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i5T5智能车床在球笼类汽车零配件加工中的应用
2019-06-26 悉恩悉机床网

  一、概述

  球笼也称等速万向节,是乘用车传动轴系统中的重要部件,其作用是将发动机的动力从变速器传递到驱动轮,驱动车辆高速行驶。通常前置发动机乘用车有两套球笼总成,而一套球笼式传动轴由如图1所示的一套外球笼、一套中间轴、一套内球笼及其他零件组成。由于球笼传递繁重的驱动力矩,负荷重,传动精度高,需求量大又是安全件,因此主要零件均采用精锻件,通过车削、磨削、搓齿、热处理等一系列加工后,装配成球笼总成供给汽车主机厂。


 球笼总成外观图


  我国的球笼类汽车零配件生产起步于上世纪90年代,随着我国乘用车产销量需求高速增长,自2010年以来,每年的产销量一直保持着2000万辆左右,加之国内外球笼售后市场的需求,目前国内球笼市场每年的产销量约为6000万套左右。巨大的市场需求,使国内产生了如上海纳铁福、杭州万向、耐世特凌云等诸多球笼总成厂。这些公司将零部件加工工序外包至外协厂家,并为其提供加工标准,本公司做后续的总成装配和质量把控。外包加工的工序主要为内外球笼及中间轴的车序加工。行业市场每年需求的数控车床数量为12000台左右。

  二、加工分析

  1.车序加工需求

  球笼类零件的车序加工需求为高效率、高稳定性。

  内外球笼如图2、图3所示,直径规格为φ50-150mm,长度规格为100-500mm以内,搓齿位外圆精度控制在0.02mm以内,跳动保证在0.05mm以内,废品率控制在千分之二以内。


图2 内球笼外观图 图3 外球笼外观图

  中间轴如图4所示,直径规格为φ15-40mm,长度规格为200-700mm以内,两端轴承位外圆精度控制在0.05mm以内,轴中位置不振刀。



图4 中间轴外观图

  2.车序加工难点

  随着行业客户对加工效率和机床性能稳定性需求不断提高,加上国内机加工行业的实际情况,车床开机就加工,减少机床等待时间和提升车削效率成为越来越多客户的优先选择。而中间轴的长径比一般要达到1:20以上,如何保证轴中位置在车削过程中不振刀,并保证0.1mm以内的跳动,极大地考验了数控车床的刚性。这需要数控车床本身具备很高的稳定性、刚性和效率,也需要车床的X轴及尾台具有球笼行业所需的特殊结构、装配工艺及控制系统。

  三、i5T5性能介绍

  i5T5.2智能车床(如图5所示),采用45°整体斜床身设计结构,通过搭载高刚性的床鞍滑板及主轴平台,使机床的动态刚性和静态刚性都达到了较高水平。实现对1:25球笼中间轴的车削突破,使两端轴承位外圆精度控制在0.02mm以内,轴中位置不振刀且跳动保证在0.05mm以内。

图5 i5T5.2外观图

  i5T5.2在每天机床开启时无需热机,直接加工,前100件的外圆精度可保证在0.015mm以内。对比其他同类车床,单就开机即加工这个环节,每台i5T5.2就将为客户每天增加8件球笼零件的产量。为满足行业客户对效率和稳定性的需求,i5T5.2智能车床将尾台结构设计为伺服驱动,主要具备以下优势:

  1.高精度

  通过尾台伺服轴对扭矩环和位置环的精确控制,可使尾台的顶紧力及启停位置得到精确调节。首先,尾台顶紧力对于球笼类零件加工影响非常大,伺服尾台可实现最小0.01N·m的顶紧力调节。其次,可智能检测工件长度,当工件长度超出/短于设定范围时则不予加工;可智能检测顶紧位置,如装卡错误,不予加工。通过检测毛坯锻造和加工状态的可执行情况,全方位提高良品率。

  2.高效率

  智能尾台因伺服轴控制,可为机床提供最高30m/min的顶紧速度,通过系统智能尾台界面的顶紧距离设置,尾台在即将接触工件前由高速进给减缓为与工件柔性接触,这样使得加工效率得到提升的同时,既保护了零件,又延长了联动部件诸如主轴的寿命。

  因为得益于位置环的精确控制,使得搭载伺服尾台的i5T5.2智能车床对比其余配置液压尾台的数控车床,在自动线换产时可提升60倍的效率。

  四、关键技术应用情况

  针对外球笼高效率、高精度的加工需求,目前i5T5.2在外球笼加工中配置的专用工装搭配托料架及伺服尾台,已经在行业中批量使用。通过人工方式将毛坯状态的外球笼放置在托料架上,启动智能尾台顶紧小端面中心孔,一序将外圆全部车削完成。这样,人工只介入到放料工步,顶紧及夹持不需要人工操作,实现半自动加工,大量减少辅助时间。同时,利用智能尾台的定位检测功能,可自动检测是否有不良毛坯及未顶到中心孔的情况发生,在提升效率的同时保证加工成功。

  五、成果应用及推广情况

  随着国内对球笼零件及总成加工、装配技术的日益成熟,对数控车床数量的需求自2000年以来逐年提高,对数控车床的精度稳定性要求也越来越高。因为国内机床厂家对球笼行业关注度不足,使得该行业所使用的数控车床基本被国外品牌垄断。配置了满足球笼行业需求的主机结构、数控系统、夹具模块、智能尾台的i5T5.2车床,在一定程度上缓解了对国外机床的依赖。

  目前,在球笼行业各大传动轴总成公司做车序配套的厂家几乎均能找到i5T5智能车床的身影。通过对相关课题的研究,推动了我国车床设备对转动轴零件加工工艺方面的进步,为专注于相关领域的数控车床提供了设计方向。

来源:《世界制造技术与装备市场》

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