創(chuàng)新性的拖動機構(gòu)

郭秀英

(沈陽第一機床廠，遼寧 沈陽110142)

大型車銑復(fù)合加工中心在多品種、細(xì)長軸類工件的加工過程需配置2 ～4 個中心架，且中心架的相對位置是變化的，以求在切削加工過程中獲得較高的動態(tài)剛度。中心架在床身上的移動方式通常有兩種:一種是在床身上安裝固定齒條，中心架底座上的電動機帶動其上齒輪轉(zhuǎn)動，與固定齒條嚙合，實現(xiàn)中心架在床身上的移動;另一種是在床身上安裝一根絲杠，每個中心架底座上安裝一個開合螺母，依靠絲杠的旋轉(zhuǎn)和各個螺母與絲杠的咬合來實現(xiàn)中心架的移動。這兩種中心架移動方式都存在著成本高的缺點。另外，中心架底座上安裝的驅(qū)動電動機或開合螺母等結(jié)構(gòu)體積較大，無法實現(xiàn)中心架之間的近距離布置。對于細(xì)長軸類工件的加工來說，中心架的近距離布置對于實現(xiàn)大扭矩切削或高精度切削是十分重要的。下面介紹的機構(gòu)是一款構(gòu)思精巧、結(jié)構(gòu)緊湊、成本較低的中心架拖動機構(gòu)，它可有效地改變中心架間的相對距離，滿足加工需求。

1 拖動機構(gòu)的整體布局

中心架在床身上的移動方式之一是在床身上安裝固定齒條，中心架上的電動機帶動其上齒輪軸旋轉(zhuǎn)，與齒條嚙合，實現(xiàn)中心架在床身上的移動。本機構(gòu)應(yīng)用在大型車銑復(fù)合加工中心上，如圖1 所示，它的創(chuàng)新性在于應(yīng)用了相對運動的原理，將齒條由固定改為移動。本機構(gòu)將燕尾齒條與燕尾滑塊通過簡易機構(gòu)相互連接，運行在燕尾導(dǎo)軌上。安裝在固定支架上的伺服電動機驅(qū)動其上齒輪軸旋轉(zhuǎn)，與燕尾齒條嚙合，帶動燕尾齒條及燕尾滑塊沿機床Z軸(縱向)方向移動。

燕尾滑塊上設(shè)有多處凹槽，對應(yīng)凹槽中心處設(shè)有檢測孔。燕尾滑塊在燕尾齒條的帶動下在床身上運行，經(jīng)過中心架底座下時，底座上的開關(guān)與燕尾滑塊上的檢測孔重合，發(fā)出信號，伺服電動機停止旋轉(zhuǎn);安裝在中心架底座上的插銷油缸在油壓的作用下插入圖2 所示的凹槽內(nèi)，實現(xiàn)連接;插銷開關(guān)發(fā)出信號，顯示插銷位置處于中心架可拖動狀態(tài)。伺服電動機旋轉(zhuǎn)，帶動燕尾齒條及燕尾滑塊運動，進而中心架被拖動，實現(xiàn)中心架的位置調(diào)整。通過圖3 所示的結(jié)構(gòu)，本機構(gòu)完成一個中心架移動以后，待插銷退出后，在伺服電動機的驅(qū)動下繼續(xù)移動，接近下一個需要移動的中心架。在燕尾導(dǎo)軌的右端設(shè)有返零開關(guān)、超程報警開關(guān)和超行程撞塊。

2 創(chuàng)新點

2.1 結(jié)構(gòu)緊湊

將如圖3 所示的原始結(jié)構(gòu)在床身的立面安裝齒條的空間位置改制成如圖4 所示的燕尾導(dǎo)軌副，只需將床身做適當(dāng)補充加工即可，未影響原大型車銑復(fù)合加工中心的整體布局，可謂改進成本底。燕尾導(dǎo)軌通過螺釘固定在床身上(如圖5)，為了使其安裝更加可靠，通過楔形塊前端的斜面與燕尾導(dǎo)軌上端的斜面配合使燕尾導(dǎo)軌靠在床身立面上。壓板的形狀與燕尾齒條、燕尾滑塊和燕尾導(dǎo)軌之間的缺口形狀相同，壓板與燕尾齒條或燕尾滑塊之間由螺釘連接并隨之一起運動;壓板的螺紋孔內(nèi)裝有調(diào)整螺釘，壓板與燕尾導(dǎo)軌的上側(cè)側(cè)面間裝有鑲條，通過調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)鑲條與燕尾導(dǎo)軌的配合間隙，帶有壓板的燕尾齒條及燕尾滑塊可在燕尾導(dǎo)軌上滑動，燕尾導(dǎo)軌的3 個工作面上粘有導(dǎo)軌板并進行配磨。整體結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)思精巧。

