橋殼支撐軸加工的專機設計

唐清春，張 健，馬仲亮，劉 謙

（廣西科技大學 工程訓練中心，柳州 545006）

橋殼支撐軸加工的專機設計

唐清春，張 健，馬仲亮，劉 謙

（廣西科技大學 工程訓練中心，柳州 545006）

0 引言

橋殼支撐軸是裝載機的關鍵部件，它性能的好壞直接影響裝載機的整體性能。對于不同型號帶有安裝板橋殼支撐軸的加工是一個難題。目前，加工帶有安裝板橋殼的支撐軸主要是采用普通車床，通過多次裝夾與多次換刀完成；但是，多次裝夾不僅導致其定位精度與裝夾精度下降，而且效率低下；若使用自制的專用工裝夾具進行裝夾，則成本昂貴、效率低且工裝精度無法保證。隨著近年來工程機械行業的迅速發展，對橋殼支撐軸需求不斷增加，因此，帶有安裝板橋殼支撐軸的加工這個瓶頸難題越來越嚴重，迫切需要解決。為此，本文提出了一種增加主軸頭、一次裝夾以及通過PLC控制改造后的車床等工藝設想，完成帶有安裝板橋殼支撐軸的加工。

1 橋殼支撐軸安裝板加工工藝分析

如圖1所示，為橋殼支撐軸安裝板加工工序圖，橋殼支撐軸的材料為QT450-10，本CWA6185普通車床的主要加工內容為對2、5兩處安裝板進行加工。兩個安裝板的對稱度公差為0.05mm，安裝板的外圓表面與支承軸的同軸度公差為Φ0.06mm。針對上述加工精度，先前采用的加工方案為：1）將橋殼支撐軸使用三爪夾盤與頂尖聯合定位，裝夾完成后對刀，加工左端安裝板；2）CWA6185普通車床的刀架由于橋殼支撐軸中橋位置的球形半徑過大無法從左端向右端順利通過。故此只能先加工橋殼支撐軸一端的安裝板，再將橋殼支撐軸進行反向裝夾，再加工橋殼支撐軸另一端的安裝板[1]。雖然此工序能滿足加工精度，但是此產品的產出效率比較低，因此，對CWA6185普通車床改造解決橋殼支撐軸安裝板加工的難題是十分迫切的。

圖1 橋殼支撐軸安裝板加工工序圖

通過對上述工況的具體分析，要全面提高對橋殼支撐軸安裝板的加工精度，及生產效率，可以通過以下兩個方案進行解決：

1）改造原有的CWA6185普通車床，這樣在不需要改造關于車間生產線所有設備的前提下，只需花費較少的成本來改造CWA6185普通車床為新型雙頭車床，以提高橋殼支撐軸安裝板的總生產量；

2）購買橋殼支撐軸安裝板加工的專機制造設備，更換新的生產線設備，這樣雖然可以解決上述所存在的問題，但是，更換新的橋殼支撐軸安裝板加工的專機制造設備以及配套生產線設備需要花費大量的人力、物力以及財力。

綜合考慮以上兩種方案，方案 1）是比較可取的，方案 1）既能解決對橋殼支撐軸安裝板加工這個難題，又能為企業節省大量的資金，又不至于許多加工設備不能在使用。

2 CWA6185普通車床改造方案

對于上述普通車床的改造，首先根據所要加工的產品的形狀、尺寸對普通車床進行調整。其次根據普通車床自身的結構特點來適當調整結構，最終達到能方便完美的加工出所需要的產品。根據橋殼支撐軸安裝板與CWA6185普通車床的結構特點，決定采用兩個方面進行改造：

1）結構改造，即在滑軌的另一端新加一個刀架，此時，滑軌上就有兩個刀架，兩個刀架分別加工兩側的橋殼支撐軸安裝板，以避免二次的裝夾、定位，提高生產效率[2]。

2）系統引進，通過采用PLC電氣自動化控制系統，來控制機床上的兩個普通的刀架同時加工，這樣既能提高加工效率，又能保證加工精度。

2.1 結構改造

在對CWA6185普通車床進行改造，務必要保證在加工橋殼支撐軸安裝板時易于裝夾、切削以及高精度定位，同時要兼顧新刀架相對普通車床滑軌的平行度公差、垂直度公差是否達到合理范圍之內，以及新刀架結構是否方便操作等。為滿足上述要求，對新刀架設計了兩種方案。

