一種加工偏心零件數(shù)控車床
2020-10-21 來源：安陽鑫盛機(jī)床股份有限公司 作者：汪玉平 李雪曉 張自軍 張強(qiáng)
摘要: 介紹了一種帶偏心結(jié)構(gòu)的雙主軸數(shù)控車床，該機(jī)床具有兩個(gè)獨(dú)立移動(dòng)主軸，通過兩主軸定位對(duì)接功能，實(shí)現(xiàn)加工工件的軸間自動(dòng)轉(zhuǎn)移，用于加工具有偏心結(jié)構(gòu)的工件，且?guī)в凶詣?dòng)下料機(jī)構(gòu)，提高了偏心結(jié)構(gòu)零件的產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，并在實(shí)際加工中得到驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞: 可移動(dòng)雙主軸; 數(shù)控車床; 偏心結(jié)構(gòu)工件
具有偏心結(jié)構(gòu)的零件在汽車、摩托車等領(lǐng)域中很常見，其中絕大多數(shù)零件可以用車床來完成加工。這類零件一般結(jié)構(gòu)和加工工藝相對(duì)比較復(fù)雜，往往需要多次裝夾，加工效率低，加工質(zhì)量和工件的一致性很難保證，這也是有偏心結(jié)構(gòu)工件加工的瓶頸。
為了解決這一問題，設(shè)計(jì)了一種雙主軸數(shù)控車床，該車床兩個(gè)主軸均可獨(dú)立移動(dòng)，兩個(gè)主軸的中心可根據(jù)加工工件的偏心量進(jìn)行調(diào)整，用于加工偏心結(jié)構(gòu)的工件，并能實(shí)現(xiàn)被加工工件主軸間的自動(dòng)轉(zhuǎn)移，能實(shí)現(xiàn)工件加工過程無人操作，即工件左面加工———左右主軸定位對(duì)接———工件轉(zhuǎn)移———工件右面加工，且?guī)в凶詣?dòng)下料機(jī)構(gòu)，在批量加工時(shí)，可大大縮減工件的加工時(shí)間和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。
1 、雙主軸部分設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)數(shù)控車床的兩個(gè)主軸左右相對(duì)，兩個(gè)主軸均可獨(dú)立移動(dòng)，通過兩個(gè)主軸的電氣定位功能，可以實(shí)現(xiàn)工件正反面對(duì)接，且兩主軸的相對(duì)偏心量可調(diào)，以適應(yīng)加工不同偏心量的工件，左右主軸的工裝夾具根據(jù)工件特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。
在滿足工藝要求的情況下，本設(shè)計(jì)采用排刀結(jié)構(gòu)，提高效率，減少故障。在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，采用兩套數(shù)控系統(tǒng)，左邊數(shù)控系統(tǒng)主要控制左邊主軸( C1 和 Z1) 和左邊刀架( X1) ，右邊數(shù)控系統(tǒng)主要控制右邊主軸( C2 和 Z2) 和右邊刀架( X2) ，兩套系統(tǒng)可通過內(nèi)置的 PLC 實(shí)現(xiàn)信息交互，數(shù)控系統(tǒng)要有主軸定位功能，主軸定位功能協(xié)同完成左右主軸的準(zhǔn)確對(duì)接等工作。
本文以一種帶有偏心結(jié)構(gòu)的摩托車泵體零件為例做具體闡述。圖 1 為一種有偏心結(jié)構(gòu)的零件，這類零件用傳統(tǒng)車床加工需要 2 道工序，兩道工序加工所用的工裝夾具不同，若要形成批量生產(chǎn)，最少需要兩個(gè)工人，兩臺(tái)車床協(xié)同工作，這種生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)序、上下料等輔助時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。
為解決這一問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了主軸移動(dòng)的雙主軸車床，兩個(gè)主軸的中心距可以調(diào)整，調(diào)整的范圍以滿足工件偏心距為要求。
如圖 2，兩道工序卡盤的主軸軸線的偏心距為工件偏心距，且兩主軸能精確定位，通過數(shù)控系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)主軸的位置控制，實(shí)現(xiàn)工件轉(zhuǎn)移，即工序 1 完成后，兩卡盤對(duì)接，左卡盤松開工件，右卡盤夾緊工件，完成工序 2，再由自動(dòng)下料裝置把工件成品輸出車床外，完成工件的加工。
