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床，通過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；若使用自制的專用工裝夾具進(jìn)行裝夾，則成本昂貴、效率低且工裝精度無法保證。隨著近年來工程機(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PLC控制改造后的車床等工藝設(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普通車床的刀架由于橋殼支撐軸中橋位置的球形半徑過大無法從左端向右端順利通過。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，可以通過以下兩個(gè)方案進(jìn)行解決：

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

2）購(gòu)買橋殼支撐軸安裝板加工的專機(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題，但是，更換新的橋殼支撐軸安裝板加工的專機(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普通車床改造方案

對(duì)于上述普通車床的改造，首先根據(jù)所要加工的產(chǎn)品的形狀、尺寸對(duì)普通車床進(jìn)行調(diào)整。其次根據(jù)普通車床自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來適當(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)，通過采用PLC電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，來控制機(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普通車床外新增刀架

此方案是將在CWA6185普通車床外部新增一個(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，最后通過伺服電動(dòng)機(jī)來控制機(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)，且滿足使用要求。

圖2 CWA6185普通車床外新增刀架圖

2）在CWA6185普通車床上新增刀架

此方案是在CWA6185普通車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，并通過伺服電動(dòng)機(jī)來控制機(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)，由于精度匹配問題，一般機(jī)床無法滿足，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)完全可以滿足使用要求。

CWA6185普通車床的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)通過編程器讀入所編寫的程序。進(jìn)而通過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

通過在原有CWA6185普通車床的基礎(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)量的問題，進(jìn)而通過對(duì)原有CWA6185普通車床機(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)其它同類車床的改造奠定了一定的基礎(chǔ)。

[1]宋東超.數(shù)控活塞車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)效率低下等問題，在原有的CWA6185普通車床的基礎(chǔ)上對(duì)橋殼支撐軸的加工進(jìn)行專機(jī)設(shè)計(jì)；利用經(jīng)改造后的專機(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普通車床；改造；專機(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)床后置處理軟件開發(fā)（2011C030107）