HZC20-2Z轴承自动车床布局的改进
发布时间：2013-09-09刘新福 王季康 杜占平
（河北工业大学）
机床布局设计是带有全局性的一个重要问题，它对机床的制造和使用都有很大影响，通常在进行机床布局设计时，应从机床内部（工件与刀具之间）和外部（人与机床之间）两方面来考虑，具体有以下几方面：
（1）机床的运动及其分配；
（2）加工精度。合理的布局应保证机床的传动精度和刚度，减小振动和热变形；
（3）操作、调整与维修应方便；
（4）较高的生产率；
（5）排屑应便利，对带有冷却液的机床应考虑防护问题；
（6）自动机床，应考虑便于连线生产；
（7）机床造形美观，宜人性好。
本文所论述的问题，主要涉及上述（1）、（2）、（3）三方面。HZC20-2Z轴承自动车床是HZC20-Z（1Z，2Z，3Z，4Z）系列轴承自动车床产品之一，由液压驱动，可编程控制器控制，主要用于306#-310#轴承内套圈沟道车加工的专用机床。
下面就HZC20-2Z轴承自动车床的首选布局和改进布局分述如下：
2 首选布局
HZC20-2Z轴承自动车床，根据其特点，刀架只需要横向往复运动即可，因此，采用了在床身上横向布置刀架的方法进行车加工。整机布局采用了液压驱动的直行上料机械手布置在床头箱上面上料，液压驱动的伸缩式指状接料手布置在床身右端接料；由于受到直行上料机械手料道影响，迫使我们将刀架布置在床身下方，选用直行上料机械手上料是基于以下两个原因： 一是工件外形尺寸稳定，能够满足直行上料机械手对工件入料尺寸公差要求较严格的条件；二是它与摆式上料机械手相比，具有上料时间较短，单程时间仅为0.54秒【1】。由于将刀架布置在床身下方，使得加工后的工件不能顺利排出，必须配置伸缩式指状接料手来接料，否则会使屑料混流，增加操作人员劳动强度。整机布局示意图如图1所示（图中略去伸缩式指状接料手）。机床的整个循环过程是这样的：直行上料机械手用V形铁将料送至夹具，夹具夹紧工件，上料机械手退回，刀架快速接近工件，随后工作进给进行切削加工，加工至要求后延时一段时间，刀架快速退回原位，伸缩式指状接料手快速伸至夹具前，夹具打料，待料恰好套在伸缩式指状接料手上后，伸缩式指状接料手带料退回，并将料挡落于料道中，这样完成了一个加工循环过程。
3 改进布局
我们将HZC20-1Z轴承自动车床上，已采用的液压驱动摆式上料机械手，应用于HZC20-2Z轴承自动车床上。摆式上料机械手是用取料手爪来完成抓料和上料，对入料尺寸公差要求不太严格，并且其料道的隔料部分设计时布置在床头箱前侧，靠近操作人员位置；这样就避开了直行上料机械手料道的影响，可以将刀架布置在床身的上方，给排屑和接料提供了充裕的空间。
如图2所示，采用摆式上料机械手后，虽然上料单程时间需0.65秒【1】，比直行上料机械手慢0.11秒，但是，由于接料过程的时间比原来显著减少，使整个循环时间较原来缩短。
经过讨论、分析，设计出了一种全新的既可接料，又能防止铁屑进入的摆转式翻斗接料机构（如图3），且料斗的翻转不需专门的驱动机构，而是合理地借助于刀架进给和后退来完成的。
该接料机构安装在床身下部（夹具中心下面）。支架支承着与料斗固定为一体的挡板，其接料原理是这样的：当刀架向下进给车加工工件时，刀架带动长杆推动挡板绕轴心O逆时针方向旋转，则料斗也逆时针方向旋转，待车刀开始接近工件即将车削时，料斗的前面（曲面部分）恰好转到转轴轴心O之上，随后，车削工件，铁屑随之落下，铁屑被挡落于料斗之外的斜床身上，并下滑落入铁屑斗。待车削完毕，刀架开始快速退回，同时摆转式翻斗靠自重作用按顺时针方向返回到接料位置，夹具自动松开，工件被弹出并落入料斗，工件在料道中滚下。同时，摆式上料机械手重新上料，进行下一循环。
改进设计后的方案，具有以下特点：
（1）接料可靠，并且不会影响加工质量；
（2）节约了接料时间， 提高了生产率，每循环节约时间为0.94秒；
（3）排屑便利，实现了屑料分流；
（4）整机结构简化。取消了伸缩式指状接料手及相应的液压、电器控制回路，使整机结构简化，总成本降低。
4 验证
该机床布局经过设计后，经过哈尔滨轴承厂一年多来的生产运行，证实该机床排屑便利，接料可靠，加工精度高，性能稳定可靠，并且提高了生产率。
本室叶尔责、张文广二位高级工程师参加了改进布局的讨论和决策工作，王海涛工程师负责设计了接料机构。
参考文献
【1】河北省机械产品质量监督检验总站。检测报告（编号92-7507）·（冀）字（A0103）号,1990年12月
【2】戴曙.金属切削机床设计.北京:机械工业出版社,1985年12月
来源：《机床与液压》1996年06期