一種用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床及其加工扭桿的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機床設計及其操作領域，具體涉及一種用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床及其加工扭桿的方法。該數(shù)控車床，包括床身、直線導軌、安裝在直線導軌上主軸箱、用于安裝刀具的液壓刀架、所述主軸箱包括左主軸箱和右主軸箱，所述液壓刀架包括左液壓刀架和右液壓刀架；所述左主軸箱上安裝有前置式的左氣動卡盤，所述左主軸箱內(nèi)設置有精密主軸單元Ⅰ和帶動左氣動卡盤轉(zhuǎn)動的精密齒輪傳動系統(tǒng)，所述精密齒輪傳動系統(tǒng)由伺服電機Ⅰ驅(qū)動；所述右主軸箱上安裝有前置式的右氣動卡盤，所述右主軸箱內(nèi)設置有精密主軸單元Ⅱ；所述左氣動卡盤和右氣動卡盤分別配置有用于增大卡爪夾緊力的氣動增壓泵。用該數(shù)控車床加工扭桿的方法，工序更優(yōu)化，裝卸迅速、縮短加工時間。
【專利說明】
一種用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床及其加工扭桿的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及機床設計及其操作領域，具體涉及一種用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床及其加工扭桿的方法。
【背景技術】
[0002]扭桿屬于細長桿件，是汽車、裝甲車等車輛的緩沖系統(tǒng)中的重要零件，其軸向跨度大、加工精度要求高、型號多。
[0003]扭桿的兩頭經(jīng)感應淬火后進行精加工，其加工特點:
(1)自身剛性較差，加工容易產(chǎn)生振刀情況；
(2)—般情況下扭桿工件被夾持位置的粗糙度為1.Ομπι左右，但圓度較差約0.1mm左右，粗糙度較好要求裝夾時的夾緊力不小于3000kgf，圓度較差要求定心精度要足夠，且工件回轉(zhuǎn)時不能因為該因素引起振動；
(3)型號相對較多，長度、直徑等參數(shù)變化頻繁；
(4)扭桿工件兩頭部的端面上還要加工中心孔，中心孔是本道工序檢測基準也是裝配基準，對同心度要求較高。
[0004]大多的手動車床加工仍為傳統(tǒng)的兩次裝夾后再分別車削工件兩頭部的加工方式，生產(chǎn)效率低，工件裝夾不穩(wěn)定，工件兩端外圓對基準的圓跳動很差，完全達不到精度要求，并且加工效率特別低。在公開號為CN104827067A的專利文件中，公開了一種細長軸雙頭車削夾緊驅(qū)動裝置及其方法，設置有左右兩個加工工位，同步夾緊、車削。但這類裝置有以下不足:1)兩個工位的卡盤同時轉(zhuǎn)動，需要各自驅(qū)動，這就使得主軸箱在工件軸向上的有效尺寸較大，無法加工長度在1.5米以內(nèi)的細長軸兩頭部;2)用于夾緊細長軸的常規(guī)液壓卡盤的卡爪行程為7mm，雖然能保證足夠的夾緊力，但是無法裝夾如扭桿這種兩端粗中間細的細長桿件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，適用于長度較短或軸徑粗細有變化的扭桿工件雙頭精加工，并且夾緊穩(wěn)固、車削精度和效率高;此外，本發(fā)明還提供了用該數(shù)控車床加工扭桿的方法，工序更優(yōu)化，裝卸迅速、縮短加工時間。
[0006]本發(fā)明采用的的技術方案為:
一種用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，包括床身、直線導軌、安裝在直線導軌上主軸箱、用于安裝刀具的液壓刀架、所述主軸箱包括左主軸箱和右主軸箱，所述液壓刀架包括左液壓刀架和右液壓刀架;所述左主軸箱上安裝有前置式的左氣動卡盤，所述左主軸箱內(nèi)設置有精密主軸單元I和帶動左氣動卡盤轉(zhuǎn)動的精密齒輪傳動系統(tǒng)，所述精密齒輪傳動系統(tǒng)由伺服電機I驅(qū)動;所述右主軸箱上安裝有前置式的右氣動卡盤，所述右主軸箱內(nèi)設置有精密主軸單元Π;所述左氣動卡盤和右氣動卡盤分別配置有用于增大卡爪夾緊力的氣動增壓栗O
[0007]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，所述左主軸箱用于裝夾工件部分的有效長度為370mm-375mm，所述右主軸箱用于裝夾工件部分的有效長度為350mm-355mm;所述左氣動卡盤和右氣動卡盤的規(guī)格參數(shù)相同，其直徑均為295-300mm、厚度均為178-182mm、過孔均為Φ 45-Φ 52mm、卡爪直徑行程均為13.8-14.4mm。