如圖 3 所示的結(jié)構(gòu)與普通車床尾座調(diào)整結(jié)構(gòu)相似，不作贅述; 該結(jié)構(gòu)可使兩主軸在水平方向上有精確偏心距，加工工件更換，偏心距調(diào)整方便。可調(diào)兩個(gè)主軸偏心距結(jié)構(gòu)，加工有偏心結(jié)構(gòu)的工件是本設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。
2 、自動(dòng)下料裝置
針對(duì)汽車摩托車零件批量大的特點(diǎn)，為提高效率，我們還設(shè)計(jì)了該機(jī)床的自動(dòng)下料裝置。圖 4 為下料裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，固定板 1 固定在機(jī)床上，位于左右主軸中間，2、3、4、7、8 構(gòu)成連桿曲柄式機(jī)械手，固定在固定板上，氣缸 2 中通入的氣壓換向可使擺臂擺動(dòng)到兩個(gè)極限位置，其中一個(gè)為下料狀態(tài)( 常態(tài)) ，一個(gè)為接料狀態(tài); 5 和 6 組成一個(gè)傳送裝置，固定在機(jī)床上。
該下料機(jī)構(gòu)工作過程: 氣缸 2 中氣壓換向，擺臂 7 連帶氣動(dòng)手爪 8 擺動(dòng)到取料狀態(tài)，右主軸迎上，氣動(dòng)手爪 8 抓緊加工完畢的工件，右主軸退回，氣缸 2 氣壓換向，擺臂擺動(dòng)到下料狀態(tài)氣動(dòng)手爪 8 松開工件，工件落在輸送帶 5 上被傳送出機(jī)床。本裝置節(jié)省工件下料時(shí)間，效率提高。
3 、機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局
該機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局如圖 5，機(jī)床為左右對(duì)稱，傳送裝置位于機(jī)床右側(cè)，機(jī)床采用平床身以及與水平夾角45°刀座滑板結(jié)構(gòu)，落屑口位于床身中間前部，加工工藝性好，利于排屑和操作者觀察; 左主軸 3、右主軸 8 及其主軸電動(dòng)機(jī)等分別安裝于左主軸滑板 2、右主軸滑板 9上，左主軸滑板 2 和右主軸滑板 9 分別安裝在床身的導(dǎo)軌上，左右 Z 向伺服電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器連接滾珠絲杠帶動(dòng)左主軸滑板 2 和右主軸滑板 9，使左主軸 3、右主軸 8完成 Z1 向、Z2 向移動(dòng); 左右 45°斜床鞍固定在床身上，左刀座滑板 4 和右刀座滑板 6 安裝于左右斜床鞍的導(dǎo)軌上，通過 X 向伺服電動(dòng)機(jī)、
聯(lián)軸器、滾珠絲杠帶動(dòng)左刀座滑板 4 和右刀座滑板 6，實(shí)現(xiàn)刀座滑板 X1 向和 X2 向橫向移動(dòng); 本機(jī)床上只用正排刀，以便于滑板讓出空間使左右主軸對(duì)接。
固定床鞍、并排雙滑板及可移動(dòng)雙主軸的布置結(jié)構(gòu)是本機(jī)床又一創(chuàng)新點(diǎn)，這種布置結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間、材料，降低設(shè)備成本。
4 、主要工作流程
該機(jī)床主要工作流程是，工藝員編制數(shù)控加工程序，操作者給左主軸裝上被加工工件，啟動(dòng)機(jī)床，左滑板上刀具加工工件第一序，第一序加工完成，兩滑板讓出空間，兩個(gè)主軸定位，左右主軸移動(dòng)對(duì)接，右主軸夾緊工件，左主軸松開工件，右邊滑板上刀具加工工件第二序，第二序加工完畢后，下料裝置接下加工完畢的工件，并將其輸送出機(jī)床外。操作者給左主軸裝上下一個(gè)工件，依次循環(huán)。
5 、結(jié)語
針對(duì)帶偏心結(jié)構(gòu)的工件加工，設(shè)計(jì)了雙主軸數(shù)控車床。采用固定床鞍、并排雙滑板及可移動(dòng)雙主軸的布局結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了主軸偏心距調(diào)整結(jié)構(gòu)，可使兩主軸在水平方向上有精確偏心距，更換不同的加工工件，偏心距調(diào)整方便，該機(jī)床特別適合偏心結(jié)構(gòu)工件的加工。已為用戶提供了相關(guān)機(jī)床，用戶加工效率和精度大幅提高，使用效果良好。按用戶要求提供料倉(cāng)和上料裝置，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，滿足用戶的不同需求。
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