CN108673051B - 一种用于扭力轴外圆滚压的数控滚压机床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于扭力轴外圆滚压加工的数控外圆滚压机床，其包括机床主体、外圆滚压头、双顶尖定位装置、拨叉连接件、内花键卡套、全封闭防护外罩、位移测量系统、精密油雾冷却系统、数控系统和液压系统；本发明的外圆滚压头采用多滚轮对称滚压装置结构，在进行扭力轴外圆滚压加工时，工件在径向受到的是多个均等压力；在外圆滚压头的液压缸内安装了位移传感器，通过位移传感器反馈的滚压缸位移值，计算出外圆滚压过程中滚压直径的变化值，可以实现外圆滚压圆弧端极限位置的智能判断；将拨叉连接件取代传统卡盘，优化了传动结构，同时使工人操作更加方便，更适合流水化生产作业，滚压加工效率更高。

Description

一种用于扭力轴外圆滚压的数控滚压机床
技术领域
本发明涉及一种数控滚压机床，具体涉及一种用于扭力轴外圆滚压加工的数控滚压机床。
背景技术
目前，特种车辆大多数的悬挂装置采用的是扭力轴悬挂系统。扭力轴是特种车辆悬挂装置中的重 要零部件，车辆在不平的路面行驶时，扭力轴通过弹性扭转和释放能量，以达到缓冲和减震的目的。 在工作过程中，扭力轴经常受到大应力、大应变、冲击和交变扭矩载荷的作用，容易从外圆和过渡圆 弧处发生疲劳断裂，成为制约车辆整体性能的瓶颈。因此，提高扭力轴工作性能及疲劳寿命至关重要。
对表面加工强化的工艺方法有很多种，在扭力轴实际生产加工过程中，一般采用滚压处理的方法。 目前，普通型的扭力轴外圆滚压强化机床已经在生产线上广泛使用，但是其使用过程中仍然存在许多 问题，不利于产品的大规模的生产和开发。
主要问题有以下几点：(1)扭力轴左端采用卡盘进行夹紧定位，结构较为复杂，且外圆滚压时扭力 轴安装不方便。(2)采用单轮滚压装置，滚压过程中，扭力轴会受到一个很大的径向力，易于使扭力轴 在滚压过程中产生较大的弯曲变形，从而影响扭力轴外圆滚压效果。(3)扭力轴外圆左右两端滚压极限 位置需要工人人为判断，增加工人劳动强度，影响加工质量。(4)需要工人手工进行机床和工件的润滑 和冷却，存在着加工过程中效率低、油液污染大、操作危险等缺点。(5)外圆滚压加工和齿根滚压加工 在同一台滚压机床上进行，外圆滚压加工和齿根滚压加工不能同时进行，大大降低了滚压加工效率， 加大了工人对机床的操作难度。
发明内容
本发明的目的就是致力于解决上述问题，提出一种用于扭力轴外圆滚压加工的数控滚压机床，该 机床可以对扭力轴外圆进行滚压加工，提高滚压加工的效率。
实现本发明的技术方案如下：
一种用于扭力轴外圆滚压加工的数控滚压机床，其特征在于，包括机床主体、外圆滚压头、双顶 尖定位装置、内花键卡套、拨叉连接件、全封闭防护外罩、位移测量系统、精密油雾冷却系统、数控 系统以及液压系统；其中拨叉连接件一端连接内花键卡套，另一端连接主轴内顶尖。
当对扭力轴外圆进行滚压时，外圆滚压头通过底部四个螺栓固定在机床中托板上；左侧内置顶尖 与机床主轴相连接，并固定在主轴上，与主轴实现同步转动；主轴通过带轮上安装的三角同步带与主 轴电机相连接，通过变频器控制实现无极调速，具有较高的速度和转动精度；内花键卡套通过拨叉连 接件与左侧内置顶尖相连接；外圆滚压过程中，扭力轴一端花键配合安装在内花键卡套内，并由内花 键卡套提供扭矩带动扭力轴进行转动；扭力轴一端被左侧内顶尖顶紧，另一端被尾座顶尖顶紧，从而 保证高转速下工件夹装稳定，不会出现偏摆和脱落；主轴电机和进给轴伺服电机由数控系统驱动控制， 实现主轴方向上的转动和进给方向上的移动；在液压伺服系统的控制下，实现外圆滚压头对扭力轴外圆进行滚压加工。
进一步地，通过所示的拨叉连接件连接内花键卡套和机床主轴带动扭力轴转动，将拨叉连接件取 代传统卡盘，优化了传动结构，同时使工人操作更加方便，更适合流水化生产作业，滚压加工效率更 高。
