數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床旋風(fēng)刀架設(shè)計*

(齊重數(shù)控裝備股份有限公司研發(fā)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

旋風(fēng)刀架是數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床的核心部件。由于曲軸拐檔距窄，主軸頸與曲拐頸距離大，旋風(fēng)刀盤需套進(jìn)曲軸頸加工工件，見圖1。

1 技術(shù)分析

從圖1看由于曲軸直徑大，轉(zhuǎn)盤無法通過工件(轉(zhuǎn)盤中間圓孔直徑1 300 mm)，因而加工時旋風(fēng)刀架必須要采用分體開合式結(jié)構(gòu)，將上蓋開啟(圖2)，才能從一個曲拐頸移到另一個曲拐頸處。上下體開啟、閉合必須具有準(zhǔn)確定位、自動開合、自動鎖緊等功能。由于刀架體內(nèi)裝有旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的內(nèi)外齒圈,曲拐檔距窄，開合式旋風(fēng)刀架結(jié)構(gòu)尺寸很小，厚度不允許超過156 mm,因而對保證刀架的動靜剛度及旋風(fēng)轉(zhuǎn)盤加工工藝提出了苛刻的技術(shù)要求。

為保證工件加工后的表面粗糙度值達(dá)Ra0.4 μm以內(nèi)，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)支承導(dǎo)軌需采用靜壓導(dǎo)軌，而且需要很好密封才能封住大量靜壓油外流；在旋風(fēng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的同時，刀具需要徑向進(jìn)刀，結(jié)構(gòu)設(shè)計增加差動機(jī)構(gòu)來滿足以上要求。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 旋風(fēng)刀架動作順序

在一個曲拐頸加工完畢后，按停車按鈕，旋風(fēng)刀架抽氣電動機(jī)、主電動機(jī)、送氣電磁閥、刀盤靜壓同時停止工作，同時進(jìn)給電動機(jī)反轉(zhuǎn)刀具返回原位；延時5 s后，上插外齒圈油缸、下插外齒圈油缸、上插內(nèi)齒圈油缸同時插入到位—行程開關(guān)發(fā)信號—按鈕站放松按鈕紅燈亮；人工手動卸下轉(zhuǎn)盤對接把合螺釘，裝入極限開關(guān)的特定庫位上，特定庫位發(fā)信號—放松按鈕紅燈轉(zhuǎn)綠燈亮；按放松電動機(jī)啟動按鈕—行程開關(guān)壓合—兩并列油缸動作—上蓋打開到位行程開關(guān)壓合—兩并列油缸動作—上蓋打開到位行程開關(guān)壓合—油缸停、保壓。

將橫刀架移到初始位置、縱向移向下一個加工位置，橫刀架到工件加工位置。

按上蓋閉合按鈕—兩并列油缸動作—上體與下體合上、到位行程開關(guān)壓合—鎖緊電機(jī)紅燈亮—手動裝上4個把合螺釘—特定庫位極限開關(guān)復(fù)位—鎖緊電動機(jī)綠燈亮，按鎖電動機(jī)按鈕，上插外齒圈油缸、下插外齒圈油缸、上插內(nèi)齒圈油缸同時退回—行程開關(guān)壓合—主傳動鏈定位油缸退回—退回行程開關(guān)壓合—刀盤旋轉(zhuǎn)開關(guān)綠燈亮—旋風(fēng)刀架抽氣電動機(jī)、主電動機(jī)、進(jìn)給電動機(jī)、送氣電磁閥、刀盤靜壓同時啟動工作—旋風(fēng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，刀具切削開始。

