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        四工位雙軸數(shù)控高速鉆削組合機(jī)床設(shè)計(jì)

        2014-06-29 10:25:10潘家珍
        關(guān)鍵詞:鉸鏈工位主軸

        潘家珍

        (上海電氣機(jī)床成套工程有限公司,上海 200041)

        0 引言

        目前,國(guó)內(nèi)汽車零部件制造業(yè)的門鉸鏈車身件的加工,均是采用加工中心+單孔加工專機(jī)形式。該種生產(chǎn)方式不僅設(shè)備需要多,占地面積大,而且生產(chǎn)效率低。隨著汽車零部件制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化,如何提高生產(chǎn)效率,降低設(shè)備成本和勞動(dòng)力成本,實(shí)現(xiàn)進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化,成為汽車零部件制造商關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著汽車行業(yè)迅猛發(fā)展和產(chǎn)能的大幅提升,不少汽車零部件制造商為低成本擴(kuò)充產(chǎn)能,滿足市場(chǎng)需求,對(duì)部分汽車零部件制造的自動(dòng)化呼聲越來越強(qiáng),希望能開發(fā)設(shè)計(jì)滿足門鉸鏈車身件專用生產(chǎn)設(shè)備。

        本項(xiàng)目開發(fā)的目的是為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量,提供一臺(tái)為汽車model 系列門鉸鏈車身件,加工螺紋底孔及倒角、銷軸孔和背孔螺紋底孔的四工位雙軸數(shù)控高速鉆削組合機(jī)床。

        被加工工件示意圖如圖1 所示。

        圖1 被加工工件圖

        1 總體布局和工作原理

        1.1 總體說明

        機(jī)床采用四等分?jǐn)?shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)交換夾具、精密內(nèi)冷高速旋轉(zhuǎn)主軸和伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給,從三個(gè)不同方向同時(shí)對(duì)門鉸鏈進(jìn)行螺紋底孔及倒角加工、銷軸孔加工和背孔螺紋底孔及倒角加工。通過對(duì)夾具的快速更換,可以加工不同型號(hào)的門鉸鏈車身件零件。左右件一次裝夾同時(shí)加工。加工節(jié)拍為12s/兩件。除人工上下料外,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工過程。

        機(jī)床的主要規(guī)格如表1 所示。

        表1 機(jī)床的主要規(guī)格

        機(jī)床電氣控制系統(tǒng)由SIMENES S7-300 PLC、SINAMIC S120 伺服驅(qū)動(dòng)器與1FK7 同步伺服電機(jī)由PROFIBUS 總線連接,實(shí)現(xiàn)進(jìn)給控制。并可以通過OP屏按照不同加工要求,進(jìn)行各工位進(jìn)給位置、速度、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)編程。由自動(dòng)加工程序控制機(jī)床自動(dòng)加工循環(huán)。

        機(jī)床自動(dòng)加工循環(huán)描述:

        手動(dòng)上、下料—雙手啟動(dòng)按鈕—防錯(cuò)識(shí)別與輔助定位—工件夾緊—回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°—內(nèi)外冷卻液打開—主軸啟動(dòng)—各工位快進(jìn)給—工進(jìn)—快退—主軸停止—內(nèi)外冷卻液關(guān)閉。

        在自動(dòng)循環(huán)加工同時(shí),操作人員在一工位進(jìn)行上下料操作并由雙手啟動(dòng)按鈕確認(rèn)。在自動(dòng)循環(huán)結(jié)束后,機(jī)床將自動(dòng)進(jìn)入下一循環(huán)。

        本設(shè)備由床身、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、專用夾具、伺服驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)、主軸箱、動(dòng)力頭、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、防護(hù)罩等組成。見機(jī)床的總圖2。

        本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是高速數(shù)控加工,高速數(shù)控加工的性能主要取決于它的高速主軸單元、高速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高速刀具系統(tǒng)、以及高速加工測(cè)試技術(shù)等,以下就各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。

        (1)高速主軸單元

        高速主軸單元是高速切削機(jī)床最重要的部件,也是實(shí)現(xiàn)高速的最關(guān)鍵技術(shù)之一。要求其動(dòng)平衡性高、剛性好、回轉(zhuǎn)精度高、有良好的熱穩(wěn)定性、能傳遞足夠的力矩和功率、和高效的冷卻裝置。本設(shè)計(jì)采用皮帶主軸,即交流伺服電機(jī)通過一對(duì)皮帶輪直接驅(qū)動(dòng)高速主軸的結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)是精度及剛性高,振動(dòng)小、噪聲低、結(jié)構(gòu)緊湊,最高轉(zhuǎn)速可達(dá)8000rpm 。

        (2)高速加工進(jìn)給系統(tǒng)

        快速進(jìn)給是高速數(shù)控機(jī)床的最重要技術(shù)之一。3個(gè)工位的進(jìn)給系統(tǒng)均采用直線導(dǎo)軌高速滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng),進(jìn)給速度達(dá)到18m/min。

        (3)高速刀具系統(tǒng)

