半軸加工自動線用數控機床的設計研究

周永勝+陳大禹

摘 要：隨著汽車工業的發展，對半軸的需求量逐漸增大，同時，作為重型汽車傳動機構的重要組成部分，半軸的質量直接影響車輛的安全性；伴隨制造技術的發展，自動加工半軸成為主要趨勢，從而對加工設備有了更高的要求，自動門，托料架，自動排屑裝置等成為必要的配置。

關鍵詞：半軸；自動加工；驅動頂尖

引言

半軸工件的重量較大，工人上下料勞動強度較大，用自動生產線加工半軸可大幅減輕工人的勞動強度，同時也可避免由工人經驗的不同帶來的質量不穩定及人工輔助時間過多造成的節拍過長，因此自動加工半軸成為主要趨勢，這也對機床提出了更高的需求：

圖1為某公司批量加工的半軸工件，加工處最大盤直徑為138mm，長軸段直徑加工尺寸為37mm。大盤主要切削參數為，切深ap=1mm，進給f=0.4mm/r，v=5m/s

計算大盤外圓加工時主切削力大小為

加工需要的扭矩為T=Fzxr=（1299.2x0.037/2）Nm=24Nm

設計選用的主電機為CTB4015主伺服電機，額定功率為15kW，額定扭矩為143Nm經校核，符合加工需求。

針對半軸工件的特點，對機床采用45度整體斜床身的設計，較好的保證了機床的整體剛性，同時利于鐵屑滑落至排屑器，機床采用滾柱直線導軌，伺服電機帶動絲杠進行驅動，兩軸運行速度可達30m/min，保證了加工的高效性。機床采用整體斜防護的設計方案，在加工過程中，具有良好的防水防屑效果。為使半軸進行高效自動化的加工，需要對機床進行特殊的部件設計，并增加輔助功能。

1 自動門

為配合關節機器人上下料，機床設計前開式自動門，優點為打開空間較大，方便機器人從前側將工件運至機床內。自動門采用氣動形式，當機器人將工件從料倉抓取運至機床前方時，氣缸運動帶動前側拉門打開，機器人將加工完工件工件取下，將毛坯料放置在托料架上，退出機床時，氣缸反向運動帶動前側拉門關閉。

2 托料架

為配合機械手上下料，機床設計輔助托料架，，如圖2，當機床將已有工件加工完成時，尾臺后退，夾具松開，工件自然落置于托料架上，機械手進入機床后，將加工完工件取走，并放置毛坯料在托料架上，然后尾臺前進，頂緊工件，夾具夾緊，實現下一零件的加工。同時將托料架設計為在軸向及徑向可調節形式，當加工不同型號的工件時，只需調節托料架上支撐架的位置，即可實現對不同工件的輔助支撐。

3 驅動頂尖

由于半軸工件長度較長，長徑比較大的特點，為滿足加工需求，保證加工后整體工件的形位公差，主軸端采用驅動頂尖的形式，如圖2，驅動頂尖依靠中心頂尖和尾座頂尖定位工件，驅動卡爪嵌入半軸大盤面使其隨機床主軸旋轉，從而代替了傳統卡盤，一次裝夾無需掉頭，即可完成盤面、端面及長軸的加工，因而加工效率大幅提高，同軸度和位置度更有保證。

4 尾臺位置檢測裝置

機床尾臺采用液壓油缸驅動，油缸上安裝位置檢測裝置，當尾臺到達設定位置，頂緊工件后，機床夾具夾緊，機床主軸旋轉，帶動工件加工；若尾臺因故障未到達設定位置，機床在未收到檢測信號時，主軸不會啟動，從而避免在錯誤位置加工，產生廢品與危險。在工件加工完成，尾臺后退到設定位置時，檢測開關會反饋信號給機械手系統，機械手運行進行毛坯料與加工后工件的更換，避免尾臺因故障未運行到指定位置，機械手更換工件時與其發生碰撞產生事故。

5 高剛性尾臺

機床配置類似主軸結構的高剛性整體尾臺，如圖3，套筒內前側為圓錐滾子軸承，后側為3個角接觸球軸承，配合使用保證了加工過程中頂緊力的穩定，也避免了高轉速下加工過程中產生的頂尖過熱問題，同時前側采用了密封圈及迷宮結構的雙重防水措施，有效的避免了切削液、切屑等對尾臺內部的損傷。

6 自動料庫

毛坯料通過人工的方式規則的擺放在料庫中，料庫可由電機帶動鏈條將工件自動輸送到機器人指定的抓取工件位置，半軸工件安放在支撐裝置上，支撐裝置可調節支撐距離以適應不同規格的工件。料倉的容量可根據工件的加工節拍需求設計。

半軸加工自動生產線用機床經研發及制造調試，高效、穩定為客戶加工多種規格的批量產品，減輕了工作人員的勞動強度，隨著智能制造的推廣，會得到更廣泛的應用。

參考文獻

[1]盧秉恒.機械制造技術基礎[M].機械工業出版社，2007.

[2]陳心昭.現代實用機床設計手冊[M].機械工業出版社，2006.