智能車床在球籠類汽車零配件加工中的應用
2019-6-26 來源：轉載 作者：
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。
圖1 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（WMEM）》雜志2019年第3期 作者：劉洪強 沈陽優尼斯智能裝備有限公司）
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