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内容简介：

铣钻汽车“十字”轴的组合机床设计郑建喜（ 福建工程学院， 福建 福州 3 5 0 0 1 4 ）1 前言汽车万向节上的“ 十字” 轴零件， 属于易损件， 在汽车生产配套及汽车配件市场上都有着较大需求量，已成为某些汽车配件厂的拳头产品。 如图 1 所示， 各种汽车所用的“ 十字” 轴零件在尺寸上有所差别， 但结构基本相同， 其中 L 尺寸一般在 4 0 1 4 0 m m ， D尺寸一般在 1 0 4 0 m m 。某汽车配件公司各种型号“ 十字” 轴零件的月需求总量为2 万套， 为了实现零件加工高效、 高质， 更换加工不同型号零件时方便、 快捷的目的， 本人为其设计了一台数控组合机床， 完成“ 十字” 轴零件的铣削端面、 钻顶尖孔工序任务。2 机床结构及工作原理组合机床的外形结构如图 2 所示。整机主要由 2 台Z X 2 5 0 型铣削头、 1 套经济型车床数控系统、 1 个数控驱动工作台、 1 台数控转位刀架、 1 套工装、 2 套钻孔机构等组成。具体工作流程如下： 将“ 十字” 轴零件固定到工装上后， 按压启动按扭， 数控系统发出指令， 驱动 Z向步进电机快进， 带动工作台快速移动到位后转为工进， 同时两侧铣削头启动， 左侧铣削头逆时针旋转， 右侧铣削头顺时针旋转（ 铣削旋向） ， 开始铣削工件两侧端面。 工件两端面铣完后， 工作台带动工件快进， 至工件轴中心对准中心钻中心（ 即铣削头回转中心） 时停止。此时数控系统驱动两侧X向步进电机转动，通过丝杆螺母机构推动钻孔机构工进， 同时左侧铣削头转为顺时针旋转（ 钻削旋向） ， 与右侧铣削头分别带动两侧中心钻旋转，产生中心钻主切削运动， 对工件两侧端面钻削中心孔。 中心孔钻削到尺寸要求后，两侧 X向步进电机快速反转带动钻孔机构快退到原位。 然后两侧铣削头停转， 工作台快退到原位。 最后， 数控转位刀架转位 9 0 并自动锁紧， 工作台快进， 机床再按前述程序完成另外两侧端面铣削加工，及两中心孔钻削加工， 则 1 个工件加工完毕。上述工作中，两铣削头铣刀之间的距离决定了工件的 L 尺寸， 这可以通过移动铣削头套筒的位置来调整。 其余如工作台的快速移动、 工进、 停止， 两侧滑套的快速移动、 工进、 停止， 数控转位刀架的转位等均由用户对数控系统进行编程控制， 可以适应“ 十字” 零件不同型号的加工。机床柔性高， 调整方便快捷。3 中心孔钻削机构为了减少工作台位移距离， 达到提高效率的目的， 将钻孔机构安装在铣削头中心， 主运动由铣削头驱动， X向步进电机带动丝杆螺母机构实现中心钻快进、 工进、 快退等动作， 完成中心孔钻削加工。结构如图 3 所示。铣刀固定在铣削头主轴端部， 其内孔与滑套配合， 并用键联接，6 1机械工程师2 0 0 6 年第 2 期摘要：将数控功能部件纳入组合机床的设计， 充分提高组合机床的柔性及与制造信息化接口的能力， 将是组合机床发展的一个新方向。文中介绍了汽车“ 十字” 轴零件铣钻工序组合机床的设计结构及控制方案， 探讨了经济型数控功能部件在该组合机床设计中的应用方案， 对拓宽组合机床设计思路具有一定的指导意义。关键词：组合机床；汽车“ 十字” 轴；数控中图分类号： T H 1 2 2文献标识码： A文章编号： 1 0 0 2 - 2 3 3 3（ 2 0 0 6 ） 0 2 - 0 0 6 1 - 0 3Me c h a n i c a l De s i g n机 械 设 计使滑套既可以在孔内沿轴向滑动，还能在铣刀的带动下作圆周运动。滑套与丝杆之间用一套向心球轴承和端面轴承联接， 丝杆用导键限制其转动， 使丝杆只能沿轴向推动滑套进退， 但不随其转动。 丝杆螺母安装在 X向减速箱内， 由 X向步进电机通过齿轮带动旋转。选择 X向步进电机型号为 1 1 0 B F - 0 0 3 ，其步距角 为 0 . 