掛車（chē）車軸加工的全新工藝及機床的（de）研究
2021-5-18 來源： 寧夏長興精密機械有（yǒu）限責（zé）任公司 作者：施文秀
摘要：汽車掛車軸專門化數控車床用於掛車軸的車削加工，掛車軸軸身部分為（wéi）方（fāng）形或圓形，車軸全長1.8~2.8 m。車軸需根據毛坯（pī）尺寸不同加工成（chéng）長度不同的成品車軸。本文提出的掛車車軸加工全新藝為：在一台機（jī）床上，一次上下料即可自動完成車軸（zhóu）兩端的（de）全部（bù）車（chē）削加工。
關鍵詞：掛車（chē）車軸；加工工藝；基（jī）準轉換；多連杆測量
汽車掛車軸是汽車車輛的重要零部件，主要用於半掛載貨車的長途運輸。隨著公路網絡的建設及物流運輸的快速發展，該零部件市場有很大的需求（qiú）。目前全國生產該產品的主要廠家（jiā）有（yǒu）近（jìn）百家，年產銷量180餘萬件。大部分廠家製造該產品的工藝及設備（bèi）都比較落後，車（chē）軸兩端的加工均采用分散工藝，一個車軸的軸端加（jiā）工約需5~8序完成，存在生產效率低、製造精度低、人工（gōng）成本高、生產（chǎn）流程長及難以實現自動化等問題。
通過對（duì）現行掛車軸加工工藝的分析研究，充分了解用戶不同車軸製造工藝、不同技（jì）術要求，本文提出（chū）的加工（gōng）工藝采用高度集成的加工工藝，可實現一次裝夾，完成（chéng）車軸兩端（duān）內孔、外圓（yuán）以及（jí）端麵的所有車（chē）削加工工序內容。為達到本加工工藝要求，機床通過（guò）總體方案設計（jì）、裝（zhuāng）夾基準自動轉換、自動輸送料裝（zhuāng）置、自動（dòng）化控製技術等關鍵技術的研究，以及（jí）自動檢測裝置、高精度尾架、主軸托料裝置、送料裝置等關（guān）鍵部件的研發，最終設計形成了本文論述的掛車軸加工用的雙端麵（miàn）專門化數控車床。現就掛（guà）車軸的加工工藝和本文論述的雙端麵專門化數（shù）控車床的大體結構（gòu）進行介紹。
1、 車軸生產工藝分析及新型生產工（gōng）藝推薦（jiàn）
為詳細了解車軸加工工藝，先介紹掛車車（chē）軸（zhóu）的結構及要求，汽車掛（guà）車軸有很多種，按形狀（zhuàng）不同，分為實（shí）心方型車軸（zhóu）,空心方管車軸、空心（xīn）圓管車軸，其中（zhōng）空心方管車軸按形狀和尺寸（cùn）不同又分為美式車軸和德式車軸。其大體結構見圖1：掛車車軸結構示意圖。掛車軸要求除外（wài）圓內孔的通用車削加工要求外，要求後軸（zhóu）承（chéng）位、油封位、過渡圓（yuán）弧麵以及底板（bǎn）位壁厚均勻且不得小於要求（qiú）最小值，所以為保證壁厚均勻，在加工（gōng）車軸前，應先對檢（jiǎn）測軸肩進行軸向位置（zhì）測量，以測量軸肩位置為加（jiā）工工件的（de）軸向基準，以最小加工餘量完成車軸外圓、內孔和（hé）端麵的加工。掛車車（chē）軸兩端車加工的形位公（gōng）差、尺寸公差等精度要求均（jun1）較高，本文不（bú）做過多贅（zhuì）述。
圖1 掛車車軸結構示（shì）意圖
圖2
1.1 整體車（chē）軸傳統（tǒng）生產工藝
工序1：毛胚軋製成型。
工序2：毛胚調質。
工序3：雙頭鏜床/銑（xǐ）專機：加工兩端（duān）端麵、內孔/中心孔。為（wéi）保（bǎo）證加工零件壁厚均勻的要求，此序加（jiā）工（gōng）工藝基準為軸承位，軸向檢測油（yóu）封位檢測軸肩（jiān）。
工序4~5：采用單刀架通用數控車床（chuáng）：掉頭加工兩（liǎng）端軸徑各部位。此序加工工藝基（jī）準為前序加工（gōng）的內孔及錐麵，軸向檢測端麵位置。少部分用戶用雙刀架數控車床：一端（duān）由（yóu）主軸（zhóu）夾具內撐，另一端尾架頂緊，加工兩端軸徑各部（bù）位。采用此設備比單刀架數控車床效率高，但加工一（yī）些特定車軸，存在由於內孔（kǒng）較小，內（nèi）撐夾（jiá）具傳遞扭矩不夠，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（huǒ）、校直；也有用戶軸徑不淬（cuì）火（huǒ）。
