雙油缸上拉式內(nèi)拉床的研發(fā)與應(yīng)用

湖南大學(xué) 劉 堅

長沙思勝智能設(shè)備有限公司 趙建華

一、概述

公司自主研發(fā)設(shè)計的L55720上拉式內(nèi)拉床采用全新框架式結(jié)構(gòu)，整體性好，主體部件均通過有限元和在線仿真分析。該機床屬于全護送雙油缸立式內(nèi)拉床，在拉削過程中采用拉刀固定、工件運動的方式實現(xiàn)全護送（即拉削工件時，下夾頭夾緊拉刀前刀柄不松開、上夾頭套住拉刀后刀柄外圓，直至工件拉削快完成時，上夾頭才退出后刀柄）。機床結(jié)構(gòu)選用全新的直線滾珠導(dǎo)軌副實現(xiàn)拉刀接刀或送刀，保證機床的拉削精度。主液壓系統(tǒng)采用伺服電機控制雙油缸驅(qū)動，消除拉削過程中的顛覆力矩，機床工作時的震動明顯減小，噪音也得到有效控制，較之傳統(tǒng)電機下降40%。電控操作系統(tǒng)使用西門子系列，簡單易操作，除基本配置以外，此機型還增加了，自動調(diào)刀系統(tǒng)，自動換刀系統(tǒng)，采用二次退料，極易實現(xiàn)自動化連線。此機床主要用于拉削各種零件內(nèi)孔、內(nèi)花鍵、單鍵，生產(chǎn)率高，產(chǎn)品精度穩(wěn)定，安裝維修方便，每個循環(huán)拉削一至三個零件，適用于成批大量生產(chǎn)。通過更換主、輔刀夾頭、工裝及拉刀，能拉削不同形狀及尺寸的產(chǎn)品，適用于不同品種的批量生產(chǎn)。

圖1

二、技術(shù)創(chuàng)新點

相比單油缸上拉式拉床優(yōu)勢：雙油缸拉床拉削更為平穩(wěn)；拉削孔中心和主油缸活塞桿運動中心在一個平面上，沒有單油缸拉床工作時的翻轉(zhuǎn)力矩，拉床作為斷續(xù)重切削機床，工作時的震動是影響拉削精度和考核機床設(shè)計能力的關(guān)鍵指標，此類機床大大降低了工作時的震動，提高了拉削精度；（對比圖片）

圖2 雙油缸上拉式內(nèi)拉床

圖3 雙立柱上拉式內(nèi)拉床

相比傳統(tǒng)雙立柱上拉式拉床，此類拉床原理相同但如何控制雙油缸的同步性是關(guān)鍵所在。我們充分考慮國內(nèi)材料和工藝的實際情況，采取的還是主運動軌道為55°燕尾導(dǎo)軌，經(jīng)過幾十年的驗證，耐磨性好，使用壽命長，且長時間使用磨損后間隙可做補償調(diào)整，主滑板采用長滑板形式，有效增強了拉削剛性，同時在伺服數(shù)字化控制雙油缸同步的基礎(chǔ)上也可起到機械式幫助雙油缸同步的效果，精度穩(wěn)定可靠，主滑動面采用傳統(tǒng)刮研工藝，配合間隙嚴格控制在0.03～0.04mm之間，滑動面布有潤滑油槽，工作時可形成一層油膜，不易磨損。主輔滑板為獨立導(dǎo)軌，輔滑板用直線導(dǎo)軌負責(zé)接送刀等動作，滑板均可單獨調(diào)整，精度不互相影響，也方便了后期的維護保養(yǎng)。自動調(diào)刀采用步進電機控制絲桿螺母的結(jié)構(gòu)，安全精準，可快速實現(xiàn)刀具更換。液壓系統(tǒng)采用伺服電機控制日本住友齒輪泵，工作時全力輸出，待機時降速節(jié)能，伺服系統(tǒng)精確供油保證主輔滑板位置度精準控制，先進的液壓原理使得拉削平穩(wěn)，震動小，噪音小，節(jié)能環(huán)保，并且主滑板不存在傳統(tǒng)液壓拉床滑車的現(xiàn)象。

三、產(chǎn)品性能介紹

在雙油缸立式內(nèi)拉床的研發(fā)制造過程中，長沙思勝智能設(shè)備有限公司與湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院成立聯(lián)合課題小組，對機床的液壓系統(tǒng)簡化且穩(wěn)定可靠做了大量研究和試驗。液壓站較之傳統(tǒng)機型減少三分之一的液壓元件，在雙油缸消除不同步的技術(shù)攻關(guān)上做了大量驗證，通過劉堅博士團隊的數(shù)據(jù)建模仿真分析，結(jié)合實際工況下其對精度的影響，不斷修改受力結(jié)構(gòu)，直至達到滿意的效果。目前雙油缸上拉式內(nèi)拉床機的振動控制，機床穩(wěn)定性和重復(fù)精度均達到國外先進技術(shù)同水平。

