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.