普通内圆磨床的数控多功能改造

王 飞，卓严群

（柳工柳州传动件有限公司，广西 柳州545007）

1 现状分析

1.1 改造前加工现状

加工装载机变速箱的输出轴齿轮，材料20CrMn－Ti，硬度58～62HRC，为了后续零件的磨齿加工定位，需要通过加工零件的内孔和端面作为定位基准（见图1），由于内孔有矩形花键，用车削方式难以加工，目前加工方式分为磨内孔和车端面两道工序完成（见图2）。

图1 输出轴齿轮

图2 磨内孔→车端面→磨齿

1.1.1 磨内孔工序

加工设备为普通内圆磨床M2120A，使用平衡吊吊装工件。使用3根φ11.6圆柱棒靠紧零件齿面，放入三爪卡盘内靠端面，通过夹紧圆柱棒夹紧零件。此方式可均衡后续齿轮磨齿左右齿面的加工余量，以此找正齿轮分度圆中心。操作磨床磨内孔（见图1）至工艺要求尺寸φ60（+0.06/+0.03）mm、内孔粗糙度Ra0.8。

目前的磨内孔的加工方式加工效率满足需求，质量可靠性高，操作者工作强度低。

1.1.2 车平面工序

加工设备为普通车床CA6150，由操作者手工用φ60×400 mm锥度芯轴穿过工件内孔作为定位。使用天车吊运至机床上，用机床的两顶尖顶紧芯轴和工件，并按工艺要求车出平面（图1），端面跳动0.022、端面粗糙度Ra1.6。

目前车端面的加工方式，工件重量15.65 kg、芯轴重量9.47 kg，芯轴拆卸和安装都需要人工来完成，每班80件，需要搬运的重量2009.6×2（拆装两次）=4019.2 kg，工作强度非常大，对操作者健康造成伤害。用锥度芯轴定位，每次装夹都存在一定误差和偏斜，虽然已把端面完全车出，但实际的端面跳动不一定能达到要求。有时与热处理变形误差相累积后，会造成磨齿时部分齿面磨不出情况。为了消除这种误差，应考虑加工磨齿端面和内孔定位基准时，把加工定位基准统一。

2 改造方案的确定

通过以上分析对比，可以确定把两道工序需要整合在（1.1.1）磨内孔一道工序才最合理，可一次装夹完成加工，需要改造原来的普通内圆磨床M2120A（见图3），在设备案板处增加设备的车端面功能来实现。

图3 内圆磨床M2120A

改造内容：

在原有普通内圆磨床M2120A内圆磨床案板处增加一套两轴的数控车刀滑台，包含Z轴和X轴的丝杆和导轨、两套伺服电机、一套刀架和刀方、数控控制单元，满足加工输出轴齿轮（见图1）端面加工的要求。

数控车刀滑台（见图5）整体外观尺寸长800 mm×宽250 mm×高380 mm，行程分别为Z轴400 mm，X轴250 mm。研磨滚珠丝杠25 mm×600 mm×T5/根、25 mm×350 mm×T5/根，刀架和刀方130 mm×130 mm。滑台导轨、丝杠防护罩采用风琴式帆布防护罩。

滑台与走轨制作采用30 mm厚的钢板作底板和底座。25 mm面宽直线导轨作导向走轨，滑台滑动采用伺服电机作动能，滚珠丝杠作传动行走。

加工零件端面的工作刀架（X轴）前后行走、滑台（Z轴）左右行走，整体成T字形滑台（见图4）。

整个滑台加装在磨床主轴箱前面下方的案板（见图5）上后校正校直并用钢板和螺丝加强加固。

控制单元采用两轴数控系统（广数980TB3系统/套、私服驱动器DA98A/2台、110 mm×110mm×6 N·m伺服电机/2台、控制电器一套）控制车刀架自动加工，可省去人工手动操作加工的环节。

系统控制电器柜（见图6、图7）采用移动一体式立柜安装，现场可随意安放，方便使用。

图4 改造后增加的数控刀架滑台

图5 改造前的磨床案板

图6 改造后增加的系统控制电器柜

图7 改造后加工示意图

3 方案验证

3.1 验证内容

车平面及磨孔工序，加工设备为内圆磨数控车一体机床M2120A（G），用三抓卡盘装夹输出轴齿轮（方式参考1.1.1）。调用数控车程序，先启动程序按工艺要求（参考1.1.2）车出端面，车刀退出后，操作设备启动内圆磨头，磨内孔至工艺要求（参考1.1.1）尺寸，验证整个加工输出轴齿轮的过程是否满足工艺要求。数控加工程序[1]：

G98

T0101；

G00 X112.；

G00 Z240.；

X279.；

G01 Z229.F150；

X319.5.F30；

G00 Z240.；

X112.；

Z-136.；

M30

3.2 验证过程

连续生产20件，检测端面跳动0.022（A）、端面粗糙度 Ra1.6、内孔 φ60（+0.06/+0.03）mm、内孔粗糙度Ra0.8是否符合工艺要求。

3.3 验证结果

检测端面跳动0.022（A）、端面粗糙度Ra1.6、内孔 φ60（+0.06/+0.03）mm、内孔粗糙度 Ra0.8，合格率100%（见表 1）。

表1 工艺验证零件记录表

通过设备改造整合工序（见图8）后，经过改造前后对比分析（见表2），节约普通车床1台，减少车工1人，提高后续磨齿的定位精度，节省了原来单独车端面工序的普通车床和物料摆放占用空间3 100 mm×3 000 mm，减少了一台设备的加工时能源的消耗，加工周期时间由原来的（磨内孔6.89 min/件+车端面3.24 min/件）10.13 min/件，降低至 7.12 min/件，加工效率高29.7%，可实现目前所有变速箱输出轴齿轮（共7种）磨内孔车端面工序合并加工。该改造项目实施后，每年创造的利润或节省成本（不是销售收入）描述：

节省成本=节省的时间×工缴费×年加工数量=3.01×1.51×15 000=68 176.5元。

表2 改造前后对比分析

图8 车平面及磨孔整合→磨齿

4 结束语

这种增加设备加工功能实现工序整合的改造方式，既能提高了加工效率减少加工成本，又能实现零件基准同一，提升零件加工质量和可靠性，现已在公司得到应用，以后也可推广使用。