雙主軸數(shù)控車床設(shè)計的總體布局

　　本機床為機、電阅畴、液一體化設(shè)計倡怎。機床采用了臥式60°傾斜床身導軌形式，具有結(jié)構(gòu)緊湊贱枣、布局先進合理监署、排屑性能好、操作方便等優(yōu)點纽哥，而且便于配置工業(yè)機器人钠乏，為全自動和無人化生產(chǎn)提供了方便称侣。機床內(nèi)外防護采用了全封閉框架式結(jié)構(gòu)，很好地解決了三防問題(防冷卻液淳胆、油及鐵屑)赁挚，同時也給機床的維修提供了較大的空間及靈活性。主機部分主要由床身螃方、左主軸箱照腐、右主軸箱、床鞍担灭、縱向贿册、刀盤、馬達及卡盤油缸裝置等部分組成寓综。

　　機床性能特點

　　本機床為臥式雙主軸數(shù)控車床睦忘，采用三軸控制。左主軸完成加工后耿堕，右主軸可自動完成對已加工部位的夾持砖啄，滿足機床對零件未加工部位的車削加工，從而實現(xiàn)零件的完全車削加工味廊。適用于汽車蒸甜、化工、機電余佛、航天航空等行業(yè)零件的加工柠新。機床可對盤類零件和軸類零件進行各種曲面、端面及螺紋的車削加工辉巡。實現(xiàn)了工件一次裝夾多工序加工恨憎，即實現(xiàn)一機功能集成化，使機床成為真正意義上的高速高效的數(shù)控機床郊楣。

　　本機床選用德國S主EMENS 810D數(shù)控系統(tǒng)憔恳，左主軸由11/15kW的1 PH7型交流主軸伺服電機通過皮帶將動力傳遞到主軸上。右主軸由10.1/13kW的1PH2型內(nèi)置式交流電主軸直接驅(qū)動主軸痢甘。右主軸通過扮杠螺母副在縱向作可編程運動喇嘱，從而可實現(xiàn)更多可能的加工方案。X塞栅、Z1者铜、 Z2車由進給系統(tǒng)采用先進的1FK型交流伺服電機控制。機床縱橫向?qū)к壘捎萌毡綯HK生產(chǎn)的2級精度的直線滾動導軌放椰。刀盤裝置由意大利的SM型動力刀塔加自型設(shè)計的十二位雙面刀盤組成绵颅，以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)類零件的完全加工。使機床具各動態(tài)性能好、無爬行忙体、定位精度高以及性能穩(wěn)定可靠等特點济谢。

　　機床的關(guān)鍵技術(shù)

　　本機床各功能部件布局緊湊合理，外觀造型宜人怨级，功能齊全情腥，排屑方便，三防效果好钮核，機床操縱臺采用旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)辰张，操作簡中、安全新掸。機床在設(shè)計制造中攻克了以下幾個關(guān)鍵技術(shù)欢巡。

　　電主軸

　　當機床需要配置電主軸時，一般有兩種途徑:一是直接購買成品的電主軸單元教九。這種方式不但成本較高致驶，而且還可能因規(guī)格有限，外形和安裝尺寸難以滿足機床要求箱靴，而對機床的整體布局和性能產(chǎn)生不利影響腺逛。二是由數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商提供電主軸關(guān)鍵零件，如轉(zhuǎn)子刨晴、定子及冷卻套屉来。其它零件由機床廠自行設(shè)計、制造狈癞。這樣不僅大幅度降低了成本，同時還能滿足機床的整體布局茂契。本機床電主軸(右主軸箱)就是自行開發(fā)設(shè)計的蝶桶，具體結(jié)構(gòu)采用德國1PH2型電主軸，將其與主軸箱掉冶、主軸等零件組裝在一起真竖，通過轉(zhuǎn)子與主軸的過盈配合，使動力直接作用在主軸上厌小。在設(shè)計和制造中需解決兩個技術(shù)難點恢共，即電主軸的發(fā)熱問題和電主軸的動平衡問題。

　　電主軸最突出的問題之一是內(nèi)藏式高速主電動機的發(fā)熱璧亚。由于主軸軸承離主電動機較近柴炉，電動機的發(fā)熱會直接降低軸承的工作精度，如果主電動機的散熱問題解決不好价岭，將直接影響機床工作的可靠性青竹。為解決這一難題所設(shè)計了高速電主軸的外循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。在主電動機定子的外面設(shè)計了帶螺旋槽的冷卻套，機床工作時俱报，冷卻水在該螺旋槽中連續(xù)流動皂计，將主電動機運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量及時、迅速地帶走哼狰。冷卻水的流量可按主電動機的發(fā)熱量進行計算辉九。經(jīng)過計算本機床選用制冷量為3kW的制冷機。主軸軸承的發(fā)熱也是電主軸發(fā)熱的另一個主要熱源痊追，由于本機床電主軸的運轉(zhuǎn)速度最高設(shè)為3500 r/min,主軸軸承發(fā)熱不突出盏萝，經(jīng)設(shè)計校核沒必要采取油霧潤滑的冷卻措施，采用脂潤滑方式即能滿足使用要求褒堆。