        刀具采用涂層硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆頭,刀柄結(jié)構(gòu)采用德國(guó)的HSK 刀柄,具有很高的幾何精度和裝夾重復(fù)精度、裝夾剛度,以達(dá)到高速切削時(shí)的可靠性。

        (4)高速加工監(jiān)測(cè)技術(shù)

        高速加工監(jiān)測(cè)技術(shù)主要指在高速加工過程中通過傳感、分析、信號(hào)處理等,對(duì)高速機(jī)床及系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的主動(dòng)在線監(jiān)測(cè)和控制,識(shí)別可能引起事故的工況,避免機(jī)床、刀具、工件及有關(guān)設(shè)施的損傷。監(jiān)測(cè)技術(shù)的成功應(yīng)用可大大延長(zhǎng)刀具壽命、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率、保證設(shè)備及人員安全。

        設(shè)備具有防錯(cuò)裝和加工檢測(cè)功能。在上下料工位(如圖3 所示):在工件上方裝有激光位移傳感器對(duì)工件進(jìn)行防錯(cuò)判別。因?yàn)樽笥夜ぜ伺_(tái)階尺寸差2mm 外,其余尺寸都相同,極易放錯(cuò)。如放錯(cuò)工件或工件沒放到位,激光傳感器接受不到正確信號(hào)就會(huì)報(bào)警提醒操作者。

        圖2 機(jī)床總圖

        圖3 上下料工位檢測(cè)示意圖

        在加工工位:一方面,伺服電機(jī)控制中設(shè)定一個(gè)過載扭矩,一旦達(dá)到這一扭矩就停機(jī),進(jìn)行修磨或更換刀具,避免強(qiáng)行切削造成鉆頭斷裂,大大延長(zhǎng)刀具壽命、保證產(chǎn)品質(zhì)量。另一方面,在鉆頭的斜上方裝有超強(qiáng)力光型光電傳感器判斷鉆頭是否異常,它具有大功率的光束,能抵抗碎屑與強(qiáng)力冷卻水的干擾。一旦發(fā)生異常傳感器就報(bào)警,停機(jī)檢查,避免了設(shè)備的損傷。

        工件輸送采用φ800 臥式四等分液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。通過放松、旋轉(zhuǎn)、夾緊來實(shí)現(xiàn)分度和工件輸送。

        夾具采用面銷定位方式,由油缸夾緊。不同工件可以更換夾具基準(zhǔn)墊片實(shí)現(xiàn)。

        1.2 氣動(dòng)系統(tǒng)

        本機(jī)的氣缸和氣動(dòng)控制元件均采用德國(guó)FESTO產(chǎn)品,氣動(dòng)系統(tǒng)主要控制一工位的定位夾緊氣缸、二工位的主軸打刀缸、三工位的主軸打刀缸和氣液平衡缸、四工位的主軸打刀缸等,氣動(dòng)控制原理如圖4 所示。

        圖4 氣動(dòng)原理圖

        1.3 液壓系統(tǒng)

        機(jī)床液壓系統(tǒng)主要為液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、工件夾緊、主軸松刀等提供動(dòng)力與控制。

        主要液壓元件采用YUKEN、REXROTH 元件。液壓控制原理如圖5 所示。

        圖5 液壓原理圖

        1.4 電氣控制

        機(jī)床電氣控制系統(tǒng)由SIMENES S7-300 PLC、SINAMIC S120 伺服驅(qū)動(dòng)器與1FK7 同步伺服電機(jī)由PROFIBUS 總線連接,實(shí)現(xiàn)進(jìn)給控制。并可以通過OP屏按照不同加工要求,進(jìn)行各工位進(jìn)給位置、速度、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)編程。由自動(dòng)加工程序控制機(jī)床自動(dòng)加工循環(huán)。具有手動(dòng)調(diào)整、各工位單循環(huán)和自動(dòng)循環(huán)三種方式控制,操作簡(jiǎn)單、便捷、易學(xué)。

        本機(jī)的控制流程圖如圖6 所示。

        圖6 控制流程圖

        1.5 高低壓冷卻與排屑系統(tǒng)

        冷卻系統(tǒng)由內(nèi)冷、外冷、循環(huán)、過濾等部分組成。帶有流量、液位、壓力控制。為切削時(shí)提供充分內(nèi)外冷卻功能,同時(shí)提供沖屑功能。排屑系統(tǒng)采用磁性排屑裝置。如圖7 所示。

        圖7 冷卻與排屑系統(tǒng)示意圖

        1.6 機(jī)床防護(hù)與安全裝置

        機(jī)床采用全防護(hù)外罩,各工位均設(shè)有換刀和檢修防護(hù)門,在上料工位裝有安全光柵,防護(hù)門均有安全聯(lián)鎖。

        2 結(jié)束語

        本項(xiàng)目的成功開發(fā),大大提高model 系列汽車門鉸鏈車身件的加工產(chǎn)能和質(zhì)量,降低勞動(dòng)強(qiáng)度與制造成本。通過驗(yàn)證表明設(shè)備高效可靠,達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

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