圆锥轴承套圈车削自动线的研制

刘敏　曲健

　　摘　要：ZZX-01圆锥轴承套圈自动车削生产线具有高精度、高效率、高可靠性及可用于大批量生产等优点。介绍其现代设计方法、研制规划及工作原理。

　　关键词：圆锥轴承套圈；车削生产线；PLC控制

　　现代轴承生产具有批量大、精度高、形状复杂的特点，相应对轴承加工设备提出了加工效率高、加工精度高、工艺性能好、可靠性好、自动化程度高的专业性能要求。而在我国目前已有1000多家轴承生产企业，高效能轴承加工专用机床匮乏，轴承加工生产线不足200条。这种装备上的落后已经严重影响高品质轴承的加工生产。

　　本文介绍由笔者主持开发研制的圆锥轴承套圈全自动车削加工生产线，其填补了此项生产设备的空白。该生产线已投入生产使用。

　　1　现代设计方法

　　现代设计方法学提供了基于计算机、网络、管理、制造技术的新的机械设计理念和方法。在并行工程中，形成了空间组织协同交叉和时间进程并行交替的设计体系，具有整体化和集成化的技术特征。

　　整体化体现在时空概念上，将市场规划、设计开发、制造装配、销售服务、使用维护等各阶段作为一个产品生命周期予以综合分析；将用户、企业、组织、管理、性能、成本等各因素置于全局范围进行统筹考虑。从而缩短开发周期、降低成本、提高质量，使产品整体优化。

　　集成化是技术层面的交叉融合。项目管理与技术开发的信息交流、机械动作与电气控制的机电一体化、计算机辅助设计-工艺分析-加工制造的过程集成（CAD/CAE/CAPP/CAM）、虚拟仿真与真实加工之间的数据转换……，集成化技术不但通过信息、功能、过程的集成，消除了条块分割的"技术孤岛"，提高了效率，更重要的意义是奠定了智能制造的基础。

　　概念设计根据设备生命周期各阶段的功能要求进行功能创造，体现设计创新性和多样性。Z佳设计方案是对多种设计方案进行概念设计评价而优选产生的，概念设计的结果对设备开发具有重要影响。

　　生产线规划与布局设计充分考虑生产率和可靠性要求，按照工序整合、各机床时效均衡、自动线较短、控制系统简化、传送机构可靠的原则进行。

　　结构与机床设计是进行功能分解、求解功能和结构所要求的工作原理的过程，注重稳定性、精度和可靠性要求。由功能原理建立基本模型，再对结构尺寸进行参数化处理，进而构造系列化的功能结构模块，通过这种模块化设计，提高设计效率并缩短设计周期。

　　2　圆锥轴承套圈车削自动线的研制

　　所研制的生产线要求加工圆锥轴承套圈系列。圆锥轴承套圈由内圈和外圈两个零件配套而成，零件规格为Z大加工直径92mm，加工毛坯为GCr15锻坯。对于轴承车削专机而言，被加工的圆锥轴承套圈属于一般复杂程度、大批量、高精度的小型零件。从加工要求及性价比考虑，不一定追求目前数控机床及柔性生产线。大批量的高效率生产首先考虑高效率液压全自动车床，用机械手在动态主轴卡盘上装卸工件，生产线采用短线滑槽连接；高精度和稳定性由机床结构刚度和控制系统精度予以保障；应用高可靠性的可编程控制器（PLC）进行自动化控制；复杂形状加工经过工艺、工装的精心设计在专机上得到实现。

　　ZZX-01圆锥轴承套圈车削自动线，分为内圈加工线和外圈加工线两条单线，分别由五台全自动专用液压车床组成。通过加工工艺分析，圆锥轴承套圈车削自动线10台车床均采用双刀架布置，分别用于加工轴承套圈的内孔、外圆、滚道、倒角及空刀槽。通过对圆锥轴承套圈的内圈与外圈的加工工艺的优化设计，生产线布局和设备型式得到进一步的优化效率、精度、造价的综合性价比成为该生产线的突出优势。内圈加工生产线的工艺流程如图1所示，其中专用成形复合刀具为定制刀具。

图1 圆锥轴承内圈加工生产线工艺流程

　　机床左、右双刀架为定向排刀，用液压系统控制切削速度和行程，动作由PLC设定，由左刀架单动、左刀架先动与右刀架后动、右刀架先动与左刀架后动、两刀架同时动作和右刀架单动共实现五种程序。机床装有刀具寿命计数器作为更换刀片指示器。

　　主轴采用变频器调速，生产线工作过程中主轴始终旋转（装卸工件时不停机）。在主轴后端装有夹紧油缸。

　　机床上装卸工件的机械手和接料手分别由液压和气动驱动。为确保工件装夹的准确可靠，在机械手附近安装日本FS-500-3A工件振幅检测仪，其探头装在机械手的推料环侧面。

　　生产线的监测与驱动，如进料检测、工件安装、切削加工、卸料、工件翻转及传送、计数与节拍等由传感器、液压、气动和电气系统实现，系统程序控制由带扩展模块的高档可编程控制器（PLC）实现。

　　圆锥轴承套圈车削自动线的工作原理见图2。

图2 圆锥轴承套圈车削自动线的工作原理

　　3　ZZX-01生产线主要技术参数

　　1）加工外圆尺寸范围：47～90mm，Z大加工直径：92mm。

　　2）主轴电动机功率：各机床不同，分别为5.5kW、7.5kW、11kW。

　　3）主轴转速：150～1300r/min（变频无级调速）。

　　4）刀架数目：每台2个共计20个。

　　5）刀架：走刀油缸直径50mm；让刀油缸直径80mm。

　　6）快速进刀速度：4m/min。

　　7）工进速度：液压无级。

　　8）油泵流量：25/25L/min。

　　9）液压系统工作压力：1.5～2.3MPa。

　　10）夹紧油缸：调整压力：1～1.8MPa；拉杆Z大行程：3mm。

　　11）生产节拍（以加工32308型轴承为例）：外环节拍：12.5s/个，内环节拍：13.5s/个。

　　12）精度：加工精度：CPK值≥1.33，刀架重复定位精度：≤0.010mm。

　　13）表面粗糙度：Ra1.6μm。

　　4　结语

　　圆锥轴承套圈车削自动线机电一体化程度高，具有工作可靠、生产效率高、加工尺寸分散小、噪声低、故障自诊断能力强、便于调整和维修等特点，在14s内生产出一个工件，非常适合大批量生产。该生产线已经在外资企业使用，是车削加工生产圆锥轴承套圈的较好设备。

　　参考文献

　　[1]王爱玲.现代机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999

　　[2]简召全.工业设计方法学[M].北京：北京理工大学出版社，1993

　　[3]郭钢.面向产品自主开发的并行协同环境与支持技术[J].重庆大学学报（自然科学版），2002.4
 

来源：《现代制造工程》2005年第4期