CN105880638B - 一种用于扭杆双头加工的数控车床及其加工扭杆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机床设计及其操作领域，具体涉及一种用于扭杆双头加工的数控车床及其加工扭杆的方法。该数控车床，包括床身、直线导轨、安装在直线导轨上主轴箱、用于安装刀具的液压刀架、所述主轴箱包括左主轴箱和右主轴箱，所述液压刀架包括左液压刀架和右液压刀架；所述左主轴箱上安装有前置式的左气动卡盘，所述左主轴箱内设置有精密主轴单元Ⅰ和带动左气动卡盘转动的精密齿轮传动系统，所述精密齿轮传动系统由伺服电机Ⅰ驱动；所述右主轴箱上安装有前置式的右气动卡盘，所述右主轴箱内设置有精密主轴单元Ⅱ；所述左气动卡盘和右气动卡盘分别配置有用于增大卡爪夹紧力的气动增压泵。用该数控车床加工扭杆的方法，工序更优化，装卸迅速、缩短加工时间。

Description

一种用于扭杆双头加工的数控车床及其加工扭杆的方法

技术领域

本发明涉及机床设计及其操作领域，具体涉及一种用于扭杆双头加工的数控车床及其加工扭杆的方法。

背景技术

扭杆属于细长杆件，是汽车、装甲车等车辆的缓冲系统中的重要零件，其轴向跨度大、加工精度要求高、型号多。

扭杆的两头经感应淬火后进行精加工，其加工特点：

（1）自身刚性较差，加工容易产生振刀情况；

（2）一般情况下扭杆工件被夹持位置的粗糙度为1.0μm左右，但圆度较差约0.1mm左右，粗糙度较好要求装夹时的夹紧力不小于3000kgf，圆度较差要求定心精度要足够，且工件回转时不能因为该因素引起振动；

（3）型号相对较多，长度、直径等参数变化频繁；

（4）扭杆工件两头部的端面上还要加工中心孔，中心孔是本道工序检测基准也是装配基准，对同心度要求较高。

大多的手动车床加工仍为传统的两次装夹后再分别车削工件两头部的加工方式，生产效率低，工件装夹不稳定，工件两端外圆对基准的圆跳动很差，完全达不到精度要求，并且加工效率特别低。在公开号为CN104827067A的专利文件中，公开了一种细长轴双头车削夹紧驱动装置及其方法，设置有左右两个加工工位，同步夹紧、车削。但这类装置有以下不足：1）两个工位的卡盘同时转动，需要各自驱动，这就使得主轴箱在工件轴向上的有效尺寸较大，无法加工长度在1.5米以内的细长轴两头部；2）用于夹紧细长轴的常规液压卡盘的卡爪行程为7mm，虽然能保证足够的夹紧力，但是无法装夹如扭杆这种两端粗中间细的细长杆件。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于扭杆双头加工的数控车床，适用于长度较短或轴径粗细有变化的扭杆工件双头精加工，并且夹紧稳固、车削精度和效率高；此外，本发明还提供了用该数控车床加工扭杆的方法，工序更优化，装卸迅速、缩短加工时间。

本发明采用的的技术方案为：

一种用于扭杆双头加工的数控车床，包括床身、直线导轨、安装在直线导轨上的主轴箱、用于安装刀具的液压刀架，所述主轴箱包括左主轴箱和右主轴箱，所述液压刀架包括左液压刀架和右液压刀架；所述左主轴箱上安装有前置式的左气动卡盘，所述左主轴箱内设置有精密主轴单元Ⅰ和带动左气动卡盘转动的精密齿轮传动系统，所述精密齿轮传动系统由伺服电机Ⅰ驱动；所述右主轴箱上安装有前置式的右气动卡盘，所述右主轴箱内设置有精密主轴单元Ⅱ；所述左气动卡盘和右气动卡盘分别配置有用于增大卡爪夹紧力的气动增压泵。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，所述左主轴箱用于装夹工件部分的有效长度为370mm-375mm，所述右主轴箱用于装夹工件部分的有效长度为350mm-355mm；所述左气动卡盘和右气动卡盘的规格参数相同，其直径均为295-300mm、厚度均为178-182mm、过孔均为Φ45-Φ52mm、卡爪直径行程均为13.8-14.4mm。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，所述精密齿轮传动系统与伺服电机Ⅰ之间通过Ⅰ级同步带传动。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，还包括用于驱动左主轴箱的伺服电机Ⅱ、用于驱动右主轴箱的伺服电机Ⅲ、分别用于驱动左液压刀架纵向移动的伺服电机Ⅳ和横向移动的伺服电机Ⅴ以及分别用于驱动右液压刀架纵向移动的伺服电机Ⅵ和横向移动的伺服电机Ⅶ。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，所述直线导轨与左主轴箱及右主轴箱之间分别设置有用于锁紧的液压锁紧块。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，所述左液压刀架和右液压刀架上均安装有端面刀、外圆刀、圆弧刀、钩屑刀和中心钻。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，还包括用于自动装卸工件的U型机械手，所述机械手包括卸下成品的夹爪Ⅰ和装夹毛坯的夹爪Ⅱ，所述夹爪Ⅰ和夹爪Ⅱ在工件轴向上的宽度均为70-75mm，所述夹爪Ⅰ与夹爪Ⅱ之间的夹持中心距为240-250mm，所述夹爪Ⅰ的长度比夹爪Ⅱ短90-100mm；，所述左主轴箱与右主轴箱之间的最短距离为85mm。

