自研三工位液壓缸在T42100 坐標鏜床改造上的應用

于 方

(中航工業(yè)成都飛機工業(yè)(集團)有限責任公司設備公司，四川 成都610092)

1 機床狀態(tài)及改造要求

筆者公司的一臺雙柱坐標鏜床(型號:T42100)，是上世紀70 年代從原昆明機床廠購得的高精度坐標鏜床，主要用于高精度孔系的鉆、鉸、鏜等加工，至今服役有30 多年，為筆者公司重點生產設備，在科研生產中發(fā)揮著重要的作用。由于使用年限已久，導軌及各傳動部件磨損比較嚴重，已無法滿足工件加工精度要求，而且電氣部分老化嚴重，控制落后，元器件維修更換困難，故障率高，維修成本急劇上升，維修周期不斷延長，嚴重影響了公司科研生產進度。鑒于此，決定對該機床進行數控化改造。

該機床的主傳動鏈結構復雜，共有5 個軸系(如圖1)，采用雙速電動機通過齒輪及皮帶傳動，通過手動操作機械手柄控制滑移齒輪分別與不同的齒輪相互嚙合，從而實現9 個檔位的變換(每個檔位的轉速是固定的)。本次改造，對其傳動鏈結構進行了簡化，并將手動換檔改為液壓自動換檔(由西門子系統(tǒng)進行控制)。使用部門要求改造后該機床需具有高速檔和低速檔，分別滿足高速加工和低速大扭矩加工的要求，同時還必須有一個空檔位，可以用手輕松轉動主軸，以滿足對刀(工件找正)的需要。

2 實施方案

數控機床的變速機構采用通過液壓缸控制撥叉，帶動滑移齒輪實現檔位自動變換。筆者知道普通的液壓缸一般只具有兩個工位(缸桿完全伸出和完全縮回兩個位置)，因此3 個檔位的控制一般是通過兩個液壓缸相互配合來實現的。這樣，液壓元件、管路較多，控制起來比較煩瑣，液壓元件、管路越多，其泄漏點就越多，泄漏的可能性就越大，這樣勢必會對工作環(huán)境造成較大的污染，同時也違背了筆者要對機床結構進行簡化的初衷。因此，決定自行設計一套三工位液壓缸，以簡化液壓系統(tǒng)的復雜程度，來實現對該機床的3個檔位(高速檔、低速檔、空檔)的精確控制。

本次改造，將主傳動中的第Ⅰ、Ⅳ軸去掉，只保留了第Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ軸(如圖2)，對第Ⅱ軸的結構進行重新設計，并將各軸上無用的齒輪、帶輪等去掉。主軸電動機選用西門子1PH7 電動機，與第Ⅱ軸直聯。在原第Ⅳ軸處，加裝筆者自行設計的工位液壓缸(圖3)，該液壓缸通過撥叉帶動第Ⅲ軸上的滑移齒輪上下移動，從而實現對該機床的3 個檔位的變換控制功能。

如圖3 所示，換檔原理如圖4 所示。

如圖4a 所示，當液壓油只經B 油口進入液壓缸的上腔時，液壓力作用在上大活塞4 上表面及活塞桿5的臺階軸12 的上端面上，從而推動上大活塞4 和活塞桿5 一同向下移動，同時帶動活塞桿5 上端的檢測塊7 和下端的撥叉17 及與撥叉相聯的滑移齒輪組16 一起向下移動，當上大活塞4 移動到與缸體2 中部的凸臺相接觸時停止移動，此時活塞桿5 的中部臺階軸13與下大活塞3 相接觸，在作用在臺階軸12 上端面的液壓力作用下，活塞桿5 帶動下大活塞3 繼續(xù)向下移動，直到下大活塞3 與下端蓋1 相接觸，此時最下面的一對齒輪相嚙合，機床主軸進入低速檔狀態(tài)，檢測塊7 停留在了最下面的檢測開關10 的位置，檢測開關10 接通，發(fā)出低速檔到位信號，低速檔換檔動作完成。

如圖4b 所示，當液壓油同時經B 油口和A 油口進入液壓缸的上腔和下腔時，作用在活塞桿5 的臺階軸12 和14 上的液壓作用力相互平衡，作用在下大活塞3 下表面的液壓力推動下大活塞3 向上移動，而作用在上大活塞5 上表面的液壓力推動上大活塞5 向下移動，此時如果活塞桿5 處于最上端的位置，則活塞桿5 就與上大活塞4 一起向下移動，如果活塞桿5 處于最下端的位置，則活塞桿就與下大活塞3 一起向上移動，活塞桿上端的檢測塊7 和下端的撥叉17 及與撥叉相聯的滑移齒輪組16 一起移動，直到下大活塞3 和上大活塞4 都與缸體2 中部的凸臺相接觸時停止移動，此時活塞桿5 停留在中間位置，此時沒有任何一對齒輪相嚙合，即機床主軸處于空檔的位置，檢測塊7 停留在了中間的檢測開關9 的位置，檢測開關9 接通，發(fā)出空檔到位信號，空檔換檔動作完成，此位置可以用手輕松轉動主軸進行對刀。

如圖4c 所示，當液壓油只經A 油口進入液壓缸的下腔時，液壓力作用在下大活塞3 下表面及活塞桿5 的臺階軸14 的下端面，從而推動下大活塞3 和活塞桿5 一同向上移動，與此同時帶動活塞桿5 上端的檢測塊7 和下端的撥叉17 及與撥叉相聯的滑移齒輪組16 一起向上移動，當下大活塞3 移動到與缸體2 中部的凸臺相接觸時停止移動，此時活塞桿5 中部的臺階軸12 的上端面與上大活塞4 相接觸，在作用在活塞桿5 的臺階軸14 的下端面上的液壓力作用下，活塞桿5帶動上大活塞4 繼續(xù)向上移動，直到上大活塞4 與上端蓋6 相接觸，此時最上面的一對齒輪相嚙合，機床主軸進入高速檔狀態(tài)，檢測塊7 停留在了最上面的檢測開關8 位置，檢測開關8 接通，發(fā)出高速檔到位信號，高速檔換檔動作完成。

3 結語

通過本次改造，使該機床傳動鏈的結構得到了大大簡化。三工位液壓缸的應用(在西門子840D 數控系統(tǒng)控制下)，使該機床實現了自動換檔功能，換檔靈活準確、動作可靠，并且在每個檔位均實現了無級變速，改造至今已經有3 年多的時間了，運行狀態(tài)良好，從未發(fā)生過故障，降低了工人的勞動強度，提高了生產效率。三工位液壓缸使機床的液壓系統(tǒng)得到了簡化，在機床研制及改造方面具有極高的推廣應用價值。