舒勇

摘 要：隨著非標(biāo)軸承的產(chǎn)量越來越大，本文針對(duì)非標(biāo)軸承生產(chǎn)工序存在的質(zhì)量不穩(wěn)定及效率低的問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款基于普通數(shù)控車床的全自動(dòng)非標(biāo)軸承數(shù)控車床。通過設(shè)置自動(dòng)上下料裝置、夾持裝置、車削裝置及GSK990MC數(shù)控系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)上料—裝夾—車銑復(fù)合加工—下料等多工序連續(xù)自動(dòng)加工，能大幅提高生產(chǎn)效率和工序質(zhì)量水平、降低生產(chǎn)成本。該設(shè)備通用性強(qiáng)，適用于圓環(huán)類產(chǎn)品自動(dòng)化車銑復(fù)合加工，市場(chǎng)前景廣闊。

關(guān)鍵詞：非標(biāo)軸承 車銑復(fù)合加工 車削裝置 夾持裝置 自動(dòng)化生產(chǎn)

軸承工業(yè)迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，軸承類型、品種越來越多，其中非標(biāo)軸承（圖1）的產(chǎn)量越來越大，已成為應(yīng)用最廣泛的軸承類型之一，約占滾動(dòng)軸承總量的20%。該類軸承和標(biāo)準(zhǔn)軸承的不同之處在于，其外圈表面上或者內(nèi)孔表面上設(shè)有特殊的8字形潤(rùn)滑油槽、偏心油槽等異形結(jié)構(gòu)，增加了加工的難度。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)通常是各8字形潤(rùn)滑油槽、偏心油槽、注油孔和銷孔等異形結(jié)構(gòu)分步加工，由于裝夾次數(shù)增加，基準(zhǔn)一致性差，很難保證非標(biāo)軸承的車削加工精度，效率低、成本高，已成為制約該類軸承生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)瓶頸。

本技術(shù)針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款全自動(dòng)非標(biāo)軸承數(shù)控車床。

圖1 非標(biāo)軸承

一、非標(biāo)軸承數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)方案

圖2 非標(biāo)軸承數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)方案

利用專用的生產(chǎn)夾具，采用機(jī)械設(shè)備車銑復(fù)合加工原理，通過數(shù)控系統(tǒng)控制刀具進(jìn)行車削、鉆削、銑削加工，實(shí)現(xiàn)工件的一次裝夾加工成型。

二、非標(biāo)軸承數(shù)控車床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)非標(biāo)軸承數(shù)控車床，包括機(jī)架、自動(dòng)上料裝置、夾持裝置、車削裝置、自動(dòng)下料裝置、電氣控制系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 全自動(dòng)非標(biāo)軸承數(shù)控車床結(jié)構(gòu)框圖

1.自動(dòng)上料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)上料裝置包括安裝于主軸座上方的斜向進(jìn)料道和上料機(jī)械手，上料機(jī)械手包括推料桿、推料汽缸。非標(biāo)軸承外圈基本為圓環(huán)料體，沒有什么位置要求，將其放入斜向進(jìn)料道即可。工件自斜向進(jìn)料道上的滑動(dòng)斜面自動(dòng)滾至出料口，感應(yīng)器觸發(fā)上料機(jī)械手中的汽缸運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手夾持工件到主軸的正前方，由氣動(dòng)推料桿推動(dòng)工件進(jìn)入夾持裝置中的夾頭上，感應(yīng)器觸發(fā)夾持裝置動(dòng)作，完成工件自動(dòng)上料。

2.夾持裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

非標(biāo)軸承外圈內(nèi)表面為圓環(huán)體內(nèi)表面，夾持裝置采用圓環(huán)體內(nèi)表面點(diǎn)接觸定位夾緊。夾持裝置包括動(dòng)夾頭、氣動(dòng)拉桿、頂桿、感應(yīng)器。

動(dòng)夾頭設(shè)置在主軸孔內(nèi)，氣動(dòng)拉桿安裝在夾持汽缸上并由汽缸驅(qū)動(dòng)直線移動(dòng)，兩者之間采用螺紋配合。工件夾緊時(shí)，氣動(dòng)拉桿拉動(dòng)動(dòng)夾頭漲緊工件，完成工件自動(dòng)夾緊。車削完成后，汽缸復(fù)位，動(dòng)夾頭在彈性變形的作用下復(fù)位到原始狀態(tài)。夾緊過程平穩(wěn)、勻速，且采用圓形凸臺(tái)內(nèi)撐于軸承外圈內(nèi)壁，減少了車削過程中的零件變形。

