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談立式數(shù)控車床的工作循環(huán)及設(shè)計論文
摘要:
文章主要分析了普通臥式車床和簡易臥式數(shù)控車床加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面工藝方法不足,提出了采用專用立式數(shù)控車加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部和大端面的工藝方案。給出了轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)、機床的工作循環(huán)及機床主要技術(shù)參數(shù);并對轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床關(guān)鍵部件主軸箱、進給系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向節(jié)工裝夾具等進行了設(shè)計。該機床使用結(jié)果表明,有效保證了轉(zhuǎn)向節(jié)桿部和大端面與兩頂尖孔的位置精度,同時有效降低裝卸工件的勞動強度。
關(guān)鍵詞:
數(shù)控車床;設(shè)計;進給系統(tǒng)
汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上應(yīng)力最集中、形狀最復(fù)雜的零件之一,需要具有良好的機械性能。它的加工質(zhì)量直接影響到汽車的操作性和安全性。隨著汽車數(shù)量的迅猛增加,轉(zhuǎn)向節(jié)的需求也隨之上升,因此提高生產(chǎn)效率是至關(guān)重要的。但由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,給機械加工帶來一定難度,特別是轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面的加工,尺寸精度和位置精度很難保證。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面的加工采用普通臥式車床或簡易臥式數(shù)控車床,設(shè)計簡易車具,利用尾座頂尖將轉(zhuǎn)向節(jié)夾持在車具和尾座頂尖之間,車具撥動轉(zhuǎn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)進行加工。此種加工工藝方法的不足:工件裝夾困難;車具無配重,轉(zhuǎn)速提高受限;加工效率低。鑒于上述對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)工藝的分析,為了解決傳統(tǒng)加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部及法蘭端面生產(chǎn)工藝的不足,我們開發(fā)設(shè)計了一種新的加工轉(zhuǎn)向節(jié)桿部的專用立式數(shù)控車床。該設(shè)備具有同規(guī)格立式數(shù)控車床的工藝性能,同時具備加工轉(zhuǎn)向節(jié)的高效性,同時減輕了工人裝夾工件的勞動強度,是一種一舉兩得的理想設(shè)備。
1 轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床工藝方案分析
1.1 整體式轉(zhuǎn)向節(jié)工藝特性
形狀如羊角,結(jié)構(gòu)復(fù)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(zhuǎn)動慣量大;定位夾緊困難。
1.2 機床方案
根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)工藝特性和定位夾緊要求,該機床采用主軸偏置的立式數(shù)控車床結(jié)構(gòu),在傳統(tǒng)立式數(shù)控車床的基礎(chǔ)上,增設(shè)尾座頂尖部件,并設(shè)計專用車具,形成高效加工轉(zhuǎn)向節(jié)的新型機床,同時仍具備通用數(shù)控立車的功能。電氣控制系統(tǒng)為日本FANUC-0i-Mate數(shù)控系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)為符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的疊加閥結(jié)構(gòu)。
1.3 機床的工作循環(huán)
安裝工件—定位夾緊—數(shù)控滑臺快移—X、Z軸聯(lián)動,同時主軸旋轉(zhuǎn)—完成外圓加工—數(shù)控滑臺快退至原位—伺服刀架換刀—數(shù)控滑臺快移—X、Z軸聯(lián)動,完成工件外圓各槽的加工—數(shù)控滑臺快退至原位—伺服刀架換刀—數(shù)控滑臺快移—X、Z軸聯(lián)動,完成工件各螺紋的加工—數(shù)控滑臺退至原位—松卡—卸下工件—進入下一循環(huán)。
