立式數(shù)控車床設(shè)計(jì)分析

劉闖

摘 要：在轉(zhuǎn)向節(jié)的加工中使用簡易臥式車床以及普通臥式車床都無法完善轉(zhuǎn)向節(jié)法蘭端面以及桿部工藝上的不足，因此文章便對立式數(shù)控車床進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的轉(zhuǎn)向節(jié)加工方案。同時對車床的工作循環(huán)以及結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了介紹；通過對轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行專門的闡釋，對立式數(shù)控車床進(jìn)行了專業(yè)的介紹。通過實(shí)踐應(yīng)用，表面在轉(zhuǎn)向節(jié)的應(yīng)用中，該機(jī)床能夠?qū)⑥D(zhuǎn)向節(jié)兩頂尖孔處同大斷面的精度保證在最精確的范圍中，并且有效提高了工作效率降低了勞動強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：加工系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；立式數(shù)控車床

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上應(yīng)用最重要的零件之一，其形狀復(fù)雜并且受到的集中應(yīng)力也是最大的，因此其部件結(jié)構(gòu)要求具有較好的機(jī)械能。轉(zhuǎn)向節(jié)加工質(zhì)量會對車輛的安全性以及操作性造成呢個直接影響。汽車的數(shù)量在隨著人們的需求量而不斷的增加，因而轉(zhuǎn)向節(jié)的生產(chǎn)要求也不斷的攀升，其生產(chǎn)效率的提高是目前轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)的核心問題。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)向節(jié)的加工有一定的難度，尤其在法蘭端面以及桿部，尺寸以及位置精度難以把控。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式都是采用臥式普通車床或者簡易車床對法蘭端面以及轉(zhuǎn)向接待桿部進(jìn)行加工，對簡易車具進(jìn)行設(shè)計(jì)，在尾座頂尖同車具之間通過尾座頂尖對轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行固定，通過車具對轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行撥動以此保證旋轉(zhuǎn)。但是該種方式存在嚴(yán)重的缺陷，首先，工件不易加裝；其次，由于配重較小導(dǎo)致車具無法有效提高鉆速；設(shè)備在加工生產(chǎn)中效率地下也是無法避免的缺陷。由于受到傳統(tǒng)工藝的限制，以及諸多因素的影響，不得不開發(fā)出一種新型的設(shè)備用以解決轉(zhuǎn)向桿以及法蘭端面的不足，立式數(shù)控車床應(yīng)時而生。該設(shè)備在原有機(jī)床性能上，能夠完美的進(jìn)行轉(zhuǎn)向節(jié)的加工。無需高強(qiáng)度的夾裝勞動，可謂一舉多得。

1 方案分析

1.1 整體式轉(zhuǎn)向節(jié)特性分析

整體式轉(zhuǎn)向節(jié)在形狀上像羊角，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；以鍛件作為工件的毛坯，具有較大的加工余量，尤其在法蘭盤根部的圓弧處；最后由于工件的特性決定了其質(zhì)量較重，因此具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，定位加緊較為困難。

1.2 方案

在轉(zhuǎn)向節(jié)的生產(chǎn)過程中，根據(jù)加緊要求以及工藝特性，其生產(chǎn)所用的專用立式機(jī)床在機(jī)構(gòu)上采用了主軸偏置的結(jié)構(gòu)，以傳統(tǒng)的立式數(shù)控車床作為基礎(chǔ)，加裝了尾座頂尖結(jié)構(gòu)，并根據(jù)轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)出專用的加工車具，形成新型機(jī)床用于轉(zhuǎn)向節(jié)的高效加工，同時在功能上仍然同通用數(shù)控車床相同。

1.3 工作的循環(huán)

主要的工作步驟和順序?yàn)椋喊惭b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(jìn)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(jì)

2.1 主軸箱設(shè)計(jì)

2.1.1 主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本機(jī)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 傳動系統(tǒng)

