智（zhì）能車（chē）床在球籠類汽車（chē）零配件加工中的應用
2019-6-26 來源：轉（zhuǎn）載 作者：
一、概述
球籠也稱等速萬向節，是乘用車傳動軸係統中的重（chóng）要（yào）部（bù）件，其作用是將發動機的動力（lì）從變速器傳遞到驅動輪，驅動車輛高速行駛。通常前置發動機乘用車有兩套球籠總成，而一套（tào）球籠式傳動軸由如圖（tú）1所示的一套外球籠、一套中間軸、一套內球籠及（jí）其他零件組（zǔ）成。由於球籠傳遞繁重的驅動力（lì）矩，負荷（hé）重，傳動精（jīng）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（mó）削（xuē）、搓齒、熱處理等一係列加工後，裝配成球籠總（zǒng）成（chéng）供給汽車主機廠。
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世紀（jì）90年代，隨著（zhe）我國（guó）乘用（yòng）車產銷量需求（qiú）高速增長，自2010年以來，每（měi）年的產銷量一直保持著2000萬輛左（zuǒ）右，加之國內外球籠售後市場的需求，目前國內球（qiú）籠市（shì）場每（měi）年的產銷量約為6000萬套左右。巨大的市場需求，使（shǐ）國內產生了如上海納鐵（tiě）福、杭州萬向、耐世特淩雲等諸多球籠總成廠（chǎng）。這些公司將零部件加工工序外包至外協廠家（jiā），並為其提供加工標準，本公司做後續的總成裝配（pèi）和質（zhì）量把控。外（wài）包加（jiā）工的工序主要為內外球籠及中間軸的車序加工（gōng）。行業市（shì）場每年需求的數控車床數量為12000台左右。
二、加工分析
1. 車序加（jiā）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，直徑規格為φ50-150mm，長度規格為（wéi）100-500mm以內，搓（cuō）齒位外圓（yuán）精度控製在0.02mm以內（nèi），跳動保證在0.05mm以內，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
中間（jiān）軸（zhóu）如（rú）圖（tú）4所示，直徑規（guī）格為φ15-40mm，長度規格為200-700mm以內，兩端軸（zhóu）承位外圓精度控製在0.05mm以內，軸中位置不振（zhèn）刀。
圖4 中間軸外（wài）觀圖
2. 車序加工難點
隨著行業客戶對加工效率和機床性能穩定性需求（qiú）不斷提高，加上國內（nèi）機加工（gōng）行業的實（shí）際情況，車床（chuáng）開機就加工，減少機床等待時間和提升車削效（xiào）率成為（wéi）越來越多客戶（hù）的優先選擇。而中間軸的長徑比一般要（yào）達到1:20以上，如何保證軸中位置在（zài）車削過程中不（bú）振刀，並保證0.1mm以內的跳動，極大地考驗了數控車床的剛性。這需要數（shù）控車（chē）床本身具備很高的穩定性、剛性和（hé）效率，也需要車床的X軸及尾（wěi）台具有球（qiú）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°整體斜床身設（shè）計（jì）結構，通（tōng）過搭載高剛（gāng）性（xìng）的床鞍滑（huá）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平。實現對1:25球籠中間軸的車削突破，使兩端軸承位（wèi）外圓精度控製在0.02mm以內，軸中位置不振刀且跳動保（bǎo）證在0.05mm以內。
圖（tú）5 i5T5.2外觀圖
i5T5.2在（zài）每天機床（chuáng）開啟時無需熱機，直接加工，前100件的外圓精度可保證在0.015mm以內。對比其他（tā）同類車床，單（dān）就（jiù）開機即加工這個環節，每台i5T5.2就將為（wéi）客（kè）戶每天增加（jiā）8件球籠零件的（de）產量。為（wéi）滿足行業客戶對效率和穩定性的需求，i5T5.2智能（néng）車床將尾台結構設計為伺服驅動（dòng），主要具備以下優勢：
1. 高精度
通過尾台（tái）伺服軸對扭（niǔ）矩（jǔ）環和位置環的精確控製，可使尾台（tái）的頂（dǐng）緊力及啟停位置得（dé）到精確調節。首先，尾台頂緊力對於球籠類零件加工（gōng）影響非常大，伺服尾台可實現最小0.01N·m的頂緊力調節。其（qí）次，可智能檢測工件長（zhǎng）度（dù），當工件長（zhǎng）度超出/短於設定（dìng）範圍時則不予加工；可智能檢（jiǎn）測頂（dǐng）緊（jǐn）位置（zhì），如裝卡錯誤，不予加工（gōng）。通過檢（jiǎn）測毛坯鍛造和加工狀態的可執行情況，全方位提高良品率。
2. 高效率
智能尾台因（yīn）伺服軸控製，可為機床提供最高30m/min的頂緊速度，通過係統（tǒng）智（zhì）能尾台界麵的頂緊距離設置，尾台在即將接觸工件（jiàn）前由高速進（jìn）給減緩為（wéi）與工件柔性接觸，這樣使得加工效率得到提升的（de）同時，既（jì）保（bǎo）護了零件，又延長了聯動（dòng）部件諸如主（zhǔ）軸的壽命。
因為得益於位（wèi）置環的精確控製，使得搭（dā）載伺服尾台的（de）i5T5.2智（zhì）能（néng）車床（chuáng）對比其餘配置液壓尾台的數控（kòng）車床，在自（zì）動線換產時可提升60倍的效率。
四（sì）、關鍵技術應用情況（kuàng）
針對外（wài）球籠高效率（lǜ）、高精度的加工需求，目（mù）前i5T5.2在外球籠加工中配置的專用工裝搭配（pèi）托料架及伺服尾台，已經（jīng）在行（háng）業中批量使用。通過人工方式（shì）將毛（máo）坯狀態的（de）外球籠放置在（zài）托料架上，啟動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（jiè）入到放料工步，頂緊及夾持不需要人工操作，實現半（bàn）自動加工，大量減（jiǎn）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（yǒu）不良毛坯及未頂到中心（xīn）孔的情況發生，在（zài）提升效率的同時保證加工成功。
五、成果應用（yòng）及推廣情況
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（de）需求自2000年以來逐年（nián）提高，對（duì）數控車床的精度穩定性要求也越（yuè）來越高。因為國內（nèi）機床廠家（jiā）對球籠行業關注度（dù）不（bú）足，使得該行業（yè）所使用的數控車床（chuáng）基本被（bèi）國外品牌壟斷。配置了滿足球籠行業需求的（de）主機結構、數（shù）控係統、夾（jiá）具模塊、智（zhì）能尾台（tái）的i5T5.2車床，在一定程度上緩（huǎn）解了（le）對國外（wài）機床的依賴。
目前，在球籠行業各大傳動軸總成公司做車序配套的廠家幾乎均能找（zhǎo）到i5T5智能車床的身（shēn）影。通過對相關（guān）課（kè）題的研究，推動了我國車床設備對轉動軸零件加工（gōng）工藝（yì）方麵的進步，為專注於相關領域的數控車床提供（gòng）了設計方向。
（來源：《世界製造技術與裝備市場（WMEM）》雜誌（zhì）2019年第3期 作者（zhě）：劉洪強 沈陽優（yōu）尼（ní）斯智能裝備有限公司（sī））
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