汽車轉(zhuǎn)向節(jié)專業(yè)立式數(shù)控車床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

郭吉峰

摘 要：機(jī)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(jì)都必須經(jīng)過(guò)加工才能成為現(xiàn)實(shí)，自工業(yè)革命將蒸汽機(jī)引入進(jìn)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(jī)床，數(shù)控機(jī)床通過(guò)數(shù)字化來(lái)控制整個(gè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，相較于早期的靠人來(lái)進(jìn)行加工的時(shí)代，進(jìn)步了一大截，但是在加工某些大批次的部件時(shí)，需要采用專用的數(shù)控車床來(lái)進(jìn)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(jìn)行比較，闡述優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)相應(yīng)的加工工藝進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；工作循環(huán)；設(shè)計(jì)

前言

數(shù)控設(shè)備在加工方面相較于原來(lái)的普通設(shè)備有著巨大的優(yōu)勢(shì)，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(jī)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(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)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(jìn)行加工，然而從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，其加工效率很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)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(jìn)行比較，闡述優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)相應(yīng)的加工工藝進(jìn)行介紹。

1 數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)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(hào)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(guò)信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)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(jī)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(lái)的，通過(guò)加裝計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，將計(jì)算的結(jié)果通過(guò)驅(qū)動(dòng)器來(lái)帶動(dòng)伺服電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，其中數(shù)控車床又是使用最為廣泛的機(jī)床，其使用量占到了數(shù)控機(jī)床使用量的25%。數(shù)控車床是將機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等進(jìn)行融合而得到的一項(xiàng)工業(yè)方面的杰作，其可以用來(lái)制作高精度、高效率等的工件，現(xiàn)如今，通過(guò)使用數(shù)控車床進(jìn)行加工代表著一個(gè)國(guó)家機(jī)加工的水平，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，數(shù)控車床由原來(lái)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(gè)方向，數(shù)控車床在我國(guó)的保有量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的數(shù)控設(shè)備，在整個(gè)數(shù)控機(jī)床中占有很高的地位，近些年來(lái)，通過(guò)發(fā)展通用的數(shù)控語(yǔ)言，實(shí)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(yǔ)言有很高的相似的地方，從而為編程帶來(lái)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(bǔ)、圓弧插補(bǔ)各種補(bǔ)償功能，在批量零件的制造過(guò)程中相較于原來(lái)的普通機(jī)床有著巨大的優(yōu)勢(shì)，數(shù)控車床通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)識(shí)別輸入的語(yǔ)言，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算需要移動(dòng)的位置，而后將這些數(shù)據(jù)輸送給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡和外設(shè)的操作時(shí)序邏輯控制功能的控制。經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)輸入操作指令的存儲(chǔ)、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的車床通過(guò)手動(dòng)搖動(dòng)來(lái)使刀具完成切削作業(yè)，數(shù)控車床通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)滾珠絲杠來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)的編碼器或者是光柵尺來(lái)定位移動(dòng)的距離，無(wú)需像以前一樣使用卡尺來(lái)測(cè)量工件的精度。數(shù)控車床是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣技術(shù)、機(jī)械、液壓方面融合到一起開發(fā)出來(lái)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(shì)，代表著機(jī)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(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，采用計(jì)算機(jī)識(shí)別圖紙、輸入簡(jiǎn)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(jī)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(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。

3 數(shù)控車床的工作循環(huán)及設(shè)計(jì)

文章介紹一種汽車萬(wàn)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(tái)上，刀架在橫梁或立柱上移動(dòng)。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(wàn)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(dòng)慣量大；定位夾緊困難。下面將介紹機(jī)床的設(shè)計(jì)預(yù)案：根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)工藝特性和定位夾緊要求，該機(jī)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(jī)床的工作過(guò)程

數(shù)控車床主要由由數(shù)控裝置、床身、主軸箱、刀架進(jìn)給系統(tǒng)、尾座、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)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(zhǎng)或小型盤類零件的車削加工。加工工程中是通過(guò)主軸帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，將車刀夾裝在刀架上，通過(guò)X、Z軸來(lái)帶動(dòng)刀架來(lái)對(duì)工件進(jìn)行加工。

3.2 轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床部件設(shè)計(jì)

3.2.1 主軸箱設(shè)計(jì)

主軸箱是機(jī)床的重要的部件，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。主軸箱采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，通過(guò)一定的傳動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)主軸箱內(nèi)各個(gè)位置上的傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸，最后把運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機(jī)床的性能。本機(jī)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(dòng)系統(tǒng)，二是支撐立柱即在其上安裝的縱橫滑板和電動(dòng)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(zhǎng)期使用不變形。

3.2.2 X、Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(dòng)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(dòng)導(dǎo)軌，從而能夠支持住Z軸的重量，可以采用伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠使縱向滑板上下移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)精確定位。機(jī)床的X軸也采用滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)帶動(dòng)絲杠來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)主要是通過(guò)進(jìn)給機(jī)構(gòu)來(lái)改變進(jìn)給量。

3.3 轉(zhuǎn)向節(jié)工裝夾具設(shè)計(jì)

3.3.1 頂尖部件設(shè)計(jì)

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(shí)頂尖也隨著旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)此部件時(shí)需要注意可靠性。

3.3.2 轉(zhuǎn)向節(jié)車具設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)向節(jié)是異形件，非常的不平衡，其車具設(shè)計(jì)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(dú)設(shè)計(jì)移動(dòng)部件；第二是夾緊，沒(méi)有規(guī)則的夾緊面，同時(shí)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(jì)車具時(shí)必須有可調(diào)整的配置設(shè)置；采用液壓加緊卡盤來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(jì)的新的立式車床的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

參考文獻(xiàn)

[1]楊仙.數(shù)控機(jī)床[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.