張來民

沈陽機(jī)床（集團(tuán)）有限公司設(shè)計研究院 遼寧沈陽 110000

汽車車橋（又稱車軸）通過懸架與車架（或承載式車身）相連接，其兩端安裝車輪。車橋的作用是承受汽車的載荷，維持汽車在道路上的正常行駛。根據(jù)驅(qū)動方式的不同，車橋也分成轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋和支持橋四種。此設(shè)備用于加工橋殼大盤面、盤孔及銷孔、加工板簧座孔、連接板孔；鉆感應(yīng)塞孔，固定盤孔、粗精鏜橋殼兩端內(nèi)孔，加工背面孔及貫通軸孔等內(nèi)容。

1 概述

汽車的行駛系統(tǒng)分為四大主要部分：車橋、車輪、車架和懸架。汽車車橋（又稱車軸）通過懸架與車架（或承載式車身）相連接，其兩端安裝車輪。車橋的作用是承受汽車的載荷，維持汽車在道路上的正常行駛。車橋可以是整體式的，有如一個巨大的杠鈴，兩端通過懸架系統(tǒng)支撐著車身，因此整體式車橋通常與非獨立懸架配合；車橋也可以是斷開式的，像兩把雨傘插在車身兩側(cè)，再各自通過懸架系統(tǒng)支撐車身，所以斷開式車橋與獨立懸架配用。根據(jù)驅(qū)動方式的不同，車橋也分成轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋和支持橋四種。其中轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動橋。大多數(shù)汽車采用前置后驅(qū)動（FR），因此前橋作為轉(zhuǎn)向橋，后橋作為驅(qū)動橋；而前置前驅(qū)動（FF）汽車則前橋成為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，后橋充當(dāng)支持橋。轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋與轉(zhuǎn)向橋的區(qū)別就是一切都是空心的，橫梁變成了橋殼，轉(zhuǎn)向節(jié)變成了轉(zhuǎn)向節(jié)殼體，因為里面多了根驅(qū)動軸。這根驅(qū)動軸因被位于橋殼中間的差速器一分為二，而變成了兩根半軸。兩個草帽也不是簡單地套在腦袋上，還要與里面的兩根半軸直接相連。半軸在“脖子”的位置也多了一個關(guān)節(jié)—萬向節(jié)，因此半軸也變成了兩部分，內(nèi)半軸和外半軸。

我們此次研究的設(shè)備就是用來加工轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，此種橋形狀特點是中間帶一個大橋殼，兩端軸頭是焊接的，橋殼按照材料也分為鑄造和焊接兩種，實際使用中焊接橋比較常見。此設(shè)備用于加工橋殼大盤面、盤孔及銷孔、加工板簧座孔、連接板孔；鉆感應(yīng)塞孔，固定盤孔、粗精鏜橋殼兩端內(nèi)孔，加工背面孔及貫通軸孔等內(nèi)容。

重卡橋殼加工設(shè)備的研究主要是針對我國重卡橋殼柔性加工工藝的研究及生產(chǎn)線布局結(jié)合國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀,結(jié)合重卡橋殼加工工藝特點，通過對重卡橋殼加工數(shù)控機(jī)床、共性技術(shù)等成果的實際工程應(yīng)用，解決國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)使用過程中存在的實際問題并進(jìn)行應(yīng)用,完善機(jī)床功能、提高機(jī)床精度和可靠性、提高工件加工質(zhì)量和加工效率。以共性技術(shù)研究成果為技術(shù)支撐，實現(xiàn)國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床在重卡橋殼生產(chǎn)線加工中的應(yīng)用。根據(jù)應(yīng)用過程中存在的問題，提出國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床的設(shè)計優(yōu)化方案,為國產(chǎn)機(jī)床的后續(xù)開發(fā)提供經(jīng)驗，進(jìn)一步促進(jìn)國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床的研發(fā)水平和產(chǎn)業(yè)化水平。