確定傳動比。首先需要保證數(shù)控立車的傳動比在1：10且轉(zhuǎn)速達(dá)到63r/min至1000r/min，那么其在轉(zhuǎn)向節(jié)的加工過程中才能保證高效的同時仍然具有通用車床的功能。確定傳動路線。在車床的使用中主要的傳動路線如下：由伺服電機(jī)經(jīng)減速箱至皮帶輪，由皮帶輪對主軸單元進(jìn)行驅(qū)動，以此達(dá)到驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)目的。對主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其結(jié)構(gòu)采用了較為靈活的單元結(jié)構(gòu)，在制造、維修以及安裝上都極大的方便了用戶。在單元結(jié)構(gòu)的選擇上主軸需要充分考慮到轉(zhuǎn)向節(jié)加工的特殊性，以此保證主軸結(jié)構(gòu)能夠同該特殊件加工相適應(yīng)。首先，在剛性要求上要予以滿足，保證旋轉(zhuǎn)精度的穩(wěn)定、長久；其次，具有分油裝置以及夾緊油缸。最后，能夠?qū)崿F(xiàn)快速切換專用車具、動力卡盤，實(shí)現(xiàn)數(shù)控立車通用和專用之間的切換。根據(jù)以上分析，主軸單元選用規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)為50的車主軸，能夠滿足高精度、高剛度的要求。

2.2 進(jìn)給系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)概述

2.2.1 縱向設(shè)計(jì)

進(jìn)給傳動系統(tǒng)中的縱向系統(tǒng)主要包括滑板以及滾珠絲杠傳動裝置。在其滾動導(dǎo)軌上設(shè)置有縱向的滑板，其能夠沿著導(dǎo)軌進(jìn)行縱向運(yùn)行。該導(dǎo)軌的配置主要采用了滾珠滾動導(dǎo)軌，且為重型導(dǎo)軌，承載力較大，具有很強(qiáng)的剛性。伺服電機(jī)能夠直接經(jīng)過聯(lián)軸對滾珠絲杠的螺母副進(jìn)行驅(qū)動，從而使得滑板能夠沿著導(dǎo)軌進(jìn)行縱向運(yùn)動。

2.2.2 橫向設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中同滾珠絲杠之間發(fā)生作用主要依賴于橫向滑板，橫向滑板該系統(tǒng)主要通過橫向滑板同滾珠絲杠的傳動副發(fā)揮作用，橫向滑板主要設(shè)置的位置為橫向?qū)к墸淠軌蜓刂v向?qū)к壪驒M向?qū)к壸鰴M向運(yùn)動。橫向?qū)к壷饕捎昧藵L珠滾動型導(dǎo)軌，且導(dǎo)軌為重載型導(dǎo)軌，具有較大的承載力和剛性。同縱向?qū)к壪嗤錆L珠絲杠的螺母副可以直接受到伺服電機(jī)的驅(qū)動，從而使得滑板做橫向運(yùn)行。

2.3 工裝夾具的設(shè)計(jì)

2.3.1 頂尖的設(shè)計(jì)

頂尖至機(jī)床用于回轉(zhuǎn)、定位以及夾緊的重要部位，能夠在加工過程中，對工件進(jìn)行固定，頂尖的部件主要出于設(shè)備上部，如果工件位置正確，那么在油缸的作用下，頂尖會隨著設(shè)備向下移動，令定檢能夠?qū)⒐ぜ喜康捻敿饪醉斁o，用以對工件進(jìn)行定位和夾緊。頂尖會隨著主軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，這就是機(jī)床主運(yùn)動。在該部件的設(shè)計(jì)中首先應(yīng)當(dāng)對夾緊力進(jìn)行確定，將卻東油缸規(guī)格予以確定，保證夾緊可靠；由于轉(zhuǎn)向節(jié)的不平衡性特征，就要求頂尖具有足夠剛性，保證長久穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)精度。

2.3.2 車具設(shè)計(jì)

由于工件的形狀較為特殊，因此異型性是轉(zhuǎn)向節(jié)的重要的特性，由于結(jié)構(gòu)問題，因而其工件具有不平衡的問題，這就為工件的加工帶來了不小的困難，首先需要應(yīng)用剛性差的定位頂尖孔，利用上頂尖孔和下頂尖孔將工件定位夾緊。上頂尖孔具有可移動性是由單獨(dú)的移動部件構(gòu)成，下頂尖孔則是固定于主軸之上。其次，由于轉(zhuǎn)向節(jié)不具有規(guī)則加緊面，而頂尖的形狀也各不相同，想要保證車具的通用性，必須使之具有相當(dāng)?shù)娜嵝浴２黄胶獾墓ぜ沟密嚲弑仨氃O(shè)置成為能夠調(diào)整的。最后，通過使用液壓夾緊裝置，并將編碼器設(shè)置在主軸上，用以適應(yīng)車床的螺紋功能，并子啊車具上加設(shè)夾緊油缸。

3 結(jié)束語

該機(jī)床在使用后，通過實(shí)踐結(jié)果表情性能完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且在進(jìn)行完善后開始小批量的予以生產(chǎn)，得到了使用者的一致好評。

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