基于普通滾齒機(jī)Y31350的數(shù)控高效化改造設(shè)計(jì)*

王偉順　李國(guó)斌

(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

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基于普通滾齒機(jī)Y31350的數(shù)控高效化改造設(shè)計(jì)*

王偉順李國(guó)斌

(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

為提高Y31350普通滾齒機(jī)的加工效率，對(duì)其進(jìn)行了數(shù)控高效銑齒改造。改造過(guò)程以滿足高效性和高穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)原則，分別對(duì)機(jī)床和加工系統(tǒng)選用合適的伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠，同時(shí)選用銑齒專用數(shù)控系統(tǒng)。改造后的Y31350在齒輪加工過(guò)程中具備了高效率和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，加工精度符合要求。

普通滾齒機(jī)；數(shù)控高效化改造；銑齒

在機(jī)械加工行業(yè)不斷向高精度、高速化方向發(fā)展，普通滾齒機(jī)在加工質(zhì)量、效率等方面已經(jīng)跟不上現(xiàn)代化機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展步伐。Y31350普通滾齒機(jī)是針對(duì)齒圈類工件加工的專用設(shè)備，其加工速度與產(chǎn)品質(zhì)量等方面已經(jīng)很難滿足企業(yè)發(fā)展的要求。通過(guò)對(duì)Y31350進(jìn)行數(shù)控高速銑齒改造，可以大大提高其加工效率。

1　改造參數(shù)

結(jié)合Y31350普通滾齒機(jī)在生產(chǎn)加工過(guò)程中的實(shí)際需要，對(duì)其在改造后所達(dá)到的加工參數(shù)如表1所示。

表1Y31350普通滾齒機(jī)改造前和改造后參數(shù)對(duì)比

參數(shù)名稱改造前改造后主軸轉(zhuǎn)速/(r/min)7～10425～200垂直快速/(mm/min)2001000水平快速/(mm/min)801000主電動(dòng)機(jī)功率/kW18.5(機(jī)床主電動(dòng)機(jī))55(銑削電動(dòng)機(jī))

2　改造總體設(shè)計(jì)

Y31350普通滾齒機(jī)數(shù)控高效化改造主要針對(duì)機(jī)床和加工系統(tǒng)兩大部分：機(jī)床改造部分包括銑削主傳動(dòng)系統(tǒng)、水平進(jìn)給系統(tǒng)、垂直進(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)分度系統(tǒng)、立柱夾緊系統(tǒng)、工作臺(tái)夾緊系統(tǒng)；加工系統(tǒng)包括選擇一套適用高效銑齒的加工系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)。改造后機(jī)床總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3　機(jī)床部分改造

3.1機(jī)床銑削主傳動(dòng)系統(tǒng)改造

為提高齒輪加工效率，采用大功率、高轉(zhuǎn)速的專用銑削刀架(圖2)，其傳動(dòng)方式采用主電動(dòng)機(jī)+聯(lián)軸器+齒輪降速帶動(dòng)銑刀盤(圖3)高效加工齒輪，冷卻方式采用風(fēng)冷槍冷卻。

3.2機(jī)床水平、垂直進(jìn)給系統(tǒng)改造

斷開(kāi)原集中傳動(dòng)鏈，增加一套水平、垂直進(jìn)給系統(tǒng)(圖4)，包括西門子伺服電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、支撐座及軸承。

滾珠絲杠的精度直接影響機(jī)床的加工精度，經(jīng)過(guò)對(duì)絲杠強(qiáng)度校核，水平選用直徑100 mm的FFZD10010滾珠絲杠，垂直選用直徑120 mm的FFZD12020滾珠絲杠。同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行慣量與扭矩校核，水平選用1FT6086 18.5 N·m伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，垂直選用1FT6105 56 N·m伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。

