YX-XK487型雙面數控鍵槽銑專用機床的設計

辛百靈 陳桂芳

(三門峽職業技術學院，河南三門峽472000)

汽車中后橋殼是汽車底盤的關鍵部件之一，兩軸頭鍵槽因橋殼種類繁多、鍵槽形狀和位置各異，為了實現高效自動加工，選用機器人上下料，為此研發了YX-XK487型雙面數控鍵槽銑專用機床。

本產品的研發是從工件的工藝要求入手，進行機床總體方案設計，著重考慮加工工件多樣性的特點，完成工裝夾具設計、數控十字滑臺設計、主軸箱設計和刀輔具設計等。該機床經安裝、檢測、調試達到了預期設計思想，實現了機床加工的高效性、切換品種的自動化，適應了機器人上下料自動生產線的需求。

1 汽車中后橋殼鍵槽銑工藝要求

1.1 工件情況

(1)工件名稱:中后橋殼，如圖1所示。工件長度范圍:1 500～2 200 mm；工件定位中心孔直徑范圍:φ310～428 mm；工件兩軸頭加工鍵槽處直徑范圍d1:M55 mm×2 mm～M100 mm×1.5 mm。

(2)加工內容:加工兩端軸頭鍵槽，粗糙度、位置尺寸、形位公差要求如圖1所示。

(3)定位基準:橋殼兩端軸頭外徑定中心高，琵琶孔定軸向位置，琵琶面定角向位置。

(4)工件材料:軸頭材料30Mn2，硬度250～298 HB。

(5)加工余量:軸向及端面均為盲槽。

(6)加工節拍:≤3 min/件。

1.2 加工鍵槽形狀及尺寸要求

如圖2～5所示。

1.3 鍵槽銑機床加工工藝要求

(1)一臺機床同時加工上述所有品種中后橋殼兩軸頭不同形狀鍵槽。

(2)不同長度兩端定位夾具軸向必須自動調整。(3)不同定中心高的定位軸徑不需要調整V型定位塊。

(4)不同定軸向的中間內脹琵琶孔直徑不需調整脹塊。

(5)中間扶平琵琶面定角向裝置需上下浮動。

(6)刀輔具更換采用氣動打刀缸人工換刀。

(7)采用雙通道數控系統，按橋殼品種自動調用相應加工程序。

2 機床總體方案設計

2.1 機床動作

機器人抓取工件-掃碼槍識別二維碼-機床自動調取對應加工程序-兩端定位夾具自動移動至定位夾緊位置-選取合適刀具-氣動推拉門自動打開-機器人將工件安放到夾具上后離開-氣動推拉門自動關閉-工裝夾具自動定位夾緊-按照加工程序左右加工中心單元分別同時加工鍵槽-工裝夾具自動松開-氣動推拉門自動打開-機器人抓取工件卸料。

2.2 機床總體布局

機床采用“一”字型布局，中間為工裝夾具，由中心內脹扶平夾具及兩側V型杠桿式液壓夾具組成。兩端為專用立式加工中心單元，由專用數控十字滑臺(X/Y軸)、專用立柱、立柱數控滑臺(Z軸)、BT40主軸箱、氣動打刀缸裝置組成。機床還有刀輔具、電氣系統(含雙通道數控系統)、液壓系統、氣動系統、冷卻排屑系統、潤滑系統、全封閉防護系統等部分。具體結構如圖6所示。

3 關鍵部件設計

3.1 工裝夾具設計

工裝夾具由3套獨立的液壓夾具組成，即端夾具及伺服調整裝置兩套，中心夾具一套。其工作原理為:工件吊具將橋殼琵琶面朝下放置在兩端V型及中間扶平面上，在橋殼重力的作用下，壓住扶平面落至V型定位面，內脹塊在液壓馬達驅動下脹緊琵琶孔，然后兩端壓板壓緊軸頭外徑，從而實現橋殼的定位夾緊。

端夾具及伺服調整裝置:采用朝天V型塊定位、杠桿式液壓夾緊機構壓緊工件兩端軸徑，端夾具分為左右兩套，確定工件的中心高，如圖7所示。兩端夾具下方設數控伺服調整滑板，與X軸數控滑臺共用一副導軌，既能適應工件長短變化，又能保持夾持精度。采用伺服電動缸驅動調整滑板移動。

中心夾具:內脹琵琶孔以定工件的軸向位置，內脹裝置是由液壓馬達驅動的正反絲桿的自定心夾具，脹爪行程滿足所有琵琶孔直徑。上下浮動扶平裝置扶平琵琶面以定工件的角向位置，如圖8所示。

3.2 X/Y軸數控十字滑臺設計

數控十字滑臺是機床的關鍵動力部件，直接關系到機床的加工能力。數控十字滑臺均采用滾動直線導軌，伺服電動機直接驅動滾珠絲杠副，確保數控滑臺的移動精度。數控十字滑臺X軸行程500 mm，Y軸行程250 mm，如圖9所示。

3.3 主軸箱設計

設計專用銑削主軸箱，主軸采用加工中心用機械式主軸單元，標準BT40錐孔，適宜安裝BT40刀柄。采用氣動打刀缸碟簧拉緊氣動松開銑刀柄，換刀時僅需按動按鈕就可完成。主電動機采用變頻電動機，通過同步帶帶動主軸單元旋轉，主軸箱噪聲低。如圖10所示。

3.4 刀輔具設計

根據工件加工鍵槽尺寸、形狀、位置要求合理配置立銑刀、盤銑刀，且與BT40刀柄相匹配，實現刀具快捷、方便更換。如圖11～13所示。

4 其他部件

4.1 專用立柱

采用鑄件，經兩次時效處理，充分消除內應力。Z軸數控滑臺安裝在立柱上，帶剎車伺服電動機驅動滾珠絲杠副，導軌采用滾動直線導軌副，配液壓配重，保證滑臺移動的平穩性及精度的保持性。Z軸行程300 mm。

4.2 電氣系統

采用三菱雙通道數控系統M80控制，獨立電控柜，電氣柜內有工業空調及防塵密封裝置，電氣元件全部采用日本歐姆龍、施耐德、西門子等正品；電器柜配置工業空調，電動機采用變頻電動機，主軸模擬變頻調速。留有足夠備用I/O輸入/輸出點，能夠實現自動加工。具有手動調整功能?？罩凶呔€，高度2 m。

4.3 液壓系統

選用符合ISO標準液壓疊加閥結構，油箱帶有泵、閥、壓力表、液面監測和液面視窗，并帶有油冷機；泵、閥等重要液壓元件采用進口品牌。獨立液壓站，空中走管。

4.4 潤滑系統

采用集中潤滑站對機床各潤滑點集中、間歇供油潤滑。潤滑系統設有壓力波動，液面開關，報警開關。機床潤滑次數由系統控制，主要潤滑點有:線軌滑塊、絲杠螺母、絲杠軸承等運動部位。

4.5 冷卻排屑

采用磁刮板式自動排屑器自動排屑，配高壓水槍。床身加工區域采用斜坡式設計，配大流量沖屑水沖走切屑。

4.6 機床防護

半封閉防護，氣動自動推拉門，方便裝卸工件。

5 結語

本機床的研制成功，保留了專機加工的高效性，增加了加工品種的多樣性，解決了頻繁切換品種人工調整工裝夾具、刀輔具的難題。打破了專機設計的專一性，開啟了智能化專機設計的新思路。