半轴加工自动线用数控机床的设计研究

周永胜+陈大禹

摘 要：随着汽车工业的发展，对半轴的需求量逐渐增大，同时，作为重型汽车传动机构的重要组成部分，半轴的质量直接影响车辆的安全性；伴随制造技术的发展，自动加工半轴成为主要趋势，从而对加工设备有了更高的要求，自动门，托料架，自动排屑装置等成为必要的配置。

关键词：半轴；自动加工；驱动顶尖

引言

半轴工件的重量较大，工人上下料劳动强度较大，用自动生产线加工半轴可大幅减轻工人的劳动强度，同时也可避免由工人经验的不同带来的质量不稳定及人工辅助时间过多造成的节拍过长，因此自动加工半轴成为主要趋势，这也对机床提出了更高的需求：

图1为某公司批量加工的半轴工件，加工处最大盘直径为138mm，长轴段直径加工尺寸为37mm。大盘主要切削参数为，切深ap=1mm，进给f=0.4mm/r，v=5m/s

计算大盘外圆加工时主切削力大小为

加工需要的扭矩为T=Fzxr=（1299.2x0.037/2）Nm=24Nm

设计选用的主电机为CTB4015主伺服电机，额定功率为15kW，额定扭矩为143Nm经校核，符合加工需求。

针对半轴工件的特点，对机床采用45度整体斜床身的设计，较好的保证了机床的整体刚性，同时利于铁屑滑落至排屑器，机床采用滚柱直线导轨，伺服电机带动丝杠进行驱动，两轴运行速度可达30m/min，保证了加工的高效性。机床采用整体斜防护的设计方案，在加工过程中，具有良好的防水防屑效果。为使半轴进行高效自动化的加工，需要对机床进行特殊的部件设计，并增加辅助功能。

1 自动门

为配合关节机器人上下料，机床设计前开式自动门，优点为打开空间较大，方便机器人从前侧将工件运至机床内。自动门采用气动形式，当机器人将工件从料仓抓取运至机床前方时，气缸运动带动前侧拉门打开，机器人将加工完工件工件取下，将毛坯料放置在托料架上，退出机床时，气缸反向运动带动前侧拉门关闭。

2 托料架

为配合机械手上下料，机床设计辅助托料架，，如图2，当机床将已有工件加工完成时，尾台后退，夹具松开，工件自然落置于托料架上，机械手进入机床后，将加工完工件取走，并放置毛坯料在托料架上，然后尾台前进，顶紧工件，夹具夹紧，实现下一零件的加工。同时将托料架设计为在轴向及径向可调节形式，当加工不同型号的工件时，只需调节托料架上支撑架的位置，即可实现对不同工件的辅助支撑。

3 驱动顶尖

由于半轴工件长度较长，长径比较大的特点，为满足加工需求，保证加工后整体工件的形位公差，主轴端采用驱动顶尖的形式，如图2，驱动顶尖依靠中心顶尖和尾座顶尖定位工件，驅动卡爪嵌入半轴大盘面使其随机床主轴旋转，从而代替了传统卡盘，一次装夹无需掉头，即可完成盘面、端面及长轴的加工，因而加工效率大幅提高，同轴度和位置度更有保证。

4 尾台位置检测装置

机床尾台采用液压油缸驱动，油缸上安装位置检测装置，当尾台到达设定位置，顶紧工件后，机床夹具夹紧，机床主轴旋转，带动工件加工；若尾台因故障未到达设定位置，机床在未收到检测信号时，主轴不会启动，从而避免在错误位置加工，产生废品与危险。在工件加工完成，尾台后退到设定位置时，检测开关会反馈信号给机械手系统，机械手运行进行毛坯料与加工后工件的更换，避免尾台因故障未运行到指定位置，机械手更换工件时与其发生碰撞产生事故。

5 高刚性尾台

机床配置类似主轴结构的高刚性整体尾台，如图3，套筒内前侧为圆锥滚子轴承，后侧为3个角接触球轴承，配合使用保证了加工过程中顶紧力的稳定，也避免了高转速下加工过程中产生的顶尖过热问题，同时前侧采用了密封圈及迷宫结构的双重防水措施，有效的避免了切削液、切屑等对尾台内部的损伤。

6 自动料库

毛坯料通过人工的方式规则的摆放在料库中，料库可由电机带动链条将工件自动输送到机器人指定的抓取工件位置，半轴工件安放在支撑装置上，支撑装置可调节支撑距离以适应不同规格的工件。料仓的容量可根据工件的加工节拍需求设计。

半轴加工自动生产线用机床经研发及制造调试，高效、稳定为客户加工多种规格的批量产品，减轻了工作人员的劳动强度，随着智能制造的推广，会得到更广泛的应用。

参考文献

[1]卢秉恒.机械制造技术基础[M].机械工业出版社，2007.

[2]陈心昭.现代实用机床设计手册[M].机械工业出版社，2006.