基于普通數控車床的自動化改造

舒勇

摘 要：隨著非標軸承的產量越來越大，本文針對非標軸承生產工序存在的質量不穩定及效率低的問題，設計開發了一款基于普通數控車床的全自動非標軸承數控車床。通過設置自動上下料裝置、夾持裝置、車削裝置及GSK990MC數控系統控制，實現上料—裝夾—車銑復合加工—下料等多工序連續自動加工，能大幅提高生產效率和工序質量水平、降低生產成本。該設備通用性強，適用于圓環類產品自動化車銑復合加工，市場前景廣闊。

關鍵詞：非標軸承 車銑復合加工 車削裝置 夾持裝置 自動化生產

軸承工業迅速發展，其應用領域不斷擴大，軸承類型、品種越來越多，其中非標軸承（圖1）的產量越來越大，已成為應用最廣泛的軸承類型之一，約占滾動軸承總量的20%。該類軸承和標準軸承的不同之處在于，其外圈表面上或者內孔表面上設有特殊的8字形潤滑油槽、偏心油槽等異形結構，增加了加工的難度。國內現有技術通常是各8字形潤滑油槽、偏心油槽、注油孔和銷孔等異形結構分步加工，由于裝夾次數增加，基準一致性差，很難保證非標軸承的車削加工精度，效率低、成本高，已成為制約該類軸承生產企業的技術瓶頸。

本技術針對以上問題，設計開發了一款全自動非標軸承數控車床。

圖1 非標軸承

一、非標軸承數控車床總體設計方案

圖2 非標軸承數控車床總體設計方案

利用專用的生產夾具，采用機械設備車銑復合加工原理，通過數控系統控制刀具進行車削、鉆削、銑削加工，實現工件的一次裝夾加工成型。

二、非標軸承數控車床結構設計

全自動非標軸承數控車床，包括機架、自動上料裝置、夾持裝置、車削裝置、自動下料裝置、電氣控制系統如圖3所示。

圖3 全自動非標軸承數控車床結構框圖

1.自動上料裝置結構設計

自動上料裝置包括安裝于主軸座上方的斜向進料道和上料機械手，上料機械手包括推料桿、推料汽缸。非標軸承外圈基本為圓環料體，沒有什么位置要求，將其放入斜向進料道即可。工件自斜向進料道上的滑動斜面自動滾至出料口，感應器觸發上料機械手中的汽缸運動，機械手夾持工件到主軸的正前方，由氣動推料桿推動工件進入夾持裝置中的夾頭上，感應器觸發夾持裝置動作，完成工件自動上料。

2.夾持裝置結構設計

非標軸承外圈內表面為圓環體內表面，夾持裝置采用圓環體內表面點接觸定位夾緊。夾持裝置包括動夾頭、氣動拉桿、頂桿、感應器。

動夾頭設置在主軸孔內，氣動拉桿安裝在夾持汽缸上并由汽缸驅動直線移動，兩者之間采用螺紋配合。工件夾緊時，氣動拉桿拉動動夾頭漲緊工件，完成工件自動夾緊。車削完成后，汽缸復位，動夾頭在彈性變形的作用下復位到原始狀態。夾緊過程平穩、勻速，且采用圓形凸臺內撐于軸承外圈內壁，減少了車削過程中的零件變形。

3.車削裝置設計

針對此類非標軸承常見的徑向定位孔和8字油槽等結構特點，在車削裝置上設計安裝了包括車刀和伺服電動機驅動的銑削裝置。在車床的拖板上設置車刀安裝座，根據車刀的中心高低不同，刀座可實現手動調整，刀座安裝在橫向拖板上，根據需要安裝1～6把數控車刀，進行車削加工。拖板的另一側安裝銑削裝置，由伺服電動機驅動，銑削裝置可以根據加工方向需要進行手動調節，實現徑向或者周向銑削加工。

4.自動下料裝置結構設計

自動下料裝置包括出料道、推料汽缸。加工完成后，動夾頭復位松開工件，工件自動落入出料道，由推料汽缸推動至出料道出口，實現自動下料。

5.電氣控制系統設計

電氣控制系統包括機床控制面板、PLC控制系統、伺服電動機。數控系統通過編寫的數控程序，控制PLC系統動作，PLC控制系統協調控制自動上下料、裝夾、車削、銑削進給等機械部件的自動化運行。

6.數控系統型號選擇

根據設計的需要，本機控制系統采用廣州數控GSK990MC數控系統，最多可以控制3個伺服電動機。系統采用8.4英寸彩色高分辨率LCD顯示屏，支持B類宏程序（語句式），開放式PLC支持在線編輯、編譯，使邏輯控制功能更加方便、靈活。

三、非標軸承數控車床工作過程

非標軸承數控車床工作時，由進料道向機械手輸送毛坯，落到機械手的夾持位置后，機械手夾持工件移動到和主軸同一軸線上，推料汽缸推動工件平移到動夾頭的圓柱凸臺上，感應器觸動夾持汽缸運動，汽缸活塞拉動動夾頭直線運動，動夾頭受力漲開定位夾緊工件，車削裝置進刀車削內外形及鉆孔等銑削加工。加工完畢，車削裝置退刀，汽缸復位，動夾頭在彈性力的作用下自動復位、松開，工件掉入出料道，完成自動零件的自動加工。

四、非標軸承數控車床生產驗證

上述全自動非標軸承數控車床交付軸承生產廠家使用后，產品加工合格率大幅上升，加工效率是傳統工藝的6倍以上，有效地提高了生產效率，降低了勞動強度和生產成本。相關對比數據見下表。

表 全自動非標軸承數控車床與傳統鉆孔工藝試驗結果對比

采用工藝 日產量（件） 產品合格率 勞動強度 生產成本

自動化數控車床 1200件 100% 低 低

傳統生產工藝 200件 85% 高 高

五、小結

我們利用全自動非標軸承數控車床，通過自主研發設計的自動上料裝置、裝夾裝置及車削裝置，成功地解決了非標軸承套圈自動化車削技術難題，實現了非標軸承套圈的全自動車銑復合加工，大幅提高了生產效率和質量水平，降低了生產成本。該設備通用性強，適合于圓環類產品自動化車銑復合加工，市場前景廣闊。

參考文獻：

[1]C·H·柯熱夫尼柯夫.機構參考手冊[M].北京：機械工業出版社，1988.

[2]朱耀祥，浦林祥.現代夾具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

（作者單位：浙江新昌縣技工學校）