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重（chóng）要部件，其（qí）作用是將發動機的（de）動力從變速器傳遞到驅動輪（lún），驅動車（chē）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（qiú）籠式傳動軸由如圖1所示的一（yī）套外球籠、一套中間軸、一套內球籠及其他（tā）零件組成。由於球籠傳遞繁重的驅動（dòng）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、熱處理等一係列加工後，裝配成球籠總（zǒng）成供（gòng）給汽車主（zhǔ）機廠。
圖1 球籠總成外觀圖
我（wǒ）國的球籠類（lèi）汽車零配件生產起步於上世紀90年代，隨著我國乘用車產銷量（liàng）需求高速增長，自2010年以來，每年的產銷量一直保（bǎo）持著2000萬輛左右，加之國內外球（qiú）籠售後市場的需求，目前國內球籠（lóng）市場每年的產（chǎn）銷量約為6000萬套左右。巨大的市場（chǎng）需求，使國（guó）內（nèi）產生了如上海納鐵福、杭州（zhōu）萬向、耐世特淩（líng）雲等諸多球籠總成廠。這些（xiē）公（gōng）司將零部件加工工序外包至外協廠家，並為其提供加工標（biāo）準，本公（gōng）司（sī）做後續（xù）的總成（chéng）裝配和質量（liàng）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（měi）年需求的數控車床數量為12000台左右。
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（guī）格為φ50-150mm，長度規格為100-500mm以內，搓齒位外（wài）圓精度（dù）控製在0.02mm以內，跳（tiào）動保證（zhèng）在0.05mm以（yǐ）內，廢品率控製在千分之二以內。
圖2 內球籠外觀圖 圖3 外球籠外觀圖（tú）
中間軸如圖4所示，直徑規格為φ15-40mm，長度規（guī）格為200-700mm以內，兩端軸承位外圓（yuán）精度控製在0.05mm以（yǐ）內，軸中位（wèi）置不（bú）振刀。
圖4 中（zhōng）間軸外觀圖
2. 車序（xù）加工難點（diǎn）
隨（suí）著行（háng）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（chuáng）開（kāi）機就加工（gōng），減少機床（chuáng）等待（dài）時間和提升車削效（xiào）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（zhì）在車削（xuē）過程中不（bú）振刀，並保證（zhèng）0.1mm以內的跳動，極大地考驗了數（shù）控車床的剛（gāng）性。這需要數控車床本身具備（bèi）很高的穩定性、剛性和效率，也需要車床的X軸及尾台具有球籠行業所需的特殊結構、裝配工（gōng）藝及控製係統。
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（zǎi）高剛性的床鞍滑板（bǎn）及（jí）主軸平台，使機床的動態剛性和靜態（tài）剛性都達到了較高水平（píng）。實（shí）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製在0.02mm以內，軸（zhóu）中位置不振刀且跳動保證在0.05mm以內（nèi）。
圖5 i5T5.2外觀圖
i5T5.2在每天機床開（kāi）啟時無需熱機，直（zhí）接加工，前100件的外圓精度可（kě）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，每台i5T5.2就將為客戶每天增加8件（jiàn）球籠零（líng）件的（de）產量。為（wéi）滿（mǎn）足行業客戶對（duì）效率（lǜ）和穩定性的需求，i5T5.2智能車床將尾台結構設計為伺服驅動，主要具備以下優勢：
1. 高精度
通過尾台（tái）伺（sì）服軸對扭矩環和位置環的精（jīng）確控製，可（kě）使尾台的頂緊力及（jí）啟（qǐ）停位置得（dé）到精確調節。首先，尾台頂緊力對於（yú）球籠類（lèi）零件加工影響非常（cháng）大，伺服尾台可實（shí）現最小0.01N·m的頂（dǐng）緊力調節。其次，可智能檢測工件長度，當工件長度（dù）超出/短於設定範（fàn）圍時（shí）則不予加工；可智能檢測（cè）頂緊（jǐn）位置，如裝卡錯誤，不予加工。通過檢測毛坯（pī）鍛造和加工狀態的可執行情況，全方位提高良品率。
2. 高效（xiào）率
智能尾台（tái）因伺服軸控製，可為機床提供最（zuì）高30m/min的頂緊速度，通過係統智能尾（wěi）台（tái）界麵的頂緊距離設置，尾台在即將接觸工件前由高速進給減緩（huǎn）為與工件柔性接觸，這樣使得加（jiā）工效率得到提（tí）升的同時，既保護了零件，又延長了（le）聯動部件諸（zhū）如主軸的壽命。
因為得（dé）益於位置環的精確控製，使得（dé）搭載伺服尾台的i5T5.2智能車床對比其餘配置液壓尾（wěi）台的數控車床，在自動線換產時可提升（shēng）60倍的效率。
四、關鍵技術應（yīng）用情況
針對外球籠（lóng）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台，已經在行（háng）業中（zhōng）批量使用。通過人（rén）工方式將（jiāng）毛坯狀態的外球籠放置在托料架（jià）上，啟動智（zhì）能尾台頂緊小端麵中心孔（kǒng），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（jí）夾持不需要人工操作，實（shí）現半自動加工（gōng），大量減少輔助時間。同（tóng）時，利用智能尾台的定位檢測（cè）功能，可自動檢測是否（fǒu）有（yǒu）不（bú）良毛坯及未頂（dǐng）到（dào）中心孔的情況發生，在提（tí）升效率的同時（shí）保證加工成功。
五、成果（guǒ）應用及推廣情況（kuàng）
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（gāo），對數控車床的精度穩定（dìng）性要求也越來越高。因為國內機床廠家（jiā）對球籠行業關注度不足，使得該行（háng）業所使用的數控車床基本被國外品牌（pái）壟斷。配置了滿足球籠行業需求的主機結構、數控係統、夾具模塊、智（zhì）能尾台的i5T5.2車床，在一定程度上緩解了對國外機床的依賴。
目前，在（zài）球籠行業（yè）各大傳（chuán）動軸總成（chéng）公司做車序（xù）配套的廠家幾乎均能找到i5T5智能車（chē）床的身影。通（tōng）過對相關課題的研究，推動了我國車床設備（bèi）對轉動軸零件（jiàn）加工工藝方麵的進步，為專注於相關領域的數控（kòng）車床提供了設計方（fāng）向。
（來源：《世界製造技術與（yǔ）裝備市場（chǎng）（WMEM）》雜誌2019年第3期 作者：劉洪強 沈陽優尼斯智能裝（zhuāng）備有限公司）
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