一、轴承加工效率问题 目前，通用型数控机床出厂标准配置附件为三爪自定心手动卡盘、手动尾座。在生产过程中，工件装夹、尾座套筒移动和顶紧零件都需要靠手动完成。据笔者测算，就目前的通用型数控机床来说，批量加工一个轴承零件内外圈平均需要85秒，其中装夹零件的辅助时间约为60秒。装夹过程完全由手工完成，自动化程度低，加工者耗费大量的工作时间，用工成本大，无疑增加了企业的生产成本，降低了市场竞争力。 2.数控车床技改项目内容 选择六台数控车床对装夹部分进行改造。 （1）主轴夹紧部件改造。对其中四台CAK4085di数控车床进行了主轴尾端、前端两部分改造，用于加工轴承内孔的装夹。机床主轴尾端主要是增加气压夹紧缸和气动元件，将添加的法兰盘和气压夹紧缸连接，为夹具的夹紧和张开提供动力。机床主轴前端主要是取下三爪自定心卡盘，将主轴前端的法兰盘和整套夹具连接利用气动夹紧缸和夹具之间的拉杆连接来实现夹具夹紧和松开的动作，整体改造图如图1所示。选择四台数控车床的目的是检测对改造后的车床加工轴承内孔的稳定性。 （3）气压控制系统改造：增加夹紧回转缸、尾座的气压系统，为自动夹紧、顶紧提供动力。 （4）电气部分的改造：利用原有的数控系统控制电路来实现汽缸夹紧缸电磁阀和尾座汽缸电磁阀的动作。 每次工件装夹后，气动自定心夹紧夹具和气压夹紧缸之间的拉杆自动对工件夹紧，同时，气压尾座自动顶紧芯轴，整个过程完全由自动控制，提升了车床装夹工件的效率。 三、机床改造措施 （1）弹簧筒夹定心夹紧机构设计。弹簧筒夹定心夹紧机构设计主要包括夹筒和夹具体两部分，如上页图2所示。 根据轴承加工零件以轴线、对称中心为工序基准的特点，采用定心夹紧机构。弹簧筒夹作为定心夹紧机构，由以外圆柱面为定位基准线装夹工件的弹簧夹头构成，其主要元件为弹性夹筒。将弹性夹筒设计成一个锥型套筒，表面开出4～6条轴向槽，在结构上分成卡爪A、簧片B和导向部分三个部分。当筒夹往后拉时，夹具体的锥套将迫使夹筒沿径向收缩变形，从而使工件外圆定心被夹紧。 工件以外圆柱面做定位基准并在圆孔中定位。为了简化结构，其定位元件和夹紧元件被加工成一个整体，装于夹具体内。为保证工件轴向定位精度，工件的外圆与端面实行共同作为定位基准面，将工件的端面作为主要定位基准面。筒夹的外锥角取29°，与筒夹配合的夹具体内锥角取30°，用于增大锥面接触面积，以便更准确地定心。 筒夹采用弹簧钢65Mn材料，具有强度高、耐磨损、弹性好、受热变形小的特点，热处理后的头部材料硬度达到HRC55～60，尾部的薄壁和导向部分硬度达到HRC40～45，适合本次技术改造要求。夹筒设计完成后，为了保证夹筒与主轴的同轴程度，经过表面精磨后，夹持表面装配后在数控车床上精车一刀。夹具体设计时采用主轴端面和花盘连接的设计方案，将尾部和车床的主轴法兰连接，在材料上采用了轴承钢GCr15，其硬度高达HRC55～60。 （2）夹紧回转缸的选用。工件在夹紧后会出现一定的变形，受压表面会出现损伤，夹紧力的大小直接影响工件安装的可靠性、夹紧变形程度、定位的准确性以及加工精度。因此，在选用夹紧回转缸时首先需要确定夹紧力的大小。夹紧机构夹具夹紧力的作用主要在于保证工件的定位基准面与定位元件保持良好接触，使工件在加工时不因受切削力、离心力、惯性力和工件自重等作用力而发生移位。通常情况下采用将理论夹紧力（主要考虑主切削力FZ）再乘一个系数来计算实际夹紧力FJ0，将基本安全因数、加工性质因数、刀具钝化因数、切削特点因数作为安全因数K。 本次机床改造基本安全因数取1.5，加工性质因数取1.0，刀具钝化因数取1.2，切削特点因数取1.0，即K=1.5×1.0×1.2×1.0=1.8。 车削时主切削力为：FZ=Papf=1962×3×0.5=2943N 实际的夹紧力为FJO=KFZ=1.8×2943=5297.4N CAK4085di数控车床在进行精加工时，将夹具和工件的间隙控制在1mm内，夹筒的锥角采用30°，则筒夹的轴向位移为0.866mm，径向缩小为0.5mm，夹紧机构的行程只要取大于2mm就可以满足要求了。 综合考虑，选用清洁无污染、工作迅速、使用安全、维护简单的气压传动装置，为了方便与机床主轴连接，夹紧回旋缸采用KQ-130型中空回转汽缸。