汽车转向节专业立式数控车床设计简介

郭吉峰

摘 要：机加工行业是现代工业的基础，人类的任何发明设计都必须经过加工才能成为现实，自工业革命将蒸汽机引入进加工制造中去，人们的加工从早期的普通车床、铣床等发展到现在的数控机床，数控机床通过数字化来控制整个机床的运动，相较于早期的靠人来进行加工的时代，进步了一大截，但是在加工某些大批次的部件时，需要采用专用的数控车床来进行加工，从而提高效率。文章将就数控车床在加工汽车转向节杆部及法兰端面方面使用普通数控车床和专用的数控立式车床进行比较，阐述优缺点，并对相应的加工工艺进行介绍。

关键词：数控车床；工作循环；设计

前言

数控设备在加工方面相较于原来的普通设备有着巨大的优势，汽车转向节是汽车上应力最集中、形状最复杂的零件之一，需要具有良好的机械性能，其加工质量的好坏将直接影响到汽车的性能，近些年来，我国经济发展迅速，对于汽车的需求量猛增，而汽车转向节作为汽车的重要部件，在加工质量和加工效率方面都有着很高的要求，传统的加工方式是采用普通数控车床进行加工，然而从实践中发现，其加工效率很低，远远无法满足需求，文章将介绍一种新的加工转向节杆部的专用立式数控车床。就数控车床在加工汽车转向节杆部及法兰端面方面使用普通数控车床和专用的数控立式车床进行比较，阐述优缺点，并对相应的加工工艺进行介绍。

1 数控机床简介

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床分为数控车床、数控铣床、数控磨床等等几大种类的机床，或者是加工中心等。数控车床是在原有的普通车床的基础上发展起来的，通过加装计算机进行运算，将计算的结果通过驱动器来带动伺服电机进行传动，从而实现相应的运动，其中数控车床又是使用最为广泛的机床，其使用量占到了数控机床使用量的25%。数控车床是将机械、电气、液压、气动、微电子和信息等进行融合而得到的一项工业方面的杰作，其可以用来制作高精度、高效率等的工件，现如今，通过使用数控车床进行加工代表着一个国家机加工的水平，经过多年的发展，数控车床由原来的普通卧式车床发展到数控卧式车床、数控立式车床、车铣加工中心等多个方向，数控车床在我国的保有量要远远高于其他的数控设备，在整个数控机床中占有很高的地位，近些年来，通过发展通用的数控语言，实现了数控设备编程的通用化，不同厂家不同系统的编程语言有很高的相似的地方，从而为编程带来了方便，数控车床具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，在批量零件的制造过程中相较于原来的普通机床有着巨大的优势，数控车床通过计算机来识别输入的语言，通过计算机计算需要移动的位置，而后将这些数据输送给相应的执行机构来对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能的控制。经过多年的发展，现在已经能够像操作电脑一样方便的实现输入操作指令的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现。相较于传统的车床通过手动摇动来使刀具完成切削作业，数控车床通过驱动器驱动电机来带动滚珠丝杠来传递运动，通过电机的编码器或者是光栅尺来定位移动的距离，无需像以前一样使用卡尺来测量工件的精度。数控车床是将计算机技术、电气技术、机械、液压方面融合到一起开发出来的，系统结构复杂，完成功能众多，效率高，在完成大批量的加工中具有很大的优势，代表着机械加工领域发展的方向。

2 数控车床发展及应用现状

21世纪的数控装备将向着智能化的方向发展，主要体现在：如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，采用计算机识别图纸、输入简便、傻瓜编程、智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。智研咨询指出，目前，数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化等已经成为了数控机床发展的趋势和方向。

3 数控车床的工作循环及设计

文章介绍一种汽车万向节立式专用数控车床，立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。由于汽车万向节形状如羊角，结构复杂；毛坯为锻件，加工余量大，特别是法兰盘根部圆弧部分；工件偏重，转动惯量大；定位夹紧困难。下面将介绍机床的设计预案：根据转向节工艺特性和定位夹紧要求，该机床采用主轴偏置的立式数控车床结构，在传统立式数控车床的基础上，增设尾座顶尖部件，从而形成能够更好的加工设备。

3.1 机床的工作过程

数控车床主要由由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。

卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。加工工程中是通过主轴带动工件转动，将车刀夹装在刀架上，通过X、Z轴来带动刀架来对工件进行加工。

3.2 转向节专用立式数控车床部件设计

3.2.1 主轴箱设计

主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱传动系统的设计，以及主轴箱各部件的加工工艺直接影响机床的性能。本机床为立式结构，主轴箱就是传统意义上的床身，其作用一是安装主轴及其传动系统，二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性，结构必须合理，长期使用不变形。

3.2.2 X、Z轴进给系统设计

数控车床的Z轴为纵向轴，其主要是由纵向滑板和纵向滚珠丝杠传动副组成。由于横向X轴安装在Z上，因此Z轴需要采用重载型滚珠滚动导轨，从而能够支持住Z轴的重量，可以采用伺服电机带动滚珠丝杠使纵向滑板上下移动从而实现精确定位。机床的X轴也采用滚珠丝杠来实现传动，通过伺服电机来带动丝杠来传递运动。机床的进给系统主要是通过进给机构来改变进给量。

3.3 转向节工装夹具设计

3.3.1 顶尖部件设计

车床顶尖是车床的重要组成部分，主要有定位功能、回转功能、夹紧功能，在主轴旋转时顶尖也随着旋转，实现机床的主运动。设计此部件时需要注意可靠性。

3.3.2 转向节车具设计

转向节是异形件，非常的不平衡，其车具设计有一定难度，第一是定位采用顶尖孔，其刚性不好，需要上下顶尖定位夹紧，下顶尖固定在主轴上，上顶尖单独设计移动部件；第二是夹紧，没有规则的夹紧面，同时不同的顶尖形状各异，要使车具具有通用性，车具必须具有适应不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在设计车具时必须有可调整的配置设置；采用液压加紧卡盘来实现夹紧。

4 结束语

文章就数控车床在加工汽车转向节杆部及法兰端面方面设计的新的立式车床的设计进行了阐述。

参考文献

[1]杨仙.数控机床[M].机械工业出版社，2012.