兩種主軸箱平衡系統(tǒng)導向機構在數(shù)控落地銑鏜床中的應用分析

崔鳳有 陳雪芳 孔凡武 李德剛

(①齊齊哈爾二機床(集團)有限責任公司設計院，黑龍江 齊齊哈爾161005;②吉林東光集團有限公司技術中心，吉林長春130103)

目前數(shù)控落地式銑鏜床主軸箱平衡系統(tǒng)是通過鋼絲繩一端連接主軸箱，另一端連接配重重錘的方式實現(xiàn)主軸箱的平衡，這樣可大大降低主軸箱上下運動進給電機的托動力。重錘中心面四角處安裝有四套導向輪組，立柱內腔安裝有兩套導向杠，重錘通過兩側上下導向輪組分別沿兩側導向杠上下運動，從而實現(xiàn)重錘的平衡運動。重錘導向機構工作可靠性和運動平穩(wěn)性對機床主軸箱高速進給和高精度加工尤其重要，弧線接觸式主軸箱平衡導向機構和線接觸式主軸箱平衡導向機構都能實現(xiàn)重錘的上下運動，但是在穩(wěn)定性上二者有一定差別，本文從結構和受力上對二者進行分析。

1 弧線接觸式與三線接觸式主軸箱平衡導向機構分析

1.1 弧線接觸式主軸箱平衡導向機構

弧線接觸式主軸箱平衡導向機構如圖1 所示，此結構主要由定位套、導向杠、滾輪等部分組成。并中導向杠材料是圓鋼管，并通過定位套固定在立柱上，導向杠相對重錘保持靜止;滾輪安裝于重錘上，滾輪本身可繞回轉軸線做回轉運動，并與重錘一起沿導向杠做直線運動。滾輪圓周上加工有圓弧形凹槽，此弧形凹槽與導向杠圓弧面形成運動副。

弧線接觸式平衡導向機構滾輪與導向杠是弧線接觸，根據(jù)公式(1)可知，在角速度ω 相同的情況下，弧線上各點距回轉軸線的回轉半徑不同，弧線上各點的線速度就不同，半徑大線速度就大。

式中:V 為線速度;ω 為角速度;r 為回轉半徑。

弧線接觸式結構在滾輪沿導向杠運動的初期，滾輪接觸弧線上直徑大的點由于線速度較大形成滾動，而直徑小的點由于線速度較小形成滾動和滑動的混合運動，這樣在重錘上下運動過程中產(chǎn)生滑動摩擦，對滾輪和導向杠接觸面產(chǎn)生磨損。

弧線接觸式導向機構能夠承受較大垂直于回轉軸線方向的沖力，但是在承受平行回轉軸線方向沖力沖擊時，由于沖力對滾輪繞回轉軸線產(chǎn)生翻轉力矩，因此對滾輪內部軸承產(chǎn)生沖擊，最終會導致軸承損壞，進而滾輪卡死，使?jié)L輪與導向杠形成純滑動運動，進一步加快滾輪磨損，同時產(chǎn)生振動和噪音。

從以上分析可知，弧線接觸式主軸箱平衡導向機構由于穩(wěn)定性較差，因而制約主軸箱進給速度的提高，從而影響數(shù)控落地式銑鏜床向高進給速度方向發(fā)展。

1.2 線接觸式主軸箱平衡導向機構

線接觸式主軸箱平衡導向機構如圖2 所示。此結構主要由導向杠、定位套、側向滾輪組和正向滾輪組等部分組成。與弧線接觸式導向機構不同的是導向杠材料是方鋼，并通過定位套固定在立柱上。側向滾輪組和正向滾輪組安裝在重錘上。側向滾輪組主要由滾輪和連接板組成;正向滾輪組主要由滾輪和滾輪體組成。側向滾輪組的兩個滾輪和正向滾輪組的滾輪安裝時與導向杠3 個面調整好間隙，使?jié)L輪沿導向杠能夠自由直線運動，從而實現(xiàn)重錘平穩(wěn)運動。線接觸式導向機構3 個滾輪承受水平?jīng)_力和抗翻轉力矩能力強，滾輪在直線運動過程中始終保持純滾動運動，因此整套機構使用壽命長、可靠性高，并且噪音低。

1.3 應用

線接觸式主軸箱平衡導向機構相對于弧線接觸式主軸箱平衡導向機構結構可靠、運動平穩(wěn)、安裝方便、便于維修，特別適用于高速進給運動的重型數(shù)控落地銑鏜床，而且制造成本相對較低。此種結構已經(jīng)應用于TK6926/140 ×60 型數(shù)控落地銑鏜床中，主軸箱進給速度從1～6000 mm/min，提高到1～20000 mm/min，從而保證機床實際工作中主軸箱的高速進給和機床的高精度加工。目前此技術正廣泛應用于TK6913(TH6913)、TK6916(TH6916)、TK6920(TH6920)和TK6926(TH6926)等各系列數(shù)控落地式銑鏜床中。

2 結語

隨著科學技術的快速發(fā)展，對數(shù)控落地銑鏜床的加工精度、進給速度和主軸轉速的要求越來越高，因此穩(wěn)定可靠的運動副結構對數(shù)控機床，特別是重型數(shù)控落地式銑鏜床的影響尤其重要。線接觸式平衡導向機構比弧線接觸式平衡導向機構運動更平穩(wěn)，受力效果更好，更適用于高精度、高進給速度和高主軸轉速的數(shù)控機床，其對提高數(shù)控機床的性能和品質起到重要作用。

［1］李洪.實用機床設計手冊［M］. 沈陽:遼寧科學技術出版社，1999.

［2］成大先.機械設計手冊［M］. 北京:化學工業(yè)出版社，2007.

［3］現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會. 現(xiàn)代實用機床設計手冊［M］. 北京:機械工業(yè)出版社，2006.