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        汽車轉(zhuǎn)向節(jié)專業(yè)立式數(shù)控車床設(shè)計簡介

        2014-08-26 17:33:21郭吉峰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年26期
        關(guān)鍵詞:數(shù)控車床設(shè)計

        郭吉峰

        摘 要:機加工行業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ),人類的任何發(fā)明設(shè)計都必須經(jīng)過加工才能成為現(xiàn)實,自工業(yè)革命將蒸汽機引入進加工制造中去,人們的加工從早期的普通車床、銑床等發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)控機床,數(shù)控機床通過數(shù)字化來控制整個機床的運動,相較于早期的靠人來進行加工的時代,進步了一大截,但是在加工某些大批次的部件時,需要采用專用的數(shù)控車床來進行加工,從而提高效率。文章將就數(shù)控車床在加工汽車轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面方面使用普通數(shù)控車床和專用的數(shù)控立式車床進行比較,闡述優(yōu)缺點,并對相應(yīng)的加工工藝進行介紹。

        關(guān)鍵詞:數(shù)控車床;工作循環(huán);設(shè)計

        前言

        數(shù)控設(shè)備在加工方面相較于原來的普通設(shè)備有著巨大的優(yōu)勢,汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上應(yīng)力最集中、形狀最復(fù)雜的零件之一,需要具有良好的機械性能,其加工質(zhì)量的好壞將直接影響到汽車的性能,近些年來,我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,對于汽車的需求量猛增,而汽車轉(zhuǎn)向節(jié)作為汽車的重要部件,在加工質(zhì)量和加工效率方面都有著很高的要求,傳統(tǒng)的加工方式是采用普通數(shù)控車床進行加工,然而從實踐中發(fā)現(xiàn),其加工效率很低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需求,文章將介紹一種新的加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部的專用立式數(shù)控車床。就數(shù)控車床在加工汽車轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面方面使用普通數(shù)控車床和專用的數(shù)控立式車床進行比較,闡述優(yōu)缺點,并對相應(yīng)的加工工藝進行介紹。

        1 數(shù)控機床簡介

        數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序,并將其譯碼,用代碼化的數(shù)字表示,通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機床,代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向,是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等等幾大種類的機床,或者是加工中心等。數(shù)控車床是在原有的普通車床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,通過加裝計算機進行運算,將計算的結(jié)果通過驅(qū)動器來帶動伺服電機進行傳動,從而實現(xiàn)相應(yīng)的運動,其中數(shù)控車床又是使用最為廣泛的機床,其使用量占到了數(shù)控機床使用量的25%。數(shù)控車床是將機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等進行融合而得到的一項工業(yè)方面的杰作,其可以用來制作高精度、高效率等的工件,現(xiàn)如今,通過使用數(shù)控車床進行加工代表著一個國家機加工的水平,經(jīng)過多年的發(fā)展,數(shù)控車床由原來的普通臥式車床發(fā)展到數(shù)控臥式車床、數(shù)控立式車床、車銑加工中心等多個方向,數(shù)控車床在我國的保有量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的數(shù)控設(shè)備,在整個數(shù)控機床中占有很高的地位,近些年來,通過發(fā)展通用的數(shù)控語言,實現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備編程的通用化,不同廠家不同系統(tǒng)的編程語言有很高的相似的地方,從而為編程帶來了方便,數(shù)控車床具有廣泛的加工藝性能,可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能,在批量零件的制造過程中相較于原來的普通機床有著巨大的優(yōu)勢,數(shù)控車床通過計算機來識別輸入的語言,通過計算機計算需要移動的位置,而后將這些數(shù)據(jù)輸送給相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)來對設(shè)備的運動軌跡和外設(shè)的操作時序邏輯控制功能的控制。經(jīng)過多年的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)能夠像操作電腦一樣方便的實現(xiàn)輸入操作指令的存儲、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的車床通過手動搖動來使刀具完成切削作業(yè),數(shù)控車床通過驅(qū)動器驅(qū)動電機來帶動滾珠絲杠來傳遞運動,通過電機的編碼器或者是光柵尺來定位移動的距離,無需像以前一樣使用卡尺來測量工件的精度。數(shù)控車床是將計算機技術(shù)、電氣技術(shù)、機械、液壓方面融合到一起開發(fā)出來的,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,完成功能眾多,效率高,在完成大批量的加工中具有很大的優(yōu)勢,代表著機械加工領(lǐng)域發(fā)展的方向。

