數(shù)控軋輥磨床工件頭架的研究與應(yīng)用

武林， 王福利

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

0 引言

工件頭架是數(shù)控重型軋輥磨床非常重要的部件之一，主要完成對(duì)軋輥工件的支撐，并為軋輥工件的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，下面以齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司為中信重工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)最大的數(shù)控軋輥磨床RG300X150/260L-NC為例進(jìn)行介紹，該機(jī)床工件頭架最大支撐力130 t，加工難度極大，為適應(yīng)用戶提出的工件頭架主軸回轉(zhuǎn)精度小于0.004 mm的要求，我們對(duì)重要零部件進(jìn)行了系統(tǒng)的工藝論證，在頭架結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了重點(diǎn)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 結(jié)構(gòu)說明

工件頭架主要由頭架體、主軸系統(tǒng)、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助啟動(dòng)裝置、撥盤機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)及溫度檢測(cè)裝置等主要部分組成。

頭架體采用整體箱形結(jié)構(gòu)，用低應(yīng)力高強(qiáng)度鑄鐵鑄造而成，具有剛度高、固有頻率高、抗振能力強(qiáng)、噪聲低等特點(diǎn)。箱體安裝在底座上，通過高強(qiáng)度螺釘連接，箱體與底座連接采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從而有效地減小了主軸的熱漂移，提高了加工精度。主電機(jī)與頭架箱體共同安裝在一個(gè)底座上，傳動(dòng)剛度高，抗振性好，如圖1所示。

圖1 頭架體及撥盤機(jī)構(gòu)

主軸系統(tǒng)安裝在頭架體內(nèi)，主軸支撐在大承載高精度可消隙的雙列圓柱滾子軸承上，前后各一套，中間安裝由推力圓柱滾子軸承，用于承受工件頂緊力。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)取得了最佳的支承跨度，提高了主軸的回轉(zhuǎn)精度和動(dòng)靜剛度。

主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要為主軸提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的各級(jí)傳動(dòng)都是通過交流伺服主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并經(jīng)各級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。同步齒形帶與相應(yīng)的同步帶輪達(dá)到了最佳匹配關(guān)系,確保了同步齒形帶的使用壽命。同步齒形帶采用大扭矩、高強(qiáng)度圓弧齒形式，在工作過程中，通過預(yù)緊機(jī)構(gòu)對(duì)各級(jí)傳動(dòng)齒形帶進(jìn)行預(yù)緊，使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到了更高的傳動(dòng)剛度。

圖2 頭架輔助啟動(dòng)裝置

工件頭架配有一套輔助啟動(dòng)裝置（如圖2所示），采用交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)減速器降速與主軸的齒盤相連，可滿足主軸啟動(dòng)時(shí)需要大扭矩的要求，當(dāng)主軸達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，輔助啟動(dòng)裝置與主軸脫開，轉(zhuǎn)為由同步帶傳動(dòng)的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

主軸前端安裝有撥盤裝置，用于主軸與工件的揉性連接，來帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，完成磨削加工。

工件頭架的潤(rùn)滑系統(tǒng)主要完成整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各支承軸承的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方式為脂潤(rùn)滑，通過電動(dòng)脂潤(rùn)滑泵經(jīng)可調(diào)整分油器將潤(rùn)滑脂輸送到各潤(rùn)滑點(diǎn)。

在主軸前軸承上方安裝有用于監(jiān)測(cè)主軸軸承溫度的傳感器（如圖3），實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度變化，并將數(shù)值傳遞給數(shù)控系統(tǒng)，如溫度過高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生報(bào)警，確保軸承不會(huì)損壞，從而起到了安全保護(hù)作用。

圖3 主軸軸承溫度傳感器

2 主要技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)控重型軋輥磨床工件頭架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了多項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)手段及理論分析計(jì)算，確保了頭架使用的可靠性。主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

1）采用超大規(guī)格大承載、高精度可消除徑向間隙的雙列圓柱滾子軸承用于主軸前支承。顯著延長(zhǎng)了軸承的使用壽命；主軸前后支承軸承采用最佳的跨距，最大限度提高了主軸系統(tǒng)的剛性。

2）先進(jìn)的工藝方法保證芯軸機(jī)構(gòu)的超高回轉(zhuǎn)精度。為使主軸達(dá)到更高的旋轉(zhuǎn)精度，只依靠提高軸承的回轉(zhuǎn)精度是不能滿足使用要求的，因?yàn)槠渌蛩赝瑯訒?huì)對(duì)回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生影響，如前后軸承的同軸度問題。為排除這一因素的誤差，在工藝上采用了前、后軸承內(nèi)環(huán)滾道裝配后二次磨削的加工工藝方法,可保證同軸度要求。

3）傳動(dòng)平穩(wěn)的同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。與齒輪傳動(dòng)等其它傳動(dòng)相比，同步帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)對(duì)磨削加工產(chǎn)生較大的影響，從而提高了工件的加工精度。

4）大扭矩輔助啟動(dòng)裝置。主軸轉(zhuǎn)速從零加速到一定的數(shù)值，需要很大的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)常靠齒形帶驅(qū)動(dòng)，使各級(jí)齒形帶承受很大的負(fù)荷，會(huì)影響使用壽命。輔助裝置的應(yīng)用代替了齒形帶的啟動(dòng)傳動(dòng)，避免了齒形帶頻繁大負(fù)荷工作，從而提高了整個(gè)頭架傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命及可靠性。

3 結(jié)語

重型數(shù)控軋輥磨床工件頭架結(jié)構(gòu)的研究與制造,是通過精確的分析論證，并充分吸取了我公司幾十年制造超重型數(shù)控臥式車床的豐富經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)代最先進(jìn)的加工工藝方法,通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保了頭架的可靠性及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均到達(dá)使用要求，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家在此類機(jī)床產(chǎn)品上長(zhǎng)期的技術(shù)壟斷。

［參考文獻(xiàn)］

［1］宋貴亮，鞏亞東，蔡光起.超高速磨削及應(yīng)用［J］.航空精密制造技術(shù)，2000（3）：16-20.

［2］李伯民.現(xiàn)代磨削技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］MALKIN S.磨削技術(shù)與應(yīng)用［M］.沈陽：東北大學(xué)出版社，2002.