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雙主軸數(shù)控車床設(shè)計(jì)的總體思路
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http://m.t3home.cn 發(fā)表日期:2011-3-31 13:21:29
蘭格鋼鐵 |
機(jī)床總體布局
本機(jī)床為機(jī)、電、液一體化設(shè)計(jì)。機(jī)床采用了臥式60°傾斜床身導(dǎo)軌形式,具有結(jié)構(gòu)緊湊、布局先進(jìn)合理、排屑性能好、操作方便等優(yōu)點(diǎn),而且便于配置工業(yè)機(jī)器人,為全自動(dòng)和無人化生產(chǎn)提供了方便。機(jī)床內(nèi)外防護(hù)采用了全封閉框架式結(jié)構(gòu),很好地解決了三防問題(防冷卻液、油及鐵屑),同時(shí)也給機(jī)床的維修提供了較大的空間及靈活性。主機(jī)部分主要由床身、左主軸箱、右主軸箱、床鞍、縱向、刀盤、馬達(dá)及卡盤油缸裝置等部分組成。
機(jī)床性能特點(diǎn)
本機(jī)床為臥式雙主軸數(shù)控車床,采用三軸控制。左主軸完成加工后,右主軸可自動(dòng)完成對(duì)已加工部位的夾持,滿足機(jī)床對(duì)零件未加工部位的車削加工,從而實(shí)現(xiàn)零件的完全車削加工。適用于汽車、化工、機(jī)電、航天航空等行業(yè)零件的加工。機(jī)床可對(duì)盤類零件和軸類零件進(jìn)行各種曲面、端面及螺紋的車削加工。實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾多工序加工,即實(shí)現(xiàn)一機(jī)功能集成化,使機(jī)床成為真正意義上的高速高效的數(shù)控機(jī)床。
本機(jī)床選用德國S主EMENS810D數(shù)控系統(tǒng),左主軸由11/15kW的1PH7型交流主軸伺服電機(jī)通過皮帶將動(dòng)力傳遞到主軸上。右主軸由10.1/13kW的1PH2型內(nèi)置式交流電主軸直接驅(qū)動(dòng)主軸。右主軸通過扮杠螺母副在縱向作可編程運(yùn)動(dòng),從而可實(shí)現(xiàn)更多可能的加工方案。X、Z1、Z2車由進(jìn)給系統(tǒng)采用先進(jìn)的1FK型交流伺服電機(jī)控制。機(jī)床縱橫向?qū)к壘捎萌毡綯HK生產(chǎn)的2級(jí)精度的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。刀盤裝置由意大利的SM型動(dòng)力刀塔加自型設(shè)計(jì)的十二位雙面刀盤組成,以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)類零件的完全加工。使機(jī)床具各動(dòng)態(tài)性能好、無爬行、定位精度高以及性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。
機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)
本機(jī)床各功能部件布局緊湊合理,外觀造型宜人,功能齊全,排屑方便,三防效果好,機(jī)床操縱臺(tái)采用旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu),操作簡(jiǎn)中、安全。機(jī)床在設(shè)計(jì)制造中攻克了以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
電主軸
當(dāng)機(jī)床需要配置電主軸時(shí),一般有兩種途徑:一是直接購買成品的電主軸單元。這種方式不但成本較高,而且還可能因規(guī)格有限,外形和安裝尺寸難以滿足機(jī)床要求,而對(duì)機(jī)床的整體布局和性能產(chǎn)生不利影響。二是由數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商提供電主軸關(guān)鍵零件,如轉(zhuǎn)子、定子及冷卻套。其它零件由機(jī)床廠自行設(shè)計(jì)、制造。這樣不僅大幅度降低了成本,同時(shí)還能滿足機(jī)床的整體布局。本機(jī)床電主軸(右主軸箱)就是自行開發(fā)設(shè)計(jì)的,具體結(jié)構(gòu)采用德國1PH2型電主軸,將其與主軸箱、主軸等零件組裝在一起,通過轉(zhuǎn)子與主軸的過盈配合,使動(dòng)力直接作用在主軸上。在設(shè)計(jì)和制造中需解決兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn),即電主軸的發(fā)熱問題和電主軸的動(dòng)平衡問題。
電主軸最突出的問題之一是內(nèi)藏式高速主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。由于主軸軸承離主電動(dòng)機(jī)較近,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接降低軸承的工作精度,如果主電動(dòng)機(jī)的散熱問題解決不好,將直接影響機(jī)床工作的可靠性。為解決這一難題所設(shè)計(jì)了高速電主軸的外循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。在主電動(dòng)機(jī)定子的外面設(shè)計(jì)了帶螺旋槽的冷卻套,機(jī)床工作時(shí),冷卻水在該螺旋槽中連續(xù)流動(dòng),將主電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量及時(shí)、迅速地帶走。冷卻水的流量可按主電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算本機(jī)床選用制冷量為3kW的制冷機(jī)。主軸軸承的發(fā)熱也是電主軸發(fā)熱的另一個(gè)主要熱源,由于本機(jī)床電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度最高設(shè)為3500r/min,主軸軸承發(fā)熱不突出,經(jīng)設(shè)計(jì)校核沒必要采取油霧潤滑的冷卻措施,采用脂潤滑方式即能滿足使用要求。
