陳桂芳 辛百靈,2

(1.三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000；2.三門峽豫西機(jī)床有限公司研究所，河南 三門峽 472143)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車更新?lián)Q代的速度日益加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，呈現(xiàn)出車型批量小、品種變化快、車型個(gè)性化、多車型共線生產(chǎn)、生產(chǎn)規(guī)?；奶攸c(diǎn)。目前，焊接橋殼的焊接線因生產(chǎn)環(huán)境惡劣、品種切換困難、生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定等原因，眾多廠家紛紛對(duì)原焊接線進(jìn)行機(jī)器人自動(dòng)化改造，新上焊接自動(dòng)線按使用機(jī)器人無人化自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和規(guī)劃。生產(chǎn)線要求具有柔性化、自動(dòng)化、高速、高效、環(huán)保、安全的功能。按照橋殼焊接線的工藝要求，其線內(nèi)需一臺(tái)用于加工橋殼中段兩端平端面、鏜內(nèi)孔、倒坡口的臥式雙面數(shù)控鏜床，該設(shè)備應(yīng)具備自動(dòng)上下料、更換品種自動(dòng)切換功能，整個(gè)生產(chǎn)過程不需人工干預(yù)。為此開發(fā)了YX-TK176M型臥式雙面數(shù)控鏜床應(yīng)用于橋殼焊接自動(dòng)線上，實(shí)現(xiàn)了組合專機(jī)與自動(dòng)線的無縫對(duì)接。

1 橋殼中段加工工藝分析

1.1 橋殼中段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

焊接橋殼是由不同厚度的鋼板經(jīng)沖壓而成，屬薄壁異形件，在加工過程中要有合理的定位夾緊方式，保證對(duì)工件的夾持剛性有要防止夾壓變形。工裝夾具設(shè)計(jì)考慮品種自動(dòng)切換，刀輔具設(shè)計(jì)考慮采用一套刀夾適應(yīng)多個(gè)品種加工。保證加工質(zhì)量、提高加工效率、縮短品種切換時(shí)間。

1.2 被加工零件情況

加工零件名稱：汽車中后橋殼中段

加工零件品種：435、469、485、498

加工內(nèi)容：平端面、車外圓、鏜內(nèi)孔、倒15°坡口，如圖1所示。

橋殼長(zhǎng)度范圍：1200—1550 mm

琵琶孔直徑范圍：φ391—φ456 mm

兩端需加工內(nèi)孔直徑范圍：φ108—φ142 mm

兩端需加工外圓直徑范圍：φ150—φ170 mm

工件加工前狀態(tài)：琵琶孔面的加強(qiáng)圈和后蓋已經(jīng)焊接好，沖焊橋殼兩端鋸割，每端留有3 mm余量。

定位基準(zhǔn):橋殼兩端外圓定中心高，琵琶孔定軸向位置，琵琶面定角向位置。

工件材料：Q460C/16Mn/16MnL

加工余量：軸向及端面≤3 mm

加工節(jié)拍：≤3 min/件。

圖1 加工工序圖

1.3 加工工藝要求

一臺(tái)機(jī)床同時(shí)加工上述所有品種中后橋殼兩端要求加工內(nèi)容；

不同長(zhǎng)度橋殼兩端定位夾具軸向必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，無需人工干預(yù)；

兩端采用水平自定心夾具，無需更換定位夾緊塊，適應(yīng)多品種；

不同定軸向的中間內(nèi)脹琵琶孔直徑不得更換或調(diào)整脹塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分中定位；

中間扶平琵琶面定角向裝置需上下浮動(dòng)；

刀輔具采用一套刀夾實(shí)現(xiàn)所有橋殼兩端要求加工內(nèi)容；

采用雙通道數(shù)控系統(tǒng)，按橋殼品種自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)加工程序。

2 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)床動(dòng)作

機(jī)器人抓取工件-掃碼槍識(shí)別二維碼-機(jī)床自動(dòng)調(diào)取對(duì)應(yīng)加工程序-兩端自定心夾具自動(dòng)移動(dòng)至定位夾緊位置-氣動(dòng)推拉門自動(dòng)打開-機(jī)器人將工件安放到夾具上后離開-氣動(dòng)推拉門自動(dòng)關(guān)閉-預(yù)定位V型定位—角向定位、軸向定位——自定心主夾夾緊—兩端數(shù)控滑臺(tái)快進(jìn)—工進(jìn)(車外圓)——數(shù)控刀盤快退讓刀——數(shù)控滑臺(tái)快退至加工內(nèi)孔端面處，數(shù)控滑臺(tái)與數(shù)控刀盤聯(lián)動(dòng)加工內(nèi)孔、端面、坡口——數(shù)控滑臺(tái)退至原位-夾具自動(dòng)松開-氣動(dòng)推拉門自動(dòng)打開-機(jī)器人抓取工件卸料。

