星形套滾道加工數(shù)控磨床改造

龔仲華

(常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164)

等角速萬向節(jié)(俗稱球籠)是汽車較易損壞的部件之一，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，其市場需求量日趨上升。萬向節(jié)組成部件的形狀均較復(fù)雜，加工精度較高，并需要大批量生產(chǎn)，因此，它對機床的效率、精度要求較高。汽車生產(chǎn)廠家一般需要利用進口數(shù)控專機進行加工，設(shè)備價格高，維修服務(wù)也存在一定問題。為此，作者受企業(yè)委托，通過對M7120平面磨床進行數(shù)控化改造，較好地解決了萬向節(jié)星形套直滾道的加工問題。文中將對此進行介紹。

1 加工要求

等速萬向節(jié)的星形套形狀各異，其中直滾道星形套的加工要求如圖1所示，它需要在局部球體上加工6個對稱、非圓弧截面滾道，故無法通過常規(guī)的數(shù)控磨床進行加工。

圖1 星形套滾道加工要求

星形套滾道加工的主要技術(shù)難點如下:

(1)精度。星形套對6個滾道的底徑、分度角的精度要求較高。技術(shù)協(xié)議規(guī)定:底徑深度誤差不能超過0.015 mm，分度允差小于30″。為保證底徑深度的精度，加工時需要利用內(nèi)齒輪的齒面進行定心;分度需要采用數(shù)控分度臺。

(2)效率。磨削加工前，滾道已進行粗加工，滾道磨削余量在0.5 mm左右。技術(shù)協(xié)議要求單件加工時間小于30 s，它需要通過多工件同時加工的方式保證效率。

(3)通用性。技術(shù)協(xié)議要求機床能用于外徑φ40～60 mm、長度20～30 mm的同類星形套直滾道加工，并以簡單的方式實現(xiàn)工件變換的要求。

(4)砂輪自動修整與自動補償。由于滾道為非圓弧截面，因此，需安裝砂輪成型修整器(金剛滾輪)，砂輪磨損后的修整和修整量的自動補償，需要通過加工程序自動實現(xiàn)。

2 總體方案

由于星形套的滾道加工工藝要求類似于平面磨床的成型磨削，因此，設(shè)備改造時選擇M7120平面磨床作為改造對象，其數(shù)控化改造方案如圖2所示。

圖2 M7120改造方案

改造的主要內(nèi)容如下:

(1)為了能夠調(diào)整徑向、軸向加工位置和進給速度，原機床的磨頭上下、工作臺左右運動需要以伺服進給代替液壓和手動進給;并增加數(shù)控分度臺，實現(xiàn)6滾道分度。

(2)需要為機床設(shè)計專門的多工件裝夾夾具，并保證夾具具備適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格變化的通用性。

(3)機床對磨頭的要求和平面磨床基本一致，可直接使用原機床的主軸部件;磨頭電機利用變頻調(diào)速，保證切削速度的一致。

3 加工動作

在圖2所示的方案中，工作臺上安裝的頂尖、拉桿、分度臺、金剛滾輪滾道的軸線需調(diào)整成同軸。機床在完成工件安裝，X、Z、C軸回參考點后，可通過滾道的自動磨削加工程序完成加工。自動加工程序的基本動作如下:

(1)啟動砂輪、修整器，X軸快速運動至砂輪修整位置x1;然后，Z軸進給至點z1，使砂輪修整成型。

(2)Z軸快進至加工位置z2，X軸快速下降至粗磨位置(留0.1 mm左右加工余量)。

(3)Z軸進給至點z3，完成第1滾道的粗磨;隨后，C軸分度60°，Z軸再以進給速度返回至點z2，完成第2滾道的粗磨;接著，C軸再分度60°，Z軸進給至點z3，完成第3滾道的粗磨。如此循環(huán)，完成6個滾道的粗磨加工。

(4)X軸、Z軸依次快速回到零點后，X下降到x1－Δx位置(Δx為砂輪修整量);然后，Z軸進給至點z1，再次修整砂輪。

(5)Z軸快進至加工開始位置z2，X軸快速下降至尺寸;重復(fù)動作(3)，將6滾道加工至要求的尺寸。

(6)重復(fù)動作(4)、(5)，在再次修整砂輪后，完成6滾道的精磨加工。

以上加工程序利用宏程序進行編制，X、Z軸的各定位點、砂輪修整量Δx均可根據(jù)實際情況，通過修改宏程序變量予以調(diào)整。當(dāng)工件加工余量較大或?qū)鉂嵍纫蠹痈邥r，可增加砂輪的修整和磨削加工進給次數(shù)，來保證加工精度。

4 夾具設(shè)計

夾具設(shè)計是該機床數(shù)控化改造的重點，它需要滿足內(nèi)徑定心、多工件裝夾、工件快速變換等要求。設(shè)計的夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 夾具結(jié)構(gòu)

內(nèi)徑定心通過彈性錐套7的脹緊實現(xiàn)，其原理和彈性聯(lián)軸器的軸連接類似，它可通過內(nèi)錐環(huán)的軸向移動，使外錐環(huán)脹開后夾緊工件。為了保證定心良好，每一工件需安裝兩對錐環(huán)，工件夾緊部位可通過隔套8調(diào)整;此外，所有外錐環(huán)需要開口，以保證可靠松、夾。

工件松夾的液壓油缸直接安裝在數(shù)控分度臺的臺面上，可隨同分度臺回轉(zhuǎn)。油缸的活塞前端安裝有拉桿5;彈性錐套7、隔套8安裝在拉桿上;工件夾緊時活塞將帶動拉桿向左移動，由于外錐環(huán)和工件的軸向移動被支座4、墊6擋住，因此，外錐環(huán)將張開夾緊工件。為了增加夾具剛性、保證同軸精度，拉桿尾部需安裝頂尖作為輔助支承。

當(dāng)工件規(guī)格變化時，可更換拉桿5、錐環(huán)7及隔套8。為保證拉桿安裝的精度，油缸活塞和拉桿間采用內(nèi)錐孔連接。

5 其他改造

(1)主軸。機床的主軸(砂輪旋轉(zhuǎn)軸)可直接使用原機床的結(jié)構(gòu)與部件，為了保證切削速度恒定，主電機增加了變頻器進行調(diào)速。

(2)進給。機床的磨頭上下運動軸X、工作臺的左右運動軸Z，需要以伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠的進給傳動代替原機床的手動和液壓進給。進給系統(tǒng)采用的是數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)，由于磨頭的質(zhì)量較大，改造時需要增加重力平衡裝置。

(3)其他。機床采用的是成型磨削工藝，滾道的形狀需要砂輪修整保證，因此，需要安裝砂輪成型及修整用的金剛滾輪修整器。此外，為了保證滾道加工分度位置的正確，工件安裝時需要通過手動粗定位裝置進行定位。

6 結(jié)束語

實踐證明:按以上方案改造的機床，可適應(yīng)技術(shù)協(xié)議要求的多種星形套直滾道加工要求。機床在工件加工余量為0.5 mm左右、滾道表面粗糙度達到Ra0.4μm時，如采用6件同時加工，其實際加工時間可保證在3 min以內(nèi);實測的工件底徑誤差在0.007μm左右，分度誤差在15″左右，故可較好地滿足工件的加工要求。