三軸雙刀架數(shù)控車床設(shè)計(jì)

李榮兵，徐 敏，袁素云，石多龍

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ，江蘇 徐州 221140）

目前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。在保證加工精度的情況下，省時(shí)、節(jié)能、高效是加工理念的核心。鑒于國內(nèi)許多中小企業(yè)使用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床較多這一情況，本著經(jīng)濟(jì)、高效的原則，研究設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格較低、精度高、生產(chǎn)率高、工藝性廣的三軸雙刀架數(shù)控車床。

圖1 雙刀切削及前后刀架配合起到跟刀架的作用示意圖

圖2 在大拖板沿Z軸正負(fù)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行加工

1 三軸雙刀架數(shù)控車床設(shè)計(jì)目標(biāo)及工作原理

（1）設(shè)計(jì)目標(biāo)。改善普通數(shù)控車床的加工過程中的空行程耗時(shí)問題，提高加工過程中的加工效率及加工精度，有效地?cái)U(kuò)展普通數(shù)控車床的應(yīng)用范圍。

（2）工作原理。在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床基礎(chǔ)上，改變中托板的結(jié)構(gòu)，增加一個(gè)前置刀架，在x軸方向增加一個(gè)平行軸，變兩軸單刀架數(shù)控車床為三軸雙刀架數(shù)控車床，增加了四個(gè)刀位，前后刀架在z軸方向同步，在x軸方向?yàn)楠?dú)立運(yùn)動(dòng)，前后刀架均可與主軸實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，兩刀架配合，在大拖板沿z軸正負(fù)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行加工，減少了空行程，提高了生產(chǎn)效率(圖1所示)；在車削細(xì)長軸時(shí)，前后刀架配合還可起到跟刀架的作用，減少工件變形(圖 2所示)。

2 三軸雙刀架數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）三軸雙刀架數(shù)控車床布局結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)型的基礎(chǔ)上，改變中拖板的結(jié)構(gòu)，增加一個(gè)前置刀架，變兩軸單刀架數(shù)控車床為三軸雙刀架數(shù)控車床。在三軸雙刀架數(shù)控車床送電后，啟動(dòng)主軸，主軸旋轉(zhuǎn)，控制雙刀架進(jìn)給,可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)進(jìn)給,共同進(jìn)給，轉(zhuǎn)動(dòng)刀塔實(shí)現(xiàn)分別換刀和同時(shí)換刀，啟停切削液加工，主軸轉(zhuǎn)潤滑泵工作等。車床主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加工，刀架進(jìn)給實(shí)現(xiàn)切削。機(jī)床結(jié)構(gòu)布局見圖3所示。

圖3 三軸雙刀架數(shù)控車床結(jié)構(gòu)布局

（2）三軸雙刀架數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有一個(gè)中拖板、一個(gè)四方刀架，由一個(gè)伺服電機(jī)通過一付滾珠絲杠帶動(dòng)刀架作x方向運(yùn)動(dòng)從而與大拖板的Z向運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng)；現(xiàn)改為兩個(gè)中拖板，各裝一個(gè)四方刀架，分別由兩個(gè)伺服電機(jī)通過兩付滾珠絲杠分別帶動(dòng)前后刀架運(yùn)動(dòng)刀架作x方向運(yùn)動(dòng)從而與大拖板的Z向運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)單主軸雙刀架三軸兩聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床加工要求、加工工藝分析及加工受力分析，進(jìn)行定性和量化計(jì)算，從而完成中拖板的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、滑臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、雙刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、滾珠絲杠的支撐以及與電機(jī)聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)保護(hù)罩的設(shè)計(jì)、限位開關(guān)的設(shè)計(jì)等。三軸雙刀架數(shù)控車床三維造型如圖4所示，機(jī)械結(jié)構(gòu)見圖5所示。

圖4 三軸雙刀架數(shù)控車床三維造型

圖5 機(jī)械結(jié)構(gòu)

（3）雙刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三軸雙刀架數(shù)控車床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于雙刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雙刀架結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

橫向滑板及小滑板，三維樣圖如圖7、圖8所示:

圖7 橫向滑塊三維樣圖

圖8 小滑板三維樣圖

雙刀架組件裝配圖如圖9所示。

圖9 雙刀架組件

3 三軸雙刀架數(shù)控車床的特色與前景展望

（1）特色與創(chuàng)新。本機(jī)床的特色和創(chuàng)新之處在于:改變經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中拖板結(jié)構(gòu)，增加了前刀架，較普通的單刀架數(shù)控車床提高了加工效率；較傳統(tǒng)的雙主軸雙刀架數(shù)控車床簡化了結(jié)構(gòu)與編程、降低了成本；車削細(xì)長軸時(shí)，前后刀架配合可起到跟刀架的作用，減少工件變形。

（2）前景展望。目前，國外研制的雙刀架數(shù)控車床均面向中高端客戶，采用臥式床身，傾斜導(dǎo)軌，國內(nèi)外尚無單位研制平導(dǎo)軌雙刀架數(shù)控車床。

此機(jī)床屬高效多功能經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格較低、精度高、生產(chǎn)率高、工藝性廣面向國內(nèi)中小企業(yè)，客戶多，故具有廣闊的市場前景。

[1]狄壽剛.雙主軸雙刀架數(shù)控車床的設(shè)計(jì)制造[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2011，（12）:98-100.

[2]尹昭輝，周禮根.FANUC系統(tǒng)在數(shù)控車床改造中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2013，（5）:185-187.