車軸端面孔專用雙頭數控鏜床的研制

田子欣

車軸端面孔專用雙頭數控鏜床的研制

田子欣

（三門峽職業技術學院，河南 三門峽 472000）

在探討國內外車軸端面孔加工方法優缺點的基礎上，結合機床柔性化設計理念，提出了車軸端面孔加工專用數控鏜床的設計思路．文中介紹了適用不同規格車軸端面孔的鏜削加工工藝，提出了臥式雙頭配置的專用鏜床總體結構方案，并給出機床的工作方式和主要技術參數，分析了專用夾具工作方式，闡述了三菱E60L數控系統配置及調試，設計出機床關鍵部件——數控滑臺和滾珠絲桿副．

車軸；端孔；數控鏜床；數控滑臺

目前，國內外制造企業針對車軸端面孔的加工方法普遍采用2種方法，一是采用先鉆中心孔、再鏜削加工至尺寸精度；二是先鑄鍛出內孔，再在數控鏜床上進行鏜削加工[1]．相比較，第一種生產效率比較底，精度難以保證；第二種精度能夠得到保證，生產效率也較第一種明顯提高，但對操作人員編程水平要求較高，需要根據車軸工藝進行編程，而且不同車軸，需要編制不同的程序．基于此，筆者根據某汽車零部件制造企業提供的車軸端面孔尺寸精度，考慮到量產的實際要求，結合機床柔性化設計理念，以“功能滿足、精度達到、操作簡單、定位準確”為目的，通過選用經濟性數控系統，并配置專用工件夾具等完成了專用數控鏜床的設計．

1 專用機床總體結構方案

專用雙頭數控鏜床加工的對象主要是車軸兩端端面、內孔及倒角．車軸工件被水平安裝在機床配套自制的專用夾具上，并進行手動鎖緊夾具．雙動力鏜頭被數控系統控制同時徑向進給實現車軸兩端端面、內孔及倒角加工．根據工件加工方案，設計出的機床結構如圖1所示，機床采用臥式雙面布局，配置有兩個動力鏜頭，1套專用液壓鎖緊夾具，數控滑臺2個，機床底座、電控柜、液壓站各一臺，專用刀輔具2套．機床采用封閉式防護，管路布局合理，液壓元件均采用符合ISO標準的疊加閥[2]．潤滑系統采用稀油自動潤滑裝置．機床潤滑采用集中潤滑裝置．機床配置日本三菱E60L車床數控系統，并配置RS232通訊接口，可支持CAD/CAM類軟件生成的程序代碼．

機床動作方式：上料→工件定位并夾緊→左右數控滑臺同時快進→數控滑臺工進，進行內孔加工；內倒角同時平端面加工→左右動力滑臺快退至初始位置→松開各夾緊裝置→卸工件并安裝一個新工件，使機床進入下一操作循環．

根據機床動作，對工件裝卡機構進行專用化設計．工件的定位方式是采用2套主定位夾緊裝置（自定心）夾緊外軸承位[2]，軸向定位有對中裝置，并采用液壓驅動．主定位夾緊裝置可沿數控滑臺導軌調整，調整到合適位置后手動鎖緊在導軌上，如圖2所示．機床除裝卸零件手動外，具有自動循環、手動調整功能，適應機床的自動/半自動工作．

圖1 機床結構示意圖

機床的主要技術參數如下：

1）TAb40型鏜削頭：主電機功率11 kW，主電機轉速：1000 r/min，鏜削頭主軸轉速：400 r/min，主電機型號分別為：UABP-160L-4-33.3-11-B5.

2）數控滑臺：工作行程≥500 mm，滾珠絲杠型號：FYND5010-3；絲杠公稱直徑為50 mm，導程10 mm，最高轉速：1500 r/min，絲杠精度為3級，內循環式；最大進給力：30000（N），工作進給速度≥5mm/min,快移速度≤9m/min，電機扭矩12Nm，絲杠預加載荷300～350 kg，滾珠絲杠額定動載荷38639 N，接觸剛性1840 N/μm；

3）機床外觀尺寸： 6100 mm×2100 mm×1900 mm（長×寬×高）；液壓站： 860 mm×660 mm× 1650 mm；電控箱： 800 mm×500 mm×1800 mm．

