高速臥式加工中心同步雙驅雙主軸結構的研究

馮如意

摘 要：本文主要介紹一種臥式加工中心機床的同步雙驅雙主軸結構，用于汽車發動機關鍵零部件連桿的大、小頭孔半精鏜，精鏜的加工。汽車行業作為我國迅猛發展產業之一，其中汽車內燃機核心零部件的加工是汽車行業發展的重要課題，連桿作為內燃機核心零件之一，也是加工精度較高的零件之一。作為大批量生產的汽車連桿零件由于受到成本、效益的制約，如何在保證加工精度的同時又能極大地提高加工效率，創造更大的經濟效益成為擺在汽車發動機連桿加工專用機床面前的難題。

關鍵詞：臥式加工中心；同步雙驅雙主軸結構；連桿精鏜加工

中圖分類號：TG519 文獻標識碼：A

連桿作為汽車內燃機核心零部件，其主要機械加工面為連桿的大、小頭孔及兩端面，連桿最難加工的工序為精鏜大頭孔和小頭孔，并保證大、小頭孔的圓柱度的公差要求，行業內對連桿大、小頭孔圓柱度的要求一般<0.006mm，傳統的加工方法是采用立式或者臥式安裝的單主軸數控機床對單一連桿進行半精鏜、精鏜加工，這樣對于批量加工連桿，單一工件加工節拍將嚴重制約機床效益，增加人工成本，而采用雙主軸臥式加工中心，能夠快速地一次裝夾兩個工件，雙面夾具體翻轉180°將裝夾好的工件送入加工區域，同時在上料區進行人工裝夾兩個工件，臥式安裝的同步雙驅雙主軸結構在加工區進行精鏜、半精鏜連桿大小頭孔，這樣在機床加工工件的同時，又能進行上料可以極大地節約加工時間，提高加工效率。

一、工作原理

該結構主要采用左右伺服電機與雙絲杠直連形式用于驅動主軸箱在Y軸立柱上下移動，并在Y軸立柱兩側配以主副光柵尺，用于對雙主軸位置進行反饋補償，保證雙主軸在Y軸行程上定位精度及重復定位精度達到要求，采用這種同步雙驅雙主軸結構可以有效地實現機床加工區域雙工位的工件同時加工。

二、結構介紹

同步雙曲雙主軸結構如圖1所示和圖2所示。組成該結構的零部件按順序標示序號，依次分別為：1.Y軸立柱；2.左同步電機；3.左電機座；4.主動同步帶輪；5.圓弧齒同步帶；6.從動同步帶輪；7.左Y軸滾珠絲杠；8.右Y軸滾珠絲杠；9.主軸箱體；10.左電主軸；11.右電主軸；12.右同步電機；13.右電機座；14.雙面回轉夾具體；15.數控臥式驅動轉臺；16.尾座。該結構以Y軸立柱為基礎，在主軸箱中對稱臥式安裝左電主軸和右電主軸，以實現同步雙驅雙主軸臥式加工的工序動作。左、右電機座的一端對稱固定安裝在Y軸立柱頂部后側，實現左同步電機和右同步電機對稱安裝在Y軸立柱的兩側，左、右同步伺服電機的傳動軸通過漲緊套與左、右側的主動同步帶輪固定在一起，各自從動同步帶輪通過漲緊套與對稱安裝在Y軸立柱上的左Y軸滾珠絲杠、右Y軸滾珠絲杠的傳動軸固定，同時主動同步帶輪與其從動同步帶輪之間通過圓弧齒同步帶連接。Y軸傳動采用伺服雙驅，左Y軸滾珠絲杠、右Y軸滾珠絲杠安裝固定在Y軸立柱上下兩端，左、右Y軸滾珠絲杠的絲母座法蘭，通過內六角圓柱頭螺釘對稱把合在主軸箱的兩側，實現了左同步伺服電機和右同步伺服電機通過帶傳動使主軸箱在Y軸立柱上沿著導軌上下移動。同時在Y軸立柱的左右兩側分別安裝主副光柵尺用于保證Y軸行程的精度。

雙電主軸之間的間距與雙面回轉夾具體上被加工件零件如汽車連桿之間的間距保持一致，雙面回轉夾具體通過端面止口與數控臥式驅動轉臺和數控尾座進行精確配合安裝，數控驅動轉臺可實現360×1°回轉進而帶動雙面回轉夾具體旋轉。

三、主要特點

1.伺服驅動電機通過同步圓弧齒形帶傳動而不是采用電機與滾珠絲杠通過聯軸器直連形式，這樣可以有效地節約空間，使得整個傳動機構顯得更為緊湊合理。2.兩套獨立的同步伺服驅動結構對稱安裝使得滾珠絲杠拖動主軸箱在Y軸立柱上下移動受力更為均勻對稱，同時使主軸箱在Y軸立柱上移動的定位精度、重復定位精度、以及反向定位精度更為精準。3.雙面回轉夾具體對稱安裝的各面兩套夾具，可在夾具體上一次裝夾兩個工件，同時在加工區域雙主軸一次加工成型雙工件，因為對稱設計的傳動結構、夾具結構及光柵尺的定位反饋能夠強有力的保證被加工零件具有較高的加工精度。本結構的設計易于進行調整補償，并能通過電氣系統以及光柵尺進行實時監控并自動采取相應的措施保證雙主軸移動的同步性，使雙主軸臥式加工中心成為具有多方面優越性和高精、高效、高性價比的連桿加工機床。

四、適用場合

該結構主要用于高速臥式加工中心數控機床，對孔類零件，尤其是對汽車發動機關鍵零部件連桿的大、小頭孔可以進行高精、高速、高效的加工。加工區與上料區互不干涉，可以極大地縮短零件的加工節拍，提高加工效率。

五、結語及展望

近年來我國汽車行業發展十分迅猛，汽車發動機零部件的加工逐漸成為我國汽車行業發展的瓶頸，用于該結構的高速臥式加工中心數控機床將數控技術、智能技術、可靠性設計等結合起來，可以極大地提高汽車發動機關鍵零部件連桿的大、小頭孔精加工的效率，對于提升企業市場競爭力具有重大意義。同時我們也可以該結構的基礎上通過可靠性設計研發三主軸及四主軸結構的高速臥式加工中心數控機床，提高產品的檔次和技術含量，填補國內空白。

參考文獻

[1]李洪.實用機床設計手冊[M].遼寧：遼寧科學技術出版社，1999.