7 5 ，丝杆螺母副按结构设计螺距 T确定为 4 m m ， 若使脉冲当量 为 0 . 0 1 m m ， 则 X向减速箱减速比i =T 3 6 0 =4 0 . 7 53 6 0 0 . 0 1=56所以取齿轮 I 齿数 Z1= 9 0 ， 齿轮 I I 齿数 Z2= 7 5 。另外，工作台的移位驱动部件直接选用南京大方数控有限公司 J B F - 8 型减速步进电机， 并配螺距为 6 m m的滚珠丝杆装配而成， 其脉冲当量也为 0 . 0 1 m m 。4 控制系统为了降低机床的成本，数控控制系统选用国产的简易数控系统。 由于本机床要求有 3 个移位运动控制（ 工作台移动、 两钻削滑套的移位） ， 且要有 1 个转位控制。 一般铣床简易数控系统中，只有三座标移位运动控制而无转位控制功能， 而车床简易数控系统中， 有数控刀架转位控制功能， 但只有 2 个移位运动控制。 分析本机床的控制要求， 其中两钻削滑套的移位都是同时进行， 且运动方式一样， 故考虑选用车床简易数控系统， 用其中的 Z向移位运动控制驱动 Z向步进电机， 控制工作台移动， X向运动控制接两块电机驱动板， 分别驱动两台 X向步进电机工作，以实现两钻削滑套的移位控制。为了实现两钻削滑套在手动时能够独立调节，在数控系统中加装一个手动切换开关， 当手动切换开关置于 I 位时， 右侧 X向步进电机驱动， 左侧不能动作， 可独立调节右侧中心钻的初始位置；当手动切换开关置于位， 左侧 X向步进电机驱动， 右侧不能动作， 可独立调节左侧中心钻的初始位置； 当手动切换开关置于位， 则两侧 X向步进电机同时工作。 本机床的转位架选用电动四工位转位刀架改装，根据四工位刀架的出厂转位精度标准， 完全可以达到本机床的 9 0 转位要求。控制系统原理图如图 4 。5 编程示例根据以上控制要求， 对于 L尺寸为 1 0 0 m m ， 直径为1 6 m m的“ 十字” 轴零件， 数控编程如下：T 1 0/ / 转位刀架回到一工位G 0 0W- 2 0/ / 工作台快进M 0 3/ / 两铣削头启动（ 铣削转向）G 0 1W- 2 0 F 6 0 0 / / 工作台工进， 进行端面铣削加工M 0 4/ / 左侧铣削头换向（ 钻削转向）G 0 0W- 1 3/ / 工作台快进， 使工件中心对准中心钻中心G 0 1U - 5F 5 0 0/ / 钻两侧中心孔U - 3F 3 0 0/ / 钻两侧 6 0 锥G 0 0X 0M 0 5/ / 钻削滑套快退到原位， 同时铣削头停转Z 0/ / 工作台快退回原位T 2 0/ / 转位刀架旋转 9 0 准备加工另两侧面G 0 0 W- 2 0/ / 工作台快进M 0 3/ / 两铣削头启动（ 铣削转向）G 0 1W- 2 0 F 6 0 0 / / 工作台工进， 进行端面铣削加工M 0 4/ / 左侧铣削头换向（ 钻削转向）G 0 0W- 1 3/ / 工作台快进， 使工件中心对准中心钻中心G 0 1U - 5F 4 0 0/ / 钻两侧中心孔W- 3 F 2 0 0/ / 钻两侧 6 0 锥G 0 0X 0M 0 5/ / 钻削滑套快退到原位， 同时铣削头停转G 2 6/ / 工作台快退回原位M 0 2/ / 一个工件加工完毕6 工效计算根据上面的编程示例，取系统 G 0 0 快进速度为3 0 0 0 ，则：快进、 快退总行程为：（ 2 0 + 1 3 + 3 3 + 8 ） 2 = 1 4 8 m m总消耗工时为： 6 0 1 4 3 / 3 0 0 0 = 2 . 8 6 s工进工时为： 2 6 0 （ 2 0 / 6 0 0 + 5 / 5 0 0 + 3 / 3 0 0 ） = 6 . 4 s数控转位刀架转位时间： 2 3 = 6 s工件装夹时间： 1 0 s所以， 单件总工时为：2 . 8 6 + 6 . 4 + 6 + 1 0 = 2 5 . 