铣钻汽车_十字_轴的组合机床设计_郑建喜

关键词：同名端；判定方法；结果差异
中图分类号：ＴＭ３４３．２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００２－ ２３３（３ ２００６）０２－ ００６３－ ０１
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
Ｐ ｒａ ｃ ｔｉｃ ａ ｌ Ｅ ｘｐ ｅ ｒｉｅ ｎ ｃ ｅ
经验借鉴
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 ７１２０２５）
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。
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：ＴＨ１２２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－ ２３３（３ ２００６）０２－ ００６１－ ０３
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 ４０～１４０ ｍｍ，Ｄ 尺寸一般在 φ１０￣φ４０ ｍｍ。 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。
机 械 设 计 Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉｃ ａ ｌ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ
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 １１０ＢＦ－ ００３，其步距角 δ 为 ０．７５°，丝杆螺母副按结构设计螺距 Ｔ 确定为 ４ｍｍ，若 使脉冲当量 θ为 ０．０１ ｍｍ，则 Ｘ 向减速箱减速比
ｉ＝ Ｔδ ＝ ４×０．７５ ＝ ５ ３６０θ ３６０×０．０１ ６
所以取齿轮 Ｉ 齿数 Ｚ１＝９０，齿轮 ＩＩ 齿数 Ｚ２＝７５。 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 ＪＢＦ－ ８ 型减速步进电机，并配螺距为 ６ ｍｍ 的 滚珠丝杆装配而成，其脉冲当量也为 ０．０１ ｍｍ。 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Ⅲ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Ⅱ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 ９０°转位 要求。控制系统原理图如图 ４。
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
收稿日期：２００５－ １１－ １４
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７结论
性调整，所以数控组合机床将是组合机床设计的一个新
在传统机械制造业中，组合机床仍然是完成批量生 突破点。
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
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 １Ｕ１ 和 ２Ｕ１ 或 １Ｕ２ 和 ２Ｕ２ １Ｕ１ 和 ２Ｕ２ 或 １Ｕ２ 和 ２Ｕ１ Ｕ１ 和 Ｗ２ 或 Ｕ２ 和 Ｗ１ Ｕ１ 和 Ｗ１ 或 Ｕ２ 和 Ｗ２
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。
Ｇ００ Ｗ－ １３ ／／工作台快进，使工件中心对准中心钻中心
Ｇ０１ Ｕ－ ５ Ｆ５００ ／／钻两侧中心孔
Ｕ－ ３ Ｆ３００ ／／钻两侧 ６０°锥
Ｇ００ Ｘ０ Ｍ０５ ／／钻削滑套快退到原位，同时铣削头停转
Ｚ０
／／工作台快退回原位
Ｔ２０
／／转位刀架旋转 ９０°准备加工另两侧面
Ｇ００ Ｗ－ ２０
／／工作台快进
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 ９０°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。
Ｇ２６
／／工作台快退回原位
Ｍ０２
／／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 Ｇ００ 快进速度为３０００，
则：
快进、快退总行程为（：２０＋１３＋３３＋８）×２＝１４８ ｍｍ
总消耗工时为：６０×１４３／３０００＝２．８６ ｓ
工进工时为：２×６０（×２０／６００＋５／５００＋３／３００）＝６．４ ｓ
Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉｃ ａ ｌ Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ
机械设计
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 ３５００１４）
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
Ｍ０３
／／两铣削头启动（ 铣削转向）
Ｇ０１ Ｗ－ ２０ Ｆ６００ ／／工作台工进，进行端面铣削加工
Ｍ０４
／／左侧铣削头换向（ 钻削转向）
Ｇ００ Ｗ－ １３
／／工作台快进，使工件中心对准中心钻中心
Ｇ０１ Ｕ－ ５ Ｆ４００ ／／钻两侧中心孔
Ｗ－ ３ Ｆ２００ ／／钻两侧 ６０°锥
Ｇ００ Ｘ０ Ｍ０５ ／／钻削滑套快退到原位，同时铣削头停转
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（ １９７１－），男，助理实验师。
数控转位刀架转位时间：２×３＝６ ｓ
工件装夹时间：１０ ｓ
所以，单件总工时为：
２．８６＋６．４＋６＋１０＝２５．２６ ｓ
按每天工作时间为 ８ ｈ，每月上班 ２２ 天算，则每月总
产量为：２２×８×６０×６０／２５．２６＝２５０８３ 件，达到每月产量 ２ 万
件以上的目标。
６２ 机械工程师 ２００６ 年第 ２ 期
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
ＺＸ２５０ 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Biblioteka Baidu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
５ 编程示例
根据以上控制要求，对于 Ｌ 尺寸为 １００ ｍｍ，直径为
１６ ｍｍ 的“ 十字”轴零件，数控编程如下：
Ｔ１０
／／转位刀架回到一工位
Ｇ００
Ｗ－ ２０ ／／工作台快进
Ｍ０３
／／两铣削头启动（ 铣削转向）
Ｇ０１ Ｗ－ ２０ Ｆ６００ ／／工作台工进，进行端面铣削加工
Ｍ０４
／／左侧铣削头换向（ 钻削转向）
（ 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）
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，
机械工程师 ２００６ 年第 ２ 期 ６１
!!!!!!!!!! 作者简介：郑建喜（ １９７３－ ），男，现任福建工程学院台钻厂技术副厂
长，工程师，工程硕士研究生，主要研究方向为机械设计、 机电一体化和虚拟样机。 收稿日期：２００５－ ０８－ ３１
机械工程师 ２００６ 年第 ２ 期 ６３
［ 参考文献］
［ １］［ 加］Ｙｕｓｕｆ Ａｌｔｉｎｔａｓ． 数控技术与制造自动化［ Ｍ］． 罗学科译．北
京：化学工业出版社，２００２．
（ 编辑 黄 荻）
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
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，１Ｕ１ 经开关（Ｋ Ｋ 断状态）接
电池正极，１Ｕ２ 接电池负极，２Ｕ１ 接万用表正表笔，２Ｕ２ 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 １Ｕ１ 和 ２Ｕ１ 或 １Ｕ２ 和 ２Ｕ２ 为同名端；若反偏，则 １Ｕ１ 和 ２Ｕ２ 或 １Ｕ２ 和 ２Ｕ１ 为同名端。