2 重卡橋殼加工設(shè)備總體規(guī)劃

本設(shè)備采用倒T型分體床身布置，橫床身上設(shè)置數(shù)控轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺可實現(xiàn)連續(xù)分度，轉(zhuǎn)臺沿床身導(dǎo)軌做X軸運(yùn)動；縱床身上設(shè)置立柱，立柱沿縱床身導(dǎo)軌做Z軸運(yùn)動；主軸箱沿立柱導(dǎo)軌做X軸運(yùn)動；主軸箱采用正掛方式，用配重鐵平衡自身重量，降低驅(qū)動系統(tǒng)的負(fù)荷；機(jī)床前端設(shè)置兩個交換臺站，通過推拉方式實現(xiàn)工作臺臺板的交換，這樣兩個臺子輪流進(jìn)入機(jī)床加工，節(jié)省了上下料等待時間，極大地提高了加工效率?？v床身側(cè)面設(shè)置60把自動刀庫，實現(xiàn)機(jī)床加工中的自動換刀功能。

X、Y、Z軸導(dǎo)軌采用直線滾動導(dǎo)軌，保證低速無爬行、高速無振動。進(jìn)給采用進(jìn)口交流進(jìn)給伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠傳動。交流伺服進(jìn)給電機(jī)作為動力源，滾珠絲杠作為傳動部件。滾珠絲杠為兩端固定支撐，預(yù)拉伸，確保絲杠進(jìn)給剛度和壽命。

主軸組具有高精度，高剛性，整套主軸在恒溫條件下組裝完成后，均通過動平衡校正及跑合測試，提高了整套主軸的使用壽命及可靠性。交流主伺服電機(jī)經(jīng)過變檔減速機(jī)驅(qū)動主軸，既能實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、又能實現(xiàn)大扭矩。

3 重卡橋殼加工設(shè)備技術(shù)難點

3.1 臥式加工中心大直徑工件回轉(zhuǎn)與雙交換上下料技術(shù)攻關(guān)

重卡橋殼零件具有質(zhì)量重、長度長（最大長度達(dá)到2100mm）加工內(nèi)容復(fù)雜等結(jié)構(gòu)特點，如此大的零件在機(jī)床加工區(qū)范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)加工以及雙交換工作臺的交換成為技術(shù)難點。如采用傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式雙交換工作臺，工件交換的回轉(zhuǎn)直徑至少要5000m以上，在設(shè)備占地空間、交換時間、交換可靠性方面均存在問題。經(jīng)過大量調(diào)研和實地考察結(jié)合相關(guān)重卡橋殼生產(chǎn)廠家技術(shù)人員多次探討、調(diào)研后，最終確定推拉式雙交換工作臺型式的臥式加工中心方案，推拉式上下料機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，有效的解決了上述問題。

在交換臺站的框架上，布置鏈輪鏈條傳動機(jī)構(gòu)，由液壓馬達(dá)通過減速機(jī)增大扭矩后驅(qū)動鏈條傳動，滑板伸出后上層鏈條上的滾輪勾住臺板上的滑槽，從而帶動臺板回到交換臺上料位或是推動臺板到數(shù)控轉(zhuǎn)臺加工位。

在上料位液壓馬達(dá)通過鏈條推動臺板停止在撞停位置上，由于自動上下料時機(jī)械手有一個反向的撫平力，所以要計算出此時液壓馬達(dá)的保持力。根據(jù)選型可知液壓馬達(dá)在7MPa油壓下能提供的扭矩為160Nm以上，經(jīng)減速機(jī)1：7減速后增大為160X7=1120Nm，由圖1可知在直線位置時，驅(qū)動力F=1120/0.15=7466.7N；臺板停下位置為45°圓弧處，此時的驅(qū)動力為F1=Fcos45°=5279.8N。所以機(jī)械手的撫平力不可超過此數(shù)值，并留有一定安全系數(shù)。