2 6 s按每天工作时间为 8 h ， 每月上班 2 2 天算， 则每月总产量为： 2 2 8 6 0 6 0 / 2 5 . 2 6 = 2 5 0 8 3 件， 达到每月产量 2 万件以上的目标。6 2机械工程师2 0 0 6 年第 2 期机 械 设 计Me c h a n i c a l De s i g n电机与变压器中判定同名端的方法贺占杰（ 陕西省机电工程学校， 陕西 咸阳 7 1 2 0 2 5 ）1 前言“ 电机与变压器” 是一门实践性很强的专业基础课，在整个专业课程体系中起着承上启下的作用。其中变压器和三相异步电动机是本课程中的重要内容。在生产实践中， 若变压器同名端判定错误， 将会使变压器无法正常工作； 若三相异步电动机同名端判断错误， 将会使其不产生旋转磁场， 电动机不旋转。 为了保证变压器或三相异步电动机的正常运行， 需要正确判定其同名端， 而判定同名端时常常会出现判定结果混淆的情况。在此用相同的判定方法来归纳、 比较其判定结果的差异， 避免其结果发生混淆， 以便使学生更好地掌握其判定方法。2 变压器与三相异步电动机同名端的判定方法常用同名端判定的方法： 直流法， 即用电池（ 3 V 、 6 V 、9 V ） 和万用表判定其同名端。（ 1 ） 变压器同名端的判定（ 如图 1 所示）变压器的一次侧接电池， 1 U1经开关 K（ K断状态） 接电池正极， 1 U2接电池负极， 2 U1接万用表正表笔， 2 U2接万用表负表笔， 此时万用表置直流毫安档。 当开关 K闭合的瞬间， 观察万用表表针的偏转情况， 若正偏， 则 1 U1和2 U1或 1 U2和 2 U2为同名端； 若反偏， 则 1 U1和 2 U2或 1 U2和 2 U1为同名端。（ 2 ） 三相异步电动机同名端判定（ 如图 2 所示）取任意一相为参照相， 按图 2 所示接线， 当开关 K闭合的瞬间， 若表针正偏， 则 U1和 W2或 U2和 W1为同名端（ U1和 W2或 U2和 W2即为首端或尾端） ； 若反偏， 则 U1和W1或 U2和 W2为同名端 （ U1和 W1或 U2和 W2即为首端或尾端） 。3 判定结果的比较（ 如下表所示）显然，用相同的方法判定变压器与三相异步电动机的同名端， 其结果是截然不同的。总之，判定变压器和三相异步电动机的同名端在实际应用中尤为重要， 所以在其同名端的判定实践教学中，应充分注意到判定结果的差异，从而加深对同名端判定方法的理解及其判定结果的正确认定，以免影响变压器或三相异步电动机的正常运行。（ 编辑 昊天）作者简介： 贺占杰（ 1 9 7 1 - ） ， 男， 助理实验师。收稿日期： 2 0 0 5 - 1 1 - 1 46 3机械工程师2 0 0 6 年第 2 期摘要：如何判定变压器和三相异步电动机同名端是容易混淆的问题， 文中从判定的方法及判定结果的差异入手， 对其做了有益的探讨， 以期在教学过程中使学生易于掌握， 便于判定。关键词：同名端；判定方法；结果差异中图分类号： T M3 4 3 . 2文献标识码： B文章编号： 1 0 0 2 - 2 3 3 3（ 2 0 0 6 ） 0 2 - 0 0 6 3 - 0 1类 别变压器三相异步电动机万用表指针偏转情况正偏反偏正偏反偏同名端1 U1和 2 U1或 1 U2和 2 U21 U1和 2 U2或 1 U2和 2 U1U1和 W2或 U2和 W1U1和 W1或 U2和 W2!7 结论在传统机械制造业中，组合机床仍然是完成批量生产任务的首选设备。 通过采购现有的机床功能部件， 并进行适当改造，在尽可能短的时间内制造出符合功能要求的机床， 是跟上现代企业快节奏的一种有效方法。 而随着数控技术的发展，数控系统及各种执行部件已经成为成熟的部件， 选购方便， 用户服务也有较好的保证。选用数控设备进行组合机床设计， 既可以使控制系统设计简单，工作稳定可靠，还可以实现组合机床在一定范围内的柔性调整，所以数控组合