為其他同類(lèi)橋殼支撐軸的制造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

橋殼支撐軸；CWA6185普通車(chē)床；改造；專(zhuān)機(jī)

唐清春（1972 -），男，四川綿竹人，副教授，碩士，研究方向?yàn)閿?shù)控多軸加工技術(shù)。

TK263

B

1009-0134(2014)05(下)-0090-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2014.05(下).25

2013-09-30

柳州市機(jī)械及機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目：多功能五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床后置處理軟件開(kāi)發(fā)（2011C030107）