數(shù)控立式加工中心滑枕導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

吳小蓉， 王軍

（沈陽機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽110142）

0 引言

數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，一個(gè)國家數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量和技術(shù)水平在某種程度上就代表這個(gè)國家的制造業(yè)水平和競爭力［1］。滑枕是加工中心的核心結(jié)構(gòu)之一，它與橫梁滑板、車削刀夾、刀具組成了機(jī)床的切削部分，是零部件加工的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理對(duì)加工中心加工的工件質(zhì)量有著直接的影響，因而加工中心滑枕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要。

滑枕的導(dǎo)軌形式對(duì)整個(gè)機(jī)床的精度及強(qiáng)度起著重要作用，本文對(duì)比圓形和方形兩種滑枕結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌在數(shù)控立式加工中心上的應(yīng)用，分析其在實(shí)際使用過程中的利弊。

1 滑枕在數(shù)控立式加工中心中的應(yīng)用

隨著國內(nèi)航天、船舶、風(fēng)電等機(jī)械工業(yè)行業(yè)的快速發(fā)展，各種精度高、工序多、形狀復(fù)雜的大型盤類零件加工已經(jīng)成為國內(nèi)加工業(yè)的主要對(duì)象。數(shù)控立式加工中心的使用，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成外圓、內(nèi)孔、端面的車削加工，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)外圓、內(nèi)孔、平面、斜面、曲面、溝槽的銑削加工及鏜孔、鉆孔、攻絲等加工功能［2］。既可以節(jié)省工藝裝備、縮短生產(chǎn)的準(zhǔn)備周期，又能夠保證零件的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

圖1 數(shù)控立式加工中心示意圖

數(shù)控立式加工中心主要組成部分如圖1所示。其中滑枕部分由滑板、滑枕外殼及滑枕體組成。滑板在水平（X軸）方向，沿橫梁導(dǎo)軌左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X軸方向的進(jìn)給。滑枕外殼通過止口和螺栓安裝在滑板的前面。在垂直（Z軸）方向，滑枕在滑枕外殼內(nèi)部的導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)Z軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

2 滑枕結(jié)構(gòu)的對(duì)比

2.1 滑枕形式的簡介

目前數(shù)控加工中心滑枕體形式有圓形滑枕、方形或矩形滑枕以及棱形或八角形滑枕等［3］。本文以圓形及方形滑枕體為例，對(duì)滑枕導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析。

通常情況下，滑枕內(nèi)裝有銑軸和鏜軸，為了擴(kuò)大鏜功能的加工范圍，在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)滑枕體的截面要盡量小，以達(dá)到加工更小孔的目的。圓形滑枕又稱套筒式滑枕，相比于矩形滑枕體，其圓形斷面和主軸箱孔的制造工藝簡便，使用中便于接近工件加工部位。如圖2所示，以滑枕體截面為280 mm×280 mm方形滑枕體為例，其加工內(nèi)孔最小直徑為φ396 mm，相比同規(guī)格的圓形滑枕，由于其本身直徑φ280 mm，大大提高了車鏜深孔功能的加工范圍。

圖2 方形及圓形滑枕截面示意圖

2.2 滑枕導(dǎo)軌形式的比較

目前國內(nèi)主要使用的導(dǎo)軌形式分別有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌及澆注靜壓導(dǎo)軌。

2.2.1 滑枕體滑動(dòng)導(dǎo)軌

滑動(dòng)導(dǎo)軌的工作原理是滑枕體上導(dǎo)軌與滑枕外殼貼塑板（或抗磨軟帶）直接接觸，依靠滑動(dòng)摩擦實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