圖1 推拉式雙交換工作臺方案圖

3.2 超大直徑與重量刀具加工以及快換技術(shù)攻關(guān)

重卡橋殼加工刀具直徑大、質(zhì)量重（如琵琶孔加工刀具直徑達(dá)?428mm，重量超過25kg）長度長（如兩端孔加工刀具長度360mm）等特點。為此在傳統(tǒng)刀庫基礎(chǔ)上增強(qiáng)了換刀機(jī)械手的剛性以及抓刀重量，改進(jìn)刀庫結(jié)構(gòu)。增加刀庫擺刀和插拔速度控制功能，在更換大刀或重刀時，整個換刀動作變慢，減小刀具運(yùn)動的慣性，使換到動作穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠。

3.3 工序集中需求相關(guān)特殊工裝自動姿態(tài)切換技術(shù)攻關(guān)

重卡鑄造橋殼零件特點，板簧座面與琵琶面存在3度夾角，正常是至少需要三道工序才能加工完成，由于設(shè)備雙交換工作臺只能提供兩道工序，如果多臺設(shè)備分序加工，零件各項尺寸精度和位置精度無法有效保證，本著工序集中原則，目標(biāo)把三道工序壓縮為二道工序，為解決這個難題，在夾具設(shè)計中專門設(shè)計了二層底板，上層的底板通過兩端的回轉(zhuǎn)軸承實現(xiàn)回轉(zhuǎn)，固定在下層底板上的推拉油缸驅(qū)動，來實現(xiàn)上層底板3度夾角的變換。由于加工過程中無法提供液壓油路供應(yīng)，在加工區(qū)側(cè)面設(shè)置油路快換接頭，并且夾具上增加保壓裝置，一個姿態(tài)加工完畢后工作臺靠近快插接頭后通油，待姿態(tài)變換之后脫離，夾具上保壓裝置確保內(nèi)部油路不會失壓。此套方案有效的解決了工序集中以及帶來的相關(guān)技術(shù)難題。

我們?yōu)闈M足雙交換式重卡橋殼加工專用機(jī)床的夾具供油，專門設(shè)計研究出適合該結(jié)構(gòu)的油路快插機(jī)構(gòu)：使夾具在工件上下料，松開夾緊，工件姿態(tài)轉(zhuǎn)換上能夠不依靠人工干預(yù)，自動完成，同時避免油路交叉，使兩套夾具可以自動交換。該結(jié)構(gòu)的使用使雙交換機(jī)床組線成為可能。

3.4 不同品種共線自動識別技術(shù)

由重卡橋殼加工專用機(jī)床組成的重卡橋殼自動化柔性生產(chǎn)線，能夠自動識別不同品種的重卡橋殼，從而避免誤加工給整線帶來的損失。第一通過是機(jī)器人與重卡橋殼專用機(jī)床交互通信實現(xiàn)，在上料位自動線識別工件的種類，并將信息傳輸給機(jī)床，機(jī)床調(diào)取相應(yīng)的加工程序；第二是通過重卡橋殼專用機(jī)床配備探針裝置實現(xiàn)不同種重卡橋殼的品種識別，臺板交換進(jìn)加工區(qū)后，機(jī)床主軸換上探針去檢測夾具上的一些關(guān)鍵點的位置，以此來區(qū)分夾具種類，從而能夠識別出當(dāng)前在加工區(qū)內(nèi)的工件種類，作為二次確認(rèn)避免發(fā)生事故。

同時在機(jī)床的上料區(qū)設(shè)置有上料臺有無料檢測，可以識別和驗證當(dāng)前兩個臺板的位置，避免發(fā)生上料事故；同時也能避免自動機(jī)械手在臺板上有料的情況下再次上料，發(fā)生碰撞。在涉及到自動線的情況下，各種狀態(tài)的判斷就尤為重要，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系，保證安全的前提下，合理的編制運(yùn)行關(guān)系判斷，能起到事半功倍的效果。