2.2 超長燕尾導(dǎo)軌副

本機構(gòu)初次應(yīng)用在最大加工長度8 m 的大型車銑復(fù)合加工中心上。燕尾導(dǎo)軌副制成由10 段組成，長達(dá)10 m、截面積為120 mm×80 mm。在燕尾導(dǎo)軌的左端設(shè)有8 段燕尾滑塊，其上設(shè)有多處凹槽。對應(yīng)凹槽中心處設(shè)有檢測孔;在燕尾導(dǎo)軌的右端設(shè)有2 段燕尾齒條，可與齒輪軸嚙合。

由于機構(gòu)較長，多段燕尾齒條、燕尾滑塊和燕尾導(dǎo)軌的拼接精度和剛性顯得尤為重要。如圖6 所示，拖動機構(gòu)燕尾齒條或燕尾滑塊的端部均加工一個臺階，臺階相互搭扣在一起。進行拼接時，每兩個相鄰部位加調(diào)整墊4 和調(diào)整墊5 來完成拼接。調(diào)整墊4 用來調(diào)整齒條拼接的整齒數(shù)，調(diào)整墊5 用來加強拼接剛性。

對接接口在加載狀態(tài)下的變形量通過有限元分析獲得數(shù)據(jù)，先期通過調(diào)整墊預(yù)先拉伸，避免了拖動部件過程彈性變形帶來的抖動。工藝對各段單件加工的一致性進行嚴(yán)格控制，安裝時實施測量。

2.3 低成本的動力源

當(dāng)多品種工件換產(chǎn)時或單一品種工件加工過程中，中心架間相對距離要發(fā)生變化，如果每個中心架均配備一套驅(qū)動電動機，必將使設(shè)備成本增加，機構(gòu)復(fù)雜，易干涉。

本機構(gòu)應(yīng)用在大型車銑復(fù)合加工中心上，工件的加工節(jié)拍多則數(shù)天，少則數(shù)小時。本機構(gòu)一套動力源可拖動數(shù)個中心架，中心架到達(dá)指定位置后，液壓壓板鎖緊。雖然是逐一拖動中心架，但所耗費的時間對整體節(jié)拍影響小。每個中心架底座上均省去了動力機構(gòu);在Z軸方向上整體空間也極大地縮小，使相鄰兩中心架間距最小，對于細(xì)長軸類工件的加工提供更優(yōu)異的動態(tài)系統(tǒng)，性價比高。

2.4 開發(fā)智能軟件

開發(fā)智能軟件，將每個燕尾滑塊上凹槽定義序號、存儲間距位置尺寸，將多品種工件的工藝流程編入程序，用戶僅需輸入工件型號，即可獲知本機構(gòu)拖動中心架的順序及行程量。

2.5 構(gòu)思精巧的潤滑

為了給這副燕尾導(dǎo)軌副實施潤滑，巧妙地在床身與燕尾導(dǎo)軌之間加注密封膠條，在燕尾導(dǎo)軌背面開設(shè)通長油溝，與多處截面油溝形成潤滑油路，如圖7 所示。由于燕尾導(dǎo)軌由多段組成，因此在相鄰兩截面處開設(shè)馬蹄形環(huán)槽，配以端面密封墊實現(xiàn)對接口的密封連接。在燕尾導(dǎo)軌全長的兩端均設(shè)有潤滑泵供油，確保燕尾導(dǎo)軌副運動順暢。

3 結(jié)語

本文介紹的拖動機構(gòu)技術(shù)是一種全新的設(shè)計理念，具有較高的技術(shù)含量和獨到的創(chuàng)新性。整體結(jié)構(gòu)緊湊、性價比高，已獲實用新型專利。本機構(gòu)應(yīng)用在大型車銑復(fù)合加工中心上，現(xiàn)在已有多位重要客戶。它的成功，可為大型車銑復(fù)合加工中心節(jié)約資金，帶來更多的經(jīng)濟效益，應(yīng)用前景十分廣闊。