圖3為方形滑枕體導(dǎo)軌外殼形式，由單面兩條導(dǎo)軌面貼塑板組成，呈左右及上下對(duì)稱布置，其目的是增大接觸面積，保證導(dǎo)軌均布接觸。由于方形滑枕能承受4個(gè)方向的負(fù)荷和翻轉(zhuǎn)力矩，且各面的間隙調(diào)整可通過調(diào)整斜鐵完成，有效地提高了吸收刀具切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的能力，并很好地防止了導(dǎo)軌系統(tǒng)啟停時(shí)的振蕩。由于其防撞性及可維護(hù)性能好，因此常用于中速中載和低速重載的機(jī)床上。

圖3 方形滑枕體滑動(dòng)導(dǎo)軌滑枕外殼圖

滾動(dòng)導(dǎo)軌在圓形滑枕體上應(yīng)用時(shí)，在加工和裝配時(shí)無法保證與滑枕外殼接觸，其間隙調(diào)整及刮研都相當(dāng)困難，難以保證在進(jìn)給過程中的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。

2.2.2 滑枕體滾動(dòng)導(dǎo)軌

方形滑枕體滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)如圖4所示，由4個(gè)滑動(dòng)塊分別設(shè)置于滑枕外殼的凹槽內(nèi)，其分布形式與滑動(dòng)導(dǎo)軌類似，也呈左右及上下對(duì)稱布置，導(dǎo)軌分別與4個(gè)滑塊導(dǎo)軌相接觸。這種方式徹底解決了機(jī)床啟動(dòng)時(shí)動(dòng)作延遲甚至爬行現(xiàn)象，改變導(dǎo)軌的受力，提高了導(dǎo)軌的壽命及滑塊靜載的安全系數(shù)，提高了加工精度［2］。

圖4 方形滑枕體滾動(dòng)導(dǎo)軌滑枕外殼圖

滾動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)滑枕表面硬度要求很高，在材料的選擇及熱處理方法都有很高的要求。圓形滾動(dòng)導(dǎo)軌副外購成本高、裝配難度大且不易調(diào)整，因此也不適合使用該結(jié)構(gòu)。

2.2.3 澆注靜壓導(dǎo)軌

澆注靜壓導(dǎo)軌的工作原理是將具有一定壓力的潤滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上如圖5所示的回字形油腔，在滑枕外殼與滑枕體之間形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)澆注靜壓導(dǎo)軌形式。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度的變化對(duì)油膜厚度的影響很小；載荷的變化對(duì)油膜厚度的影響很小；液體摩擦，摩擦因數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。因此其常用于精密機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和低速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。

圖5 方形滑枕體靜壓導(dǎo)軌滑枕外殼圖

澆注靜壓圓滑枕的結(jié)構(gòu)是利用導(dǎo)軌涂敷料澆注前、后外殼基面而形成，后期澆注面與滑枕體之間存有靜壓浮起間隙；Z軸由電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)，用雙導(dǎo)向鍵（如圖6所示），來保證沿Z軸方向的進(jìn)給精度。但是圓滑枕在澆鑄時(shí)，調(diào)整基準(zhǔn)相對(duì)方滑枕的工藝性比較復(fù)雜，導(dǎo)軌涂覆料性能、靜壓間隙的調(diào)整都容易造成機(jī)床運(yùn)動(dòng)無法到達(dá)設(shè)計(jì)值。

圖6 圓形滑枕體靜壓導(dǎo)軌滑枕外殼圖

3 結(jié)語

通過對(duì)方形和圓形滑枕體導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)在數(shù)控立式加工中心上應(yīng)用的對(duì)比，可以根據(jù)產(chǎn)品針對(duì)的不同領(lǐng)域，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，為提高設(shè)計(jì)的合理性提供參考。

［1］ 李宏勝.機(jī)床數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［2］ 張春艷.內(nèi)裝式滑枕的設(shè)計(jì)及其在機(jī)床中的應(yīng)用［J］.機(jī)床與液壓，2010，38（16）：25-28.

［3］ 黃煜.從滑枕主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上提高龍門銑床剛性和精度［J］.裝備制造技術(shù)，2008（10）：120-121.