汽車轉向節專業立式數控車床設計簡介

郭吉峰

摘 要：機加工行業是現代工業的基礎，人類的任何發明設計都必須經過加工才能成為現實，自工業革命將蒸汽機引入進加工制造中去，人們的加工從早期的普通車床、銑床等發展到現在的數控機床，數控機床通過數字化來控制整個機床的運動，相較于早期的靠人來進行加工的時代，進步了一大截，但是在加工某些大批次的部件時，需要采用專用的數控車床來進行加工，從而提高效率。文章將就數控車床在加工汽車轉向節桿部及法蘭端面方面使用普通數控車床和專用的數控立式車床進行比較，闡述優缺點，并對相應的加工工藝進行介紹。

關鍵詞：數控車床；工作循環；設計

前言

數控設備在加工方面相較于原來的普通設備有著巨大的優勢，汽車轉向節是汽車上應力最集中、形狀最復雜的零件之一，需要具有良好的機械性能，其加工質量的好壞將直接影響到汽車的性能，近些年來，我國經濟發展迅速，對于汽車的需求量猛增，而汽車轉向節作為汽車的重要部件，在加工質量和加工效率方面都有著很高的要求，傳統的加工方式是采用普通數控車床進行加工，然而從實踐中發現，其加工效率很低，遠遠無法滿足需求，文章將介紹一種新的加工轉向節桿部的專用立式數控車床。就數控車床在加工汽車轉向節桿部及法蘭端面方面使用普通數控車床和專用的數控立式車床進行比較，闡述優缺點，并對相應的加工工藝進行介紹。

1 數控機床簡介

數控機床是數字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數字表示，通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現代機床控制技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。數控機床分為數控車床、數控銑床、數控磨床等等幾大種類的機床，或者是加工中心等。數控車床是在原有的普通車床的基礎上發展起來的，通過加裝計算機進行運算，將計算的結果通過驅動器來帶動伺服電機進行傳動，從而實現相應的運動，其中數控車床又是使用最為廣泛的機床，其使用量占到了數控機床使用量的25%。數控車床是將機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等進行融合而得到的一項工業方面的杰作，其可以用來制作高精度、高效率等的工件，現如今，通過使用數控車床進行加工代表著一個國家機加工的水平，經過多年的發展，數控車床由原來的普通臥式車床發展到數控臥式車床、數控立式車床、車銑加工中心等多個方向，數控車床在我國的保有量要遠遠高于其他的數控設備，在整個數控機床中占有很高的地位，近些年來，通過發展通用的數控語言，實現了數控設備編程的通用化，不同廠家不同系統的編程語言有很高的相似的地方，從而為編程帶來了方便，數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、圓弧插補各種補償功能，在批量零件的制造過程中相較于原來的普通機床有著巨大的優勢，數控車床通過計算機來識別輸入的語言，通過計算機計算需要移動的位置，而后將這些數據輸送給相應的執行機構來對設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能的控制。經過多年的發展，現在已經能夠像操作電腦一樣方便的實現輸入操作指令的存儲、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現。相較于傳統的車床通過手動搖動來使刀具完成切削作業，數控車床通過驅動器驅動電機來帶動滾珠絲杠來傳遞運動，通過電機的編碼器或者是光柵尺來定位移動的距離，無需像以前一樣使用卡尺來測量工件的精度。數控車床是將計算機技術、電氣技術、機械、液壓方面融合到一起開發出來的，系統結構復雜，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勢，代表著機械加工領域發展的方向。

2 數控車床發展及應用現狀

21世紀的數控裝備將向著智能化的方向發展，主要體現在：如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，采用計算機識別圖紙、輸入簡便、傻瓜編程、智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。智研咨詢指出，目前，數控機床的發展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化等已經成為了數控機床發展的趨勢和方向。

3 數控車床的工作循環及設計

文章介紹一種汽車萬向節立式專用數控車床，立式車床的主軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉工作臺上，刀架在橫梁或立柱上移動。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。由于汽車萬向節形狀如羊角，結構復雜；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，轉動慣量大；定位夾緊困難。下面將介紹機床的設計預案：根據轉向節工藝特性和定位夾緊要求，該機床采用主軸偏置的立式數控車床結構，在傳統立式數控車床的基礎上，增設尾座頂尖部件，從而形成能夠更好的加工設備。

3.1 機床的工作過程

數控車床主要由由數控裝置、床身、主軸箱、刀架進給系統、尾座、液壓系統、冷卻系統、潤滑系統、排屑器等部分組成。立式數控車床用于回轉直徑較大的盤類零件車削加工。

臥式數控車床用于軸向尺寸較長或小型盤類零件的車削加工。加工工程中是通過主軸帶動工件轉動，將車刀夾裝在刀架上，通過X、Z軸來帶動刀架來對工件進行加工。

3.2 轉向節專用立式數控車床部件設計

3.2.1 主軸箱設計

主軸箱是機床的重要的部件，是用于布置機床工作主軸及其傳動零件和相應的附加機構的。主軸箱采用多級齒輪傳動，通過一定的傳動系統，經主軸箱內各個位置上的傳動齒輪和傳動軸，最后把運動傳到主軸上，使主軸獲得規定的轉速和方向。主軸箱傳動系統的設計，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機床的性能。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。

3.2.2 X、Z軸進給系統設計

數控車床的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導軌，從而能夠支持住Z軸的重量，可以采用伺服電機帶動滾珠絲杠使縱向滑板上下移動從而實現精確定位。機床的X軸也采用滾珠絲杠來實現傳動，通過伺服電機來帶動絲杠來傳遞運動。機床的進給系統主要是通過進給機構來改變進給量。

3.3 轉向節工裝夾具設計

3.3.1 頂尖部件設計

車床頂尖是車床的重要組成部分，主要有定位功能、回轉功能、夾緊功能，在主軸旋轉時頂尖也隨著旋轉，實現機床的主運動。設計此部件時需要注意可靠性。

3.3.2 轉向節車具設計

轉向節是異形件，非常的不平衡，其車具設計有一定難度，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，上頂尖單獨設計移動部件；第二是夾緊，沒有規則的夾緊面，同時不同的頂尖形狀各異，要使車具具有通用性，車具必須具有適應不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在設計車具時必須有可調整的配置設置；采用液壓加緊卡盤來實現夾緊。

4 結束語

文章就數控車床在加工汽車轉向節桿部及法蘭端面方面設計的新的立式車床的設計進行了闡述。

參考文獻

[1]楊仙.數控機床[M].機械工業出版社，2012.