利用如上所述数控车床加工扭杆的方法，包括如下步骤：

1）卸料和上料：机械手动作，夹爪Ⅱ夹住一个扭杆毛坯的中部，机械手自动运行到加工工位，夹爪Ⅰ夹住该加工工位上已加工完的扭杆成品的中部；左气动卡盘和右气动卡盘松开扭杆成品，之后左主轴箱和右主轴箱快速向两侧移动，机械手快移，使扭杆成品移出安装工位同时夹爪Ⅱ将扭杆毛坯移到安装工位；左主轴箱和右主轴箱快速向中间移动，左气动卡盘和右气动卡盘夹紧扭杆毛坯，夹爪Ⅱ松开；机械手自动运行移出加工工位，将夹在夹爪Ⅰ上的扭杆成品放置到指定位置；

2）车端面：伺服电机Ⅰ启动，扭杆毛坯开始旋转，之后左液压刀架和右液压刀架上均为端面刀并分别快移至扭杆毛坯两头的端面工位，依次进行粗车端面、倒角、精车端面；

3）车外圆：精车端面完成后，退刀，左液压刀架和右液压刀架上均换为外圆刀并分别快移至扭杆毛坯两头的外圆工位，依次进行粗车外圆、倒角、精车外圆；

4）车圆弧：精车外圆完成后，退刀，左液压刀架和右液压刀架上均换为圆弧刀并分别快移至扭杆毛坯两头的圆弧起点工位，自内向外车圆弧；

5）钩屑：车圆弧完成后，退刀，左液压刀架和右液压刀架上均换为钩屑刀并分别快移至扭杆毛坯两头的钩屑工位，进行走刀钩屑、清理缠屑；

6）钻中心孔：钩屑完成后，退刀，左液压刀架和右液压刀架上均换为中心钻并分别快移至扭杆毛坯两头的中心孔工位，在扭杆两头的端面上分别钻中心孔；

7）钻完中心孔后，退刀，然后停车或继续执行步骤1）。

上述加工扭杆的方法，所述步骤2）中加工时恒线速最高为2000r/min 、进给量为60mm/min；所述步骤3）中，粗车外圆时转速为2000r/min、进给量为0.3mm/r，精车外圆时转速为2000r/min 、进给量为0.2mm/r；所述步骤6）中，钻中心孔时转速为2000r/min 、进给量为0.07mm/r。

本发明的有益效果为：

1、可装夹有直径变化的扭杆工件，主轴为单边转动，简化了主轴箱结构，缩短了两卡盘之间的有效距离，能够加工较短的扭杆工件；增强了操作安全性。气动卡盘的设计强度足够夹紧稳固，近端车削刚性明显增强；通过双卡盘结构可显著提高工件的一致性及同轴度，一次性装夹且基准统一，加工精度进一步提升。

2、机械手一次性实现上料和卸料，压缩了安装辅助时间，方便装卸、极大提高加工效率。

3、在使用此数控车床的基础上，优化了加工扭杆的工序，将加工时间控制在60-75秒/件，极大缩短加工时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明工作状态下主轴箱的立体结构示意图；

