數(shù)控臥式車床高精度數(shù)控中心架設(shè)計

王雷，馬洪亮，李原良

齊重數(shù)控裝備股份有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161005

1 序言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制造質(zhì)量的提高，市場對數(shù)控機(jī)床的要求越來越高。對于大型長軸類零件的加工而言，高精度、高效率數(shù)控臥式車床是必不可少的關(guān)鍵把關(guān)設(shè)備，然而常規(guī)數(shù)控臥式車床中心架無論是在精度還是在效率方面往往無法滿足高精度軸類零件的加工需求。本文設(shè)計了一種新型數(shù)控臥式車床數(shù)控中心架，極大地提高了數(shù)控機(jī)床的加工精度，大幅度降低了輔助裝夾時間，提高了加工效率。

2 背景技術(shù)

中心架是配置在臥式車床上的核心附件，對于長軸類、曲軸類的零件加工起到輔助支撐的作用。為滿足功能要求，很多工件被設(shè)計成長軸，在加工過程中為保證工藝性，必須由高精度數(shù)控中心架輔助完成。目前，現(xiàn)有的各類中心架（開式、閉式和C形等）夾緊形式均為手動夾緊，中心架在夾緊工件時需要手動操作，數(shù)控系統(tǒng)不參與該過程，操作繁瑣，費時費力，工件定位精度無法得到保證。

為滿足用戶的要求，設(shè)計開發(fā)了一種高精度、高效率數(shù)控中心架，在工件裝夾時，無需手動操作，由伺服電動機(jī)帶動夾緊機(jī)構(gòu)，自動夾緊，并由光柵尺反饋位置信息，保證定位精度。在一臺數(shù)控臥式機(jī)床上可配置多套此種中心架，可有效地保證工件定位準(zhǔn)確、支撐穩(wěn)定及高效率裝夾。

3 高精度數(shù)控中心架的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

高精度數(shù)控中心架為全閉環(huán)控制，主要由縱向進(jìn)給蝸桿副、縱向進(jìn)給齒輪軸、液壓夾緊裝置、縱向進(jìn)給電動機(jī)、中心架體、滑枕、潤滑裝置、絲杠、光柵尺、進(jìn)給電動機(jī)及減速器、液壓隨動裝置和滾子鏈等部分組成。中心架體落在床身導(dǎo)軌上，縱向進(jìn)給部分、垂直進(jìn)給部分、水平進(jìn)給部分和液壓隨動部分均與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)相聯(lián)接。縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)剖面如圖1所示，夾緊部分（垂直進(jìn)給、水平進(jìn)給和液壓隨動）剖面如圖2所示。

圖1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)剖面1—縱向進(jìn)給電動機(jī) 2—液壓夾緊液壓缸 3—縱向進(jìn)給齒輪軸4—縱向進(jìn)給蝸桿副

中心架體為高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵件，具有強(qiáng)度高、固有頻率高、抗振能力強(qiáng)及噪聲低等特點，中心架下體粘貼進(jìn)口軟帶，通過刮研及配研斜鐵保證整個機(jī)構(gòu)與床身的良好配合。通過數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電動機(jī)→減速器→蝸桿蝸輪→齒輪齒條進(jìn)行縱向移動，并通過編碼器進(jìn)行距離測量，停止后自動夾緊在床身上。中心架移動時導(dǎo)軌潤滑采用集中潤滑站，油量大小、時間間隔均通過電氣程序合理控制。當(dāng)中心架到達(dá)指定位置后，通過滾子鏈?zhǔn)謩訉⑸象w旋轉(zhuǎn)90°，然后放入工件，隨后上體旋轉(zhuǎn)回原位并定位夾緊。垂直進(jìn)給、水平進(jìn)給部分通過伺服電動機(jī)→減速器→絲杠帶動滑枕進(jìn)行垂直及水平運動，同時光柵尺反饋位置信息，以保證對工件進(jìn)行準(zhǔn)確定位，達(dá)到指定位置后，上體的液壓隨動套筒對工件進(jìn)行夾緊。整個過程均由數(shù)控系統(tǒng)控制，通過高精度直線光柵尺位置檢測，保證了中心架體和工件的定位精度。

圖2 夾緊部分剖面1—垂直進(jìn)給電動機(jī)及減速器 2—垂直光柵尺 3—垂直絲杠4—垂直隨動潤滑裝置 5—垂直滑枕 6—中心架體7—液壓隨動裝置 8—滾子鏈 9—旋轉(zhuǎn)軸 10—旋轉(zhuǎn)手柄11—水平滑枕 12—水平光柵尺 13—水平絲杠14—水平進(jìn)給電動機(jī)及減速器

4 核心結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點

（1）中心架體移動 采用西門子伺服電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)減速器聯(lián)接蝸桿副及齒輪齒條傳動。蝸桿蝸輪具有止退作用, 中心架體在床身上移動，到達(dá)目標(biāo)位置后由碟簧夾緊液壓缸自動夾緊在床身上。此種傳動、定位機(jī)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

（2）滑枕進(jìn)給機(jī)構(gòu) 采用西門子伺服電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)減速器聯(lián)接內(nèi)外齒輪及絲杠絲母傳動，耐磨銅材質(zhì)絲母把合在滑枕上，可最大限度增加耐磨性。機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置隨動潤滑裝置，在滑枕伸出過程中，隨時潤滑套筒外壁及絲杠絲母，可最大限度減少摩擦，增加機(jī)構(gòu)壽命。在滑枕上安裝有光柵尺，實時反饋位置信息，保證定位準(zhǔn)確。

（3）平穩(wěn)傳動的同步齒形帶傳動結(jié)構(gòu) 與齒輪傳動等機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)相比，此類傳動中心距可調(diào)整，不必安裝過輪結(jié)構(gòu)，具有傳動平穩(wěn)、振動小及噪聲低等優(yōu)點。

（4）液壓隨動機(jī)構(gòu) 采用進(jìn)口穩(wěn)定的液壓單元，待垂直、水平數(shù)控軸滑枕伸出定位工件后，上方液壓隨動裝置夾緊工件，既保證了工件的穩(wěn)定裝夾，又避免了多個中心架產(chǎn)生過定位現(xiàn)象。

5 實際應(yīng)用

高精度數(shù)控中心架已經(jīng)應(yīng)用在出口產(chǎn)品數(shù)控重型臥式車床HT200×160/40L-NC上，在用戶處完成預(yù)期功能，將用戶的曲軸工件高效率地加工到指定精度，得到用戶的認(rèn)可，工作現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 高精度數(shù)控中心架應(yīng)用現(xiàn)場

6 結(jié)束語

該數(shù)控中心架改變了中心架傳統(tǒng)的手動進(jìn)給方式，解決了以往人為控制難以保證精度、需反復(fù)調(diào)整中心架位置及工件夾緊位置的弊端。中心架的縱向進(jìn)給、工件夾緊定位過程均由數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)控制，操作簡單易行，定位精度高，提高了工件加工效率。實踐證明，該數(shù)控中心架適用于各類數(shù)控重型臥式機(jī)床，提高了大型數(shù)控機(jī)床整體技術(shù)水平。