        2 數(shù)控車床發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

        21世紀(jì)的數(shù)控裝備將向著智能化的方向發(fā)展,主要體現(xiàn)在:如加工過程的自適應(yīng)控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化,采用計算機識別圖紙、輸入簡便、傻瓜編程、智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。智研咨詢指出,目前,數(shù)控機床的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化等已經(jīng)成為了數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。

        3 數(shù)控車床的工作循環(huán)及設(shè)計

        文章介紹一種汽車萬向節(jié)立式專用數(shù)控車床,立式車床的主軸垂直于水平面,工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺上,刀架在橫梁或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件,一般分為單柱和雙柱兩大類。由于汽車萬向節(jié)形狀如羊角,結(jié)構(gòu)復(fù)雜;毛坯為鍛件,加工余量大,特別是法蘭盤根部圓弧部分;工件偏重,轉(zhuǎn)動慣量大;定位夾緊困難。下面將介紹機床的設(shè)計預(yù)案:根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)工藝特性和定位夾緊要求,該機床采用主軸偏置的立式數(shù)控車床結(jié)構(gòu),在傳統(tǒng)立式數(shù)控車床的基礎(chǔ)上,增設(shè)尾座頂尖部件,從而形成能夠更好的加工設(shè)備。

        3.1 機床的工作過程

        數(shù)控車床主要由由數(shù)控裝置、床身、主軸箱、刀架進給系統(tǒng)、尾座、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑器等部分組成。立式數(shù)控車床用于回轉(zhuǎn)直徑較大的盤類零件車削加工。

        臥式數(shù)控車床用于軸向尺寸較長或小型盤類零件的車削加工。加工工程中是通過主軸帶動工件轉(zhuǎn)動,將車刀夾裝在刀架上,通過X、Z軸來帶動刀架來對工件進行加工。

        3.2 轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床部件設(shè)計

        3.2.1 主軸箱設(shè)計

        主軸箱是機床的重要的部件,是用于布置機床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機構(gòu)的。主軸箱采用多級齒輪傳動,通過一定的傳動系統(tǒng),經(jīng)主軸箱內(nèi)各個位置上的傳動齒輪和傳動軸,最后把運動傳到主軸上,使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計,以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機床的性能。本機床為立式結(jié)構(gòu),主軸箱就是傳統(tǒng)意義上的床身,其作用一是安裝主軸及其傳動系統(tǒng),二是支撐立柱即在其上安裝的縱橫滑板和電動刀架。因此要求主軸箱具有據(jù)夠的剛性,結(jié)構(gòu)必須合理,長期使用不變形。

        3.2.2 X、Z軸進給系統(tǒng)設(shè)計

        數(shù)控車床的Z軸為縱向軸,其主要是由縱向滑板和縱向滾珠絲杠傳動副組成。由于橫向X軸安裝在Z上,因此Z軸需要采用重載型滾珠滾動導(dǎo)軌,從而能夠支持住Z軸的重量,可以采用伺服電機帶動滾珠絲杠使縱向滑板上下移動從而實現(xiàn)精確定位。機床的X軸也采用滾珠絲杠來實現(xiàn)傳動,通過伺服電機來帶動絲杠來傳遞運動。機床的進給系統(tǒng)主要是通過進給機構(gòu)來改變進給量。

        3.3 轉(zhuǎn)向節(jié)工裝夾具設(shè)計

        3.3.1 頂尖部件設(shè)計

        車床頂尖是車床的重要組成部分,主要有定位功能、回轉(zhuǎn)功能、夾緊功能,在主軸旋轉(zhuǎn)時頂尖也隨著旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)機床的主運動。設(shè)計此部件時需要注意可靠性。

        3.3.2 轉(zhuǎn)向節(jié)車具設(shè)計

        轉(zhuǎn)向節(jié)是異形件,非常的不平衡,其車具設(shè)計有一定難度,第一是定位采用頂尖孔,其剛性不好,需要上下頂尖定位夾緊,下頂尖固定在主軸上,上頂尖單獨設(shè)計移動部件;第二是夾緊,沒有規(guī)則的夾緊面,同時不同的頂尖形狀各異,要使車具具有通用性,車具必須具有適應(yīng)不同工件的柔性;第三是工件的不平衡性,在設(shè)計車具時必須有可調(diào)整的配置設(shè)置;采用液壓加緊卡盤來實現(xiàn)夾緊。

        4 結(jié)束語

        文章就數(shù)控車床在加工汽車轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面方面設(shè)計的新的立式車床的設(shè)計進行了闡述。

        參考文獻(xiàn)

        [1]楊仙.數(shù)控機床[M].機械工業(yè)出版社,2012.

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