CMK61200數(shù)控車磨床的設(shè)計

馬曉軍，陳海玲，王曉剛，閆克泉

(山東普利森集團有限公司，山東德州 253076)

近年來，多功能復(fù)合機床成為機床發(fā)展的趨勢之一［1－6］。它可以在工件不進行二次裝夾的前提下完成車削、磨削、銑削等工序。二次裝夾耗時長，尤其是大規(guī)格尺寸零件的裝夾，嚴(yán)重制約了加工效率的提高。由于沒有二次裝夾誤差的影響，此類機床加工精度高。相對于購買多臺不同功能的機床相比，多功能復(fù)合機床價格低廉，深受用戶歡迎。

1 整體布局

某機床采用主運動與進給運動分離傳動的形式，床身采用分離四導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)采用西門子840D，全閉環(huán)控制。機床配有車削刀架與磨削刀架，兩刀架的X、Z軸導(dǎo)軌均采用恒流靜壓導(dǎo)軌。車刀架采用雙刀板結(jié)構(gòu)，適合強力切削。磨刀架采用靜壓主軸結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)精度高。機床整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機床整體結(jié)構(gòu)圖

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

2.1 主軸軸承預(yù)緊裝置

機床主軸軸承預(yù)緊采用多點活塞預(yù)緊裝置。如圖2所示，主軸4與軸承5采用1∶12錐面配合。螺母體1與主軸4采用螺紋連接。螺母體1內(nèi)加工有12個并聯(lián)的活塞孔，這些孔在圓周方向均勻布置。孔內(nèi)部裝有活塞2，在螺母體1油路口通入高壓油，在高壓油的作用下，活塞2向前移動，推動墊圈3移動，從而頂緊軸承5。

傳統(tǒng)的主軸軸承采用多點螺釘預(yù)緊裝置，各螺釘采用扭矩扳手控制扭矩。這種方式經(jīng)驗性比較強，扭矩大小不容易準(zhǔn)確控制，常常因各螺釘預(yù)緊力不一致而導(dǎo)致軸承傾斜，裝配過程中反復(fù)拆裝，影響主軸回轉(zhuǎn)精度與使用壽命，售后維修率高。與多點螺釘預(yù)緊裝置相比，活塞預(yù)緊受力均勻，無側(cè)傾力矩的影響，主軸的徑向跳動可提高30%～40%，克服了多點螺釘預(yù)緊裝置的種種不足。

圖2 主軸軸承預(yù)緊裝置

2.2 床身

床身采用分離四導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，見圖3。

圖3 床身截面圖

其中，刀架床身為機床車刀架與磨刀架進給用床身，工件床身為機床尾座移動用床身。與整體四導(dǎo)軌床身相比，分離四導(dǎo)軌床身造價低廉，調(diào)整工藝性好，可單獨調(diào)整刀架床身與工件床身各自的精度，適合大回轉(zhuǎn)直徑的重型車床使用。

傳統(tǒng)的車磨床床身，其車刀架與磨刀架共用一條導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)具有先天的不足。車削過程中，車刀架受力較大，尤其是重切時，車刀架受力更大。為了減小比壓，通常采用矩形導(dǎo)軌。矩形導(dǎo)軌可承受大切削力，導(dǎo)向性一般，移動精度可以滿足普通精度的車床使用。而磨削過程中，磨刀架受力較小，要求磨刀架的導(dǎo)向性好，移動精度高。此時，如果還用矩形導(dǎo)軌，則磨刀架移動精度受影響，磨削精度低。因此，該機床刀架導(dǎo)軌的導(dǎo)向?qū)к壱环譃槎鐖D3所示。其中，1、2為磨刀架導(dǎo)軌，1、3為車刀架導(dǎo)軌。兩導(dǎo)軌導(dǎo)向性好，移動精度高，可以滿足磨削精度的要求。該結(jié)構(gòu)有效解決了現(xiàn)有導(dǎo)軌的種種不足。