電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量,都會(huì)引起較大的離心力,造成機(jī)床的振動(dòng),影響加工精度和表面質(zhì)量。因此必須對(duì)電主軸進(jìn)型嚴(yán)格的動(dòng)平衡。主軸及主軸上的零件都要經(jīng)過十分精密的加工、裝配和調(diào)校,使主軸組件動(dòng)平衡精度達(dá)到0.4級(jí)以上的水平。在設(shè)計(jì)電主軸時(shí),一是必須嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)對(duì)稱性原則,鍵連接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸之間用過盈配合來實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞,過盈量應(yīng)按所傳遞的扭矩來計(jì)算,其值有時(shí)高達(dá)0.08~0.lOmm。另一個(gè)保證主軸動(dòng)平衡的措施是在主軸上設(shè)計(jì)一個(gè)平衡環(huán),在平衡環(huán)上對(duì)稱地加工出16~24個(gè)直徑略有不同的螺紋孔(M4或M6)。當(dāng)電主軸組裝完畢后,根據(jù)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)試結(jié)果,在一定的方位上,旋入相應(yīng)的平衡螺鐘并調(diào)節(jié)其旋入深度,直到完全達(dá)到動(dòng)平衡精度后,用環(huán)氧樹脂將這些平衡螺鐘固化。
右主軸同軸度
為實(shí)現(xiàn)盤、套類零件的完全加工,本機(jī)床的了。右主軸同軸對(duì)置,并且右主軸可在軸向移動(dòng)進(jìn)行工件的交換。由于工件的交換是在主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行,這就對(duì)了。右主軸的同軸度及轉(zhuǎn)速的同步提出了很高的要求。同軸度允差≤0.01mm(半徑值)。為解決這個(gè)問題,設(shè)計(jì)時(shí),在右主軸箱體的A、B面上增加鑲條結(jié)構(gòu),裝配過程以左主軸為基準(zhǔn),分別通過調(diào)整右主軸上的鑲條1,鑲條2來調(diào)整A、B面,從而達(dá)到左右主軸的同軸要求。轉(zhuǎn)速同步100%。為解決轉(zhuǎn)速同步問題,設(shè)計(jì)時(shí)分別在左右主軸上安裝了分辨率為1024線的增量式編碼器,用于速度反饋,同時(shí)還開發(fā)設(shè)計(jì)了同步主軸功能和同步控制程序。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,機(jī)床轉(zhuǎn)速在2300rpm以下可完全實(shí)現(xiàn)同步。
十二位雙面刀盤裝置
由于該機(jī)床采用了雙主軸同軸對(duì)置和單刀架布局,因此設(shè)計(jì)刀盤時(shí),必須解決該裝置即能加工左主軸上的工件,亦能加工右主軸上的工件。解決方案有兩種:一是直接購買徑向VDI刀盤;另一種是自行設(shè)計(jì)雙面刀盤。由于直接購買的VDI產(chǎn)品刀盤費(fèi)用較貴,同時(shí)其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的徑向尺寸很難完全符合設(shè)計(jì)要求,所以決定自行設(shè)計(jì)雙面刀盤裝置。設(shè)計(jì)時(shí)有以下幾點(diǎn)須注意:A刀塔必須選用“伸脖式”刀塔,同時(shí)還需注意“X”尺寸,以滿足用于加工右主軸上的工件時(shí),刀盤在回轉(zhuǎn)時(shí)刀具不與其干涉;B雙面刀盤上的刀槽應(yīng)對(duì)稱錯(cuò)位設(shè)計(jì),雙面刀槽應(yīng)一次裝夾同時(shí)加工出來,刀槽對(duì)刀盤中心孔的對(duì)稱度允差≤0.02mm。
結(jié)束語
該產(chǎn)品經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)證明,其性能可靠穩(wěn)定,完全滿足用戶要求,得到用戶好評(píng)。本機(jī)床減少了零件周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié),加工一個(gè)成品零件的效率是單軸數(shù)控車床的約1.5倍,而本機(jī)床的占地面積還不到兩臺(tái)單軸數(shù)控車床的二分之一,經(jīng)濟(jì)效益顯著。該機(jī)床的成功開發(fā)不僅為國內(nèi)重點(diǎn)行業(yè)提供了新型高效加工設(shè)備也提升了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 |
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