进一步地，在对扭力轴外圆进行滚压加工时，外圆滚压头在液压系统的伺服控制下，为滚压过程 提供滚压力，现有技术中的传统滚压机床都采用的是单轮滚压装置，滚压过程中，扭力轴会承受一个 很大的径向滚压力，易于使扭力轴在滚压过程中产生较大的弯曲变形，从而影响扭力轴外圆滚压效果， 本发明采用多滚轮对称滚压装置结构，在进行扭力轴外圆滚压加工时，工件在径向由于受到的是多个 均等滚压力，互相平衡，相互抵消，处于合理的受力状态，因此工件不易弯曲和变形，可以达到理想 的滚压效果。
进一步地，所述的位移测量系统包括液压缸位移传感器和数据处理模块；其中位移传感器安装在 外圆滚压头的液压缸上，位移传感器用于检测外圆滚压头液压缸的移动位移，并将其传输给数据处理 模块；数据处理模块接收到液压缸移动的位移值，对扭力轴外圆滚压的直径值进行计算，获取扭力轴 外圆滚压过程中外圆滚压位置，并传输给数控系统。
进一步地，所述的液压系统包括液压泵站、PID控制单元、电磁比例减压阀以及压力传感器；液压 泵站系统先启动低压大流量泵，滚压装置在液压作用下完成快速进给，后启动高压小流量泵，高压泵 在工作时高压油导通顺序阀打开，低压泵卸载；电磁比例减压阀安装在液压泵站的输出油管路，压力 传感器安装在电磁比例减压阀的输出油管路，其中电磁比例减压阀的输出油管路与外圆滚压头液压缸 相连，压力传感器将检测到的压力信号转换为电压信号，送到下位机PLC中，通过PLC中的PID控制 单元，产生控制压力值电压信号，传送至比例放大器的输入端，控制比例减压阀阀芯运动，从而控制 滚压油缸的滚压压力。
进一步地，所述的精密油雾冷却系统采用自动润滑，可根据中托板移动的频率由PLC自动调整润 滑时间，对外圆滚压部分进行润滑冷却。精密油雾冷却系统安装在外圆滚压头上，润滑油、空气流动 调节简单，润滑油通过液压伺服系统极其精确地喷洒刀滚压部分，使工人操作更加方便，安全性更强。
有益效果
(1)本发明在进行扭力轴外圆滚压加工时，利用内花键卡套卡紧扭力轴，通过拨叉连接件带动扭力 轴与内顶尖发生同步转动，扭力轴一端被左侧内顶尖顶紧，另一端被尾座顶尖顶紧，实现轴向定位， 从而实现扭力轴外圆的滚压加工。相对于现有的滚压机床，将拨叉连接件取代传统卡盘，优化了传动 结构，同时使工人操作更加方便，更适合流水化生产作业，滚压加工效率更高。
(2)本发明的外圆滚压头采用多滚轮对称滚压装置结构，在进行扭力轴外圆滚压加工时，工件在径 向受到的是多个均等压力，互相平衡，相互抵消，处于合理的受力状态，因此工件不易弯曲和变形。
(3)本发明在外圆滚压头的液压缸内安装了位移传感器，通过位移传感器反馈的滚压缸位移值，计 算出外圆滚压过程中滚压直径的变化值，可以实现外圆滚压两端极限位置的智能判断。
(4)本发明通过PLC中PID控制单元产生控制压力值的电压信号，传送至比例放大器的输入端，控 制比例减压阀阀芯运动，从而控制滚压油缸的滚压压力，可以实现外圆滚压过程中恒压输出，提高外 圆滚压质量和精度。本发明中使用的电液比例减压阀不需要恒压油源，对于油液清洁度要求低，降低 了维护成本，并且阀具有溢流泄压功能，对于此液压系统具有保护功能，并且本阀应用在上位机调节 信号控制的闭环系统中，依然可以保证滚压压力的准确调节。
(5)本发明中的精密油雾冷却系统采用自动润滑，可根据中托板移动的频率由PLC自动调整润滑时 间，对外圆滚压部分进行润滑冷却。精密油雾冷却系统安装在外圆滚压头上，润滑油、空气流动调节 简单，润滑油通过液压伺服系统极其精确地喷洒刀滚压部分，使工人操作更加方便，安全性更强。
附图说明
图1为扭力轴；
图2为扭力轴外圆数控滚压机床的安装示意图
图3为拨叉连接件、内花键卡套及双顶尖定位的连接方式示意图
图4为位移测量系统测量外圆滚压直径方法示意图
1-机床主体，2-拖板箱，3-机床主轴，4-左侧内顶尖，5-拨叉连接件，6-内花键卡套，7-扭力轴， 8-精密油雾冷却系统，9-外圆滚压头，10-位移测量系统，11-尾座内顶尖，12-数控系统，13-液压系统。
具体实施方式
