车轴端面孔专用双头数控镗床的研制

田子欣

车轴端面孔专用双头数控镗床的研制

田子欣

（三门峡职业技术学院，河南 三门峡 472000）

在探讨国内外车轴端面孔加工方法优缺点的基础上，结合机床柔性化设计理念，提出了车轴端面孔加工专用数控镗床的设计思路．文中介绍了适用不同规格车轴端面孔的镗削加工工艺，提出了卧式双头配置的专用镗床总体结构方案，并给出机床的工作方式和主要技术参数，分析了专用夹具工作方式，阐述了三菱E60L数控系统配置及调试，设计出机床关键部件——数控滑台和滚珠丝杆副．

车轴；端孔；数控镗床；数控滑台

目前，国内外制造企业针对车轴端面孔的加工方法普遍采用2种方法，一是采用先钻中心孔、再镗削加工至尺寸精度；二是先铸锻出内孔，再在数控镗床上进行镗削加工[1]．相比较，第一种生产效率比较底，精度难以保证；第二种精度能够得到保证，生产效率也较第一种明显提高，但对操作人员编程水平要求较高，需要根据车轴工艺进行编程，而且不同车轴，需要编制不同的程序．基于此，笔者根据某汽车零部件制造企业提供的车轴端面孔尺寸精度，考虑到量产的实际要求，结合机床柔性化设计理念，以“功能满足、精度达到、操作简单、定位准确”为目的，通过选用经济性数控系统，并配置专用工件夹具等完成了专用数控镗床的设计．

1 专用机床总体结构方案

专用双头数控镗床加工的对象主要是车轴两端端面、内孔及倒角．车轴工件被水平安装在机床配套自制的专用夹具上，并进行手动锁紧夹具．双动力镗头被数控系统控制同时径向进给实现车轴两端端面、内孔及倒角加工．根据工件加工方案，设计出的机床结构如图1所示，机床采用卧式双面布局，配置有两个动力镗头，1套专用液压锁紧夹具，数控滑台2个，机床底座、电控柜、液压站各一台，专用刀辅具2套．机床采用封闭式防护，管路布局合理，液压元件均采用符合ISO标准的叠加阀[2]．润滑系统采用稀油自动润滑装置．机床润滑采用集中润滑装置．机床配置日本三菱E60L车床数控系统，并配置RS232通讯接口，可支持CAD/CAM类软件生成的程序代码．

机床动作方式：上料→工件定位并夹紧→左右数控滑台同时快进→数控滑台工进，进行内孔加工；内倒角同时平端面加工→左右动力滑台快退至初始位置→松开各夹紧装置→卸工件并安装一个新工件，使机床进入下一操作循环．

根据机床动作，对工件装卡机构进行专用化设计．工件的定位方式是采用2套主定位夹紧装置（自定心）夹紧外轴承位[2]，轴向定位有对中装置，并采用液压驱动．主定位夹紧装置可沿数控滑台导轨调整，调整到合适位置后手动锁紧在导轨上，如图2所示．机床除装卸零件手动外，具有自动循环、手动调整功能，适应机床的自动/半自动工作．

图1 机床结构示意图

机床的主要技术参数如下：

1）TAb40型镗削头：主电机功率11 kW，主电机转速：1000 r/min，镗削头主轴转速：400 r/min，主电机型号分别为：UABP-160L-4-33.3-11-B5.

2）数控滑台：工作行程≥500 mm，滚珠丝杠型号：FYND5010-3；丝杠公称直径为50 mm，导程10 mm，最高转速：1500 r/min，丝杠精度为3级，内循环式；最大进给力：30000（N），工作进给速度≥5mm/min,快移速度≤9m/min，电机扭矩12Nm，丝杠预加载荷300～350 kg，滚珠丝杠额定动载荷38639 N，接触刚性1840 N/μm；

3）机床外观尺寸： 6100 mm×2100 mm×1900 mm（长×宽×高）；液压站： 860 mm×660 mm× 1650 mm；电控箱： 800 mm×500 mm×1800 mm．