2.2 機(jī)床總體布局

根據(jù)被加工零件橋殼中段的形狀、精度、加工工藝、加工部位等不同，機(jī)床有多種配置形式。本機(jī)床采用整體式底座、臥式雙面結(jié)構(gòu)，考慮到橋殼長(zhǎng)度不同，便于自動(dòng)切換，故左右進(jìn)給動(dòng)力部件采用NC系列數(shù)控滑臺(tái)；考慮到橋殼加工外圓直徑不同，便于自動(dòng)切換，故主動(dòng)力部件采用數(shù)控鏜車頭，主電機(jī)采用變頻電機(jī)，刀盤徑向進(jìn)給采用數(shù)控伺服，實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)給和徑向進(jìn)給的聯(lián)動(dòng)；中間為工裝夾具，由中心內(nèi)脹扶平夾具、左右自定心夾具及自定心夾具的Z向自動(dòng)調(diào)整滑板組成。機(jī)床還有刀輔具、電氣系統(tǒng)(含雙通道數(shù)控系統(tǒng))、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、冷卻排屑系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、全封閉防護(hù)系統(tǒng)等部分。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.主變頻電機(jī) 2.數(shù)控滑臺(tái) 3.數(shù)控鏜車頭 4.數(shù)控鏜車刀盤 5.左右自定心夾具伺服調(diào)整滑板 6.左自定心夾具 7.整體底座 8.中心內(nèi)脹扶平夾具 9.橋殼 10.右自定心夾具 11.刀輔具 12.機(jī)床防護(hù)(含氣動(dòng)自自動(dòng)門)

圖2 機(jī)床總圖

Fig.2 Machine structure diagram

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 工裝夾具設(shè)計(jì)

本機(jī)床工裝夾具由三套獨(dú)立的液壓夾具組成，即端自定心夾具兩套，中間扶平內(nèi)脹夾具一套。其工作原理為：工件吊具將橋殼琵琶面朝下放置在兩端自定心夾具的預(yù)放V型上，同時(shí)在橋殼重力的作用下，琵琶面和扶平支承面一起落至預(yù)放V型定位面，內(nèi)脹塊在液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下脹緊琵琶孔，然后兩端自定心夾具夾緊橋殼兩端外圓，從而實(shí)現(xiàn)橋殼的定位夾緊。

3.1.1 自定心夾具

采用水平油缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條式自定心V型夾具，液壓自動(dòng)夾緊橋殼外圓，該夾具分為左右各一套，確定工件的中心高。因是V型自定心結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)外圓直徑φ150—φ170 mm，無需更換任何零件。自定心夾具結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

1.左V型塊 2.橋殼 3.右V型塊 4.夾具體 5.齒輪 6.上齒條 7.油缸 8.下齒條 9.預(yù)定位塊

圖3 自定心夾具結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.3 Self-centering fixture

3.1.2 中心內(nèi)脹扶平夾具

兩爪內(nèi)脹琵琶孔以定工件的軸向位置。內(nèi)脹裝置是由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的正反絲桿的自心夾具，脹爪行程滿足所有琵琶孔直徑。上下浮動(dòng)扶平裝置扶平琵琶面以定工件的角向位置。中心內(nèi)脹扶平夾具結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

1.正反絲桿副 2.脹爪滑板 3.螺母 4.脹爪 5.夾具體 6.扶平機(jī)構(gòu) 7.液壓馬達(dá)

圖4 中心內(nèi)脹扶平夾具結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.4 Center expansion flattening fixture structure

3.2 自定心夾具伺服調(diào)整裝置設(shè)計(jì)

兩端自定心夾具下方配置數(shù)控伺服調(diào)整滑板，自定心夾具和中心內(nèi)脹扶平夾具共用調(diào)整滑板底座燕尾導(dǎo)軌，既能保證適應(yīng)工件長(zhǎng)短變化，又能保持夾持精度。采用伺服電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)調(diào)整滑板移動(dòng)，無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整效果。伺服調(diào)整滑板結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

1.左滑板 2.導(dǎo)軌體 3.右滑板 4.左伺服電動(dòng)缸 5.右伺服電動(dòng)缸

3.3 數(shù)控鏜車頭設(shè)計(jì)