本发明的扭力轴数控外圆滚压机床是在CK6163型卧式数控车床的基础上进行数控改造和机械结 构优化。移除中托板上的换刀架，增加外圆滚压头，将外圆滚压头通过螺栓连接安装在中托板上；移 除主轴箱机械卡盘，增加拨叉连接件，从而带动扭力轴随主轴同步转动；增加位移传感器，实现外圆 滚压两端极限位置的智能判断；增加液压系统，为外圆滚压头提供滚压力。
如图2所示，在进行扭力轴外圆滚压加工时：左侧内顶尖4通过连接机构固定在机床主体1上的 机床主轴3上，并随机床主轴发生同步转动；左侧内顶尖4和内花键卡套6通过拨叉连接件5相连接， 内花键卡套6通过花键配合卡紧扭力轴7花键端，通过拨叉连接件5将主轴转动扭矩传递给扭力轴7， 从而带动扭力轴7随机床主轴3同步转动；扭力轴7通过左侧内顶尖4和尾座内顶尖11两个顶尖进 行轴向定位、夹紧，形成双顶尖定位结构；外圆滚压头3通过螺栓连接固定在托板箱2上的中托板上， 并随着托板箱2在Z轴方向上进给运动；精密油雾冷却系统8安装在外圆滚压头9上，在外圆滚压加 工过程中对滚压部分进行润滑和冷却；位移测量系统10安装在外圆滚压头9上；数控系统12控制机 床主轴电机转动，从而带动扭力轴转动，控制机床Z轴伺服电机转动，驱动拖板箱2沿主轴方向移动， 从而带动外圆滚压头沿Z轴移动；液压系统13伺服控制外圆滚压头8内的滚压力，驱动外圆滚压头对 扭力轴外圆进行滚压加工。
如图3所示，在对扭力轴外圆滚压的过程中，需要扭力轴进行转动从而保证外圆滚压的均匀性， 因此本发明利用内花键卡套通过花键配合卡紧扭力轴，通过拨叉连接件将主轴转动扭矩传递给扭力轴， 并通过左侧内顶尖和尾座内顶尖分别顶紧扭力轴两端，实现扭力轴的轴向定位，从而带动扭力轴随着 内花键卡套转动。传统扭力轴滚压机床外圆滚压加工和齿根滚压加工在同一台滚压机床上进行，由于 扭力轴外圆和齿根部位滚压采用的是不同的滚压装置，其滚压强化过程及机床配置方式也有所不同， 因此，在实际生产时，往往需要在外圆滚压加工完成后对扭力轴进行重新装配，且对滚压机床的配置 进行调整，然后才能进行齿根滚压加工，外圆滚压加工和齿根滚压加工不能同时进行，大大降低了滚 压加工效率，加大了工人对机床的操作难度。本发明利用双顶尖结构实现扭力轴轴向定位，内花键卡 套卡紧扭力轴花键端传递扭矩给扭力轴并带动扭力轴进行转动，使扭力轴外圆全部裸露在加工区域， 可以实现外圆滚压加工过程中进行一次装卡就能实现整个扭力轴外圆滚压，相对于现有的滚压机床， 本发明提供的滚压机床更适合流水化生产作业，滚压加工效率更高。
在对扭力轴外圆进行滚压加工时，外圆滚压头在液压系统的伺服控制下，为滚压过程提供滚压力， 现有技术中的传统滚压机床都采用的是单轮滚压装置，滚压过程中，扭力轴会承受一个很大的径向滚 压力，易于使扭力轴在滚压过程中产生较大的弯曲变形，从而影响扭力轴外圆滚压效果，本发明采用 多滚轮对称滚压装置结构，在进行扭力轴外圆滚压加工时，工件在径向由于受到的是多个均等滚压力， 互相平衡，相互抵消，处于合理的受力状态，因此工件不易弯曲和变形，可以达到理想的滚压效果。 优选的，如图4所示，采用三滚轮对称滚压装置结构。
本发明的位移测量系统包括液压缸位移传感器和数据处理模块；其中位移传感器安装在外圆滚压 头的液压缸上，位移传感器用于检测外圆滚压头液压缸的移动位移，并将其传输给数据处理模块；数 据处理模块接收到液压缸移动的位移值，对扭力轴外圆滚压的直径值进行计算，获取扭力轴外圆滚压 过程中外圆滚压位置，并传输给数控系统。
液压系统包括液压泵站、PID控制单元、电磁比例减压阀以及压力传感器；液压泵站系统先启动低 压大流量泵，滚压装置在液压作用下完成快速进给，后启动高压小流量泵，高压泵在工作时高压油导 通顺序阀打开，低压泵卸载；电磁比例减压阀安装在液压泵站的输出油管路，压力传感器安装在电磁 比例减压阀的输出油管路，其中电磁比例减压阀的输出油管路与外圆滚压头液压缸相连，压力传感器 将检测到的压力信号转换为电压信号，送到下位机PLC中，通过PLC中的PID控制单元，产生控制压 力值电压信号，传送至比例放大器的输入端，控制比例减压阀阀芯运动，从而控制滚压油缸的滚压压 力。
