臥式重型數(shù)控車床的設(shè)計

隋連香 王 晶 劉麗芳

（①沈陽理工大學(xué)，遼寧沈陽110168;②沈陽機(jī)床集團(tuán)公司，遼寧沈陽 110142）

數(shù)控機(jī)床既是國防工業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)裝備， 也是國際制造業(yè)技術(shù)和商業(yè)貿(mào)易的重要構(gòu)成［1］。而面對我國航空、航天、核電、風(fēng)電、船舶等國家重點領(lǐng)域的重大工程項目對關(guān)鍵加工裝備的迫切需求［2］，發(fā)展大型、重型高檔數(shù)控機(jī)床意義非凡。該車床正是為了滿足加工技術(shù)的快速發(fā)展要求而設(shè)計的加工設(shè)備。本機(jī)床主要用于加工各種大型或超大型軸類和盤類工件，可以車削各種螺紋、圓弧、圓錐及回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外曲面，能夠滿足黑色金屬及有色金屬高速切削的速度需求，也適合于汽車、摩托車、船舶、航天和軍工等行業(yè)對轉(zhuǎn)體類工件進(jìn)行高效、大批量、高精度的加工。該車床的研制，不論對企業(yè)還是對國家都有不可估量的重要意義。

1 機(jī)床總體設(shè)計

1．1 整體結(jié)構(gòu)

為加工各種大型或超大型轉(zhuǎn)體類工件，本機(jī)床床身采用臥式放置，其上裝配有主軸箱、尾臺、X軸/Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架、中心架、輔助支架、液壓系統(tǒng)等主要部件，并采用框式刀架結(jié)構(gòu)。機(jī)床總體結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

1．2 主要部件結(jié)構(gòu)

（1）床身

該機(jī)床床身采用內(nèi)部筋形布局，有較高的剛性。導(dǎo)軌及復(fù)導(dǎo)軌面均采用中頻淬火磨削工藝，淬硬層深2～3 mm，硬度達(dá)52 HRC以上。在滑動導(dǎo)軌面處采用貼防爬行導(dǎo)軌板等工藝措施，使進(jìn)給系統(tǒng)的剛度、摩擦阻尼系數(shù)等動態(tài)特性處于最佳狀態(tài)，避免了低速爬行現(xiàn)象的發(fā)生。床身采用多段接駁而成，連接處有螺栓及銷釘，使連接處有較高的連接剛性和定位精度。

（2）主軸箱

該機(jī)床主軸箱是用直流電動機(jī)驅(qū)動，其傳動過程采用:主電動機(jī)—皮帶傳動—齒輪變速的傳統(tǒng)傳動方式［3］，并通過液壓油缸來實現(xiàn)變速的傳動結(jié)構(gòu)。本機(jī)床有2檔轉(zhuǎn)速，第1檔轉(zhuǎn)速為1～74 r/min，第2檔轉(zhuǎn)速為3～200 r/min，每檔內(nèi)都可實現(xiàn)無級變速。油缸有3個位置，每個位置對應(yīng)1個固定齒輪（其中有1個位置為空位，空位時可手動轉(zhuǎn)動卡盤），從而實現(xiàn)了2級轉(zhuǎn)速。主軸的正反轉(zhuǎn)及剎車是由主伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及起?？刂频摹?/p>

（3）尾座

該機(jī)床尾座為電動、手動操作雙能尾座。結(jié)構(gòu)見圖2。

①尾座移動與鎖緊 尾座沿床身在Z軸方向整體移動與鎖緊。移動由電動機(jī)6拖動一套齒輪傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn);也可用四方扳手搖動接口4，來實現(xiàn)尾臺的移動。尾座配有4個液壓鎖緊油缸，在尾座到達(dá)指定位置后泄壓，由碟形彈簧拉緊拉桿使尾座鎖緊于床身上。

②尾座頂尖伸縮與頂緊 可以通過機(jī)床控制系統(tǒng)發(fā)出指令使得電動機(jī)5正反轉(zhuǎn)，通過傳動機(jī)構(gòu)拖動尾座套筒的伸縮和頂緊;此外也可以通過推動手輪1與蝸桿軸離合器嚙合，搖動手輪進(jìn)而帶動套筒和頂尖伸出或者反向旋轉(zhuǎn)帶動頂尖縮回;實際操作過程中可以依據(jù)尾座上壓力指示牌所給定的數(shù)據(jù)確定尾座套筒頂緊力大小，尾座套筒頂緊或者停止視壓力表是否達(dá)到實際工況需要而定;板手接口2是用來鎖緊尾座套筒的。