數(shù)控鏜車頭是由1TAXX鏜削頭、數(shù)控鏜車刀盤、刀盤傳動(dòng)裝置組成。與標(biāo)準(zhǔn)液壓鏜車頭區(qū)別是刀盤滑板的徑向進(jìn)給由液壓驅(qū)動(dòng)變?yōu)樗欧姍C(jī)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)徑向伺服進(jìn)給的目的。數(shù)控刀盤的傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

3.4 刀輔具設(shè)計(jì)

根據(jù)橋殼加工尺寸、形狀、位置要求合理配置鏜刀的裝夾形式，完成一套刀夾滿足所有橋殼端面加工。加工示意圖如圖7所示。

4 其它部件

4.1 電氣系統(tǒng)

采用廣數(shù)GSK988雙通道數(shù)控系統(tǒng)控制，獨(dú)立電控柜，電氣柜內(nèi)有工業(yè)空調(diào)及防塵密封裝置，電氣元件全部采用日本歐姆龍、施耐德、西門子等正品；電器柜應(yīng)配置工業(yè)空調(diào)，電機(jī)采用變頻電機(jī)，主軸模擬變頻調(diào)速。留有足夠備用I/O輸入/輸出點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)加工。具有手動(dòng)調(diào)整功能?？罩凶呔€，高度2米。

1.伺服電機(jī) 2.精密行星減速機(jī) 3.聯(lián)軸器 4.滾珠絲杠副 5.傳動(dòng)體 6.滑塊組件 7.擋銷 8.推桿

鏜孔n=230 rpmv=90 m/minSr=0.25 mm/rSm=57.5 mm/minT=35/57.5=0.61 min/件機(jī)加時(shí)間:T=0.61 min/件車端面n=230 rpmv=90 m/minSr=0.25 mm/rSm=57.5 mm/minT=60/57.5=1.05 min/件機(jī)加時(shí)間:T=1.05 min/件

鏜孔n=230 rpmv=90 m/minSr=0.25 mm/rSm=57.5 mm/minT=35/57.5=0.61 min/件機(jī)加時(shí)間:T=0.61 min/件車端面n=230 rpmv=90 m/minSr=0.25 mm/rSm=57.5 mm/minT=60/57.5=1.05 min/件機(jī)加時(shí)間:T=1.05 min/件

圖7 加工示意圖

Fig.7 Processing diagram

4.2 液壓系統(tǒng)

選用符合ISO標(biāo)準(zhǔn)液壓疊加閥結(jié)構(gòu)，油箱帶有泵、閥、壓力表、液面監(jiān)測(cè)和液面視窗，并帶有油冷機(jī)；泵、閥等重要液壓元件采用進(jìn)口品牌。獨(dú)立液壓站，空中走管。

4.3 潤(rùn)滑系統(tǒng)

采用集中潤(rùn)滑站對(duì)機(jī)床各潤(rùn)滑點(diǎn)集中、間歇供油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)有壓力波動(dòng)，液面開關(guān)，報(bào)警開關(guān)。機(jī)床潤(rùn)滑次數(shù)由系統(tǒng)控制，主要潤(rùn)滑點(diǎn)有：導(dǎo)軌、絲桿螺母、絲桿軸承等運(yùn)動(dòng)部位。

4.4 排屑系統(tǒng)

采用兩套鏈板式自動(dòng)排屑器自動(dòng)排屑，直接插入加工區(qū)域，保證排屑效果。

4.5 機(jī)床防護(hù)

半封閉防護(hù)，氣動(dòng)自動(dòng)推拉門，方便裝卸工件。

5 結(jié)束語

本臥式雙面數(shù)控鏜床，依據(jù)橋殼焊接線對(duì)橋殼中段兩端的加工工藝要求，從機(jī)床方案設(shè)計(jì)入手，著重考慮產(chǎn)品多樣性的特點(diǎn)，完成工裝夾具設(shè)計(jì)、自定心夾具伺服調(diào)整裝置設(shè)計(jì)、數(shù)控鏜車頭設(shè)計(jì)、刀輔具設(shè)計(jì)等工作。機(jī)床經(jīng)安裝、檢測(cè)、調(diào)試達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了加工高效性、切換品種智能化，無人化自動(dòng)生產(chǎn)線適應(yīng)性。目前，該機(jī)床已交付用戶，并線生產(chǎn)一年有余，使用效果良好。

本機(jī)床的研制成功，保留了專機(jī)加工的高效性，增加了加工品種的多樣性，解決了頻繁切換品種人工調(diào)整工裝夾具、刀輔具的難題。本機(jī)床打破了專機(jī)設(shè)計(jì)的專一性，開啟了智能化專機(jī)設(shè)計(jì)的新思路，為智能化專機(jī)進(jìn)入智能化工廠提供了可能。

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