球籠也稱等速萬向節(jié)，是乘用車傳動(dòng)軸系統(tǒng)中的重要部件，其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力從變速器傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)車輛高速行駛。通常前置發(fā)動(dòng)機(jī)乘用車有兩套球籠總成，而一套球籠式傳動(dòng)軸由如圖1所示的一套外球籠、一套中間軸、一套內(nèi)球籠及其他零件組成。由于球籠傳遞繁重的驅(qū)動(dòng)力矩，負(fù)荷重，傳動(dòng)精度高，需求量大又是安全件，因此主要零件均采用精鍛件，通過車削、磨削、搓齒、熱處理等一系列加工后，裝配成球籠總成供給汽車主機(jī)廠。
 

圖1 球籠總成外觀圖
 

　　我國的球籠類汽車零配件生產(chǎn)起步于上世紀(jì)90年代，隨著我國乘用車產(chǎn)銷量需求高速增長，自2010年以來，每年的產(chǎn)銷量一直保持著2000萬輛左右，加之國內(nèi)外球籠售后市場的需求，目前國內(nèi)球籠市場每年的產(chǎn)銷量約為6000萬套左右。巨大的市場需求，使國內(nèi)產(chǎn)生了如上海納鐵福、杭州萬向、耐世特凌云等諸多球籠總成廠。這些公司將零部件加工工序外包至外協(xié)廠家，并為其提供加工標(biāo)準(zhǔn)，本公司做后續(xù)的總成裝配和質(zhì)量把控。外包加工的工序主要為內(nèi)外球籠及中間軸的車序加工。行業(yè)市場每年需求的數(shù)控車床數(shù)量為12000臺(tái)左右。
 

　　二、加工分析
 

　　1.車序加工需求
 

　　球籠類零件的車序加工需求為率、高穩(wěn)定性。
 

　　內(nèi)外球籠如圖2、圖3所示，直徑規(guī)格為φ50-150mm，長度規(guī)格為100-500mm以內(nèi)，搓齒位外圓精度控制在0.02mm以內(nèi)，跳動(dòng)保證在0.05mm以內(nèi)，廢品率控制在千分之二以內(nèi)。
 

圖2 內(nèi)球籠外觀圖        圖3 外球籠外觀圖
 

　　中間軸如圖4所示，直徑規(guī)格為φ15-40mm，長度規(guī)格為200-700mm以內(nèi)，兩端軸承位外圓精度控制在0.05mm以內(nèi)，軸中位置不振刀。
 

圖4 中間軸外觀圖
 

　　2. 車序加工難點(diǎn)
 

　　隨著行業(yè)客戶對(duì)加工效率和機(jī)床性能穩(wěn)定性需求不斷提高，加上國內(nèi)機(jī)加工行業(yè)的實(shí)際情況，車床開機(jī)就加工，減少機(jī)床等待時(shí)間和提升車削效率成為越來越多客戶的優(yōu)先選擇。而中間軸的長徑比一般要達(dá)到1:20以上，如何保證軸中位置在車削過程中不振刀，并保證0.1mm以內(nèi)的跳動(dòng)，極大地考驗(yàn)了數(shù)控車床的剛性。這需要數(shù)控車床本身具備很高的穩(wěn)定性、剛性和效率，也需要車床的X軸及尾臺(tái)具有球籠行業(yè)所需的特殊結(jié)構(gòu)、裝配工藝及控制系統(tǒng)。
 

　　三、i5T5性能介紹
 

　　i5T5.2智能車床(如圖5所示)，采用45°整體斜床身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，通過搭載高剛性的床鞍滑板及主軸平臺(tái)，使機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛性和靜態(tài)剛性都達(dá)到了較高水平。實(shí)現(xiàn)對(duì)1:25球籠中間軸的車削突破，使兩端軸承位外圓精度控制在0.02mm以內(nèi)，軸中位置不振刀且跳動(dòng)保證在0.05mm以內(nèi)。
 