工件床身導(dǎo)軌表面鑲有導(dǎo)軌板，該導(dǎo)軌板采用某公司最新的淬火工藝，該工藝已獲國家發(fā)明專利［7］。

2.3 動力減振鏜桿

根據(jù)用戶要求，該機床設(shè)有動力減振鏜桿 (圖4)，安裝在框式刀架端面，隨刀架的移動而移動。

圖4 鏜桿裝置

鏜桿體1為空心結(jié)構(gòu)。為了提高減振塊7和鏜桿體1的質(zhì)量比，鏜桿體1前端內(nèi)孔孔徑大，孔壁薄，孔深大，用以增加減振效果，這一段為懸伸部分。為了減輕鏜桿的質(zhì)量，同時不削弱剛性，鏜桿體后端加工成空心結(jié)構(gòu)，孔壁較厚，用以內(nèi)鏜桿的夾持固定。減振塊7材質(zhì)為大密度的鎢鈷合金，兩端套裝橡膠圈6，兩者一同裝入鏜桿體前端的內(nèi)孔，橡膠圈6外環(huán)與內(nèi)孔精密配合。刀夾9一端裝入鏜桿體1內(nèi)孔，螺釘固定，另一端可夾持鏜刀，壓刀螺釘11用于鏜刀的壓緊。調(diào)整螺釘10擠壓墊圈8，擠壓橡膠圈6，從而調(diào)整橡膠圈6的剛度。鏜桿體1懸伸部分的剩余空間內(nèi)充滿甲基硅油或乙基硅油。

在鏜孔加工過程中，鏜桿受到交變切削力的作用而振動，此時鏜桿內(nèi)部的減振塊會產(chǎn)生一個相對滯后的振動，使得減振塊的振動方向與鏜桿體的振動方向相反，從而抵消鏜桿體的振幅。硅油起阻尼作用，調(diào)整橡膠圈的剛度可以調(diào)整振動頻率與振幅。

刀座12為凸形結(jié)構(gòu)，前端用螺釘固定在車床刀架端面，后端加工有敞開式的方孔，用于鏜桿體1的裝配。鏜桿體1截面為方形。鏜桿體1上加工有5個定位槽13，可針對加工不同深度的內(nèi)孔5級伸縮分級定位，控制鏜桿體1的最佳懸伸量。鏜桿體1與刀座12對應(yīng)部位加工有定位槽13。壓蓋14的突起鍵壓入對應(yīng)定位槽后，壓蓋14可將鏜桿體1固定于刀座12內(nèi)。調(diào)整斜鐵2可以調(diào)整鏜桿座12的高度，從而調(diào)整鏜刀15的高度。支架3的作用是對整個鏜桿裝置形成輔助支撐。

2.4 雙齒輪消隙進給箱

該機床進給箱采用雙齒輪消隙進給箱，見圖5。進給箱中所有齒輪均為高精度斜齒輪。消隙過程中，碟簧1始終處于預(yù)壓縮狀態(tài)。碟簧1推動Ⅲ軸軸向移動。齒輪2與齒輪3螺旋方向相反，在軸向力的作用下，齒輪軸4與5朝相反方向旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到消除反向間隙的目的，如圖6所示。

圖5 雙齒輪消隙進給箱

圖6 雙齒輪消隙示意圖

因碟簧的預(yù)壓縮作用，此結(jié)構(gòu)可以自動補償齒輪與齒條節(jié)距不均勻而產(chǎn)生間隙變動量，還可以自動補償磨損量。與液壓油推動Ⅲ軸相比［8］，碟簧結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，功能可靠，故障率低，沒有液壓油的污染，后期維護方便。

3 結(jié)束語

闡述了數(shù)控車磨床的整體布局與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。該機床將車、磨功能復(fù)合于一體，同時設(shè)有動力減振鏜桿，有效解決了軸類、筒類零件一次性車削與磨削的問題，功能針對性強，深受用戶歡迎。

［1］何俊.CKM630車磨復(fù)合機床關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及動態(tài)特性研究［D］.柳州:廣西工學(xué)院，2012.

［2］沈丹丹.車磨復(fù)合機床動態(tài)性能分析［D］.沈陽:東北大學(xué)，2012.

［3］向俊，韓秋實，彭寶營，等.車磨復(fù)合機床主軸系統(tǒng)模態(tài)分析［J］.新技術(shù)新工藝，2011(3):17－19.

［4］孫錫娜，韓秋實，楊占璽.車磨復(fù)合機床的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)［J］.精密制造與自動化，2008(1):4－5.

［5］劉哲，王紅軍，孫錫娜.車磨復(fù)合機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析［J］.機械制造與自動化，2009，38(1):18 －20，39.

［6］王濤，韓秋實，孫志永.數(shù)控車磨復(fù)合機床模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的研究［J］.機械制造與自動化，2009(4):122－124.

［7］陳海玲，王一嶺，王曉剛，等.鑲鋼導(dǎo)軌的熱處理工藝:中國，201110438359.3［P］.2013 －12.

［8］郭煜，祝全民.CH61250臥式車削中心的制造［J］.制造技術(shù)與機床，2005(10):38－39.