　　電主軸運轉(zhuǎn)部分微小的不平衡量澡呼，都會引起較大的離心力，造成機床的振動厉碟，影響加工精度和表面質(zhì)量喊巍。因此必須對電主軸進型嚴格的動平衡。主軸及主軸上的零件都要經(jīng)過十分精密的加工箍鼓、裝配和調(diào)校崭参，使主軸組件動平衡精度達到0.4級以上的水平。在設(shè)計電主軸時款咖，一是必須嚴格遵守結(jié)構(gòu)對稱性原則何暮，鍵連接和螺紋聯(lián)接在電主軸上被禁止使用。電動機轉(zhuǎn)子與機床主軸之間用過盈配合來實現(xiàn)扭矩的傳遞铐殃，過盈量應(yīng)按所傳遞的扭矩來計算海洼，其值有時高達0.08~0. lOmm。另一個保證主軸動平衡的措施是在主軸上設(shè)計一個平衡環(huán)富腊，在平衡環(huán)上對稱地加工出16~24個直徑略有不同的螺紋孔(M4或M6)坏逢。當電主軸組裝完畢后，根據(jù)動平衡機的測試結(jié)果赘被，在一定的方位上是整，旋入相應(yīng)的平衡螺鐘并調(diào)節(jié)其旋入深度，直到完全達到動平衡精度后砍篇，用環(huán)氧樹脂將這些平衡螺鐘固化以叛。

　　右主軸同軸度

　　為實現(xiàn)盤、套類零件的完全加工笛蛋，本機床的了疼喝。右主軸同軸對置，并且右主軸可在軸向移動進行工件的交換粘胧。由于工件的交換是在主軸運轉(zhuǎn)的情況下進行摊房，這就對了赚懊。右主軸的同軸度及轉(zhuǎn)速的同步提出了很高的要求。同軸度允差≤0.01 mm(半徑值）昨哑。為解決這個問題你朝，設(shè)計時，在右主軸箱體的A域毡、B面上增加鑲條結(jié)構(gòu)爪只，裝配過程以左主軸為基準，分別通過調(diào)整右主軸上的鑲條1,鑲條2來調(diào)整A考余、B面先嬉，從而達到左右主軸的同軸要求。轉(zhuǎn)速同步100％楚堤。為解決轉(zhuǎn)速同步問題疫蔓，設(shè)計時分別在左右主軸上安裝了分辨率為1024線的增量式編碼器，用于速度反饋身冬，同時還開發(fā)設(shè)計了同步主軸功能和同步控制程序衅胀。經(jīng)過現(xiàn)場驗證，機床轉(zhuǎn)速在2300rpm以下可完全實現(xiàn)同步酥筝。

　　十二位雙面刀盤裝置

　　由于該機床采用了雙主軸同軸對置和單刀架布局滚躯，因此設(shè)計刀盤時，必須解決該裝置即能加工左主軸上的工件嘿歌，亦能加工右主軸上的工件掸掏。解決方案有兩種:一是直接購買徑向VDI刀盤；另一種是自行設(shè)計雙面刀盤宙帝。由于直接購買的VDI產(chǎn)品刀盤費用較貴丧凤，同時其標準產(chǎn)品的徑向尺寸很難完全符合設(shè)計要求，所以決定自行設(shè)計雙面刀盤裝置茄唐。設(shè)計時有以下幾點須注意:A刀塔必須選用“伸脖式”刀塔伴严，同時還需注意“X”尺寸，以滿足用于加工右主軸上的工件時辐芍，刀盤在回轉(zhuǎn)時刀具不與其干涉；B雙面刀盤上的刀槽應(yīng)對稱錯位設(shè)計描休，雙面刀槽應(yīng)一次裝夾同時加工出來掷戚，刀槽對刀盤中心孔的對稱度允差≤0.02mm。

　　結(jié)束語

　　該產(chǎn)品經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場測試及實際運行考驗證明肥册，其性能可靠穩(wěn)定猫郎，完全滿足用戶要求，得到用戶好評严荷。本機床減少了零件周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)矩修，加工一個成品零件的效率是單軸數(shù)控車床的約1.5倍，而本機床的占地面積還不到兩臺單軸數(shù)控車床的二分之一，經(jīng)濟效益顯著厅揍。該機床的成功開發(fā)不僅為國內(nèi)重點行業(yè)提供了新型高效加工設(shè)備也提升了產(chǎn)品的市場競爭力铡涣。

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