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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（lóng）也稱等速萬向節，是乘用車傳動軸係統中的（de）重（chóng）要部件，其作用是將發（fā）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（cháng）前置發動機（jī）乘用車有兩套球籠（lóng）總成，而一套球籠式傳動軸由如（rú）圖1所示的一套外球籠（lóng）、一套中間軸（zhóu）、一套內（nèi）球籠及其（qí）他零件組成。由於（yú）球籠傳遞繁重的驅動力（lì）矩，負荷重，傳動精（jīng）度高，需求量大又是安全件，因此主（zhǔ）要零件均采用精鍛件，通過（guò）車削、磨削、搓齒、熱處理等一係列加工後，裝配成球籠總成供給汽車主機廠。

圖1 球籠總成（chéng）外觀圖

我國的（de）球籠類汽車零（líng）配件生產（chǎn）起步於上世紀90年代，隨著我國乘用車產銷量（liàng）需求高（gāo）速增長，自2010年（nián）以來，每年的產銷（xiāo）量一直保（bǎo）持著2000萬輛左右，加之國內（nèi）外球籠售後市場的需求，目前國（guó）內球籠市場（chǎng）每年的產銷量約為（wéi）6000萬套左右。巨大的市場需求，使國內產生了如（rú）上海納鐵福、杭州萬向、耐（nài）世特淩（líng）雲等諸（zhū）多球籠總成廠。這些公司（sī）將（jiāng）零部件加工工序外包至外協廠家，並為其提供加工標準，本公司做後續的總（zǒng）成裝配和質量把控。外包加工的工序主要為內外球籠及中（zhōng）間軸的車序加工。行業市場每年需（xū）求的（de）數控車床數（shù）量為12000台左右。

二、加工分析

1. 車序加工需求

球籠類（lèi）零件（jiàn）的車序加工需求為高效率、高（gāo）穩定性。

內外球籠如圖2、圖3所示（shì），直徑規格為φ50-150mm，長度規格（gé）為100-500mm以內，搓齒位外圓精度控（kòng）製在0.02mm以內，跳動（dòng）保（bǎo）證在0.05mm以內，廢品率控製在千分之（zhī）二以內。

圖2 內球籠外觀圖圖3 外球籠（lóng）外觀圖

中間軸如圖4所示，直徑規格為φ15-40mm，長度規（guī）格為200-700mm以（yǐ）內，兩端軸承位外圓精度控製（zhì）在0.05mm以內，軸中位置不振（zhèn）刀。

圖4 中間軸外觀圖（tú）

2. 車序加工難點

隨（suí）著行業客戶對加工效率和機床性能穩定性需求不（bú）斷提高，加（jiā）上國內機加（jiā）工行業的實（shí）際情況，車床開機就（jiù）加工，減少機（jī）床等待時間和提（tí）升車削效率成為越來越多客（kè）戶的優先選擇（zé）。而中（zhōng）間（jiān）軸的長徑比一般要達到1:20以上，如（rú）何保證軸中位置在車削過（guò）程中不振刀，並保證0.1mm以內的跳動，極大地考驗了數控（kòng）車床（chuáng）的剛性。這需要數控車床本身具備很高的（de）穩定性、剛性和效率（lǜ），也需要車床的X軸及（jí）尾台具有球籠行業（yè）所需的特殊結構、裝配工藝及控製係統。

三、i5T5性能介紹（shào）

i5T5.2智能車床（如圖5所示），采用45°整體斜床身（shēn）設計結構，通（tōng）過搭載高（gāo）剛性的床鞍滑板及主軸平台，使機床的動態剛性和靜態（tài）剛性（xìng）都（dōu）達到了較（jiào）高水平（píng）。實現對1:25球籠中間軸的車削突破（pò），使兩端軸承位外圓精度控製在0.02mm以內，軸中位置不振刀且跳動（dòng）保證在0.05mm以（yǐ）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（wài）圓精度可保證（zhèng）在0.015mm以內。對比其他同類車（chē）床，單就開機即加工這個環節，每台i5T5.2就將為客戶每天增加（jiā）8件球籠零件的產量。為滿（mǎn）足行業客戶對效率和穩定（dìng）性的需求，i5T5.2智能（néng）車床將尾台結構設計為伺服驅動，主要具備以（yǐ）下優勢：

1. 高精度

通過尾台伺服（fú）軸對扭矩環和位置環的精確控製，可使尾台的頂（dǐng）緊力及啟停（tíng）位置得到精確調節。首先，尾（wěi）台頂緊力對於球籠類零件加工影響非（fēi）常大，伺服尾台可實現最小0.01N·m的頂緊力調節。其次，可智能檢（jiǎn）測工件長度，當工件長度超出/短於（yú）設定範圍時則不予加工；可智能檢測頂緊位置（zhì），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（zhí）行情況，全方位提高良品率。

2. 高效率

智能尾台因伺服軸控製，可為機床（chuáng）提供最高30m/min的頂緊速度，通過係統智能尾台界麵的頂緊距離設置，尾台在即將接觸工件（jiàn）前由（yóu）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（jì）保護了零件，又（yòu）延長了聯動部件諸如主（zhǔ）軸的壽命。

因（yīn）為（wéi）得益（yì）於位置（zhì）環的精確（què）控製，使得搭（dā）載伺服尾台的i5T5.2智能車床對比其餘配置液壓尾台的數控車（chē）床，在自動線換產時可提升60倍的效率（lǜ）。

四、關鍵技術（shù）應（yīng）用情況

針對外球籠高效率（lǜ）、高精度（dù）的加工（gōng）需（xū）求，目前（qián）i5T5.2在外球籠加工中配（pèi）置的專用工裝搭配托料架及伺服（fú）尾台，已經在行業中批量使用。通過人工方式將毛坯狀（zhuàng）態的外球籠（lóng）放置在（zài）托（tuō）料架上，啟動（dòng）智能尾台頂緊小端麵中心孔，一序將外圓全部車削完成。這樣，人工隻介入到放料工步，頂緊及夾持不需要人工操作，實現半自動加（jiā）工（gōng），大量減少輔助時間。同時，利用智能（néng）尾台的（de）定位檢測功（gōng）能，可自動檢測是否（fǒu）有不良毛坯及未頂到中心孔的情況發（fā）生，在提升效率的同時保證加工成功。

五、成（chéng）果（guǒ）應用及推廣情況

隨著國內對球籠零件及總成加工、裝配（pèi）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（de）精度穩（wěn）定性（xìng）要求也越來（lái）越高。因為（wéi）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（shù）控（kòng）車床基本被國外品（pǐn）牌壟斷。配置（zhì）了滿足球籠行業需求的主機結構、數（shù）控（kòng）係統（tǒng）、夾具模塊、智能尾台（tái）的i5T5.2車床，在一定程度上緩解了對國（guó）外機床的依（yī）賴。

目（mù）前，在球籠行（háng）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（chuáng）的（de）身影。通過對相關（guān）課題的（de）研究，推動了我國（guó）車床設備對轉動軸零件（jiàn）加（jiā）工工藝方麵的進步，為（wéi）專注於相（xiàng）關領域的數控車床提供了設計方向。

（來源：《世界製造技（jì）術與裝備市場（WMEM）》雜誌2019年（nián）第3期作者：劉洪強沈陽優尼斯智能裝備有限公司（sī））

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