图3为图2的主视示意图；

图4为图2的左视示意图；

图5为图2中机械手的结构示意图；

图中：1为床身、2为直线导轨、3为左主轴箱、4为右主轴箱、5为左液压刀架、6为右液压刀架、7为机械手、31为左气动卡盘、32为伺服电机Ⅱ、33为精密主轴单元Ⅰ、34为精密齿轮传动系统、35为伺服电机Ⅰ、36为Ⅰ级同步带、41为右气动卡盘、42为伺服电机Ⅲ、43为精密主轴单元Ⅱ、51为伺服电机Ⅳ、52为伺服电机Ⅴ、61为伺服电机Ⅵ、62为伺服电机Ⅶ、71为夹爪Ⅰ、72为夹爪Ⅱ、81为成品、82为毛坯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步解释说明；

如图1至图4所示，用于扭杆双头加工的数控车床，包括床身1、直线导轨2、安装在直线导轨2上的主轴箱、用于安装刀具的液压刀架、所述主轴箱包括左主轴箱3和右主轴箱4，所述液压刀架包括左液压刀架5和右液压刀架6；所述左主轴箱3上安装有前置式的左气动卡盘31，所述左主轴箱3内设置有精密主轴单元Ⅰ33和带动左气动卡盘31转动的精密齿轮传动系统34，所述精密齿轮传动系统34由伺服电机Ⅰ35驱动；所述右主轴箱4上安装有前置式的右气动卡盘41，所述右主轴箱4内设置有精密主轴单元Ⅱ43；所述左气动卡盘31和右气动卡盘41分别配置有用于增大卡爪夹紧力的气动增压泵。本发明的数控车床为单边驱动，缩短了两卡盘之间的有效距离，能够加工较短的细长轴工件；增强了操作安全性。工作时，伺服电机Ⅰ35启动后，左气动卡盘31转动带动工件旋转，工件以此再带动右气动卡盘41转动。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，在本实施例中，所述左主轴箱3用于装夹工件部分的有效长度为370mm，所述右主轴箱4用于装夹工件部分的有效长度为350mm；所述左气动卡盘31和右气动卡盘41的规格参数相同，其直径均为295mm、厚度均为178mm、过孔均为Φ52mm、卡爪直径行程均为14.4mm。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，所述精密齿轮传动系统34与伺服电机Ⅰ35之间通过Ⅰ级同步带36传动。同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比，提高加工精度。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，还包括用于驱动左主轴箱3的伺服电机Ⅱ32、用于驱动右主轴箱4的伺服电机Ⅲ42、分别用于驱动左液压刀架5纵向移动的伺服电机Ⅳ51和横向移动的伺服电机Ⅴ52以及分别用于驱动右液压刀架6纵向移动的伺服电机Ⅵ61和横向移动的伺服电机Ⅶ62。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，所述直线导轨2与左主轴箱3及右主轴箱4之间分别设置有用于锁紧的液压锁紧块。直线导轨2精度高、运行平稳，液压锁紧块体积小、强度高，适用于主轴箱频繁启停，并进一步缩短卡盘有效距离。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，所述左液压刀架5和右液压刀架6上均安装有端面刀、外圆刀、圆弧刀、钩屑刀和中心钻。

上述用于扭杆双头加工的数控车床，如图2-5所示本实施例中，还包括用于自动装卸工件的U型机械手7，所述机械手7包括卸下成品的夹爪Ⅰ71和装夹毛坯的夹爪Ⅱ72；既保证机械手7有足够的夹紧力，还要尽可能在工件轴向上占用空间窄一些，以进一步减小适应加工细长轴的极限长度，故所述夹爪Ⅰ71和夹爪Ⅱ72在工件轴向上的宽度均为70mm，所述夹爪Ⅰ71与夹爪Ⅱ72之间的夹持中心距为240mm，所述夹爪Ⅰ71的长度比夹爪Ⅱ72短100mm；考虑到装夹时主轴箱与卡爪两侧至少留有15mm的间隙，故所述左主轴箱3与右主轴箱4之间的最短距离为85mm。因此安装工件的最短尺寸应为805mm左右，当扭杆长度为890mm时，工件的探出两侧卡盘长度仅为（890-805）÷2=42.5mm，是车削时刀具所能工作的极限尺寸。