工序8：磨（mó）兩（liǎng）端外（wài）圓軸承位，也有客戶軸徑不淬火（huǒ），而選用（yòng）毫克能的。
工序9：焊接製動底板等附件。
工序10：加（jiā）工製動底（dǐ）板端麵孔，或者外側端麵（碟刹車軸）。
工序11：焊（hàn）接叉架、校（xiào）直。
工序12：噴塗、檢驗，然後轉車軸總成裝配。
按照此傳（chuán）統工藝進行車削加工，從（cóng）工序3~工序5，工序3序完成車加工工（gōng）序，掛車軸（zhóu）零件外形不規則，長度1.8m~2.8m，單件重約（yuē）150Kg，采用傳統工（gōng）藝多次上下料，增加製造過程的輔助（zhù）時間（jiān），生產效率低，人工上下料不易（yì）操（cāo）作，工人勞動
強度大。並（bìng）且存在發生特定車軸內孔（kǒng）小，撐內孔尾架頂緊（jǐn）工件時，夾緊力不足，發生加工效率低下或夾持不牢造成（chéng）廢品等質量（liàng）問題的（de）可能性。
1.2 整體車軸全新（xīn）生產工藝
為改善（shàn）和解決上述傳統生產工藝所存在的問題，提出（chū）本文（wén）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（hé）在一台機（jī）床上進行加工，其餘傳統加工（gōng）工藝不做大幅變動。因工序3加工工藝基準為後軸承位，工序4~工序5加工工藝基準為工序3加（jiā）工（gōng）的內孔及錐麵。如將工序3~工序5結合在（zài）一台機床上完
成，加（jiā）工（gōng）過程中，機床需具（jù）備工藝基準轉換的能（néng）力。為此結合（hé）中間驅（qū）動雙端（duān）麵數控車（chē）床的結構，提（tí）出開發本（běn）文論述的掛車軸加工（gōng）用雙端麵專門化數控車床。
2 、 掛車軸加工用雙端麵專（zhuān）門化數控車床方案及結構
通過對掛（guà）車車軸加工工藝的分析，以及上述全新工藝的（de）解析，結合用戶全自動上下料要求和雙端麵數控車床的（de）結（jié）構特點，應用模塊化（huà）設計思（sī）路（lù），完成了掛車軸加工用雙端麵專門化數（shù）控車床的總體方案設計：機床采用45°斜床身布局，剛性（xìng）好，排屑方便。機床采用雙通道控製（zhì）係統，左右刀架安裝在上導軌，可同時或分別與（yǔ）主軸聯動，完成零件兩端的同（tóng）時（shí）或順（shùn）序加工。由一台機床完成軸端的全部加工，主、副主（zhǔ）軸箱夾具夾持軸端軸（zhóu）承位，雙端（duān）同時（shí）加工端麵、內孔和錐（zhuī）麵，然後夾持基準自動轉換，轉為由左右尾架頂持工（gōng）件兩端錐麵，主軸箱浮動夾具夾持軸體並傳遞扭矩，加工軸端（duān）外圓各部（bù）位。按照工藝要求，機床總體布局方案見圖3。
圖3 機床總體布局方案
附圖中（zhōng）所（suǒ）示序號代表的名稱：
機床為了加工工件的高精度和高效率（lǜ），配置了自動上下料裝置，上下料（liào）裝置通過懸伸臂將工（gōng）件送入機床，至主主軸箱左端，為配合上下料（liào），機床主軸箱內孔設有滾動托料裝置（zhì），輸送料道的懸臂上帶有動力裝置。上料時，工件向前移動，右端刀架對工件（jiàn）進行粗定位，當工件（jiàn）進（jìn）入（rù）加工位置後，主軸箱夾（jiá）持（chí）工件，懸臂收回；由左右兩套軸向檢測裝置，檢測並反饋工件測量軸肩（jiān）的位置，對機床程（chéng）序進行自（zì）動修正，從而實現零件的精確軸向定（dìng）位，完成工件（jiàn）第一工步的（de）加工。第一工步加工完成後，左尾架升起，主主軸箱卡爪鬆開，副主軸箱（xiāng）拖動工件至左（zuǒ）尾架頂尖定位，副主軸箱卡爪鬆（sōng）開並繼續向左移動，至右尾（wěi）架頂緊範圍，右尾架與左（zuǒ）尾架（jià）共同頂緊（jǐn）工件，實現工件定心，主主軸箱（xiāng）右端卡爪浮動夾持工（gōng）件，帶動工件（jiàn）旋轉，完成工件第二工步的加工（gōng）。第二工步加工完成（chéng）後，主軸卡（kǎ）爪鬆開（kāi），兩尾架鬆開，左尾架下降，輸送料道的懸臂伸入機床，將工件拖出機床。機床完成（chéng）單次加工循環。
3、新型工藝（yì）的（de）優點和特點