[0008]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，所述精密齒輪傳動系統(tǒng)與伺服電機I之間通過I級同步帶傳動。
[0009]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，還包括用于驅(qū)動左主軸箱的伺服電機Π、用于驅(qū)動右主軸箱的伺服電機m、分別用于驅(qū)動左液壓刀架縱向移動的伺服電機IV和橫向移動的伺服電機V以及分別用于驅(qū)動右液壓刀架縱向移動的伺服電機VI和橫向移動的伺服電機W。
[0010]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，所述直線導軌與左主軸箱及右主軸箱之間分別設置有用于鎖緊的液壓鎖緊塊。
[0011]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，所述左液壓刀架和右液壓刀架上均安裝有端面刀、外圓刀、圓弧刀、勾肩刀和中心鉆。
[0012]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，還包括用于自動裝卸工件的U型機械手，所述機械手包括卸下成品的夾爪I和裝夾毛坯的夾爪π，所述夾爪I和夾爪π在工件軸向上的寬度均為70-75mm，所述夾爪I與夾爪Π之間的夾持中心距為240-250mm，所述夾爪I的長度比夾爪Π短90-100mm;，所述左主軸箱與右主軸箱之間的最短距離為85mm。
[0013]利用如上所述數(shù)控車床加工扭桿的方法，包括如下步驟:
1)卸料和上料:機械手動作，夾爪Π夾住一個扭桿毛坯的中部，機械手自動運行到加工工位，夾爪I夾住該加工工位上已加工完的扭桿成品的中部;左氣動卡盤和右氣動卡盤松開扭桿成品，之后左主軸箱和右主軸箱快速向兩側(cè)移動，機械手快移，使扭桿成品移出安裝工位同時夾爪Π將扭桿毛坯移到安裝工位;左主軸箱和右主軸箱快速向中間移動，左氣動卡盤和右氣動卡盤夾緊扭桿毛坯，夾爪Π松開;機械手自動運行移出加工工位，將夾在夾爪I上的扭桿成品放置到指定位置；
2)車端面:伺服電機I啟動，扭桿毛坯開始旋轉(zhuǎn)，之后左液壓刀架和右液壓刀架上均為端面刀并分別快移至扭桿毛坯兩頭的端面工位，依次進行粗車端面、倒角、精車端面；
3)車外圓:精車端面完成后，退刀，左液壓刀架和右液壓刀架上均換為外圓刀并分別快移至扭桿毛坯兩頭的外圓工位，依次進行粗車外圓、倒角、精車外圓；
4)車圓弧:精車外圓完成后，退刀，左液壓刀架和右液壓刀架上均換為圓弧刀并分別快移至扭桿毛還兩頭的圓弧起點工位，自內(nèi)向外車圓??；
5)鉤肩:車圓弧完成后，退刀，左液壓刀架和右液壓刀架上均換為鉤肩刀并分別快移至扭桿毛坯兩頭的鉤肩工位，進行走刀鉤肩、清理纏肩；
6)鉆中心孔:鉤肩完成后，退刀，左液壓刀架和右液壓刀架上均換為中心鉆并分別快移至扭桿毛坯兩頭的中心孔工位，在扭桿兩頭的端面上分別鉆中心孔；
7)鉆完中心孔后，退刀，然后停車或繼續(xù)執(zhí)行步驟I)。
[0014]上述加工扭桿的方法，所述步驟2)中加工時恒線速最高為2000r/min、進給量為60mm/min;所述步驟3)中，粗車外圓時轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.3mm/r，精車外圓時轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.2mm/r;所述步驟6)中，轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.07mm/Γο
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
1、可裝夾有直徑變化的扭桿工件，主軸為單邊轉(zhuǎn)動，簡化了主軸箱結(jié)構，縮短了兩卡盤之間的有效距離，能夠加工較短的扭桿工件;增強了操作安全性。氣動卡盤的設計強度足夠夾緊穩(wěn)固，近端車削剛性明顯增強;通過雙卡盤結(jié)構可顯著提高工件的一致性及同軸度，一次性裝夾且基準統(tǒng)一，加工精度進一步提升。
[0016]2、機械手一次性實現(xiàn)上料和卸料，壓縮了安裝輔助時間，方便裝卸、極大提高加工效率。
[0017]3、在使用此數(shù)控車床的基礎上，優(yōu)化了加工扭桿的工序，將加工時間控制在60-75秒/件，極大縮短加工時間。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；