圖5  i5T5.2外觀圖
 

　　i5T5.2在每天機(jī)床開啟時(shí)無需熱機(jī)，直接加工，前100件的外圓精度可保證在0.015mm以內(nèi)。對(duì)比其他同類車床，單就開機(jī)即加工這個(gè)環(huán)節(jié)，每臺(tái)i5T5.2就將為客戶每天增加8件球籠零件的產(chǎn)量。為滿足行業(yè)客戶對(duì)效率和穩(wěn)定性的需求，i5T5.2智能車床將尾臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為伺服驅(qū)動(dòng)，主要具備以下優(yōu)勢：
 

　　1. 高精度
 

　　通過尾臺(tái)伺服軸對(duì)扭矩環(huán)和位置環(huán)的控制，可使尾臺(tái)的頂緊力及啟停位置得到調(diào)節(jié)。首先，尾臺(tái)頂緊力對(duì)于球籠類零件加工影響非常大，伺服尾臺(tái)可實(shí)現(xiàn)小0.01N·m的頂緊力調(diào)節(jié)。其次，可智能檢測工件長度，當(dāng)工件長度超出/短于設(shè)定范圍時(shí)則不予加工；可智能檢測頂緊位置，如裝卡錯(cuò)誤，不予加工。通過檢測毛坯鍛造和加工狀態(tài)的可執(zhí)行情況，提高良品率。
 

　　2. 率
 

　　智能尾臺(tái)因伺服軸控制，可為機(jī)床提供高30m/min的頂緊速度，通過系統(tǒng)智能尾臺(tái)界面的頂緊距離設(shè)置，尾臺(tái)在即將接觸工件前由高速進(jìn)給減緩為與工件柔性接觸，這樣使得加工效率得到提升的同時(shí)，既保護(hù)了零件，又延長了聯(lián)動(dòng)部件諸如主軸的壽命。
 

　　因?yàn)榈靡嬗谖恢铆h(huán)的控制，使得搭載伺服尾臺(tái)的i5T5.2智能車床對(duì)比其余配置液壓尾臺(tái)的數(shù)控車床，在自動(dòng)線換產(chǎn)時(shí)可提升60倍的效率。
 

　　四、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用情況
 

　　針對(duì)外球籠率、高精度的加工需求，目前i5T5.2在外球籠加工中配置的專用工裝搭配托料架及伺服尾臺(tái)，已經(jīng)在行業(yè)中批量使用。通過人工方式將毛坯狀態(tài)的外球籠放置在托料架上，啟動(dòng)智能尾臺(tái)頂緊小端面中心孔，一序?qū)⑼鈭A全部車削完成。這樣，人工只介入到放料工步，頂緊及夾持不需要人工操作，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)加工，大量減少輔助時(shí)間。同時(shí)，利用智能尾臺(tái)的定位檢測功能，可自動(dòng)檢測是否有不良毛坯及未頂?shù)街行目椎那闆r發(fā)生，在提升效率的同時(shí)保證加工成功。
 

　　五、成果應(yīng)用及推廣情況
 

　　隨著國內(nèi)對(duì)球籠零件及總成加工、裝配技術(shù)的日益成熟，對(duì)數(shù)控車床數(shù)量的需求自2000年以來逐年提高，對(duì)數(shù)控車床的精度穩(wěn)定性要求也越來越高。因?yàn)閲鴥?nèi)機(jī)床廠家對(duì)球籠行業(yè)關(guān)注度不足，使得該行業(yè)所使用的數(shù)控車床基本被國外品牌壟斷。配置了滿足球籠行業(yè)需求的主機(jī)結(jié)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)、夾具模塊、智能尾臺(tái)的i5T5.2車床，在一定程度上緩解了對(duì)國外機(jī)床的依賴。
 

　　目前，在球籠行業(yè)各大傳動(dòng)軸總成公司做車序配套的廠家?guī)缀蹙苷业絠5T5智能車床的身影。通過對(duì)相關(guān)課題的研究，推動(dòng)了我國車床設(shè)備對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸零件加工工藝方面的進(jìn)步，為專注于相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)控車床提供了設(shè)計(jì)方向。
 

　　(原標(biāo)題：WMEM | i5T5智能車床在球籠類汽車零配件加工中的應(yīng)用)