1）在CWA6185普通車床外新增刀架

此方案是將在CWA6185普通車床外部新增一個機床平臺，在機床平臺上固定一對機床滑軌，并在機床滑軌上裝上新增的刀架，最后通過伺服電動機來控制機床上的絲杠帶動滑軌上的刀架移動，進而實現加工功能。如圖2所示為CWA6185普通車床外新增刀架圖，此新增刀架在其機床的外部，在改造時不需改變原機床的結構，不影響原有的精度；而且改造周期也比較短。但是，此方案的可能存在的不足之處是新增的刀架在機床之外，加工時刀柄較長，剛性減弱。為檢驗此方案效果，采取40Cr刀柄進行試驗，刀柄尺寸為70mm×60mm×510mm，刀柄上裝夾鈦基硬質合金刀片，刀柄的伸長量為280mm。通過對橋殼支撐軸安裝板進行實際加工、檢測，其結果完全在規定的公差范圍之內，且滿足使用要求。

圖2 CWA6185普通車床外新增刀架圖

2）在CWA6185普通車床上新增刀架

此方案是在CWA6185普通車床的原有滑軌上增加一個滑軌平臺，然后在滑軌平臺上重新布置滑軌，最后將新增的刀架裝配到新布置的滑軌上，并通過伺服電動機來控制機床上的絲杠帶動滑軌上的刀架移動，進而實現加工功能。新增刀架在原有機床的滑軌上，傳動精度比較好，而且刀柄的伸長量較小，對刀具的剛性要求容易滿足。但此方案要在原機床滑軌上配置新滑軌平臺，由于精度匹配問題，一般機床無法滿足，且周期長，不符合企業的生產宗旨。因此，最終決定采取在車床機身外新增刀架的改造方案。

2.2 系統引進

縱觀整個制造行業，大多數自動化設備，均采用PLC電氣自動化控制系統，PLC技術在位置控制、過程控制、數據處理等方面的具有較高的精度[3,4]。此次改造是控制新增刀架進行橫向、縱向的切削運動，動作簡單，采用PLC電氣自動化控制系統完全可以滿足使用要求。

CWA6185普通車床的PLC自動控制系統主要由輸入、輸出裝置、數控裝置、可編程控制器、伺服系統、檢測反饋裝置和機床主機等組成[5]。如圖3所示，PLC自動控制系統通過編程器讀入所編寫的程序。進而通過PLC系統功能控制伺服電動機轉動，由伺服電動機旋轉帶動滾珠絲杠轉動，最終實現對刀架的工進或退、快進或退、停止等功能，同時還可以用手輪、手動功能進行微調[6]。

3 改造成果

通過在原有CWA6185普通車床的基礎上，增加一個床身之外的新刀架，再由PLC控制系統對其新刀架進行控制，將新刀架以及PLC自動控制系統裝配到原有機床上，裝配好的設備圖如圖4所示，最后將橋殼支撐軸裝夾到改造后的機床上，采用40Cr刀柄以及前端裝有鈦基硬質合金刀片的車刀進行實際切削加工，將加工后的橋殼支撐軸進行檢測，檢測的尺寸與加工精度均符合圖紙上所規定的要求。

圖3 CWA6185 PLC控制總體布局圖

圖4 CWA6185改造后總裝圖

4 結束語

針過對橋殼支撐軸的加工工藝進行分析，找出嚴重影響橋殼支撐軸產量的問題，進而通過對原有CWA6185普通車床機床結構與系統引進方面進行改造，最后，對橋殼支撐軸進行加工檢測，檢測后的結果符合使用要求。此次對該車床的改造，不僅成本低，改造方便，又達到了實際所需的加工精度，對其它同類車床的改造奠定了一定的基礎。

[1]宋東超.數控活塞車床直線伺服刀架的設計[J].組合機床與自動化加工技術,2012(1):93-94.

[2]孫崗存,楊勇,袁麗,鄭永平.一款實用車削刀架的設計[J].機械工程師,2011(7):154-155.

[3]曾燕飛.基于PLC的三面銑組合機床電氣控制系統設計[J].組合機床與自動化加工技術,2010(1):44-46.

[4]廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2005.

[5]石玉明.用PLC技術改造普通車床的電氣控制系統[J].機床電器,2006(3):38-39.

[6]周振寶.PLC在普通銑床數控化改造中的應用[J].機床電器,2006(3):30-31.

Design of the special machine of axle housing support shaft machining

TANG Qing-chun, ZHANG Jian, MA Zhong-liang, LIU Qian

本文根據橋殼支撐軸的結構特點以及目前生產效率低下等問題，在原有的CWA6185普通車床的基礎上對橋殼支撐軸的加工進行專機設計；利用經改造后的專機對其橋殼支撐軸進行實際加工，驗證了此改造方案的正確性與實用性；同時也為其他同類橋殼支撐軸的制造提供了寶貴的經驗。

橋殼支撐軸；CWA6185普通車床；改造；專機

唐清春（1972 -），男，四川綿竹人，副教授，碩士，研究方向為數控多軸加工技術。

TK263

B

1009-0134(2014)05(下)-0090-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2014.05(下).25

2013-09-30

柳州市機械及機電一體化產業關鍵技術攻關項目：多功能五軸聯動機床后置處理軟件開發（2011C030107）