圖2為本發(fā)明工作狀態(tài)下主軸箱的立體結(jié)構示意圖；
圖3為圖2的主視不意圖；
圖4為圖2的左視不意圖；
圖5為圖2中機械手的結(jié)構示意圖；
圖中:I為床身、2為直線導軌、3為左主軸箱、4為右主軸箱、5為左液壓刀架、6為右液壓刀架、7為機械手、31為左氣動卡盤、32為伺服電機Π、33為精密主軸單元1、34為精密齒輪傳動系統(tǒng)、35為伺服電機1、36為I級同步帶、41為右氣動卡盤、42為伺服電機ΙΠ、43為精密主軸單元Π、51為伺服電機IV、52為伺服電機乂、61為伺服電機￥1、62為伺服電機\1、71為夾爪1、72為夾爪Π、81為成品、82為毛還。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步解釋說明；
如圖1至圖4所示，用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，包括床身1、直線導軌2、安裝在直線導軌2上主軸箱、用于安裝刀具的液壓刀架、所述主軸箱包括左主軸箱3和右主軸箱4，所述液壓刀架包括左液壓刀架5和右液壓刀架6;所述左主軸箱3上安裝有前置式的左氣動卡盤31，所述左主軸箱3內(nèi)設置有精密主軸單元133和帶動左氣動卡盤31轉(zhuǎn)動的精密齒輪傳動系統(tǒng)34，所述精密齒輪傳動系統(tǒng)34由伺服電機135驅(qū)動;所述右主軸箱4上安裝有前置式的右氣動卡盤41，所述右主軸箱4內(nèi)設置有精密主軸單元Π 43;所述左氣動卡盤31和右氣動卡盤41分別配置有用于增大卡爪夾緊力的氣動增壓栗。本發(fā)明的數(shù)控車床為單邊驅(qū)動，縮短了兩卡盤之間的有效距離，能夠加工較短的細長軸工件;增強了操作安全性。工作時，伺服電機135啟動后，左氣動卡盤31轉(zhuǎn)動帶動工件旋轉(zhuǎn)，工件以此再帶動右氣動卡盤41轉(zhuǎn)動。
[0020]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，在本實施例中，所述左主軸箱3用于裝夾工件部分的有效長度為370mm，所述右主軸箱4用于裝夾工件部分的有效長度為350_;所述左氣動卡盤31和右氣動卡盤41的規(guī)格參數(shù)相同，其直徑均為295mm、厚度均為178mm、過孔均為Φ52mm、卡爪直徑行程均為14.4mm。
[0021]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，所述精密齒輪傳動系統(tǒng)34與伺服電機135之間通過I級同步帶36傳動。同步帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴格的傳動比，提高加工精度。
[0022]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，還包括用于驅(qū)動左主軸箱3的伺服電機Π 32、用于驅(qū)動右主軸箱4的伺服電機ΙΠ42、分別用于驅(qū)動左液壓刀架5縱向移動的伺服電機IV51和橫向移動的伺服電機V52以及分別用于驅(qū)動右液壓刀架6縱向移動的伺服電機VI61和橫向移動的伺服電機VD62。
[0023]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，所述直線導軌2與左主軸箱3及右主軸箱4之間分別設置有用于鎖緊的液壓鎖緊塊。直線導軌2精度高、運行平穩(wěn)，液壓鎖緊塊體積小、強度高，適用于主軸箱頻繁啟停，并進一步縮短卡盤有效距離。
[0024]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，所述左液壓刀架5和右液壓刀架6上均安裝有端面刀、外圓刀、圓弧刀、勾肩刀和中心鉆。
[0025]上述用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，如圖2-5所示本實施例中，還包括用于自動裝卸工件的U型機械手7，所述機械手7包括卸下成品的夾爪171和裝夾毛坯的夾爪Π 72;既保證機械手7有足夠的夾緊力，還要盡可能在工件軸向上占用空間窄一些，以進一步減小適應加工細長軸的極限長度，故所述夾爪171和夾爪Π 72在工件軸向上的寬度均為70mm，所述夾爪171與夾爪Π 72之間的夾持中心距為240mm，所述夾爪171的長度比夾爪Π 72短100mm;考慮到裝夾時主軸箱與卡爪兩側(cè)至少留有15mm的間隙，故所述左主軸箱3與右主軸箱4之間的最短距離為85mm。因此安裝工件的最短尺寸應為805mm左右，當扭桿長度為890mm時，工件的探出兩側(cè)卡盤長度僅為(890-805) + 2=42.5mm，是車削時刀具所能工作的極限尺寸。
