1 卧式车床自动加工轴承滚子技术的开发背景
随着国内外制造业市场需求的变化和现代机床产品技术的革新，中小规格数控机床越来越朝着高速、高效、智能、环保的方向发展。高速化、精密化、高效率、系统化、复合化，宜人性好，是该类机床发展的总体趋势。世界上主要发达国家如美国、日本、德国、英国等，在同类机床的相关技术上已经非常成熟，但产品价格昂贵。因此市场占有量偏小。 近几年，国产机床整体发展较快，市场占有量较大，价格低廉，但由于数控系统的稳定性和可靠性不过关，一直处于徘徊不前的局面，直到80年代，在引进了国外的数控系统和伺服技术后才进入稳步发展阶段，到目前为止，我国已有几十个厂家在从事不同层次的数控机床的生产与开发，但技术却一直处于世界的中端水平，性能和品种也一直在跟着发达国家亦步亦趋，没有自己的主张。尤其是数控车床的整体自动化程度不高，很多机床产品仍以人工手动操作为主，造成零件加工周期长，人为因素大，稳定性低等不可弥补的缺点。另一方面，机械行业的发展带动了轴承行业的飞速发展，近几年，轴承行业对中小型规格的数控机床的需求逐年递增。轴承附件的特点是硬度高，精度高，外型小，规格多，批量大。这就要求有一大批中小规格数控机床满足其加工需求，其特质是高刚性、高精度，高效性。经过数十年的发展，数控机床技术显然已经非常成熟、品种也已经非常丰富、产量达到每年数十万台，而保有量已经达到了数百万台。尽管产量和保有量都很巨大，但现存的中小规格数控机床或者精度有余而刚性不足，或者刚性有余而精度不足，少数两者兼而有之的机床自动化程度又不高，不能满足用户高效、短时间内大批量的加工需求。 之所以这样讲，是因为对于中小型数控卧式车床来说，其布局紧凑，加工区域小，决定在其上几乎不可能安置自动机构实现自动上下料、边加工边切断的功能，以达到提高效率的目的。而对于一些规格小、批量大、硬度高的零件，尤其是轴承滚子来说，普通的车床很难保证其高效率，高品质的加工。因此，卧式车床自动加工轴承滚子技术的研制势在必行。我厂最新研制的小型卧式斜床身数控车床实现了在卧式斜床身数控车床上安装上下料机构、自动切断装置，并对六米棒料滚子一次车削成型。它一方面解决了中小型卧式数控车床结构紧凑，难以安装自动上下料的问题，另一方面针对六米棒料回转惯量大的特点，加大了各主要部件的刚性，有效的避免了因机床刚性不足引起的零件精度不足的问题。这样，对于类似轴承滚子这样的零件来说，自动上下料机构、自动切断装置解决了加工效率低的问题；高刚性、高精度零部件的使用，解决了机床刚性、精度不足带来的零件稳定性差的问题。小型卧式斜床身数控车床已从轴承行业推广到很多行业，可满足军工、汽车、电子等行业对高刚性复杂零件的高效率加工的要求，真正做到在提高工作效率的同时保证被加工件的精度。
图1为机床实际外观图<图1 机床外观图" 图1 机床外观图"
2 关键技术的研究开发对于轴承滚子来说，毛坯棒料长，回转惯量大；加工步骤繁琐，加工效率低；材料硬度高，精度稳定性差，以上都是数控车床需要解决的难点。
2.1满足六米棒料转动惯量技术的研究六米棒料的转动惯量为0.05955kg㎡，如使用普通小规格电机和单主轴，机床无法承载如此大转动惯量工件的旋转。经过精心的演算，并通过三维仿真模拟核对，本次设计在降低成本的原则下，选用了大功率变频电机，齿轮变速主轴箱的结构。六米棒料以及主轴箱所有零件的总转动惯量为0.078 kg• ㎡，变频电机可满足转动惯量为0.09 kg• ㎡的零件旋转的需求。
图2为主轴箱三维示意图。
2.2自动上下料机构的研究常见的轴承滚子的加工方式是人工操作松开卡盘卡爪手动拉出主轴孔内棒料对刀执行加工程序切离人工取料。其中人工环节浪费了大量时间。本次设计采用主轴后机外自动送料机，将六米棒料由送料机由主轴后侧送入，前端由卡盘卡紧。当需要送料时，送料机上压板由液压控制抬起，卡盘卡爪松开，六米棒料被送料机推入加工区指定位置，而后送料机压板压下，卡盘卡爪抓紧棒料，开始运行加工程序。一个轴承滚子加工完毕后，抓料装置将其含在内部，由下一个零件推入下料道中，最终进入收料盒中。整个过程无需人工参与，既缩短了加工周期，又保证了零件的一致性。
图3为加工流程示意图。
2.3上下排刀对棒料同步加工技术的研究轴承滚子在由棒料加工成成品，主要经历车削外圆、端面及凹槽，以及最终切断三个过程。其中切断过程占总时间的三分之一。车削过程为刚性时间不能缩减，于是本次研究将最终的切断过程与车削过程同步进行，这样可将加工时间缩短为原来的三分之二。为了达到这个目的，该机床增加了由伺服轴控制的切断刀进给。图4为上下排刀板布置图。;主轴箱；床身1；切断轴；车削轴
图4 上下排刀板布置示意图"
2.4液压扭断装置的研究 为了使加工完毕的成品滚子由下料道进入收料盒，切断刀并不将成品件与棒料完全分离，而是由安装在上排刀板上的液压扭断装置将成品卡住、扭断，并把成品件含在扭断装置中。当下一个成品件进入扭断装置中时，上一个成品件便被推入下料道，最终进入收料盒。
3 应用效果
图5是为该机床各主要装置。上下料装置、上下排刀板布置，充分运用了卧式车床的空间，在实现原理、链接环节等方面都进行了周密的设计和合理的计算，保证了运转过程的万无一失。图5 主要装置外观图"图5 主要装置外观图"
4 适合加工工件范围该机床可以满足小规格、大批量、高硬度零件的加工。此类机床采用模块化设计技术，可满足大小不同的各种小规格轴类零件的粗精加工的需求。
5 结束语中小型卧式斜床身数控车床的设计制造应时代和市场需求而生。2011年9月投入用户生产中，用于完成轴承滚子的粗精加工。整批机床精度稳定，性能可靠，刚性好，效率高，设备投入少，生产成本低，操作维护简便。该装置能替代普通卧式车床满足小规格轴类零件的加工，填补市场空白，满足用户要求,自动加工轴承滚子数控机床设计制造的成功，是我们将卧式车床结构、自动上下料机构、上下排刀板等一起应用的尝试和实践。对于本文及结构设计中存在的错误和不足请予以批评指正，以便我们进一步提高服务社会的能力。