汽車動力轉向器殼體數控精鏜孔組合機床設計

劉明

摘 ?要：根據汽車動力轉向器殼體精鏜孔工序的工藝要求，設計立、臥雙面精鏜孔車端面組合機床，采用數控滑臺驅動，液壓夾緊夾具，立、臥兩動力頭均采用精度高、剛性好的精鏜孔主軸結構，臥式動力頭配有車平面刀盤，采用組合刀具，一次裝夾可完成兩垂直孔的精鏜孔和車平面加工。

關鍵詞：動力轉向器殼體;立、臥雙面數控精鏜孔車端面組合機床;高精度剛性動力頭;車平面刀盤和橫進裝置;組合刀具

中圖分類號：TG527 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0080-03

Abstract： According to the technological requirements of the precision boring process of the automobile power steering gear shell， the end face modular machine tool of the vertical and horizontal double-sided precision boring lathe is designed， which is driven by numerical control sliding table and hydraulic clamping clamp. both vertical and horizontal power heads adopt precision boring spindle structure with high precision and good rigidity， and the horizontal power head is equipped with turning plane cutter head， using combined cutting tools， the precision boring and turning plane machining of two vertical holes can be completed at one time.

Keywords： power steering gear shell; vertical and horizontal double-sided CNC precision boring lathe end face modular machine tool; high precision rigid power head; turning plane cutter head and horizontal feed device; modular tool

前言

隨著國民經濟的飛速發展，我國重型汽車市場發展迅速，其關鍵零部件動力轉向器的產品產出持續擴張，國家產業政策鼓勵其向高新技術產品方向發展，使得企業新增投資逐漸增多。而作為動力轉向器殼體中缸體孔及端面、搖臂軸孔的加工是殼體加工中非常關鍵的工序，其精度要求高且不易保證，加工難度大;其中兩組孔的垂直度，孔的圓柱度及粗糙度，缸體孔和端面的垂直度都對加工機床提出了更高的要求。為了解決這些難題，提高殼體精鏜機床的整體技術水平，我們根據積累多年的豐富經驗，結合現代加工技術，成功研制了動力轉向器殼體數控精鏜孔組合機床，該機床投產后完全達到了用戶的各種工藝要求。

1 機床研制

1.1 被加工零件

零件名稱：殼體 ?GY110AX

零件材料：QT500-7 GB1384-1988;硬度：HB156-197

1.2 關鍵加工工序及工藝要求

加工工序要求見圖1，該工序加工內容為：

（1）精鏜缸體孔：直徑Ф110+0.03，孔的表面粗糙度Ra1.6，圓柱度0.015，深度265.5±0.2;端精車面，與缸體孔的垂直度0.03。

（2）精鏜搖臂軸孔：Ф60+0.021和Ф72+0.03;要求孔的粗糙度Ra1.6。

（3）搖臂軸孔與缸體孔的垂直度保證在0.03，中心距保證90±0.05。

另外，還要求該機床通過更換刀具、調整中心距和程序，實現多品種動力轉向器殼體的輪番生產。

1.3 切削參數

精鏜缸體孔：V=86.4m/min，n=250rpm/min，f=0.15mm/rpm，Vf=37.5mm/rpm。

車端面：V=34.5-59.7m/min，n=100rpm/min，f=0.08mm/rpm，Vf=8.0mm/rpm。

精鏜搖臂軸孔：V=73m/min，n=332rpm/min，f=0.12mm/rpm，Vf=39.8mm/rpm。

1.4 機床總體方案

根據動力轉向器殼體的加工工藝要求，既要考慮到工藝方案實現，保證加工精度，技術要求及生產率，又要考慮到系列產品輪番生產時調整方便快捷、機床操作、維修、排屑的方便性。而以前加工該工序時分別用專用鏜孔機床和專用鏜孔車平面機床來完成，分兩次裝夾，勞動強度大，精度難以保證，另外，機床進給采用液壓滑臺驅動，加工時易爬行且更換產品時調整不方便?，F設計的機床采用立、臥雙面結構，夾具采用液壓夾緊，兩進給滑臺均采用數控系統控制的伺服電機驅動。一次裝夾完成鏜兩組垂直孔和缸孔端面的加工。

數控動力轉向器殼體數控精鏜孔組合機床總體結構如圖2所示，其主要部件有：床身、立柱、DSS100精鏜孔動力頭、車平面刀盤、車端面油缸、數控滑臺、橫向移動裝置、平衡配重、液壓夾具、液壓系統、防護、刀輔具和控制系統等組成。