[0026]利用上述的數(shù)控車床加工扭桿的方法，其特征在于包括如下步驟:
1)卸料和上料:機械手7動作，夾爪Π72夾住一個扭桿毛坯82的中部，機械手7自動運行到加工工位，夾爪171夾住該加工工位上已加工完的扭桿成品81的中部;左氣動卡盤31和右氣動卡盤41松開扭桿成品81，之后左主軸箱3和右主軸箱4快速向兩側(cè)移動，機械手7快移，使扭桿成品81移出安裝工位同時夾爪Π 72將扭桿毛坯82移到安裝工位;左主軸箱3和右主軸箱4快速向中間移動，左氣動卡盤31和右氣動卡盤41夾緊扭桿毛坯82，夾爪Π 72松開;機械手7自動運行移出加工工位，將夾在夾爪171上的扭桿成品81放置到指定位置;此步驟用時21.5秒;在工件的裝卸位置上，設置了光電檢測器件，確保機械手7自動運行的安全性；
2)車端面:伺服電機135啟動，扭桿毛坯82開始旋轉(zhuǎn)，之后左液壓刀架5和右液壓刀架6上均為端面刀并分別快移至扭桿毛坯82兩頭的端面工位，依次進行粗車端面、倒角、精車端面;此步驟用時17秒；
3)車外圓:精車端面完成后，退刀，左液壓刀架5和右液壓刀架6上均換為外圓刀并分別快移至扭桿毛坯82兩頭的外圓工位，依次進行粗車外圓、倒角、精車外圓；
4)車圓弧:精車外圓完成后，退刀，左液壓刀架5和右液壓刀架6上均換為圓弧刀并分別快移至扭桿毛坯82兩頭的圓弧起點工位，自內(nèi)向外車圓弧;步驟3和步驟4共用時18秒；
5)鉤肩:車圓弧完成后，退刀，左液壓刀架5和右液壓刀架6上均換為鉤肩刀并分別快移至扭桿毛坯82兩頭的鉤肩工位，進行走刀鉤肩、清理纏肩;此步驟為了清除纏繞在卡盤根部的切肩，確保工件順利卸下；
6)鉆中心孔:鉤肩完成后，退刀，左液壓刀架5和右液壓刀架6上均換為中心鉆并分別快移至扭桿毛坯82兩頭的中心孔工位，在扭桿兩頭的端面上分別鉆中心孔;此步驟用時8秒； 7)鉆完中心孔后，退刀，然后停車或繼續(xù)執(zhí)行步驟I。實際操作中，加工完一件扭桿的時間為68.5秒左右，傳統(tǒng)加工方式約1min/件，另外加工精度達到了 IT6-7級，中心孔基準的同心度保持在0.05_以內(nèi)。
[0027]上述加工扭桿的方法，所述步驟2)中加工時恒線速最高為2000r/min、進給量為60mm/min;所述步驟3)中，粗車外圓時轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.3mm/r，精車外圓時轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.2mm/r ；所述步驟6)中，轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.07mm/r。工件剛性較好時，可通過使用進口刀具提高進給量，提高鉆中心孔的速度。
【主權項】
1.一種用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，包括床身(I)、直線導軌(2)、安裝在直線導軌(2)上主軸箱、用于安裝刀具的液壓刀架、所述主軸箱包括左主軸箱(3)和右主軸箱(4)，所述液壓刀架包括左液壓刀架(5)和右液壓刀架(6)，其特征在于: 所述左主軸箱(3)上安裝有前置式的左氣動卡盤(31)，所述左主軸箱(3)內(nèi)設置有精密主軸單元1(33)和帶動左氣動卡盤(31)轉(zhuǎn)動的精密齒輪傳動系統(tǒng)(34)，所述精密齒輪傳動系統(tǒng)(34)由伺服電機1(35)驅(qū)動;所述右主軸箱(4)上安裝有前置式的右氣動卡盤(41)，所述右主軸箱(4)內(nèi)設置有精密主軸單元Π (43);所述左氣動卡盤(31)和右氣動卡盤(41)分別配置有用于增大卡爪夾緊力的氣動增壓栗。2.根據(jù)權利要求1所述的用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，其特征在于:所述左主軸箱(3)用于裝夾工件部分的有效長度為370mm-375mm，所述右主軸箱(4)用于裝夾工件部分的有效長度為350mm-355mm;所述左氣動卡盤(31)和右氣動卡盤(41)的規(guī)格參數(shù)相同，其直徑均為295-300111111、厚度均為178-182111111、過孔均為0 45-0 52111111、卡爪直徑行程均為13.8-14.4mm03.