掛車車軸（zhóu）加工的全新工（gōng）藝及機床的研究-數控機（jī）床市場網

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掛車車軸加工的全新工藝及機床的研究

2021-5-18 來源：寧夏長興精密機械有限（xiàn）責任公司作者：施文秀

摘要：汽（qì）車掛車軸（zhóu）專門化數（shù）控車床用於掛車軸的車削加工，掛車軸軸身部分為方形或圓形，車（chē）軸（zhóu）全長1.8~2.8 m。車軸需根據毛坯尺寸不同加工成長度不同的成品車軸（zhóu）。本文提出的掛車車軸加工全（quán）新藝為：在一台機床（chuáng）上，一次上下料即可自動完成車軸（zhóu）兩端的全部車削加工。

關鍵（jiàn）詞：掛車車（chē）軸；加工工藝；基（jī）準轉換；多連杆測量（liàng）

汽車掛車軸是汽車車輛的重要零（líng）部件，主要用於半掛載貨車的長途運輸。隨著（zhe）公路網絡（luò）的建（jiàn）設及物流運輸的快速發展，該零部件市場有很大的需求。目（mù）前全國生產該產品的（de）主要廠家有近百家（jiā），年（nián）產銷量180餘萬件。大部分廠家（jiā）製造該產品的工（gōng）藝（yì）及設備都比較落後，車軸兩端的加工均采用（yòng）分散工藝，一個（gè）車軸（zhóu）的軸端加工約需5~8序（xù）完成，存（cún）在生產效率低、製造精度低、人（rén）工成本高、生產流程長及難以實（shí）現自動（dòng）化等問題。

通過對現行掛車軸（zhóu）加工工藝的分析研究，充分了解（jiě）用戶不同車軸製造工藝、不同技（jì）術要（yào）求，本文提出的（de）加工工藝采用高度集成的加工工（gōng）藝，可（kě）實（shí）現一次裝夾，完成車軸兩端內孔、外圓以及端麵（miàn）的所有車削（xuē）加（jiā）工工序內容。為達到本加工（gōng）工藝要求（qiú），機床通過總（zǒng）體方案設計、裝（zhuāng）夾（jiá）基準自動轉換、自動輸送料裝（zhuāng）置、自動化控製（zhì）技術等關（guān）鍵技術的研究，以及自（zì）動檢測裝置、高精度尾架（jià）、主軸托料裝置（zhì）、送料裝置等關鍵部件的研發，最終（zhōng）設計形成了本文論述的掛車軸加工用的雙端麵專門化數控車床。現就掛車（chē）軸的加工工藝和本文論（lùn）述的雙端麵專門化數（shù）控車（chē）床的大體結構進行介紹。

1、車軸生產工藝分析及新型生產工藝推薦

為詳細了解車軸加工工藝，先介紹掛車車軸的結構及要求，汽車掛車軸有很多種，按形狀（zhuàng）不同，分為實心方型車（chē）軸,空心方管車軸（zhóu）、空（kōng）心圓管車軸，其中空心方管車軸（zhóu）按形狀和尺寸不（bú）同又分為美式車軸和德式車軸。其大體結構見（jiàn）圖1：掛（guà）車車軸結構示意圖。掛車軸要求除外圓內孔的通用車削（xuē）加工要求外，要求後（hòu）軸承位、油封位、過渡圓弧麵以及底板位壁厚均勻且不得（dé）小於要求最小值，所以（yǐ）為保證壁厚均勻，在加工車（chē）軸前，應先對檢測軸肩進行軸向位置測量，以測量軸肩位置為加工工（gōng）件的軸向基準，以最小加工餘量完成車軸（zhóu）外圓、內孔和端麵的加工（gōng）。掛（guà）車車軸兩端車加工的形位公差、尺寸公差等精度要求均較高，本文不做過多贅（zhuì）述。

圖1 掛車車軸結構示意（yì）圖

圖2

1.1 整體車軸傳統生產工藝

工序1：毛胚軋製成型。

工序2：毛胚（pēi）調質。

工序3：雙頭（tóu）鏜床/銑專（zhuān）機：加工兩端端麵、內孔（kǒng）/中心孔。為保證加工零件壁厚（hòu）均勻的要求，此序加工工藝（yì）基準為軸承位（wèi），軸向檢測油封位檢測軸肩。

工序4~5：采用單刀架通用數控車床：掉頭加工（gōng）兩端軸徑各部位。此序加工工藝（yì）基準為前序加工的內孔及錐麵，軸向檢（jiǎn）測端麵位置。少部（bù）分用戶用雙刀架數控車床：一端由主軸夾具內撐，另（lìng）一端尾架頂緊（jǐn），加工兩端軸徑各部位。采用此設備比（bǐ）單（dān）刀架數控車床效（xiào）率高，但加工一些特定車軸（zhóu），存在由於內孔較小，內撐夾具傳遞扭（niǔ）矩不夠，不能大扭（niǔ）矩車削等加工質量問題。