（1）工序集中，減少了工件裝夾次數，減少（shǎo）了輔助加工時間，采用兩端同時加工工藝，生產效率顯著提高（gāo）。
（2）一（yī）次上料（liào），兩端同時加工，提高了車軸的加工精度和同軸度。
（3）縮（suō）短生產工藝流程，減少生產現場零（líng）件周轉，提高場地作業麵積使用效率，有（yǒu）利於提（tí）高（gāo）生產的組織管理。
（4）由於采（cǎi）用了高效加工設備，本（běn）機床在研發之（zhī）初就已經考（kǎo）慮了配（pèi）備上下料裝置及儲料裝置，這樣很容易就可以實現全自動（dòng）化生產，以降低人工製造成本。
（5）工件在中間（jiān）位置（zhì）夾緊，裝夾可（kě）靠，傳遞機床切削時所需的扭矩足夠，尤其是對端麵內孔（kǒng）較小的（de）車軸，或者實體車軸而言，相比（bǐ）端麵驅動方式，可以（yǐ）進行（háng）大餘（yú）量（liàng）車削，機床剛性強、加工精度高。
（6）機床可（kě）帶自動檢測裝置，尤其是（shì）對空心車軸，可以（yǐ）確（què）保加工後的車軸壁厚均勻。
（7）如果車軸（zhóu）兩端的鍵槽和徑向孔需（xū）要加工（gōng），則本機床也（yě）可配（pèi）置動力刀架，將後序（xù）的鍵槽和徑向孔（kǒng）一起加工完成。
4、攻克的掛車軸加（jiā）工用雙端麵專門（mén）化數控（kòng）車床（chuáng）技（jì）術難題
（1）開發了（le）滿足各種掛車軸全新加工工藝的需求，可實現轉換基準、軸肩測量、自動上下料等功能的中間（jiān）驅動車床的機床（chuáng）布（bù）局方（fāng）案。
（2）研製成功了高性能主軸箱。雙端（duān）麵數控車床的核心關鍵技術在於中（zhōng）間驅動、夾持零件實現雙端車削的主（zhǔ）軸（zhóu）箱，主軸箱的性能、水平決定（dìng）了整機的性能、水平。其結構是將主軸（zhóu）係統、夾具、夾緊油缸、配油係統、驅（qū）動裝置一體化設（shè）計。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（máo）坯的軸肩測量，由於測量點位於主軸箱孔內部，測量裝置需從卡爪中間較小空間內進入測量，檢測裝置采用多連杆機構從而完美解決這一難題（tí）。
（4）機床左端上下料輔機，輔（fǔ）機可將工件從機床左（zuǒ）側將工件滾動送入主軸箱，等加（jiā）工（gōng）完成後，可將工件從機床內拖出，輔機可根據用戶需求，進一步擴展與自動線連接，實現自動線全自動生產。
（5）為配（pèi）合（hé）上下料動作，主軸箱內孔設計了專門的滾動托料架，以降低車軸（zhóu）在上下料過程中的摩擦阻力（lì）。方便上下料。
（6）機（jī）床左側尾（wěi）架設計了高精度上下移動的結構，滿足上（shàng）下料動（dòng）作的同時，實現了大切削力時尾架所需的較高剛性。
（7）機床設計有（yǒu）三套大行（háng）程（chéng）徑向油缸卡盤，分別可實現自（zì）定心夾持工（gōng）件和浮動夾持工件的功能，從最大限（xiàn）度上滿足掛車軸全新加（jiā）工（gōng）工（gōng）藝的需求，其最大卡爪行程單邊可達（dá）65mm。
5、掛車車軸（zhóu）加（jiā）工全（quán）新工藝實現（xiàn）的意義
汽車掛車軸在長途（tú）公（gōng）路運輸中占據著重要的地位。提高其加工質量和加工效率其意義不言（yán）而喻；整體式車（chē）軸在車軸行業已經普遍應用，但是由於（yú）國內大部分掛車軸生產企（qǐ）業所用（yòng）設備普遍落後，效率低，質量差。隨著公路（lù）交通運輸（shū）車輛市場需求的穩步增長及車軸製造行業麵臨設備急需更新換代（dài）的現狀，采用高集成化、高複合化、高效率（lǜ）、高自動化、智能化是現代製（zhì）造（zào）技術（shù）的發展方向，也（yě）是車（chē）軸製造行業眾多（duō）用戶的迫切需（xū）求。
新工藝的實施將為該行業提供效率高、精度高、自動化程度高、製（zhì）造成本低的先進製造設（shè）備（bèi），對促進公（gōng）路運輸的發展及國家經濟建設（shè）具有重要意義。
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