在0.8MPa气压、4mm行程的条件下，它的最大推拉力为8104.6N，大于实际夹紧力，可以保证正常使用。 2.尾座改造设计 在轴承外圈外径加工中，以轴承内孔为定位基准面，采用芯轴作为定位元件，把多个轴承外圈套装在芯轴上，采用一夹一顶装夹。由于通用型数控机床的尾座套筒移动采用手动方式，自动化程度低，装夹工件辅助时间较长。本次轴承外圈外径加工在数控车床改造过程中，通过在尾座上安装汽缸将原来手动改为气动方式，设计时主要考虑在实际生产中刀具对工件产生的切削力轴向分力F、工件自重产生的轴向分力F1，再根据尾座套筒移动工作行程来选择汽缸型号。 （1）轴向切削力计算。根据金属切削原理与刀具公式，切削时产生的轴向分力F=（0.1～0.6）FZ，为了安全起见，将切削时轴向分力的系数取为0.6，那么F=0.6×FZ=0.6×2943=1765.8N。 （2）工件（芯轴）自身重力产生的轴向分力F1计算。根据工件（芯轴）设计时按最大长度和外径计算：取直径400mm，长度为350mm。通过公式计算每米钢材的重量为：W=0.006165×d2=0.006165×400×400=986.4kg，工件（芯轴）按350mm长度计算，得到重量为345.24kg。尾座顶尖的角度标准为60°，由于主轴卡盘和尾座顶尖都承受重力，因此顶尖只受到1/2的重力。通过公式：F1=（W/2）/tan30°×9.8=(345.24/2)/tan30°×9.8=2930N，计算得F1=2930N。因此尾座需要克服的最大反作用力：Fy=F+F1=2930+1765.8=4695.8N。汽缸选择缸径60mm的标准汽缸，在压缩空气压力0.4MPa～0.8MPa的情况下取0.4MPa，计算得汽缸压力为5652N，大于尾座需要克服的最大反作用力，因此可以保证安全。尾座最大行程为200mm，因此，选用行程为200mm的汽缸，型号为SE60X200。 3.气压控制系统的设计 夹紧回转缸、尾座的气压系统经过统一设计，其原理图，如图3所示。压缩空气通过输送管道从空气压缩机储气罐输送到机床工作位置，通过截止阀1来手动控制总进气的通断，由调压阀2控制其压力，同时由油雾过滤器三件套3将管道中的水分过滤掉，并注入润滑油，使后面的工作元件得到润滑。使用单向阀控制其流向，防止压缩空气回流，保证使用安全。电磁阀5控制夹紧回转缸运动，运动速度分别由调速阀6和7控制。电磁阀8控制尾座顶紧汽缸运动，运动速度分别由调速阀9和10控制。 4.电气控制线路改造 由于CAK4085di数控车床的数控系统自带卡盘控制和尾座控制功能，因此可以通过直接调用车床数控系统辅助功能模块中的M08指令代码来控制电磁阀5，进而控制夹紧回转缸运动，调用车床数控系统辅助功能模块中的M09指令代码来控制电磁阀8控制尾座顶紧气缸运动。实际接线时，仅需新增四个继电器与车床数控系统的输出点相连接，用于控制卡盘的夹紧和松开，尾座的前进和后退，如图4所示。学校教学用的数控车床主轴在启动过程中，主轴电动机的加减速时间长，为提高加工效率，将变频器的参数重新设定，降低主轴电动机的加减速时间，设定为2.5秒。 四、技改项目成效 通过对数控车床的技术改造，无论是从单件和成批来看，明显提高了轴承生产效率，见下表。 上表显示，在进行技术改造前，通用型数控车床加工单个轴承需要90秒左右的时间，按一个工作日8小时工作时间，一个月30天算仅能加工9600个左右，就算是成批加工一个轴承也需要85秒左右，一个月生产10200个。进行技术改造后单个轴承的加工时间缩短了65%，仅用40秒左右，其中装夹等辅助时间仅15秒左右。如果成批生产的话用时更短，仅需30秒左右，生产效率提高了3倍。在近年来，用工紧张的局势下对企业来说减小了企业不小的人力成本和招工压力。通过改造，扣除技改成本，预计每台改造后的数控车床为企业节约生产成本约2万元。因此，本次的通用型数控机床改造提高了生产的自动化程度、使用率和工作效率，大大减少了人工成本，为企业带来了较大的经济效益。 |
||||||||||||
|
|
来自： 阿明哥哥资料区 > 《22.机械设计.制造》
