智能车床在球笼类汽车零配件加工中的应用
2019-6-26 来源：转载 作者：
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。
图1 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（WMEM）》杂志2019年第3期 作者：刘洪强 沈阳优尼斯智能装备有限公司）
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