其主要技術(shù)參數(shù)如下：

額定拉力200 kN；額定行程1600mm；拉削速度（無級調(diào)速）1～10 m/min；主滑板返回速度（無級調(diào)速）1～20 m/min；接送刀機構(gòu)最大行程450 mm；接刀速度（相對于主滑板）1～10 m/min；送刀速度（相對于主滑板）1～10 m/min；工作臺平面尺寸（長×寬）600×500 mm；最大工件外徑X厚度φ160×400 mm；工作臺孔徑φ140×2-φ75 mm；最大拉刀長度1800mm。

序號 主要指標 國外 國內(nèi) 本產(chǎn)品1額定拉力 200 200 200 2額定行程 1600mm 1600 1600mm 3 拉削速度（無級調(diào)速） 1～8m/min 1-8 1-10 4 返回速度（無級調(diào)速） 2-10 1-10 1-20 5 最大工件外徑X厚度 φ160×380 φ160×360 φ160×400 6最大拉刀長度 1800 1800 1800 7拉削精度 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.02

四、新技術(shù)應(yīng)用情況

（1）液壓系統(tǒng)伺服控制，減少了液壓件數(shù)量，可實現(xiàn)全數(shù)字化輸入輸出，系統(tǒng)數(shù)據(jù)能實時反饋，在待機狀態(tài)下降低轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，較之傳統(tǒng)三相異步電機噪音大大減小，油箱體積相應(yīng)減小。

（2）機床配備二次推料機構(gòu)，機床上下料位置均在機床防護外，對操作者更安全可靠，且易實現(xiàn)自動化連線，目前所銷售的機型均采用自動上下料（可搭配桁架或關(guān)節(jié)機器人），根據(jù)客戶實際產(chǎn)量機床可定制1～3工位，將性價比發(fā)揮至極致。

（3）標配自動調(diào)刀裝置，不同的品種對應(yīng)的刀具長度也不同，為加快加工節(jié)拍，可設(shè)計為一鍵式調(diào)刀，通過手動在操作屏上進行刀具參數(shù)設(shè)置，后期更換品種直接選擇品類號，快速匹配拉刀長度。

（4）選配自動換刀機構(gòu)，傳統(tǒng)多采用吊刀機構(gòu)進行更換刀具，而自動換刀系統(tǒng)可實現(xiàn)一鍵切換全自動換刀，機械手讀取刀具旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，按此數(shù)據(jù)機械手進行刀具抓取，直接放置在指定工位處，刀庫和工裝庫帶防錯功能，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)不匹配立即報警停機。

換刀機械手

刀具庫

（5）機床采用全新框架式結(jié)構(gòu)，不存在漏水漏油現(xiàn)象，冷卻系統(tǒng)采用高低壓結(jié)合，床身沖屑大流量，刀具沖屑高壓力，具有先進的操作系統(tǒng)，通過人機介面能顯示出刀具的移動位置以及拉削速度或返回速度，同時可任意設(shè)定拉削距離，能直觀地觀察到在拉削過程中工作壓力變化值和各種狀態(tài)。對于各種故障能自動顯示出故障的所在位置且給予報警。拉削力及拉削速度均采用電液伺服閥，可在操作屏上通過觸摸鍵任意設(shè)定。

雙油缸上拉式內(nèi)拉床三維圖

五、成果應(yīng)用及推廣情況

雙油缸上拉式內(nèi)拉床在中國有著廣闊的市場前景，產(chǎn)品需求量大，可廣泛適用于汽車、工程機械、軍工、航天和農(nóng)機等行業(yè)。長沙思勝智能經(jīng)過工程技術(shù)人員2年多時間的潛心研發(fā)與制造，技術(shù)優(yōu)勢已在行業(yè)內(nèi)得到廣泛的認可，浙江萬向、天海同步器、江蘇馳翔等眾多企業(yè)使用了此類型機床，穩(wěn)定性和加工精度得到了客戶的一致好評，為提升我國民族工業(yè)國產(chǎn)化水平起到了積極的推動和示范作用。我們在下階段的工作中，將繼續(xù)加大科技創(chuàng)新平臺和軟實力提升，為振興民族工業(yè)發(fā)展、為湖南智能制造和傳承原中國機床十八羅漢做出更大努力。 □