工序6：銑鍵槽、鑽徑向孔。

工序7：熱處理：軸徑淬火、校直；也有用戶軸徑（jìng）不淬火。

工序8：磨兩端外圓軸（zhóu）承位，也（yě）有客戶軸徑不淬火，而選用（yòng）毫克能的。

工序9：焊接製動底（dǐ）板等附（fù）件。

工序10：加工製動（dòng）底板（bǎn）端麵孔，或者外側端麵（碟刹車軸）。

工序11：焊接叉（chā）架、校直。

工序12：噴（pēn）塗、檢驗，然後轉車軸總成（chéng）裝配。

按照此傳統工藝進行車削加工，從工序3~工序5，工序3序完成車加工工序，掛車軸零件外形不規則，長度1.8m~2.8m，單件重約150Kg，采用傳統工藝多次上下料，增加製造（zào）過程（chéng）的輔（fǔ）助時間，生產效率（lǜ）低，人工上下料不易操作，工人（rén）勞動

強度大。並且存在發生特定車軸內孔小，撐內孔尾架頂緊工件時（shí），夾緊力不足，發（fā）生加工效率低下或夾持不（bú）牢造成廢品等質量問題的可能性。

1.2 整體車軸全新（xīn）生產工藝

為改善和解決上述傳統生產工藝（yì）所存在的問題，提出本文論述的全新生產工藝及車加工設備。

新工藝將傳統生產工藝中工序3~工序5結合在（zài）一台機床上（shàng）進行加工，其餘傳（chuán）統加工工藝不做（zuò）大幅變動。因工序3加工工（gōng）藝基準為後軸承（chéng）位，工序（xù）4~工序5加工工藝基準為工序3加工的內（nèi）孔及錐麵。如將工（gōng）序3~工序5結合在一台機床上完

成，加工（gōng）過程中，機床需具備工藝基準轉換的能力。為此結合中間驅動雙端麵（miàn）數控車床（chuáng）的結構（gòu），提（tí）出開發本文論述的掛車軸加工用雙端麵專門化數控車床。

2 、掛車軸加工用雙端麵專門化數控車床方案及結構

通過對掛車車軸加工工藝的分析，以及上述全新（xīn）工藝的解析，結合（hé）用戶全自動上下料要求和雙端麵數控車床的結構特點，應用模塊化設計思路，完（wán）成了掛車軸加工用雙端麵專門化數控車床的總體方案設（shè）計：機床采用45°斜床身布局，剛性好，排（pái）屑方便。機床采用雙通道控製係統，左右刀架安裝在上導軌，可（kě）同時或分（fèn）別與主軸聯動，完成（chéng）零件兩端的同時或順序加工。由一台機床完成軸端的全部加（jiā）工，主、副（fù）主軸箱（xiāng）夾具夾持軸端（duān）軸（zhóu）承位，雙端同時加（jiā）工端麵、內孔和錐麵，然後夾（jiá）持基（jī）準（zhǔn）自動（dòng）轉（zhuǎn）換，轉為由左右尾架頂持工件兩端錐麵，主軸箱浮動夾具夾持軸體並傳遞（dì）扭矩，加工（gōng）軸（zhóu）端外圓各部位（wèi）。按照工藝要求（qiú），機床總體布局方（fāng）案見圖3。

圖3 機床（chuáng）總體布局方案

附圖中所（suǒ）示序號代表的名稱：

機床為了加工工（gōng）件（jiàn）的高精度和高（gāo）效率，配置（zhì）了自動上下料裝置，上（shàng）下料裝（zhuāng）置通過懸伸臂將工件（jiàn）送入機床，至主主軸箱左端，為（wéi）配合上下料，機床主軸箱內孔設有滾動托料裝置，輸送料道的懸（xuán）臂上帶有動力裝置。上料時，工件向（xiàng）前移動，右端刀架對工件進行粗定位（wèi），當（dāng）工件進入加工位置後，主軸箱夾持工件，懸臂收回；由左右兩套軸向檢測裝置（zhì），檢測並反饋工件測量（liàng）軸肩的位置，對（duì）機床程序進行自（zì）動修正，從而實現零件的精確軸向（xiàng）定位，完（wán）成工件（jiàn）第一工步的加工。第一（yī）工步加（jiā）工完成後，左尾架升（shēng）起，主主軸箱卡爪（zhǎo）鬆開，副主軸箱（xiāng）拖動工件至左尾（wěi）架頂尖定位，副主軸箱（xiāng）卡爪（zhǎo）鬆開並繼續（xù）向左移動，至右尾架頂緊（jǐn）範圍，右尾架與左尾架共同頂緊工件，實現工件（jiàn）定心，主主（zhǔ）軸箱（xiāng）右端卡爪浮（fú）動夾持工件，帶動工件旋轉，完成工件（jiàn）第二工步的加工。第二工步加工完成後，主軸卡爪鬆開（kāi），兩尾架鬆開，左尾架下降，輸送料道的懸臂（bì）伸入機床，將工件拖出機床。機床完成單次加工循環。