3.車削裝置設(shè)計(jì)

針對(duì)此類非標(biāo)軸承常見的徑向定位孔和8字油槽等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在車削裝置上設(shè)計(jì)安裝了包括車刀和伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的銑削裝置。在車床的拖板上設(shè)置車刀安裝座，根據(jù)車刀的中心高低不同，刀座可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)整，刀座安裝在橫向拖板上，根據(jù)需要安裝1～6把數(shù)控車刀，進(jìn)行車削加工。拖板的另一側(cè)安裝銑削裝置，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，銑削裝置可以根據(jù)加工方向需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)徑向或者周向銑削加工。

4.自動(dòng)下料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)下料裝置包括出料道、推料汽缸。加工完成后，動(dòng)夾頭復(fù)位松開工件，工件自動(dòng)落入出料道，由推料汽缸推動(dòng)至出料道出口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下料。

5.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)包括機(jī)床控制面板、PLC控制系統(tǒng)、伺服電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)通過編寫的數(shù)控程序，控制PLC系統(tǒng)動(dòng)作，PLC控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制自動(dòng)上下料、裝夾、車削、銑削進(jìn)給等機(jī)械部件的自動(dòng)化運(yùn)行。

6.數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，本機(jī)控制系統(tǒng)采用廣州數(shù)控GSK990MC數(shù)控系統(tǒng)，最多可以控制3個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)采用8.4英寸彩色高分辨率LCD顯示屏，支持B類宏程序（語句式），開放式PLC支持在線編輯、編譯，使邏輯控制功能更加方便、靈活。

三、非標(biāo)軸承數(shù)控車床工作過程

非標(biāo)軸承數(shù)控車床工作時(shí)，由進(jìn)料道向機(jī)械手輸送毛坯，落到機(jī)械手的夾持位置后，機(jī)械手夾持工件移動(dòng)到和主軸同一軸線上，推料汽缸推動(dòng)工件平移到動(dòng)夾頭的圓柱凸臺(tái)上，感應(yīng)器觸動(dòng)夾持汽缸運(yùn)動(dòng)，汽缸活塞拉動(dòng)動(dòng)夾頭直線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)夾頭受力漲開定位夾緊工件，車削裝置進(jìn)刀車削內(nèi)外形及鉆孔等銑削加工。加工完畢，車削裝置退刀，汽缸復(fù)位，動(dòng)夾頭在彈性力的作用下自動(dòng)復(fù)位、松開，工件掉入出料道，完成自動(dòng)零件的自動(dòng)加工。

四、非標(biāo)軸承數(shù)控車床生產(chǎn)驗(yàn)證

上述全自動(dòng)非標(biāo)軸承數(shù)控車床交付軸承生產(chǎn)廠家使用后，產(chǎn)品加工合格率大幅上升，加工效率是傳統(tǒng)工藝的6倍以上，有效地提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。相關(guān)對(duì)比數(shù)據(jù)見下表。

表 全自動(dòng)非標(biāo)軸承數(shù)控車床與傳統(tǒng)鉆孔工藝試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

采用工藝 日產(chǎn)量（件） 產(chǎn)品合格率 勞動(dòng)強(qiáng)度 生產(chǎn)成本

自動(dòng)化數(shù)控車床 1200件 100% 低 低

傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝 200件 85% 高 高

五、小結(jié)

我們利用全自動(dòng)非標(biāo)軸承數(shù)控車床，通過自主研發(fā)設(shè)計(jì)的自動(dòng)上料裝置、裝夾裝置及車削裝置，成功地解決了非標(biāo)軸承套圈自動(dòng)化車削技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了非標(biāo)軸承套圈的全自動(dòng)車銑復(fù)合加工，大幅提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平，降低了生產(chǎn)成本。該設(shè)備通用性強(qiáng)，適合于圓環(huán)類產(chǎn)品自動(dòng)化車銑復(fù)合加工，市場(chǎng)前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]C·H·柯熱夫尼柯夫.機(jī)構(gòu)參考手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[2]朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

（作者單位：浙江新昌縣技工學(xué)校）