2.2 旋風(fēng)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計

旋風(fēng)刀架由大拖板、中拖板、旋風(fēng)轉(zhuǎn)盤組成。旋風(fēng)轉(zhuǎn)盤是用來完成曲軸旋風(fēng)切削加工的功能零件，刀具裝在轉(zhuǎn)盤上，刀具為彈性成形刀具，切下的切屑類是煙盒錫紙狀，寬度根據(jù)刀具寬窄而定，可達(dá)300 mm以上，長度可達(dá)1 000 mm以上。轉(zhuǎn)盤裝置分為上下兩體，上體連同轉(zhuǎn)盤其中一半，可一起開啟，使要加工曲軸部位進(jìn)入此裝置內(nèi)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動為靜壓支承；轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)為主運動，見圖3，由1PH7167主軸交流伺服動機(jī)7驅(qū)動，通過ZF減速器8及主傳動箱齒輪9傳給轉(zhuǎn)盤1；由于轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)采用機(jī)械驅(qū)動，配合轉(zhuǎn)盤上的軸向和徑向靜壓軸承，給曲拐頸車削提供了最好的穩(wěn)定性和剛性。刀具裝在刀具滑板13上，刀具滑板13可在轉(zhuǎn)盤1上徑向移動；刀具進(jìn)給(U軸)由進(jìn)給交流伺服機(jī)5驅(qū)動，通過齒輪差動機(jī)構(gòu)4、同步齒型帶3、聯(lián)軸節(jié)2、蝸桿、蝸輪12、滾珠絲杠11傳到刀具滑板13上；在進(jìn)給傳動鏈上設(shè)有刀具滑板移動的限位開關(guān)6，限制刀具滑板的移動范圍。刀具在轉(zhuǎn)盤1上可進(jìn)給移動，也可快速移動。轉(zhuǎn)盤1旋轉(zhuǎn)時和停止時，刀具都可以在轉(zhuǎn)盤1上移動。如圖4所示，旋風(fēng)轉(zhuǎn)盤上體1的開啟和閉合由液壓開合油缸6驅(qū)動，開啟之前，上體1中的轉(zhuǎn)盤和內(nèi)齒圈由鎖定機(jī)構(gòu)3將其鎖定，以免使其脫出，閉合后鎖定機(jī)構(gòu)3退出，使轉(zhuǎn)盤和內(nèi)齒圈能自由轉(zhuǎn)動，鎖定機(jī)構(gòu)3由液壓油缸驅(qū)動。靜壓油的密封采用“負(fù)壓氣流密封”技術(shù)，在轉(zhuǎn)盤和非轉(zhuǎn)動部分之間的縫隙處裝有壓縮空氣管5，壓縮空氣從管的小孔處噴出。在裝置的側(cè)面裝有抽氣風(fēng)機(jī)2，將裝置內(nèi)的空氣向外抽。腔里形成負(fù)壓。在壓縮空氣和風(fēng)機(jī)的共同作用下，使轉(zhuǎn)盤和非轉(zhuǎn)動部分之間的縫隙處產(chǎn)生向裝置內(nèi)部流動的氣流，而達(dá)到封油作用。

轉(zhuǎn)盤靜壓支承旋轉(zhuǎn)用的是雙向內(nèi)循環(huán)72點恒流式徑向和軸向靜壓導(dǎo)軌支承技術(shù)，見圖5，轉(zhuǎn)盤兩側(cè)各設(shè)有18塊靜壓軸瓦，沿圓周方向均勻安裝在刀架體上，轉(zhuǎn)盤與靜壓軸瓦之間采用恒流靜壓導(dǎo)軌聯(lián)接，每塊軸瓦的軸向和徑向各設(shè)有一個靜壓油腔。

圖3中的差動機(jī)構(gòu)用于在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的同時刀具沿徑向進(jìn)給(U軸)，結(jié)構(gòu)設(shè)計需要帶內(nèi)、外齒圈與差動輪系組合的差動進(jìn)給技術(shù)。進(jìn)給電機(jī)由西門子交流電機(jī)驅(qū)動，通過差動輪系傳遞給內(nèi)齒圈使轉(zhuǎn)盤刀具移動。刀具徑向卡緊通過彈簧夾緊，液壓放松，刀具手動放置在刀夾內(nèi)，通過按鈕夾緊放松，刀具選用寬刀刃成形刀具。

3 結(jié)語

通過對旋風(fēng)刀架綜合研究，掌握了多種新技術(shù)、新工藝、新材料，解決了異形長軸非轉(zhuǎn)動軸頸加工難題。希望以上核心技術(shù)能在今后的工作中對機(jī)床設(shè)計者起到借鑒意義。

[1]現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊編委會.現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊：上下冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.機(jī)械設(shè)計[M].7版.北京：高等教育出版社，2001.