立式數控車床設計分析

劉闖

摘 要：在轉向節的加工中使用簡易臥式車床以及普通臥式車床都無法完善轉向節法蘭端面以及桿部工藝上的不足，因此文章便對立式數控車床進行了分析，提出了相應的轉向節加工方案。同時對車床的工作循環以及結構和技術參數進行了介紹；通過對轉向節進行專門的闡釋，對立式數控車床進行了專業的介紹。通過實踐應用，表面在轉向節的應用中，該機床能夠將轉向節兩頂尖孔處同大斷面的精度保證在最精確的范圍中，并且有效提高了工作效率降低了勞動強度。

關鍵詞：加工系統；設計；立式數控車床

轉向節是汽車上應用最重要的零件之一，其形狀復雜并且受到的集中應力也是最大的，因此其部件結構要求具有較好的機械能。轉向節加工質量會對車輛的安全性以及操作性造成呢個直接影響。汽車的數量在隨著人們的需求量而不斷的增加，因而轉向節的生產要求也不斷的攀升，其生產效率的提高是目前轉向節生產的核心問題。由于結構復雜，轉向節的加工有一定的難度，尤其在法蘭端面以及桿部，尺寸以及位置精度難以把控。傳統的生產方式都是采用臥式普通車床或者簡易車床對法蘭端面以及轉向接待桿部進行加工，對簡易車具進行設計，在尾座頂尖同車具之間通過尾座頂尖對轉向節進行固定，通過車具對轉向節進行撥動以此保證旋轉。但是該種方式存在嚴重的缺陷，首先，工件不易加裝；其次，由于配重較小導致車具無法有效提高鉆速；設備在加工生產中效率地下也是無法避免的缺陷。由于受到傳統工藝的限制，以及諸多因素的影響，不得不開發出一種新型的設備用以解決轉向桿以及法蘭端面的不足，立式數控車床應時而生。該設備在原有機床性能上，能夠完美的進行轉向節的加工。無需高強度的夾裝勞動，可謂一舉多得。

1 方案分析

1.1 整體式轉向節特性分析

整體式轉向節在形狀上像羊角，具有復雜的結構；以鍛件作為工件的毛坯，具有較大的加工余量，尤其在法蘭盤根部的圓弧處；最后由于工件的特性決定了其質量較重，因此具有較大的轉動慣量，定位加緊較為困難。

1.2 方案

在轉向節的生產過程中，根據加緊要求以及工藝特性，其生產所用的專用立式機床在機構上采用了主軸偏置的結構，以傳統的立式數控車床作為基礎，加裝了尾座頂尖結構，并根據轉向節的結構特征設計出專用的加工車具，形成新型機床用于轉向節的高效加工，同時在功能上仍然同通用數控車床相同。

1.3 工作的循環

主要的工作步驟和順序為：安裝工件，定位夾緊，數控滑臺快移，X、Z軸聯動，同時主軸旋轉，完成外圓加工，數控滑臺快退至原位，伺服刀架換刀，數控滑臺快移，X、Z軸聯動，完成工件外圓各槽的加工，數控滑臺快退至原位，伺服刀架換刀，數控滑臺快移，X、Z軸聯動，完成工件各螺紋的加工，數控滑臺退至原位，松卡，卸下工件，進入下一循環。

2 轉向節專用立式數控車床部件設計

2.1 主軸箱設計

2.1.1 主軸箱結構設計

本機床為立式結構，主軸箱就是傳統意義上的床身，其作用一是安裝主軸及其傳動系統，二是支撐立柱即在其上安裝的縱橫滑板和電動刀架。因此要求主軸箱具有據夠的剛性，結構必須合理，長期使用不變形。

2.1.2 傳動系統

確定傳動比。首先需要保證數控立車的傳動比在1：10且轉速達到63r/min至1000r/min，那么其在轉向節的加工過程中才能保證高效的同時仍然具有通用車床的功能。確定傳動路線。在車床的使用中主要的傳動路線如下：由伺服電機經減速箱至皮帶輪，由皮帶輪對主軸單元進行驅動，以此達到驅動主軸旋轉目的。對主軸的結構進行分析，其結構采用了較為靈活的單元結構，在制造、維修以及安裝上都極大的方便了用戶。在單元結構的選擇上主軸需要充分考慮到轉向節加工的特殊性，以此保證主軸結構能夠同該特殊件加工相適應。首先，在剛性要求上要予以滿足，保證旋轉精度的穩定、長久；其次，具有分油裝置以及夾緊油缸。最后，能夠實現快速切換專用車具、動力卡盤，實現數控立車通用和專用之間的切換。根據以上分析，主軸單元選用規格標準為50的車主軸，能夠滿足高精度、高剛度的要求。

2.2 進給系統的主要設計概述

2.2.1 縱向設計

進給傳動系統中的縱向系統主要包括滑板以及滾珠絲杠傳動裝置。在其滾動導軌上設置有縱向的滑板，其能夠沿著導軌進行縱向運行。該導軌的配置主要采用了滾珠滾動導軌，且為重型導軌，承載力較大，具有很強的剛性。伺服電機能夠直接經過聯軸對滾珠絲杠的螺母副進行驅動，從而使得滑板能夠沿著導軌進行縱向運動。

2.2.2 橫向設計

在系統中同滾珠絲杠之間發生作用主要依賴于橫向滑板，橫向滑板該系統主要通過橫向滑板同滾珠絲杠的傳動副發揮作用，橫向滑板主要設置的位置為橫向導軌，其能夠沿著縱向導軌向橫向導軌做橫向運動。橫向導軌主要采用了滾珠滾動型導軌，且導軌為重載型導軌，具有較大的承載力和剛性。同縱向導軌相同，其滾珠絲杠的螺母副可以直接受到伺服電機的驅動，從而使得滑板做橫向運行。

2.3 工裝夾具的設計

2.3.1 頂尖的設計

頂尖至機床用于回轉、定位以及夾緊的重要部位，能夠在加工過程中，對工件進行固定，頂尖的部件主要出于設備上部，如果工件位置正確，那么在油缸的作用下，頂尖會隨著設備向下移動，令定檢能夠將工件上部的頂尖孔頂緊，用以對工件進行定位和夾緊。頂尖會隨著主軸的旋轉而旋轉，這就是機床主運動。在該部件的設計中首先應當對夾緊力進行確定，將卻東油缸規格予以確定，保證夾緊可靠；由于轉向節的不平衡性特征，就要求頂尖具有足夠剛性，保證長久穩定的回轉精度。

2.3.2 車具設計

由于工件的形狀較為特殊，因此異型性是轉向節的重要的特性，由于結構問題，因而其工件具有不平衡的問題，這就為工件的加工帶來了不小的困難，首先需要應用剛性差的定位頂尖孔，利用上頂尖孔和下頂尖孔將工件定位夾緊。上頂尖孔具有可移動性是由單獨的移動部件構成，下頂尖孔則是固定于主軸之上。其次，由于轉向節不具有規則加緊面，而頂尖的形狀也各不相同，想要保證車具的通用性，必須使之具有相當的柔性。不平衡的工件使得車具必須設置成為能夠調整的。最后，通過使用液壓夾緊裝置，并將編碼器設置在主軸上，用以適應車床的螺紋功能，并子啊車具上加設夾緊油缸。

3 結束語

該機床在使用后，通過實踐結果表情性能完全可以達到設計要求，并且在進行完善后開始小批量的予以生產，得到了使用者的一致好評。

參考文獻

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