2 轉(zhuǎn)向節(jié)專用立式數(shù)控車床部件設(shè)計
2.1 主軸箱設(shè)計
2.1.1 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計
本機床為立式結(jié)構(gòu),主軸箱就是傳統(tǒng)意義上的床身 ,其作用一是安裝主軸及其傳動系統(tǒng),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(jù)夠的剛性,結(jié)構(gòu)必須合理,長期使用不變形。
2.1.2 主軸箱傳動系統(tǒng)
傳動比確定:機床主要加工轉(zhuǎn)向節(jié),兼顧通用數(shù)控立車功能,傳動比為1:10,最低轉(zhuǎn)速為63轉(zhuǎn)“分鐘,最高轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)“分鐘;轉(zhuǎn)動路線確定:傳動路線采用伺服電機通過行星減速箱、皮帶輪驅(qū)動主軸單元使主軸旋轉(zhuǎn);主軸單元結(jié)構(gòu):采用主軸單元結(jié)構(gòu)目的是方便制造、安裝、維修。選用主軸單元結(jié)構(gòu)要適合加工轉(zhuǎn)向節(jié)特殊件的需要。選用主軸單元結(jié)構(gòu)要適應(yīng)加工轉(zhuǎn)向節(jié)特殊件的需要,第一滿足剛性要求,旋轉(zhuǎn)精度的長久穩(wěn)定性;第二要有夾緊油缸及分油裝置;第三動力卡盤和專用車具可快速切換,實現(xiàn)通用立式數(shù)控車床功能和專用轉(zhuǎn)向節(jié)數(shù)控加工的切換。據(jù)此,選用的主軸單元為標(biāo)準(zhǔn)50規(guī)格的車主軸支撐形式,具有高剛性、高精度的特點。
2.2 進給系統(tǒng)設(shè)計
2.2.1 縱向進給傳動系統(tǒng)設(shè)計
縱向進給傳動系統(tǒng)主要有縱向滑板和縱向滾珠絲杠傳動副組成。其縱向滑板安裝在立柱的縱向滾動導(dǎo)軌上,它可以沿立柱導(dǎo)軌做縱向運動。導(dǎo)軌采用重載型滾珠滾動導(dǎo)軌,導(dǎo)軌承載能力大,剛性強。縱向伺服電機經(jīng)聯(lián)軸直接驅(qū)動滾珠絲杠螺母副,帶動縱向滑板沿立柱導(dǎo)軌運動。
2.2.2 橫向進給系統(tǒng)設(shè)計
橫向進給傳動系統(tǒng)主要由橫向滑板和橫向滾珠絲杠傳動副組成。其橫向滑板安裝在縱向護板的橫向滾動導(dǎo)軌上,它可沿著縱向滑板向滑板橫向?qū)к壸鰴M向運動。導(dǎo)軌采用重載型滾珠滾動導(dǎo)軌,導(dǎo)軌承載能力大,剛性強。橫向伺服電機經(jīng)聯(lián)軸器直接驅(qū)動滾珠絲杠螺母副,帶動橫向滑板沿縱向滑板橫向?qū)к夁\動。
2.3 轉(zhuǎn)向節(jié)工裝夾具設(shè)計
2.3.1 頂尖部件設(shè)計
頂尖是機床的重要定位機構(gòu),其功用:定位功能、回轉(zhuǎn)功能、夾緊功能,其動作:安裝工件時,頂尖部件處于上部,當(dāng)工件在專用車具的正確位置上時,頂尖在油缸的作用下向下移動,使上頂尖頂緊工件桿部上頂尖孔,完成工件的定位夾緊。主軸旋轉(zhuǎn)時頂尖也隨著旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)機床的主運動。設(shè)計此部件首先確定夾緊力,設(shè)計驅(qū)動油缸的規(guī)格,確保夾緊可靠;轉(zhuǎn)向節(jié)是不平衡件,頂尖主軸及頂尖要有足夠的剛性,以保證回轉(zhuǎn)精度的長久穩(wěn)定性。
2.3.2轉(zhuǎn)向節(jié)車具設(shè)計
轉(zhuǎn)向節(jié)是異形件,非常的不平衡,其車具設(shè)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(shè)計移動部件;第二是夾緊,沒有規(guī)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(yīng)不同工件的柔性;第三是工件的不平衡性,在設(shè)計車具時必須有可調(diào)整的配置設(shè)置;第四是在旋轉(zhuǎn)的主軸上采用液壓自動夾緊,主軸設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器,以適應(yīng)車螺紋功能,車具設(shè)置夾緊油缸。
3 結(jié)束語
本機床已交付用戶使用,其性能已達到設(shè)計要求。圖紙經(jīng)完善后開始投入小批量生產(chǎn),并參加了2010年在北京舉辦的第十屆國際機床博覽會,得到廣泛好評。
參考文獻:
[1]張振國,數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[M],北京:機械工業(yè)出版社,2010
王愛玲,現(xiàn)代數(shù)控機床[M],北京:國防工業(yè)出版社,2008
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