利用上述的数控车床加工扭杆的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）卸料和上料：机械手7动作，夹爪Ⅱ72夹住一个扭杆毛坯82的中部，机械手7自动运行到加工工位，夹爪Ⅰ71夹住该加工工位上已加工完的扭杆成品81的中部；左气动卡盘31和右气动卡盘41松开扭杆成品81，之后左主轴箱3和右主轴箱4快速向两侧移动，机械手7快移，使扭杆成品81移出安装工位同时夹爪Ⅱ72将扭杆毛坯82移到安装工位；左主轴箱3和右主轴箱4快速向中间移动，左气动卡盘31和右气动卡盘41夹紧扭杆毛坯82，夹爪Ⅱ72松开；机械手7自动运行移出加工工位，将夹在夹爪Ⅰ71上的扭杆成品81放置到指定位置；此步骤用时21.5秒；在工件的装卸位置上，设置了光电检测器件，确保机械手7自动运行的安全性；

2）车端面：伺服电机Ⅰ35启动，扭杆毛坯82开始旋转，之后左液压刀架5和右液压刀架6上均为端面刀并分别快移至扭杆毛坯82两头的端面工位，依次进行粗车端面、倒角、精车端面；此步骤用时17秒；

3）车外圆：精车端面完成后，退刀，左液压刀架5和右液压刀架6上均换为外圆刀并分别快移至扭杆毛坯82两头的外圆工位，依次进行粗车外圆、倒角、精车外圆；

4）车圆弧：精车外圆完成后，退刀，左液压刀架5和右液压刀架6上均换为圆弧刀并分别快移至扭杆毛坯82两头的圆弧起点工位，自内向外车圆弧；步骤3和步骤4共用时18秒；

5）钩屑：车圆弧完成后，退刀，左液压刀架5和右液压刀架6上均换为钩屑刀并分别快移至扭杆毛坯82两头的钩屑工位，进行走刀钩屑、清理缠屑；此步骤为了清除缠绕在卡盘根部的切屑，确保工件顺利卸下；

6）钻中心孔：钩屑完成后，退刀，左液压刀架5和右液压刀架6上均换为中心钻并分别快移至扭杆毛坯82两头的中心孔工位，在扭杆两头的端面上分别钻中心孔；此步骤用时8秒；

7）钻完中心孔后，退刀，然后停车或继续执行步骤1。实际操作中，加工完一件扭杆的时间为68.5秒左右，传统加工方式约10min/件，另外加工精度达到了IT6-7级，中心孔基准的同心度保持在0.05mm以内。

上述加工扭杆的方法，所述步骤2）中加工时恒线速最高为2000r/min 、进给量为60mm/min；所述步骤3）中，粗车外圆时转速为2000r/min、进给量为0.3mm/r，精车外圆时转速为2000r/min、进给量为0.2mm/r；所述步骤6）中，钻中心孔时转速为2000r/min、进给量为0.07mm/r。工件刚性较好时，可通过使用进口刀具提高进给量，提高钻中心孔的速度。

Claims (9)

1.一种用于扭杆双头加工的数控车床，包括床身（1）、直线导轨（2）、安装在直线导轨（2）上的主轴箱、用于安装刀具的液压刀架，所述主轴箱包括左主轴箱（3）和右主轴箱（4），所述液压刀架包括左液压刀架（5）和右液压刀架（6），其特征在于：还包括用于自动装卸工件的U型机械手（7），所述机械手（7）包括卸下成品的夹爪Ⅰ（71）和装夹毛坯的夹爪Ⅱ（72）；

所述左主轴箱（3）上安装有前置式的左气动卡盘（31），所述左主轴箱（3）内设置有精密主轴单元Ⅰ（33）和带动左气动卡盘（31）转动的精密齿轮传动系统（34），所述精密齿轮传动系统（34）由伺服电机Ⅰ（35）驱动；所述右主轴箱（4）上安装有前置式的右气动卡盘（41），所述右主轴箱（4）内设置有精密主轴单元Ⅱ（43）；所述左气动卡盘（31）和右气动卡盘（41）分别配置有用于增大卡爪夹紧力的气动增压泵；所述左气动卡盘（31）与右气动卡盘（41）为背靠背设置。

2.根据权利要求1所述的用于扭杆双头加工的数控车床，其特征在于：所述左主轴箱（3）用于装夹工件部分的有效长度为370mm-375mm，所述右主轴箱（4）用于装夹工件部分的有效长度为350mm-355mm；所述左气动卡盘（31）和右气动卡盘（41）的规格参数相同，其直径均为295-300mm、厚度均为178-182mm、过孔均为Φ45-Φ52mm、卡爪直径行程均为13.8-14.4mm。

