CK7820×2/SP雙主軸雙數控卡盤套圈專用車床

陳啟章，陳榜，陳正國

(湖北福欣機床制造有限公司，湖北 黃岡 438000)

隨著制造業產業升級和勞動力成本的增加，制造業特別是勞動密集型制造業急需加工工序集中、經濟高效、對操作工人技能要求不高且勞動強度較低的加工裝備。針對市場需要，目前國內市場上有兩種雙主軸形式高效數控車床：一種是平行雙主軸數控車床，另一種是對列雙主軸數控車床。這兩種機床多采用電主軸及雙動力刀架或雙列加工刀塔，用進口數控系統控制，造價非常高，不利于在中小企業特別是微利的勞動密集型制造業中推廣使用。在汲取雙主軸設計理念，結合自主開發的數控排刀車床及車削自動線等成熟技術的基礎上，專門針對軸承套圈車削加工開發設計了CK7820×2/SP雙主軸雙數控卡盤車床。此機床采用變頻器控制主軸變速，對2個國產數控系統進行二次開發，使其控制2個加工單元，使用2個排刀刀架，其成本低且更高效。該機床適用于加工直徑Φ200 mm，寬度100 mm以內的套圈，特別是對需要多工序車削的圓錐軸承內圈，具有更突出的優勢。

1 機床結構

CK7820×2/SP雙主軸雙數控卡盤套圈專用車床結構如圖1所示。機床主體采用底盤和床身2部分結構，全封閉防護，雙門可自動開啟，自動上、下料(上料機械手及液壓系統圖中未示出)，具有較高的自動化程度、安全性和宜人性。其中，左主軸(左z軸)箱及夾緊系統夾緊工件并旋轉使z軸車削進給；左單元數控系統控制左z軸及左x軸運動并與右單元聯系，左數控刀架進行左x軸車削進給；右單元數控刀架(右x軸)進行右x軸車削進給，右單元數控系統控制右z軸及右x軸運動并與左單元聯系，右主軸(右z軸)箱及夾緊踢料系統夾緊工件并旋轉使z軸車削進給，當工件加工完畢松開工件，踢料器將工件踢入接料器；左單元工件加工完畢踢料器踢出工件，接料器將工件接住并送入輸送帶，輸送帶將接料器送來的工件傳輸到工件箱；床身固定刀架及左、右加工單元向前斜置45°，有助于排屑，底盤容納冷卻水及鐵屑，排屑器將鐵屑從機床內輸送到接屑車；防護裝置防止冷卻水及鐵屑飛濺傷人及影響車間管理；上料機械手給左單元上工件；液壓系統提供夾緊油缸壓力及主軸軸承潤滑。

2 主要規格與參數

機床最大加工外徑為Φ200 mm，寬度為100 mm；縱向(z軸)行程：左單元為440 mm，右單元為350 mm；橫向(x軸)行程：左、右單元均為580 mm；主軸轉速(無級)為18～1 786 r/min；主電動機型號為YP160M-33.3-7.5-4-B3，7.5 kW；伺服電動機x/z軸力矩為7.5/18 N·m。

1—左主軸 (左z軸) 箱及夾緊系統；2—左單元數控系統；3—左單元數控刀架(左x軸)；4—右單元數控刀架(右x軸)；5—右單元數控系統；6—右主軸 (右z軸) 箱及夾緊踢料系統；7—接料器；8—輸送帶；9—床身；10—底盤；11—排屑器；12—防護罩

3 工作原理

3.1 加工工藝的確定

以圓錐滾子軸承內圈車削加工為例，工序1(圖2a)以圓錐軸承內圈大端面定位支承內孔，使用數控排刀技術，分4個工步車削：車小端面、滾道及倒外角→倒內角→車小端油溝→車大端油溝[1-2]。工序2(圖2b)以圓錐軸承內圈小端面為基準，用數控技術定位長度并夾緊內圈外徑面，使用數控排刀技術，用2把車刀分2個工步進行加工：車大端面→倒內角、車內孔。

圖2 圓錐滾子軸承內圈加工工序

3.2 工作原理

機床使用數控排刀技術，分左、右2個加工單元，采用雙移動主軸箱、雙數控系統及雙排刀平刀架結構，主軸同時又作為z軸使用，左單元使用4把刀，分4個工步完成加工工序1；右單元使用2把刀，分2個工步完成加工工序2。加工工藝流程如圖3所示。

圖3 加工工藝流程

左加工單元：上料手上料，左主軸箱卡盤內撐緊工件，上料手退回原位, 防護門關閉，左單元進行切削加工，加工完畢，左加工單元x，z軸退回原位，主軸停轉；左右單元主軸(z軸)箱相向行進到位，右主軸箱卡盤夾緊工件外徑面, 左主軸箱卡盤松開工件，兩主軸箱各自退回原位，完成首次加工工序(首次僅左單元加工工件)。

循環工序為：左加工單元上料手上料，左主軸箱卡盤內撐緊工件，上料手退回原位，防護門關閉，左、右加工單元同時進行切削加工，加工完畢x，z軸退回原位，主軸停轉。右加工單元下料手進，右主軸箱卡盤松開工件，踢料器踢料，下料手接料退回原位，工件落入輸送帶傳至工件箱；左右單元主軸(z軸)箱相向行進到位，右主軸箱卡盤夾緊工件外徑面, 左主軸箱卡盤松開工件，兩主軸箱各自退回原位，完成工件交接，如此自動循環。

3.3 控制系統的設計

機床采用交流伺服電動機驅動的雙數控系統，根據零件的不同加工工藝要求編制工作程序，主電動機由變頻器控制實現無級調速。自動控制系統是通過對數控系統的二次開發實現的，控制系統設計為手動和自動，實現左、右加工單元獨立或聯動加工；手動用于調試，自動用于正常工作；報警、手動和自動3種狀態可以用不同顏色指示燈來顯示；手動與自動、獨立與聯動狀態可以實現自由切換；卡盤動作與主軸啟動互鎖，只有當卡盤夾緊工件時才能啟動主軸，當出現緊急情況時可按緊急停車按鈕停車(控制程序略)。

4 結束語

該機床自動化程度高，操作簡單，只需人工上料，機床即可完成套圈內孔、外徑面、端面及油溝等車削加工的全部工序。由于采用數控排刀技術，一次裝夾后可進行多工序集中加工，左、右加工單元可自動對接轉運工件和進行加工，大大縮短了工序間周轉時間，生產效率比傳統加工工藝成倍提高，且減少了操作工人數量和占地面積，經濟效益顯著。