臥式雙頭配置掛車橋端孔加工專用機(jī)床的研制

田子欣

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 三門峽 472000）

引言

車橋，又稱車軸，它通過懸架和車架（或承載式車身）相連，兩端安裝汽車車輪，其功能是傳遞車架（或承載式車身）與車輪之間各方向作用力。掛車橋的材料一般為20Mn2鋼，硬度為HRC28～32，端孔之間的同軸度為Φ0.1mm。端孔的加工精度與加工方法直接影響了掛車橋的同軸度精度要求與生產(chǎn)效率。掛車橋端孔一般加工方法分為常規(guī)加工和數(shù)控加工，常規(guī)加工一般工藝為鉆孔、擴(kuò)孔、然后掉頭鉆孔和擴(kuò)孔，不利于滿足同軸度精度；數(shù)控加工效率高，但成本高，而且也是單頭加工。

本機(jī)床就是某機(jī)床制造公司根據(jù)汽車掛車橋制造企業(yè)對掛車橋端面、內(nèi)孔及倒角的需求，結(jié)合機(jī)床柔性化設(shè)計(jì)理念，以“功能滿足、精度達(dá)到、操作簡單、定位準(zhǔn)確”為目的，通過選用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)并配置雙鏜削頭及專用工件夾具等完成了機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。經(jīng)企業(yè)對機(jī)床性能的測試，各項(xiàng)指標(biāo)滿足用戶要求，非常適合中、小批量工件生產(chǎn)。

1 專用機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案

專用機(jī)床的加工對象主要是13T和16T的掛車橋兩端端面、內(nèi)孔及倒角[1]，其加工范圍限定為端面加工余量小于3mm，單邊內(nèi)孔加工余量小于5mm?；凇耙淮窝b夾、完成多道工序”的思路，擬定的工件加工方案：工件被水平安裝在配置自制專用定位夾具的組合機(jī)床上，鎖緊工件，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，雙鏜削頭同時(shí)徑向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)掛車橋兩端端面、內(nèi)孔及倒角加工。

根據(jù)工件加工方案，全面考慮機(jī)床設(shè)計(jì)優(yōu)先選用通用件規(guī)則，并結(jié)合機(jī)床配置形式、制造及使用條件等因素，設(shè)計(jì)出的機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖1所示，機(jī)床采用臥式雙面布局，配置有兩個(gè)動(dòng)力鏜頭，1套專用液壓鎖緊夾具，數(shù)控滑臺2個(gè)，機(jī)床底座、電控柜、獨(dú)立液壓站各一臺，專用刀輔具2套。機(jī)床采用封閉式防護(hù)，管路布局合理，液壓元件均采用符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的疊加閥。潤滑系統(tǒng)采用稀油自動(dòng)潤滑裝置。機(jī)床潤滑采用集中潤滑裝置[2]。機(jī)床配置日本三菱E60L車床數(shù)控系統(tǒng)，并配置RS232通訊接口，可支持CAD/CAM類軟件生成的程序代碼。

圖1 機(jī)床結(jié)構(gòu)示意

機(jī)床動(dòng)作方式：上料--工件定位并夾緊--左右數(shù)控滑臺同時(shí)快進(jìn)--數(shù)控滑臺工進(jìn)，進(jìn)行內(nèi)孔加工；內(nèi)倒角同時(shí)平端面加工--左右動(dòng)力滑臺快退至初始位置--松開各夾緊裝置—卸工件并安裝一個(gè)新工件，使機(jī)床進(jìn)入下一操作循環(huán)。

根據(jù)機(jī)床動(dòng)作，對工件裝卡機(jī)構(gòu)進(jìn)行專用化設(shè)計(jì)。工件的定位方式是采用兩套主定位夾緊裝置（自定心）夾緊外軸承位[3]，軸向定位有對中裝置，并采用液壓驅(qū)動(dòng)。主定位夾緊裝置可沿?cái)?shù)控滑臺導(dǎo)軌調(diào)整，調(diào)整到合適位置后手動(dòng)鎖緊在導(dǎo)軌上，如圖2所示。機(jī)床除裝卸零件手動(dòng)外，具有自動(dòng)循環(huán)、手動(dòng)調(diào)整功能，適應(yīng)機(jī)床的自動(dòng)/半自動(dòng)工作。

圖2 工件定位裝置示意

2 機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)

（1）TAb40型鏜削頭：主電機(jī)功率11KW，主電機(jī)轉(zhuǎn)速：1000rpm，鏜削頭主軸轉(zhuǎn)速：400rpm，主電機(jī)型號分別為：UABP-160L-4-33.3-11-B5；

（2）數(shù)控滑臺：工作行程≥500mm，滾珠絲杠型號：FYND5010-3；絲杠公稱直徑為50mm，導(dǎo)程10mm，最高轉(zhuǎn)速：1500rpm，絲杠精度為3級，內(nèi)循環(huán)式；最大進(jìn)給力：30000N，工作進(jìn)給速度≥5mm/min,快移速度≤9m/min，電機(jī)扭矩12Nm，絲杠預(yù)加載荷300-350公斤，滾珠絲杠額定動(dòng)載荷38639N，接觸剛性1840N/μm；