2 數控系統的選用

圖2 工件定位裝置示意圖

2.1 系統配置

專用雙頭數控鏜床配置了經濟性、使用性都較好的三菱E60L車床數控系統（見圖3），該數控系統可以將數控系統（CNC）、可編程邏輯控制器（PLC）、人機接口（HMI）和通訊接口（I/O）等集成一體，最多可以控制3個方向的進給軸和一個主軸[3]．

2.2 參數配置及調試

1）根據機床性能要求，在內置PLC中，輸入對相關技術參數，特別是主軸參數、伺服電機參數、刀具半徑/直徑查補參數、機床位置參數、工件坐標零點參數等，一定要結合機床加工工件的精度要求，合理的進行參數設置．待所有參數輸入完畢后，給機床通電并逐項查看機床性能及相關技術參數輸入是否正確，等到檢查無誤后，就可以按照機床操作說明書，進行相關程序的編制與輸入，進行工件的加工．

2）改變數控機床的某些參數將會影響機床的某些性能及功能，請參閱數控系統參數/報警手冊．

3）機床發生報警時，請對照數控系統參數/報警手冊，根據報警號查找報警原因及處理對策，解除報警．

4）機床加工程序、各項加工參數可手動輸入，也可通過RS232接口由機算機傳入/傳出．

圖3 三菱E60L數控系統配置圖

3 機床關鍵部件設計

3.1 數控滑臺

數控滑臺作為專用機床上的關鍵部件，主要實現鏜頭進給、退回等功能．其結構如圖4所示，它是沿著導軌而運動的，導軌起著導向和支承作用．因此導軌的制造精度及其精度保持性對機床加工精度有著重要的影響．數控機床的導軌必須具有較高的導向精度、高剛度、高耐磨性，機床在高速進給時不振動、低速將給不爬行．結合機床實際情況，選用了貼塑滑動矩導軌形式．

3.2 滾珠絲桿副

本機床采用滾珠絲桿副作為數控滑臺移動的驅動執行單元[1]．滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，在絲杠和螺母上都裝有半圓弧形的螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道，螺母上有滾珠回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構成封閉的循環滾道，并在滾道內裝滿滾珠．當絲杠旋轉時，滾珠在滾道內既自轉又沿滾道循環轉動，因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動．

與傳統的滑動絲杠螺母副比較，滾珠絲杠螺母副具有傳動效率高，摩擦損失小，運動平穩無爬行，傳動精度高，反向時無空程，磨損小，精度保持性好，使用壽命長等有優點．為確保本機床絲杠的剛性和精度的穩定，機床選用了面對面結構的角接觸球軸承兩端固定，其支承結構如圖5所示．

圖4 數控滑臺結構

圖5 滾珠絲杠副支承結構

4 結 論

本機床經用戶使用，性能穩定，經過多次工件加工實驗，加工節拍為3min/件，加工尺寸精度符合圖紙要求，提高了生產效率．另外，專用機床采用數控化、液壓驅動設計思想，安裝工件方便，操作機床簡單．該機床加工柔性化，可進行車軸不同規格品種的加工．

[1] 苑春迎．汽車發動機缸體雙金屬曲軸孔數控精密鏜孔機床的設計及研究[D]．重慶：重慶理工大學，2012．

[2] 于英華．組合機床設計[M]．北京：清華大學出版社，2012．

[3] 陳桂芳，李勤．YX-TK212型轉向節數控鏜床的設計[J]．煤礦機械,2006（4）：553-554．

Design of Double-Headed CNC Boring Machine for End-Hole of Axletree

TIAN Zixin

（Sanmenxia Polytechnic, Sanmenxia, Henan 472000,China）

After an analysis of advantages and disadvantages of processing methods of end-hole of axletree at home and abroad, and flexibility of machine design, the paper proposes the design of special CNC boring for the end-hole of axletree, and the structure of double-headed configuration of specific boring. Boring process of various specifications for the end-hole of axletree is introduced, working mode of the machines and fixture, main technical parameters of machine, and Mitsubishi E60L CNC system configuration and testing are dealt with. Besides, the key components, CNC sliding table and ball screw are designed.

axletree; end-hole; CNC boring; numerical control sliding table

TG65

B

1672-0318（2014）03-0055-04

2013-10-17

田子欣（1983-），男，河南南陽人，碩士，講師，主要從事機械設計、數控技術應用研究．