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�？v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