普通內圓磨床的數控多功能改造

王 飛，卓嚴群

（柳工柳州傳動件有限公司，廣西 柳州545007）

1 現狀分析

1.1 改造前加工現狀

加工裝載機變速箱的輸出軸齒輪，材料20CrMn－Ti，硬度58～62HRC，為了后續零件的磨齒加工定位，需要通過加工零件的內孔和端面作為定位基準（見圖1），由于內孔有矩形花鍵，用車削方式難以加工，目前加工方式分為磨內孔和車端面兩道工序完成（見圖2）。

圖1 輸出軸齒輪

圖2 磨內孔→車端面→磨齒

1.1.1 磨內孔工序

加工設備為普通內圓磨床M2120A，使用平衡吊吊裝工件。使用3根φ11.6圓柱棒靠緊零件齒面，放入三爪卡盤內靠端面，通過夾緊圓柱棒夾緊零件。此方式可均衡后續齒輪磨齒左右齒面的加工余量，以此找正齒輪分度圓中心。操作磨床磨內孔（見圖1）至工藝要求尺寸φ60（+0.06/+0.03）mm、內孔粗糙度Ra0.8。

目前的磨內孔的加工方式加工效率滿足需求，質量可靠性高，操作者工作強度低。

1.1.2 車平面工序

加工設備為普通車床CA6150，由操作者手工用φ60×400 mm錐度芯軸穿過工件內孔作為定位。使用天車吊運至機床上，用機床的兩頂尖頂緊芯軸和工件，并按工藝要求車出平面（圖1），端面跳動0.022、端面粗糙度Ra1.6。

目前車端面的加工方式，工件重量15.65 kg、芯軸重量9.47 kg，芯軸拆卸和安裝都需要人工來完成，每班80件，需要搬運的重量2009.6×2（拆裝兩次）=4019.2 kg，工作強度非常大，對操作者健康造成傷害。用錐度芯軸定位，每次裝夾都存在一定誤差和偏斜，雖然已把端面完全車出，但實際的端面跳動不一定能達到要求。有時與熱處理變形誤差相累積后，會造成磨齒時部分齒面磨不出情況。為了消除這種誤差，應考慮加工磨齒端面和內孔定位基準時，把加工定位基準統一。

2 改造方案的確定

通過以上分析對比，可以確定把兩道工序需要整合在（1.1.1）磨內孔一道工序才最合理，可一次裝夾完成加工，需要改造原來的普通內圓磨床M2120A（見圖3），在設備案板處增加設備的車端面功能來實現。

圖3 內圓磨床M2120A

改造內容：

在原有普通內圓磨床M2120A內圓磨床案板處增加一套兩軸的數控車刀滑臺，包含Z軸和X軸的絲桿和導軌、兩套伺服電機、一套刀架和刀方、數控控制單元，滿足加工輸出軸齒輪（見圖1）端面加工的要求。

數控車刀滑臺（見圖5）整體外觀尺寸長800 mm×寬250 mm×高380 mm，行程分別為Z軸400 mm，X軸250 mm。研磨滾珠絲杠25 mm×600 mm×T5/根、25 mm×350 mm×T5/根，刀架和刀方130 mm×130 mm。滑臺導軌、絲杠防護罩采用風琴式帆布防護罩。

滑臺與走軌制作采用30 mm厚的鋼板作底板和底座。25 mm面寬直線導軌作導向走軌，滑臺滑動采用伺服電機作動能，滾珠絲杠作傳動行走。

加工零件端面的工作刀架（X軸）前后行走、滑臺（Z軸）左右行走，整體成T字形滑臺（見圖4）。

整個滑臺加裝在磨床主軸箱前面下方的案板（見圖5）上后校正校直并用鋼板和螺絲加強加固。

控制單元采用兩軸數控系統（廣數980TB3系統/套、私服驅動器DA98A/2臺、110 mm×110mm×6 N·m伺服電機/2臺、控制電器一套）控制車刀架自動加工，可省去人工手動操作加工的環節。

系統控制電器柜（見圖6、圖7）采用移動一體式立柜安裝，現場可隨意安放，方便使用。

圖4 改造后增加的數控刀架滑臺

圖5 改造前的磨床案板

圖6 改造后增加的系統控制電器柜

圖7 改造后加工示意圖

3 方案驗證

3.1 驗證內容

車平面及磨孔工序，加工設備為內圓磨數控車一體機床M2120A（G），用三抓卡盤裝夾輸出軸齒輪（方式參考1.1.1）。調用數控車程序，先啟動程序按工藝要求（參考1.1.2）車出端面，車刀退出后，操作設備啟動內圓磨頭，磨內孔至工藝要求（參考1.1.1）尺寸，驗證整個加工輸出軸齒輪的過程是否滿足工藝要求。數控加工程序[1]：

G98

T0101；

G00 X112.；

G00 Z240.；

X279.；

G01 Z229.F150；

X319.5.F30；

G00 Z240.；

X112.；

Z-136.；

M30

3.2 驗證過程

連續生產20件，檢測端面跳動0.022（A）、端面粗糙度 Ra1.6、內孔 φ60（+0.06/+0.03）mm、內孔粗糙度Ra0.8是否符合工藝要求。

3.3 驗證結果

檢測端面跳動0.022（A）、端面粗糙度Ra1.6、內孔 φ60（+0.06/+0.03）mm、內孔粗糙度 Ra0.8，合格率100%（見表 1）。

表1 工藝驗證零件記錄表

通過設備改造整合工序（見圖8）后，經過改造前后對比分析（見表2），節約普通車床1臺，減少車工1人，提高后續磨齒的定位精度，節省了原來單獨車端面工序的普通車床和物料擺放占用空間3 100 mm×3 000 mm，減少了一臺設備的加工時能源的消耗，加工周期時間由原來的（磨內孔6.89 min/件+車端面3.24 min/件）10.13 min/件，降低至 7.12 min/件，加工效率高29.7%，可實現目前所有變速箱輸出軸齒輪（共7種）磨內孔車端面工序合并加工。該改造項目實施后，每年創造的利潤或節省成本（不是銷售收入）描述：

節省成本=節省的時間×工繳費×年加工數量=3.01×1.51×15 000=68 176.5元。

表2 改造前后對比分析

圖8 車平面及磨孔整合→磨齒

4 結束語

這種增加設備加工功能實現工序整合的改造方式，既能提高了加工效率減少加工成本，又能實現零件基準同一，提升零件加工質量和可靠性，現已在公司得到應用，以后也可推廣使用。