2 数控系统的选用

图2 工件定位装置示意图

2.1 系统配置

专用双头数控镗床配置了经济性、使用性都较好的三菱E60L车床数控系统（见图3），该数控系统可以将数控系统（CNC）、可编程逻辑控制器（PLC）、人机接口（HMI）和通讯接口（I/O）等集成一体，最多可以控制3个方向的进给轴和一个主轴[3]．

2.2 参数配置及调试

1）根据机床性能要求，在内置PLC中，输入对相关技术参数，特别是主轴参数、伺服电机参数、刀具半径/直径查补参数、机床位置参数、工件坐标零点参数等，一定要结合机床加工工件的精度要求，合理的进行参数设置．待所有参数输入完毕后，给机床通电并逐项查看机床性能及相关技术参数输入是否正确，等到检查无误后，就可以按照机床操作说明书，进行相关程序的编制与输入，进行工件的加工．

2）改变数控机床的某些参数将会影响机床的某些性能及功能，请参阅数控系统参数/报警手册．

3）机床发生报警时，请对照数控系统参数/报警手册，根据报警号查找报警原因及处理对策，解除报警．

4）机床加工程序、各项加工参数可手动输入，也可通过RS232接口由机算机传入/传出．

图3 三菱E60L数控系统配置图

3 机床关键部件设计

3.1 数控滑台

数控滑台作为专用机床上的关键部件，主要实现镗头进给、退回等功能．其结构如图4所示，它是沿着导轨而运动的，导轨起着导向和支承作用．因此导轨的制造精度及其精度保持性对机床加工精度有着重要的影响．数控机床的导轨必须具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速将给不爬行．结合机床实际情况，选用了贴塑滑动矩导轨形式．

3.2 滚珠丝杆副

本机床采用滚珠丝杆副作为数控滑台移动的驱动执行单元[1]．滚珠丝杠副是一种在丝杠与螺母间装有滚珠作为中间元件的丝杠副，在丝杠和螺母上都装有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道，螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠．当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母(或丝杠)轴向移动．

与传统的滑动丝杠螺母副比较，滚珠丝杠螺母副具有传动效率高，摩擦损失小，运动平稳无爬行，传动精度高，反向时无空程，磨损小，精度保持性好，使用寿命长等有优点．为确保本机床丝杠的刚性和精度的稳定，机床选用了面对面结构的角接触球轴承两端固定，其支承结构如图5所示．

图4 数控滑台结构

图5 滚珠丝杠副支承结构

4 结 论

本机床经用户使用，性能稳定，经过多次工件加工实验，加工节拍为3min/件，加工尺寸精度符合图纸要求，提高了生产效率．另外，专用机床采用数控化、液压驱动设计思想，安装工件方便，操作机床简单．该机床加工柔性化，可进行车轴不同规格品种的加工．

[1] 苑春迎．汽车发动机缸体双金属曲轴孔数控精密镗孔机床的设计及研究[D]．重庆：重庆理工大学，2012．

[2] 于英华．组合机床设计[M]．北京：清华大学出版社，2012．

[3] 陈桂芳，李勤．YX-TK212型转向节数控镗床的设计[J]．煤矿机械,2006（4）：553-554．

Design of Double-Headed CNC Boring Machine for End-Hole of Axletree

TIAN Zixin

（Sanmenxia Polytechnic, Sanmenxia, Henan 472000,China）

After an analysis of advantages and disadvantages of processing methods of end-hole of axletree at home and abroad, and flexibility of machine design, the paper proposes the design of special CNC boring for the end-hole of axletree, and the structure of double-headed configuration of specific boring. Boring process of various specifications for the end-hole of axletree is introduced, working mode of the machines and fixture, main technical parameters of machine, and Mitsubishi E60L CNC system configuration and testing are dealt with. Besides, the key components, CNC sliding table and ball screw are designed.

axletree; end-hole; CNC boring; numerical control sliding table

TG65

B

1672-0318（2014）03-0055-04

2013-10-17

田子欣（1983-），男，河南南阳人，硕士，讲师，主要从事机械设计、数控技术应用研究．