絲杠采用兩端固定支撐，一端采用滾針/推力組合軸承，另一端采用三組推力球軸承。

3.3機(jī)床工作臺(tái)分度系統(tǒng)改造

斷開(kāi)原集中傳動(dòng)鏈，增加一套工作臺(tái)分度進(jìn)給系統(tǒng)(圖5)，包括西門子伺服電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)軸齒輪、支撐座及軸承。

此機(jī)床工作臺(tái)分度系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：電動(dòng)機(jī)把合在減速器上，減速器固定在進(jìn)給箱體上，減速器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與軸齒輪聯(lián)接，軸齒輪嚙合帶動(dòng)變導(dǎo)程蝸桿旋轉(zhuǎn)，變導(dǎo)程蝸桿帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪與工作臺(tái)把合一體，帶動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)分度。

通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行慣量與扭矩校核，選用1FT6105 56 N·m伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。

3.4機(jī)床立柱、工作臺(tái)夾緊系統(tǒng)改造

為保證銑削加工精度，在立柱與床身之間、工作臺(tái)與底座之間增加液壓夾緊機(jī)構(gòu)(圖6)，保證在加工直齒過(guò)程中立柱與工作臺(tái)固定不動(dòng)。夾緊系統(tǒng)工作原理為：液壓來(lái)油夾緊，液壓停油后疊簧放松。

4　數(shù)控系統(tǒng)選用

相對(duì)于改裝前的Y31350滾齒機(jī)而言，數(shù)控高效化改造后因主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度有很大的提升，致使加工效率明顯提升，改裝方案采用了能保證高效化加工的SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)。SINUMERIK 828D系統(tǒng)集CNC、PLC操作界面以及軸控制功能于一體，系統(tǒng)基于80位浮點(diǎn)數(shù)的納米計(jì)算精確充分保證了控制的精確性。在銑齒加工中可實(shí)現(xiàn)柱形工件加工的智能坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，附帶的新功能SINUMERIK MDynamics工藝包能夠加工出完美的工件表面和極端的加工時(shí)間。

5　改造后使用結(jié)果

應(yīng)用改造后的機(jī)床加工齒圈(圖7，齒數(shù)200，模數(shù)12 mm，厚度100 mm，刀盤線速度90 m/min，刀盤進(jìn)給量1.2 mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速80 r/min)，通過(guò)對(duì)整個(gè)加工過(guò)程的跟蹤，得出以下結(jié)果：

(1)加工時(shí)間由4天縮短至1天。

(2)齒輪加工精度達(dá)9級(jí)，滿足使用要求。

(3)加工的齒面粗糙度達(dá)到Ra1.6 μm，滿足使用要求。

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Y31350數(shù)控高效化改造，提高了加工效率和設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。改造后的機(jī)床極大程度地滿足了用戶的要求。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]唐金松．簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．3版．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2009．

[2]聞邦椿．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：第四卷[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

[3]武永利．滾珠絲杠的選用與校核[J]．機(jī)械制造與自動(dòng)化，2003(5)：41-43.

[4]張伯霖．高速切削技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

[5]高志強(qiáng)； 李寶筏； 滾齒機(jī)改造[J]．機(jī)床與液壓，2008(2)：39-43.

[6]郁明山.齒輪加工機(jī)床，工作臺(tái)部件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2006, 下冊(cè)(26篇):30-40.

(編輯孫德茂)

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Design of CNC high efficiency reform on common hobbing machine Y31350

WANG Weishun, LI Guobin

(Qiqihar Heavy CNC Equipment Corporation Limited, Qiqihar 161005, CHN)

In order to enhance machining efficiency of Y31315 common hobbing machine, do high efficiency reform. Reform procedure satisfies design principle of high efficiency and high stability, choose suitable servo motor and ball screw for lathe and machining system separately, meanwhile, choose milling gear special machining system. The reformed Y31315 has specialty of high efficiency and high stability, machining precision meets requirements.

common hobbing machine; high efficiency reform; milling gear

TG502.3

B

2015-10-08)

160547

黑龍江省杰出青年科學(xué)基金資助(JC201318)