3.5 重卡橋殼技術(shù)參數(shù)攻關(guān)

重卡橋殼機(jī)床在攻克上述技術(shù)難點同時在機(jī)床參數(shù)方面攻克重卡橋殼加工專用機(jī)床精度：X、Y、Z定位精度≤0.009mm；重復(fù)定位精度≤0.006mm；轉(zhuǎn)臺B定位精度≤8″，重復(fù)定位精度≤5″；主軸端部徑向跳動≤0.003mm，工作臺交換重復(fù)定位精度±0.005mm；設(shè)備MTBF≥1500小時；不低于30%設(shè)備上采用國產(chǎn)功能部件率。

高定位精度、重復(fù)定位精度要求我們在加工和裝配中牢牢把握住質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求鑄件質(zhì)量，檢驗鑄件性能，充分進(jìn)行鑄件的去應(yīng)力處理；壓縮加工精度要求，通過適當(dāng)?shù)墓窝行弈ィＷC足夠的接觸剛性，使精度滿足要求并且有一定的儲備量。主軸部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，改進(jìn)裝配工藝，緊把加工、裝配質(zhì)量關(guān)；主軸箱裝配完成后，對主軸進(jìn)行溫升試驗，對傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分的、科學(xué)的試運(yùn)行，達(dá)到運(yùn)行穩(wěn)定可靠無異響，使其精度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。如此大規(guī)格的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，充分和專業(yè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)溝通，保證其精度和剛性滿足使用要求。為支持民族工業(yè)，此設(shè)備上采用了大量優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)元器件，通過驗證證明國產(chǎn)元件雖然和進(jìn)口元件性能仍有差距，但已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，雖然國內(nèi)裝備制造業(yè)仍然任重道遠(yuǎn)，但是相信通過不斷的努力，總有一天會實現(xiàn)趕超的。

4 結(jié)語

通過重卡橋殼加工設(shè)備的研發(fā)，可解決重卡橋殼制造業(yè)相關(guān)的諸多工藝問題，在加工效率、柔性及質(zhì)量上得到極大提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。相關(guān)設(shè)備的研制成功可在同行業(yè)中進(jìn)行推廣應(yīng)用，具有極大的社會效益；可以掌握重卡橋殼高效數(shù)控加工各項關(guān)鍵技術(shù)和適用于重卡橋殼加工的機(jī)床設(shè)計、制造、成線技術(shù)，對于提升國產(chǎn)機(jī)床適用性、推動重卡關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件和機(jī)床制造行業(yè)發(fā)展，提升行業(yè)技術(shù)水平有顯著幫助；可大幅提高國產(chǎn)數(shù)控裝備柔性線加工重卡橋殼的生產(chǎn)效率、降低成本；有助于推動國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床在重型汽車制造企業(yè)的應(yīng)用，促進(jìn)國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床研發(fā)水平和產(chǎn)業(yè)化水平的提高。

根據(jù)研究表明，此重卡橋殼加工設(shè)備，精度指標(biāo)符合要求。通過將實際加工數(shù)據(jù)與圖紙要求進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)本研究內(nèi)容的重卡橋殼加工設(shè)備能夠滿足典型重卡橋殼的加工工藝要求，實現(xiàn)重卡橋殼的精密加工，并達(dá)到了重卡橋殼的指標(biāo)要求；從工藝能力的數(shù)據(jù)結(jié)果對比可以看出，重卡橋殼加工設(shè)備在加工精度以及加工效率等方面與國外先進(jìn)產(chǎn)品已達(dá)到同等加工性能。該類設(shè)備的研究填補(bǔ)了重卡橋殼工序集中工藝國內(nèi)設(shè)備的空白，成為國內(nèi)重卡橋殼加工工序集中工藝方案首創(chuàng)者。有力地?fù)踝×诉M(jìn)口機(jī)床的進(jìn)入，提升了國內(nèi)重卡橋殼制造能力和水平。