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【數控機床 技術】i5T5智能車床在球籠類汽車零配件加工中的應用
2019-06-26 悉恩悉機床網

  一、概述

  球籠也稱等速萬向節,是乘用車傳動軸系統中的重要部件,其作用是將發動機的動力從變速器傳遞到驅動輪,驅動車輛高速行駛。通常前置發動機乘用車有兩套球籠總成,而一套球籠式傳動軸由如圖1所示的一套外球籠、一套中間軸、一套內球籠及其他零件組成。由于球籠傳遞繁重的驅動力矩,負荷重,傳動精度高,需求量大又是安全件,因此主要零件均采用精鍛件,通過車削、磨削、搓齒、熱處理等一系列加工后,裝配成球籠總成供給汽車主機廠。


 球籠總成外觀圖


  我國的球籠類汽車零配件生產起步于上世紀90年代,隨著我國乘用車產銷量需求高速增長,自2010年以來,每年的產銷量一直保持著2000萬輛左右,加之國內外球籠售后市場的需求,目前國內球籠市場每年的產銷量約為6000萬套左右。巨大的市場需求,使國內產生了如上海納鐵福、杭州萬向、耐世特凌云等諸多球籠總成廠。這些公司將零部件加工工序外包至外協廠家,并為其提供加工標準,本公司做后續的總成裝配和質量把控。外包加工的工序主要為內外球籠及中間軸的車序加工。行業市場每年需求的數控車床數量為12000臺左右。

  二、加工分析

  1.車序加工需求

  球籠類零件的車序加工需求為高效率、高穩定性。

  內外球籠如圖2、圖3所示,直徑規格為φ50-150mm,長度規格為100-500mm以內,搓齒位外圓精度控制在0.02mm以內,跳動保證在0.05mm以內,廢品率控制在千分之二以內。


圖2 內球籠外觀圖 圖3 外球籠外觀圖

  中間軸如圖4所示,直徑規格為φ15-40mm,長度規格為200-700mm以內,兩端軸承位外圓精度控制在0.05mm以內,軸中位置不振刀。



圖4 中間軸外觀圖

  2.車序加工難點

  隨著行業客戶對加工效率和機床性能穩定性需求不斷提高,加上國內機加工行業的實際情況,車床開機就加工,減少機床等待時間和提升車削效率成為越來越多客戶的優先選擇。而中間軸的長徑比一般要達到1:20以上,如何保證軸中位置在車削過程中不振刀,并保證0.1mm以內的跳動,極大地考驗了數控車床的剛性。這需要數控車床本身具備很高的穩定性、剛性和效率,也需要車床的X軸及尾臺具有球籠行業所需的特殊結構、裝配工藝及控制系統。

  三、i5T5性能介紹

  i5T5.2智能車床(如圖5所示),采用45°整體斜床身設計結構,通過搭載高剛性的床鞍滑板及主軸平臺,使機床的動態剛性和靜態剛性都達到了較高水平。實現對1:25球籠中間軸的車削突破,使兩端軸承位外圓精度控制在0.02mm以內,軸中位置不振刀且跳動保證在0.05mm以內。

圖5 i5T5.2外觀圖

  i5T5.2在每天機床開啟時無需熱機,直接加工,前100件的外圓精度可保證在0.015mm以內。對比其他同類車床,單就開機即加工這個環節,每臺i5T5.2就將為客戶每天增加8件球籠零件的產量。為滿足行業客戶對效率和穩定性的需求,i5T5.2智能車床將尾臺結構設計為伺服驅動,主要具備以下優勢:

  1.高精度

  通過尾臺伺服軸對扭矩環和位置環的精確控制,可使尾臺的頂緊力及啟停位置得到精確調節。首先,尾臺頂緊力對于球籠類零件加工影響非常大,伺服尾臺可實現最小0.01N·m的頂緊力調節。其次,可智能檢測工件長度,當工件長度超出/短于設定范圍時則不予加工;可智能檢測頂緊位置,如裝卡錯誤,不予加工。通過檢測毛坯鍛造和加工狀態的可執行情況,全方位提高良品率。

  2.高效率

  智能尾臺因伺服軸控制,可為機床提供最高30m/min的頂緊速度,通過系統智能尾臺界面的頂緊距離設置,尾臺在即將接觸工件前由高速進給減緩為與工件柔性接觸,這樣使得加工效率得到提升的同時,既保護了零件,又延長了聯動部件諸如主軸的壽命。

  因為得益于位置環的精確控制,使得搭載伺服尾臺的i5T5.2智能車床對比其余配置液壓尾臺的數控車床,在自動線換產時可提升60倍的效率。

  四、關鍵技術應用情況

  針對外球籠高效率、高精度的加工需求,目前i5T5.2在外球籠加工中配置的專用工裝搭配托料架及伺服尾臺,已經在行業中批量使用。通過人工方式將毛坯狀態的外球籠放置在托料架上,啟動智能尾臺頂緊小端面中心孔,一序將外圓全部車削完成。這樣,人工只介入到放料工步,頂緊及夾持不需要人工操作,實現半自動加工,大量減少輔助時間。同時,利用智能尾臺的定位檢測功能,可自動檢測是否有不良毛坯及未頂到中心孔的情況發生,在提升效率的同時保證加工成功。

  五、成果應用及推廣情況

  隨著國內對球籠零件及總成加工、裝配技術的日益成熟,對數控車床數量的需求自2000年以來逐年提高,對數控車床的精度穩定性要求也越來越高。因為國內機床廠家對球籠行業關注度不足,使得該行業所使用的數控車床基本被國外品牌壟斷。配置了滿足球籠行業需求的主機結構、數控系統、夾具模塊、智能尾臺的i5T5.2車床,在一定程度上緩解了對國外機床的依賴。

  目前,在球籠行業各大傳動軸總成公司做車序配套的廠家幾乎均能找到i5T5智能車床的身影。通過對相關課題的研究,推動了我國車床設備對轉動軸零件加工工藝方面的進步,為專注于相關領域的數控車床提供了設計方向。

來源:《世界制造技術與裝備市場》

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