根據(jù)權利要求1所述的用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，其特征在于:所述精密齒輪傳動系統(tǒng)(34)與伺服電機1(35)之間通過I級同步帶(36)傳動。4.根據(jù)權利要求1所述的用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，其特征在于:還包括用于驅(qū)動左主軸箱(3)的伺服電機Π (32)、用于驅(qū)動右主軸箱(4)的伺服電機ΠΚ42)、分別用于驅(qū)動左液壓刀架(5)縱向移動的伺服電機IV(51)和橫向移動的伺服電機V(52)以及分別用于驅(qū)動右液壓刀架(6)縱向移動的伺服電機VK61)和橫向移動的伺服電機W(62)。5.根據(jù)權利要求1所述的用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，其特征在于:所述直線導軌(2)與左主軸箱(3)及右主軸箱(4)之間分別設置有用于鎖緊的液壓鎖緊塊。6.根據(jù)權利要求1所述的用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，其特征在于:所述左液壓刀架(5)和右液壓刀架(6)上均安裝有端面刀、外圓刀、圓弧刀、勾肩刀和中心鉆。7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的用于扭桿雙頭加工的數(shù)控車床，其特征在于:還包括用于自動裝卸工件的U型機械手(7)，所述機械手(7)包括卸下成品的夾爪1(71)和裝夾毛坯的夾爪Π (72)，所述夾爪1(71)和夾爪Π (72)在工件軸向上的寬度均為70-75mm，所述夾爪I(71)與夾爪Π (72)之間的夾持中心距為240-250mm，所述夾爪1(71)的長度比夾爪Π (72)短90-100mm；，所述左主軸箱(3)與右主軸箱(4)之間的最短距離為85mm。8.利用如權利要求7所述的數(shù)控車床加工扭桿的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)卸料和上料:機械手(7)動作，夾爪Π(72)夾住一個扭桿毛坯的中部，機械手(7)自動運行到加工工位，夾爪I (71)夾住該加工工位上已加工完的扭桿成品的中部；左氣動卡盤(31)和右氣動卡盤(41)松開扭桿成品，之后左主軸箱(3)和右主軸箱(4)快速向兩側(cè)移動，機械手(7)快移，使扭桿成品移出安裝工位同時夾爪Π (72)將扭桿毛坯移到安裝工位;左主軸箱(3)和右主軸箱(4)快速向中間移動，左氣動卡盤(31)和右氣動卡盤(41)夾緊扭桿毛坯，夾爪Π (72)松開;機械手(7)自動運行移出加工工位，將夾在夾爪1(71)上的扭桿成品放置到指定位置； 2)車端面:伺服電機1(35)啟動，扭桿毛坯開始旋轉(zhuǎn)，之后左液壓刀架(5)和右液壓刀架(6)上均為端面刀并分別快移至扭桿毛坯兩頭的端面工位，依次進行粗車端面、倒角、精車端面； 3)車外圓:精車端面完成后，退刀，左液壓刀架(5)和右液壓刀架(6)上均換為外圓刀并分別快移至扭桿毛坯兩頭的外圓工位，依次進行粗車外圓、倒角、精車外圓； 4)車圓弧:精車外圓完成后，退刀，左液壓刀架(5)和右液壓刀架(6)上均換為圓弧刀并分別快移至扭桿毛坯兩頭的圓弧起點工位，自內(nèi)向外車圓?。? 5)鉤肩:車圓弧完成后，退刀，左液壓刀架(5)和右液壓刀架(6)上均換為鉤肩刀并分別快移至扭桿毛坯兩頭的鉤肩工位，進行走刀鉤肩、清理纏肩； 6)鉆中心孔:鉤肩完成后，退刀，左液壓刀架(5)和右液壓刀架(6)上均換為中心鉆并分別快移至扭桿毛坯兩頭的中心孔工位，在扭桿兩頭的端面上分別鉆中心孔； 7 )鉆完中心孔后，退刀，然后停車或繼續(xù)執(zhí)行步驟I)。9.根據(jù)權利要求8所述的加工扭桿的方法，其特征在于:所述步驟2)中加工時恒線速最高為2000r/min、進給量為60mm/min;所述步驟3)中，粗車外圓時轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.3mm/r，精車外圓時轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為0.2mm/r ；所述步驟6 )中，轉(zhuǎn)速為2000r/min、進給量為 0.07mm/r。
【文檔編號】B23B15/00GK105880638SQ201610421698
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】李樂, 武利坡, 劉來章, 趙吉明, 董祥兵, 鄭翠翠
【申請人】德州德隆(集團)機床有限責任公司