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一種三軸聯(lián)動倒置立式車床設計研究

2025-6-10 來源：沈陽機床股份有限公司作者：李猛，高宇，潘丁丁

摘要：根據(jù)倒置立式車床的結(jié)構(gòu)特點以及工件的加工需求，設計了三軸聯(lián)動倒置立式車床的整機結(jié)構(gòu)。論述了整機結(jié)構(gòu)具有的性能優(yōu)勢，并對機床的關(guān)鍵部件搖籃機構(gòu)進行了闡述。詳細介紹了搖籃的結(jié)構(gòu)形式、性能參數(shù)、運動參數(shù)等，并對三軸聯(lián)動倒置立式車床的整機性能進行分析。根據(jù)機床要達到的精度要求以及被加工工件的特點，確定了機床主要技術(shù)參數(shù)的數(shù)值。對機床在切削力作用下的受力變形情況進行分析，得出該機床的受力變形較小，剛性強，能夠滿足工件的加工精度要求，并且最終制造出三軸聯(lián)動倒置立式車床樣機。

關(guān)鍵詞：三軸聯(lián)動；倒置立式車床；搖籃；整機結(jié)構(gòu)

０、引言

將發(fā)動機動力從變速器傳動到驅(qū)動輪的球籠是乘用車傳動軸系統(tǒng)中的重要部件，有著大量的市場需求。由于球籠傳動的驅(qū)動力矩大、負載重、傳動精度要求高，因此其制造精度要求高。

倒置立式車床由于具有自動化程度高、精度高、加工效率高和穩(wěn)定性好等性能優(yōu)勢，廣泛應用于具有高自動化和高精度需求的零件加工。現(xiàn)有技術(shù)條件下的倒置立式車床，刀具無法在加工狀態(tài)下前后擺動，不能對球籠鐘形殼內(nèi)圓弧面進行銑削。針對這一問題，本文對一種三軸聯(lián)動倒置立式車床進行研究，運用三軸聯(lián)動復合型倒立車加工模式，對工件淬火后進行加工，用硬銑代替磨床、硬車代替磨床，從而提升球籠質(zhì)量和使用壽命，同時提高生產(chǎn)效率。

１、三軸聯(lián)動倒置立式車床整機結(jié)構(gòu)

１．１整機結(jié)構(gòu)設計

三軸聯(lián)動倒置立式車床整機結(jié)構(gòu)如圖１所示，其特點是可實現(xiàn) Ｘ軸（橫梁２前后運動的方向）、Ｚ軸（主軸箱３沿著橫梁２上的導軌上下運動的方向）和Ｗ軸（搖籃體前后擺動的方向）三軸聯(lián)動加工。設計Ｕ型結(jié)構(gòu)的床身１，Ｕ型結(jié)構(gòu)的開口槽設置在床身的上前方位置；床身的頂面通過Ｘ軸驅(qū)動機構(gòu)７連接橫梁２，并且床身的頂面通過導軌與橫梁底面連接。橫梁的前表面通過Ｚ軸驅(qū)動機構(gòu)４連接主軸箱３，主軸箱的前端通過電機支架５連接主電機６，主電機６通過帶傳動機構(gòu)連接主軸箱內(nèi)的主軸，主軸箱內(nèi)的主軸伸入到床身的開口槽內(nèi)；在開口槽內(nèi)腔前端設有Ｕ型的搖籃擺動裝置１１；在搖籃擺動裝置１１的后端設有料線機構(gòu)１０，料線機構(gòu)沿Ｙ軸貫穿床身左右兩側(cè)，在料線機構(gòu)上設有托盤工裝９，托盤工裝上連接球籠工件８。搖籃底部具有沿著Ｙ軸方向貫穿床身兩側(cè)的排屑器１２［１－３］。

１－床身；２－橫梁；３－主軸箱；４－Ｚ軸驅(qū)動系統(tǒng)；５－電機支架；６－主電機；７－Ｘ軸驅(qū)動系統(tǒng)；８－球籠工件；９－托盤工裝；１０－料線機構(gòu)；１１－搖籃裝置；１２－排屑器

圖１三軸聯(lián)動倒置立式車床整機結(jié)構(gòu)

１．２整機結(jié)構(gòu)特點

１．２．１整機剛性強并且占地面積小

三軸聯(lián)動倒置立式車床為龍門式結(jié)構(gòu)，剛性強，搭配自動化料線，實現(xiàn)自動化加工，對加工精度和穩(wěn)定性有更好的保證。

１．２．２主機與料線布局合理

料線機構(gòu)設計在搖籃后側(cè)且左右方向貫穿床身，可以設計拉門式料線防護結(jié)構(gòu)，料線防護門張開能夠保證主軸卡盤對料線上傳送的工件進行靈活抓取，料線防護門閉合能夠?qū)崿F(xiàn)加工區(qū)域全封閉。

１．２．３車銑復合擺動橋技術(shù)

在搖籃基礎(chǔ)上增加了銑削電主軸和固定車刀座，可滿足隨動銑削功能和車削功能。采用一端驅(qū)動另一

端支撐形式，配置剎車系統(tǒng)及編碼器可有效地反饋轉(zhuǎn)速及定位。

２、搖籃結(jié)構(gòu)

２．１搖籃結(jié)構(gòu)設計

搖籃裝置和床身之間形成可旋轉(zhuǎn)的Ｂ軸，搖籃裝置結(jié)構(gòu)如圖２所示。

搖籃體１位于床身的開口槽內(nèi)，搖籃體兩端的轉(zhuǎn)軸分別通過軸承支撐在床身的左右兩側(cè)，其中一側(cè)的

轉(zhuǎn)軸穿過床身連接搖籃驅(qū)動電機３，另一側(cè)的轉(zhuǎn)軸接制動抱閘裝置７；在搖籃體中部的Ｕ型凹槽內(nèi)設有電主軸２，電主軸上連接銑刀４。通過搖籃體的角度擺動，實現(xiàn)對零件內(nèi)圓弧面等位置的靈活銑削，搖籃體向前最大擺動９０°角，向后最大擺動２５°角，大角度擺動能夠加工工件空間受限的區(qū)域。

搖籃體上表面銑刀的后側(cè)設有車刀座６，車刀座上連接車刀５。車刀５與銑刀４并列設置，可根據(jù) 需要選擇其中一種方式進行工件的加工。