立式動力頭只是鏜孔動力頭，用于精鏜Ф60XФ72搖臂孔;而臥式動力頭為數控鏜孔車平面動力頭，用于精鏜Ф110mm缸體孔，精車缸孔端面;兩動力頭分別安裝在數控滑臺的臺面上，通過數控系統的控制，可實現快進和工進的要求，且可準確地進行軸向尺寸的調整;同時，也可方便進行更換產品時的輪番生產;通過調整裝在臥式數控滑臺下的橫向移動裝置，帶動其上面的滑臺和鏜車頭橫向移動，即可實現生產不同產品時中心距的調整，但需注意的是，由于數控滑臺和鏜孔車端面動力頭等部件組合在一起其自身重量就很重，因而在設計時須充分考慮其穩定性和方便性，調整到位后用鎖緊裝置鎖緊移動裝置，以防止加工工程中產生振動。

2 關鍵部件介紹

2.1 數控DSS100精鏜孔動力頭

數控DSS100精鏜孔動力頭部件主要由DSS100鏜頭體和主軸組件等構成。其關鍵零件——主軸結構見圖3所示，由主軸、前端蓋、前支承軸承（雙向推力角接觸球軸承234420BM/UP和雙列圓柱滾子軸承NN3020K/P4）、前導向套、內外隔套、后端蓋、后支承軸承（雙列圓柱滾子軸承NN3016K/P5）和后導向套等零件組成。精鏜孔車平面動力頭的精度高低主要取決于主軸的精度，為了使其具有高精度和精度保持性，其材料選擇和加工工藝顯得尤為重要;為此，主軸的材料選用38CrMoAL，經熱處理后使其具有足夠的剛性和穩定性。主軸的加工工藝路線為：鍛造→退火→粗車→正火→半精車→人工時效→精車→鉆軸向通孔及端面安裝孔→粗磨→人工時效→精磨各檔外圓、端面和兩頭內孔→動平衡實驗→表面氮化處理→冷凍定性處理→超精磨。

2.2 車平面刀盤

車平面刀盤安裝在數控精鏜孔動力頭主軸的端面，并與專用橫進裝置配套的油缸相連接，可完成車端面、車外圓、切槽、鏜孔等工序加工。平面刀盤用內錐面與主軸端面相連接，在刀盤上裝有端面車刀可在鏜孔完成后進行車端面加工，由于鏜孔和車平面在一次性裝夾下完成，因而保證了端面與缸體孔的垂直度。車平面刀盤在加工時橫向終點位置由死擋鐵控制，且設有微調擋鐵供精加工使用。

車平面刀盤（見圖4）主要由刀盤體、導向塊、導向套、法蘭、滑板、齒條、齒塊、壓板等零件組成;刀盤體在加工時要保證內錐面與導向塊安裝面之間的垂直度，裝配時則要調整好導向塊與刀盤體間的間隙在0.015-0.02mm左右，通過修磨壓板來控制與導向塊間的間隙，間隙過大易產生振動影響加工質量，間隙過小會引起爬行。在導向塊上銑有油槽，其上裝有注油的油杯，在工作時要定期加注潤滑油，以保證良好的滑動性能。

2.3 組合刀具

精鏜缸體孔及車端面的刀具主要由鏜孔刀體、可換刀桿及車刀座等組成（見圖5），可換刀桿上面裝有小刀夾，可對徑向和軸向尺寸進行微調，在加工不同的產品時只須更換相應的可換刀桿即可，方便快捷。

精鏜搖臂軸孔的刀具主要由鏜孔刀體、可換刀桿等組成（見圖5），可換刀桿上裝有前后錯開兩組小刀夾，可同時精鏜Ф60和Ф72兩孔，充分保證兩孔的同軸度;另外，在加工不同的產品時同樣只須更換相應的可換刀桿即可。小刀夾的型號為STFCR10CA-09，刀片的型號為CPCT09T308。

3 結束語

動力轉向器殼體數控精鏜孔組合機床的研制，解決了動力轉向器殼體關鍵工序加工設備的關鍵工藝技術問題，機床整體結構設計合理，結構先進，運用數控技術使得機床運行響應速度快、調整方便快捷、操作方便。該設備運行至今加工精度穩定，完全滿足用戶的工藝要求，并在同行業中得到推廣應用。

參考文獻：

[1]金振華.組合機床及其調整與使用[M].北京：機械工業出版社，1990.

[2]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3]謝家瀛.組合機床簡明設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[4]楊永春，甄建軍.裝載機前車架鏜孔組合機床的設計與改進[J].工程機械，2005（09）：64-66.

[5]顏嘉男.伺服電機應用技術[M].北京：科學出版社，2010.

[6]楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[7]劉元祿.精鏜主軸孔和凸輪軸孔方案的制定與分析[J].組合機床與自動化加工技術，1997（9）：5-7.

[8]李宏勝.機床數控技術及應用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[9]歷虹，楊黎明，艾紅.伺服技術[M].北京：國防工業出版社，2008.

[10]王文斌.機械設計手冊第二卷[M].北京：機械工業出版社，2004.