3、新型工藝的優點（diǎn）和特點

（1）工序集中，減（jiǎn）少了工件裝夾次數，減少了輔助加工時間，采用兩端同時加工（gōng）工藝，生產效率顯著提高。

（2）一次上料，兩端同時加（jiā）工，提高了車軸的（de）加工精度和同（tóng）軸度。

（3）縮短（duǎn）生產工藝流程，減少生產現場零件（jiàn）周轉，提高場（chǎng）地作業麵積使用效率，有利於提高生產（chǎn）的組織管理（lǐ）。

（4）由於采用（yòng）了高效加工設（shè）備，本機床在研發之（zhī）初就已經考慮了配備上下料裝置及儲料裝（zhuāng）置，這樣很容易就可以實（shí）現全自動化生產，以降低人工製造成本。

（5）工件在中間位置夾緊，裝（zhuāng）夾可（kě）靠，傳遞機床切（qiē）削時所需的扭矩（jǔ）足夠，尤其是對端麵（miàn）內孔較小的車軸，或者實體車（chē）軸而言，相（xiàng）比端麵驅動方式，可以進（jìn）行大餘量車削，機床剛性強、加（jiā）工精（jīng）度高。

（6）機床（chuáng）可帶（dài）自動檢測裝置，尤其是對空心車（chē）軸，可以確保加工後的車軸壁厚均勻。

（7）如果車軸兩端的鍵槽和（hé）徑向（xiàng）孔需要加工，則本（běn）機床（chuáng）也可配置動力刀架，將後序的鍵槽和徑向孔一起加工完成。

4、攻克的掛車軸加工用雙端麵專門化數控車床（chuáng）技術難題

（1）開發了滿足各種掛車軸全新加工工藝（yì）的需求（qiú），可實現轉換基準、軸肩測量、自動上（shàng）下料等功能的中間驅動車床的機床布局（jú）方案。

（2）研製成功了高性能主軸箱。雙端麵數控車床的（de）核心關鍵技術（shù）在於中間驅動、夾持零件實現雙端車削（xuē）的主軸箱，主軸箱的性能、水平決定了整機的性（xìng）能、水平。其結構是將主軸係統、夾具、夾緊油缸、配油（yóu）係統、驅動裝置一體化設計（jì）。滿足掛車車軸加工工藝要求。

（3）多連杆擺臂測量裝置，可實現車軸加工時毛坯的軸肩測量，由於測量點位（wèi）於主軸箱孔（kǒng）內部，測（cè）量裝置需從卡爪中間（jiān）較小（xiǎo）空間內進入測量，檢測裝置采用（yòng）多連杆機構從而完美解（jiě）決（jué）這一難（nán）題。

（4）機床左端上下料輔機，輔機可將工（gōng）件從機（jī）床左側將工件滾動送入主軸箱，等加（jiā）工完（wán）成後，可將工件從機床內拖（tuō）出，輔機可根據用戶需（xū）求，進一步擴（kuò）展（zhǎn）與自（zì）動線連接，實現自動線全自動（dòng）生產。

（5）為配合上（shàng）下料動作，主軸箱內孔設計了（le）專門的滾動托（tuō）料架，以降（jiàng）低車軸（zhóu）在上下料過程中（zhōng）的摩擦阻力。方便上下料。

（6）機床左側尾架設（shè）計了高精度上下移動的（de）結構，滿足上下（xià）料動作的同時，實現了大切削（xuē）力時尾架所（suǒ）需（xū）的較高剛性。

（7）機床設計有三套大行程徑（jìng）向油（yóu）缸（gāng）卡盤，分別可實現自定心夾持工件和浮動夾（jiá）持工（gōng）件的功能，從（cóng）最大限度上滿足掛（guà）車軸全新加工工藝的需求，其最大卡爪行程單邊可達65mm。

5、掛車車軸（zhóu）加工全新工藝實現的意義（yì）

汽車掛車軸在長途公路運輸中（zhōng）占據著重要的地位。提高其加工質量和加工效率其（qí）意義不（bú）言而（ér）喻；整體式（shì）車（chē）軸在車軸行業已經普遍應用，但是由於國內大部分掛車軸生產企業所用設備普遍落後（hòu），效率（lǜ）低（dī），質量差。隨（suí）著公路交通運輸車輛市場（chǎng）需求的穩步增長及（jí）車軸製造行業麵（miàn）臨設備急需更新換（huàn）代的現（xiàn）狀，采用高集成（chéng）化、高複合化、高效率、高自動化、智能（néng）化是現代製（zhì）造技術的發展方向，也是車軸製造行業眾多用戶（hù）的（de）迫切需求。

新工藝（yì）的實施將為該行（háng）業提供效率高、精度高、自動化程度高、製造成本低的先（xiān）進製造設備，對促進公路運輸的發展及國家經（jīng）濟建設具有重要意義。

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