（4）液壓系統(tǒng)

由于液壓傳動具有輸出力大、重量輕、慣性小、調(diào)速方便和易于控制等優(yōu)點，在完成和提高數(shù)控機(jī)床性能方面發(fā)揮著不可替代的作用［4］。本機(jī)床分別對主軸箱齒輪變速、液壓卡盤的夾緊與松開、潤滑和尾座的定位采用了液壓控制。該液壓系統(tǒng)由油箱、泵組、操縱板和閥等組成。液壓系統(tǒng)壓力16.5 MPa。液壓站采用HL－46號液壓油，油液的清潔度為9級。

（5）X軸和Z軸進(jìn)給運(yùn)動

Z軸進(jìn)給運(yùn)動采用雙電動機(jī)消隙結(jié)構(gòu)，即2臺伺服電動機(jī)分別直聯(lián)2個減速器，減速器前端安裝有齒輪，通過齒輪與安裝在床身上齒條的嚙合來實現(xiàn)Z軸進(jìn)給，同時通過電氣參數(shù)控制2臺伺服電動機(jī)的同步運(yùn)動，實現(xiàn)兩個齒輪分別向兩側(cè)靠緊齒條齒面，從而達(dá)到消除反向間隙的作用;床鞍上的刀架沿床鞍在X軸方向移動是由X軸伺服電動機(jī)經(jīng)皮帶輪及皮帶連接滾珠絲杠驅(qū)動的，并配備國外進(jìn)口的高精度滾珠絲杠，以確保高精度，且傳動準(zhǔn)確。

2 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)

最大加工工件直徑/mm:3 200;

最大切削長度/mm:5 000;

最大切削直徑/mm:3 200;

主軸轉(zhuǎn)速范圍/（r/min）:1～200;

X軸快移速度（m/min）:5;

Z軸快移速度（m/min）:6;

X軸行程/mm:1 250;

Z軸行程/mm:5 000;

液壓系統(tǒng)壓力/MPa:16．5。

3 控制系統(tǒng)及加工過程

3．1 控制系統(tǒng)

本機(jī)床CNC控制系統(tǒng)采用法國NUM1050，伺服驅(qū)動為MDLU全數(shù)字式，具有精度高，運(yùn)行速度快等特點。

3．2 加工過程

機(jī)床啟動，X、Z兩個方向的運(yùn)動部件移至機(jī)床零點，啟動預(yù)先編好的加工程序，機(jī)床各部件將按自動的指令運(yùn)動，對被加工件進(jìn)行加工。當(dāng)加工空間曲面時，X、Z可以聯(lián)動完成對空間曲面的加工。加工完畢后，各軸退回到零點位置，刀具和主軸停止轉(zhuǎn)動，等待下一個工件的加工。

4 結(jié)語

該重型數(shù)控車床不僅可以完成各種螺紋、圓弧、圓錐及回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外曲面的加工，并能滿足黑色金屬及有色金屬高速切削的速度需求，尤其解決了各種大型或超大型回轉(zhuǎn)體類工件在加工中存在的高效、大批量、高精度的問題。該機(jī)床投入使用后，已加工出多種應(yīng)用在汽車、摩托車、船舶、航天和軍工等行業(yè)的大型回轉(zhuǎn)體類零件，機(jī)床運(yùn)行狀況穩(wěn)定，工作可靠，完全滿足了機(jī)床的設(shè)計要求。

［1］薛志紅，宋博，李曉峰，等．大型平床身數(shù)控車床主電機(jī)功率的設(shè)計［J］．裝備制造技術(shù)，2008（7）．

［2］方雄文．立式加工中心產(chǎn)品的發(fā)展趨勢［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2009（12）:47－49．

［3］張惠敏．五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的設(shè)計［J］．機(jī)床與液壓，2010（8）．

［4］劉樂平，董啟政，鄧國洪，等．高速高精數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計［J］．液壓與氣動，2011（7）．