进一步地，所述的精密油雾冷却系统采用自动润滑，可根据中托板移动的频率由PLC自动调整润 滑时间，对外圆滚压部分进行润滑冷却。精密油雾冷却系统安装在外圆滚压头上，润滑油、空气流动 调节简单，润滑油通过液压伺服系统极其精确地喷洒刀滚压部分，使工人操作更加方便，安全性更强。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种仅用于扭力轴外圆滚压加工的数控滚压机床，其特征在于，所述数控滚压机床是在CK6163型卧式数控车床的基础上进行数控改造和机械结构优化，包括机床主体(1)、拖板箱(2)、机床主轴(3)、左侧内顶尖(4)、拨叉连接件(5)、内花键卡套(6)、扭力轴(7)、精密油雾冷却系统(8)、外圆滚压头(9)、位移测量系统(10)、尾座内顶尖(11)、数控系统(12)以及液压系统(13)；
在进行扭力轴外圆滚压加工时：左侧内顶尖(4)通过连接机构固定在机床主体(1)上的机床主轴(3)上，并随机床主轴发生同步转动；左侧内顶尖(4)和内花键卡套(6)通过拨叉连接件(5)相连接，内花键卡套(6)通过花键配合卡紧扭力轴(7)花键端，通过拨叉连接套(5)将主轴转动扭矩传递给扭力轴(7)，从而带动扭力轴(7)随机床主轴(3)同步转动；扭力轴(7)通过左侧内顶尖(4)和尾座内顶尖(11)两个顶尖进行轴向定位、夹紧，形成双顶尖定位结构；外圆滚压头(3)通过螺栓连接固定在托板箱(3)上的中托板上，并随着托板箱(3)在Z轴方向上进给运动，所述外圆滚压头装置采用多滚轮对称滚压装置，多个滚轮沿周向对称分布，其滚压力由液压系统控制，具有自定心的功能，在进行扭力轴外圆滚压加工时，工件在径向受到多个均等滚压力，互相平衡，相互抵消，处于合理的受力状态，工件不易弯曲和变形；
精密油雾冷却系统(8)安装在外圆滚压头(9)上，在外圆滚压加工过程中对滚压部分进行润滑和冷却，所述精密油雾冷却系统采用自动润滑，可根据中托板移动的频率由PLC自动调整润滑时间，对外圆滚压部分进行润滑冷却，润滑油通过液压伺服系统极其精确地喷洒刀滚压部分；
位移测量系统(10)安装在外圆滚压头(9)上，位移测量系统包括液压缸位移传感器和数据处理模块，其中位移传感器安装在外圆滚压头的液压缸上，位移传感器用于检测外圆滚压头液压缸的移动位移，并将其传输给数据处理模块，数据处理模块接收到液压缸移动的位移值，对扭力轴外圆滚压的直径值进行计算，获取扭力轴外圆滚压过程中外圆滚压位置，并传输给数控系统，实现外圆滚压两端极限位置的智能判断；数控系统(12)控制机床主轴电机转动，从而带动扭力轴转动，控制机床Z轴伺服电机转动，驱动拖板箱(2)沿主轴方向移动，从而带动外圆滚压头沿Z轴移动；
液压系统(13)伺服控制外圆滚压头(3)内的滚压力，驱动外圆滚压头对扭力轴外圆进行滚压加工，所述液压系统包括液压泵站、PID控制单元、电磁比例减压阀以及压力传感器；液压泵站系统先启动低压大流量泵，滚压装置在液压作用下完成快速进给，后启动高压小流量泵，高压泵在工作时高压油导通顺序阀打开，低压泵卸载；电磁比例减压阀安装在液压泵站的输出油管路，压力传感器安装在电磁比例减压阀的输出油管路，其中电磁比例减压阀的输出油管路与外圆滚压头液压缸相连，压力传感器将检测到的压力信号转换为电压信号，送到下位机PLC中，通过PLC中的PID控制单元，产生控制压力值电压信号，传送至比例放大器的输入端，控制比例减压阀阀芯运动，从而控制滚压油缸的滚压压力；所述机床主轴(3)通过带轮上安装的三角同步带与主轴电机相连接，通过变频器控制实现无极调速。
2.根据权利要求1所述的数控滚压机床，其特征在于：所述多滚轮对称滚压装置为三滚轮对称滚压装置。
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