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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

球籠也（yě）稱等速萬向節，是乘用車傳動軸係統中的（de）重要部件，其作用是將發動機的動力從變速（sù）器傳（chuán）遞到驅動輪，驅動車（chē）輛高速行駛（shǐ）。通常前置發（fā）動機乘用車有兩套球籠總成，而一套球籠式（shì）傳（chuán）動軸由如圖1所示的一套外球（qiú）籠、一套中間軸、一套內球籠及其他零件組成。由於球籠傳遞繁重的（de）驅動力矩，負荷重，傳動精（jīng）度高，需求量大（dà）又是安全件，因此主要零件均采用精（jīng）鍛件，通過車削、磨削、搓齒、熱處理等一係列加工後，裝配成球籠總成供給汽車主（zhǔ）機（jī）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於上（shàng）世紀90年代，隨著我國（guó）乘用車產（chǎn）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（liàng）左右（yòu），加之國內外球籠售後市場的（de）需求，目前國內球籠市場每（měi）年的（de）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（hǎi）納鐵福、杭州萬向（xiàng）、耐世特淩（líng）雲等諸多球籠總成廠。這（zhè）些公司將零部件加工（gōng）工序外（wài）包（bāo）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（zhì）量把控。外包加（jiā）工（gōng）的工序主要（yào）為內外球（qiú）籠及中間軸的車序加工。行業（yè）市場每年需求的數控（kòng）車床數（shù）量為12000台左（zuǒ）右。

二、加工分析

1. 車序加工需求

球籠類零（líng）件的（de）車序加（jiā）工需求為高效（xiào）率、高穩定性。

內外球籠如圖2、圖3所（suǒ）示，直徑規格（gé）為（wéi）φ50-150mm，長度規格為100-500mm以內，搓齒位外圓精度控製在0.02mm以內，跳動保證在0.05mm以內，廢品率控製在千（qiān）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（rú）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以內，軸中位（wèi）置不振刀。

圖4 中間軸外觀圖

2. 車序加（jiā）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（bú）斷提高，加上國內機加工行業的實際情（qíng）況（kuàng），車床開機就加工，減少機床（chuáng）等待時間和提升車削效率成為越來越（yuè）多客戶的優先選擇。而中間軸（zhóu）的長徑比一般要達到（dào）1:20以上，如何保證軸（zhóu）中位置在車削過（guò）程中不振刀，並保證（zhèng）0.1mm以內的跳（tiào）動，極大地考驗了數控車床的剛（gāng）性。這（zhè）需要數控車床本身（shēn）具備很高的穩定性、剛性和效率，也需要車床的X軸及尾台具（jù）有（yǒu）球籠行業所需的特殊結構、裝配工藝及控製係統。

三、i5T5性能介紹

i5T5.2智能車床（如圖5所示），采用45°整體（tǐ）斜床身設計結構，通過搭載高剛（gāng）性的（de）床鞍滑板及主軸平台，使機床的動態剛性和靜態剛性都達到了較高水（shuǐ）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（jīng）度控製在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（jī），直接加工，前100件的外圓精度可保證在0.015mm以內（nèi）。對比其他同類車床，單就開（kāi）機即加工這個環節（jiē），每台i5T5.2就將為客戶每天增加（jiā）8件球（qiú）籠零件的產量。為滿足行業客戶對效率和穩定性的需求（qiú），i5T5.2智能（néng）車床將（jiāng）尾台結構（gòu）設計為伺服驅動，主（zhǔ）要（yào）具備以下優勢：

1. 高精度

通過尾台伺（sì）服（fú）軸對扭矩（jǔ）環和（hé）位置環的（de）精（jīng）確控製，可使尾台的頂（dǐng）緊力（lì）及啟停位置得（dé）到精確調節。首先，尾台頂緊力對於球籠類零件加工影響非常大（dà），伺服尾台可實現最小0.01N·m的頂緊力調節。其次，可智能檢測（cè）工件長度，當工件長度超出（chū）/短於設定範圍時則（zé）不予加工；可智能檢測頂緊位置，如裝卡錯誤（wù），不予加工。通過檢（jiǎn）測毛坯鍛造（zào）和加工狀態的可（kě）執行情況（kuàng），全方位提高良品率。

2. 高效率

智能尾台因伺服軸控製，可為機床提供最高30m/min的頂緊速（sù）度，通過係統智能尾台界（jiè）麵的頂緊距離設置，尾台在即將接觸（chù）工件前由高速（sù）進給減緩為與工（gōng）件柔性接觸，這樣使得加工效率得到（dào）提升的同時，既保護了零件，又延長了聯動（dòng）部件（jiàn）諸如主軸的壽命。

因為得（dé）益於位置環（huán）的精確控製，使得搭載伺服（fú）尾台的i5T5.2智能車床對比其（qí）餘配置（zhì）液壓尾台的數控車（chē）床，在自動線換（huàn）產（chǎn）時可提升60倍的效率。

四、關鍵技術應（yīng）用情況

針對外球籠高（gāo）效率、高精度的加工需求，目前i5T5.2在外球籠加工中配（pèi）置的專用工裝（zhuāng）搭配托料架及伺服尾（wěi）台，已經在行業中批（pī）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（qǐ）動智能尾台頂緊小端（duān）麵中（zhōng）心孔，一序將外圓全部車削完成。這樣，人工隻介入到放料工（gōng）步，頂緊及（jí）夾持不需要人工操作，實現半（bàn）自動加工（gōng），大量減少輔助時間。同時，利用智能尾台的定位檢測功能，可自動檢測是否有不良毛坯及未頂到中心孔的情況發生（shēng），在提升效率的同時保證加工成功。

五、成果應用及推（tuī）廣情況

隨著國內（nèi）對（duì）球籠零件及總成加工（gōng）、裝配技術的日益成熟（shú），對數控車（chē）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（yuè）來越高。因為國內機床廠家對（duì）球籠行業關（guān）注度不足，使得該行業所使用的數（shù）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（shù）控（kòng）係（xì）統、夾具模（mó）塊、智能尾台的i5T5.2車床，在一定程（chéng）度上緩解了對國外機床的依賴（lài）。

目前，在球籠行業各大傳動（dòng）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（le）我國車床（chuáng）設（shè）備對轉動軸零（líng）件加工工（gōng）藝方麵的進步，為專注於（yú）相關領域的數控車床提供了設計方向（xiàng）。

（來源：《世界製造技（jì）術與裝備（bèi）市場（WMEM）》雜誌2019年第3期作者：劉（liú）洪強（qiáng）沈（shěn）陽優尼斯智能裝備有（yǒu）限公司）

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