（3）機(jī)床外觀尺寸：長×寬×高（mm）：6100×2100×1900，液壓站：長×寬×高（mm）：860×660×1650，電控箱：長×寬×高（mm）：800×500×1800。

3 數(shù)控系統(tǒng)的選用

3.1 系統(tǒng)配置

專用雙頭數(shù)控鏜床配置了經(jīng)濟(jì)性、使用性都較好的三菱E60L車床數(shù)控系統(tǒng) （見圖3），該數(shù)控系統(tǒng)可以將數(shù)控系統(tǒng)（CNC）、可編程邏輯控制器（PLC）、人機(jī)接口（HMI）和通訊接口（I/O）等集成一體，最多可以控制三個(gè)方向的進(jìn)給軸和一個(gè)主軸[3]。

圖3 三菱E60L數(shù)控系統(tǒng)配置

3.2 參數(shù)配置及調(diào)試

（1）根據(jù)機(jī)床性能要求，在內(nèi)置PLC中，輸入對相關(guān)技術(shù)參數(shù)，特別是主軸參數(shù)、伺服電機(jī)參數(shù)、刀具半徑/直徑查補(bǔ)參數(shù)、機(jī)床位置參數(shù)、工件坐標(biāo)零點(diǎn)參數(shù)等，一定要結(jié)合機(jī)床加工工件的精度要求，合理地進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。待所有參數(shù)輸入完畢后，給機(jī)床通電并逐項(xiàng)查看機(jī)床性能及相關(guān)技術(shù)參數(shù)輸入是否正確，等到檢查無誤后，就可以按照機(jī)床操作說明書，進(jìn)行相關(guān)程序的編制與輸入，進(jìn)行工件的加工。

（2）改變數(shù)控機(jī)床的某些參數(shù)將會影響機(jī)床的某些性能及功能，請參閱數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)/報(bào)警手冊。

（3）機(jī)床發(fā)生報(bào)警時(shí)，請對照數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)/報(bào)警手冊，根據(jù)報(bào)警號查找報(bào)警原因及處理對策，解除報(bào)警。

（4）機(jī)床加工程序、各項(xiàng)加工參數(shù)可手動(dòng)輸入，也可通過RS232接口由計(jì)算機(jī)傳入/傳出。

4 機(jī)床關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)控滑臺

數(shù)控滑臺作為專用機(jī)床上的關(guān)鍵部件，主要實(shí)現(xiàn)鏜頭進(jìn)給、退回等功能。其結(jié)構(gòu)如圖4所示，它是沿著導(dǎo)軌而運(yùn)動(dòng)的，導(dǎo)軌起著導(dǎo)向和支承作用。數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌必須具有較高的導(dǎo)向精度、高剛度、高耐磨性，機(jī)床在高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)、低速將給不爬行。因此導(dǎo)軌的制造精度及其精度保持性對機(jī)床加工精度有著重要的影響。結(jié)合機(jī)床實(shí)際情況，選用了貼塑滑動(dòng)矩導(dǎo)軌形式。

圖4 數(shù)控滑臺結(jié)構(gòu)

4.2 滾珠絲桿副

為確保數(shù)控滑臺移動(dòng)時(shí)，絲桿傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無爬行，本機(jī)床采用滾珠絲桿副作為數(shù)控滑臺移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元。滾珠絲桿副具有傳動(dòng)效率高，摩擦損失小，傳動(dòng)精度高，反向時(shí)無空程，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。為確保本機(jī)床絲杠的剛性和精度的穩(wěn)定，機(jī)床選用了面對面結(jié)構(gòu)的角接觸球軸承兩端固定。這種角接觸球軸承與一般的角接觸球軸承相比，接觸角增大到60°，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小了滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高兩倍以上，使用極為方便。裝配調(diào)試時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得比較理想的預(yù)緊力。其支承結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 滾珠絲杠副支承結(jié)構(gòu)

為了防止硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)入滾珠絲杠副，本機(jī)床采用螺旋彈性鋼帶套管作為防護(hù)裝置，采用鋰基潤滑脂作為滾珠絲桿的潤滑劑，從而提高滾珠絲桿副的耐磨性及傳動(dòng)效率。

5 結(jié)束語

本機(jī)床經(jīng)用戶使用，性能穩(wěn)定，經(jīng)過多次工件加工實(shí)驗(yàn)，加工節(jié)拍為3min/件，掛車橋端孔間的同軸度達(dá)到0.03-0.05mm，粗糙度達(dá)到Rz1.6-3.2微米，滿足尺寸精度要求，生產(chǎn)效率大大提高。另外，專用機(jī)床采用數(shù)控化、液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)思想，安裝工件方便，操作機(jī)床簡單。該機(jī)床加工柔性化，可進(jìn)行掛車橋不同規(guī)格品種的加工。

[1]苑春迎.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體雙金屬曲軸孔數(shù)控精密鏜孔機(jī)床的設(shè)計(jì)及研究[D].重慶理工大學(xué)，2012.

[2]于英華.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[3]陳桂芳，李勤.YX-TK212型轉(zhuǎn)向節(jié)數(shù)控鏜床的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2006(4)：553-554.