3.根据权利要求1所述的用于扭杆双头加工的数控车床，其特征在于：所述精密齿轮传动系统（34）与伺服电机Ⅰ（35）之间通过Ⅰ级同步带（36）传动。

4.根据权利要求1所述的用于扭杆双头加工的数控车床，其特征在于：还包括用于驱动左主轴箱（3）的伺服电机Ⅱ（32）、用于驱动右主轴箱（4）的伺服电机Ⅲ（42）、分别用于驱动左液压刀架（5）纵向移动的伺服电机Ⅳ（51）和横向移动的伺服电机Ⅴ（52）以及分别用于驱动右液压刀架（6）纵向移动的伺服电机Ⅵ（61）和横向移动的伺服电机Ⅶ（62）。

5.根据权利要求1所述的用于扭杆双头加工的数控车床，其特征在于：所述直线导轨（2）与左主轴箱（3）及右主轴箱（4）之间分别设置有用于锁紧的液压锁紧块。

6.根据权利要求1所述的用于扭杆双头加工的数控车床，其特征在于：所述左液压刀架（5）和右液压刀架（6）上均安装有端面刀、外圆刀、圆弧刀、钩屑刀和中心钻。

7.根据权利要求1-6任一项所述的用于扭杆双头加工的数控车床，其特征在于：所述夹爪Ⅰ（71）和夹爪Ⅱ（72）在工件轴向上的宽度均为70-75mm，所述夹爪Ⅰ（71）与夹爪Ⅱ（72）之间的夹持中心距为240-250mm，所述夹爪Ⅰ（71）的长度比夹爪Ⅱ（72）短90-100mm；所述左主轴箱（3）与右主轴箱（4）之间的最短距离为85mm。

8.利用如权利要求7所述的数控车床加工扭杆的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）卸料和上料：机械手（7）动作，夹爪Ⅱ（72）夹住一个扭杆毛坯的中部，机械手（7）自动运行到加工工位，夹爪Ⅰ（71）夹住该加工工位上已加工完的扭杆成品的中部；左气动卡盘（31）和右气动卡盘（41）松开扭杆成品，之后左主轴箱（3）和右主轴箱（4）快速向两侧移动，机械手（7）快移，使扭杆成品移出安装工位同时夹爪Ⅱ（72）将扭杆毛坯移到安装工位；左主轴箱（3）和右主轴箱（4）快速向中间移动，左气动卡盘（31）和右气动卡盘（41）夹紧扭杆毛坯，夹爪Ⅱ（72）松开；机械手（7）自动运行移出加工工位，将夹在夹爪Ⅰ（71）上的扭杆成品放置到指定位置；

2）车端面：伺服电机Ⅰ（35）启动，扭杆毛坯开始旋转，之后左液压刀架（5）和右液压刀架（6）上均为端面刀并分别快移至扭杆毛坯两头的端面工位，依次进行粗车端面、倒角、精车端面；

3）车外圆：精车端面完成后，退刀，左液压刀架（5）和右液压刀架（6）上均换为外圆刀并分别快移至扭杆毛坯两头的外圆工位，依次进行粗车外圆、倒角、精车外圆；

4）车圆弧：精车外圆完成后，退刀，左液压刀架（5）和右液压刀架（6）上均换为圆弧刀并分别快移至扭杆毛坯两头的圆弧起点工位，自内向外车圆弧；

5）钩屑：车圆弧完成后，退刀，左液压刀架（5）和右液压刀架（6）上均换为钩屑刀并分别快移至扭杆毛坯两头的钩屑工位，进行走刀钩屑、清理缠屑；

6）钻中心孔：钩屑完成后，退刀，左液压刀架（5）和右液压刀架（6）上均换为中心钻并分别快移至扭杆毛坯两头的中心孔工位，在扭杆两头的端面上分别钻中心孔；

7）钻完中心孔后，退刀，然后停车或继续执行步骤1）。

9.根据权利要求8所述的加工扭杆的方法，其特征在于：所述步骤2）中加工时恒线速最高为2000r/min 、进给量为60mm/min；所述步骤3）中，粗车外圆时转速为2000r/min、进给量为0.3mm/r，精车外圆时转速为2000r/min、进给量为0.2mm/r；所述步骤6）中，钻中心孔时转速为2000r/min、进给量为0.07mm/r。