李玉川

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽(yáng) 471039)

轉(zhuǎn)盤(pán)軸承是一種能夠同時(shí)承受較大的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩，集支承、旋轉(zhuǎn)、傳動(dòng)及固定等多功能于一身的特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承，廣泛應(yīng)用于起重運(yùn)輸機(jī)械、采掘機(jī)、港口機(jī)械及風(fēng)力發(fā)電等大型回轉(zhuǎn)裝置上。轉(zhuǎn)盤(pán)軸承內(nèi)、外圈端面上均勻分布著很多安裝孔，這些孔的加工是轉(zhuǎn)盤(pán)軸承生產(chǎn)的瓶頸之一。

國(guó)內(nèi)軸承加工企業(yè)大多采用GDC4040m動(dòng)龍門(mén)式數(shù)控鉆銑床和PM4040C/2龍門(mén)移動(dòng)式雙主軸數(shù)控鉆銑床進(jìn)行孔加工[1]，該類(lèi)機(jī)床是在龍門(mén)鏜銑加工中心基礎(chǔ)上改型設(shè)計(jì)而成，立柱為具備垂直和水平兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的龍門(mén)式結(jié)構(gòu)，加工方式為雙坐標(biāo)進(jìn)給、自動(dòng)插補(bǔ)，但對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)軸承安裝孔環(huán)形均勻分布的結(jié)構(gòu)形式不太適合。國(guó)外軸承生產(chǎn)商大多采用軸承專(zhuān)用高速鉆床進(jìn)行孔加工。其采用工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度，立柱具備垂直運(yùn)動(dòng)功能，不僅加工效率高，而且安裝孔的位置精度高。

下文介紹一種高效率、高精度、高自動(dòng)化的ZK5840轉(zhuǎn)盤(pán)軸承數(shù)控高速鉆床，其采用圓光柵控制自動(dòng)分度，高效、大功率主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭進(jìn)行高速鉆削加工，十分符合轉(zhuǎn)盤(pán)軸承安裝孔環(huán)形分布的加工特點(diǎn)[2]。

1 機(jī)床結(jié)構(gòu)及工作原理

ZK5840機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由床身、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、立柱部件、鉆削動(dòng)力頭部件、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)排屑器和整體防護(hù)圍欄等組成，具有垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)功能。其中，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)通過(guò)支承機(jī)構(gòu)固定在可沿床身靜壓導(dǎo)軌移動(dòng)的滑座上，采用大扭矩伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)精密減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副帶動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)，配置的光柵尺測(cè)量移動(dòng)誤差并反饋給數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的分度運(yùn)動(dòng)由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)精密減速器驅(qū)動(dòng)雙齒輪-齒盤(pán)消隙機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)工作臺(tái)沿靜壓導(dǎo)軌做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，配置的圓光柵檢測(cè)分度精度?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)上安裝有液壓鎖緊裝置，水平移動(dòng)和回轉(zhuǎn)分度到位后，啟動(dòng)液壓鎖緊油缸，以避免因振動(dòng)而影響加工質(zhì)量。鉆削動(dòng)力頭固定在可沿立柱直線(xiàn)滾子導(dǎo)軌單元移動(dòng)的刀架上，采用伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鉆削動(dòng)力頭的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為大功率主軸伺服電動(dòng)機(jī)，可無(wú)級(jí)調(diào)速；為了防止進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)沖擊過(guò)大，配置了液壓平衡缸，其缸筒固定在立柱上，活塞桿固定在刀架上，既可以避免進(jìn)給時(shí)沖擊過(guò)大，也可以減輕加工完成后提刀時(shí)的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷。

電氣控制系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工動(dòng)作的控制功能部件，其采用西門(mén)子802 Dsl數(shù)控系統(tǒng)，全數(shù)控鍵盤(pán)，配置10.4″彩色顯示器，全中文顯示界面，具有標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，同時(shí)配置電子手輪，充分體現(xiàn)宜人化設(shè)計(jì)理念。電氣控制柜采用IP54防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，配備電柜專(zhuān)用空調(diào)，全封閉結(jié)構(gòu)，保證電氣元件及系統(tǒng)正常、可靠工作。液壓系統(tǒng)提供機(jī)床必需的液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，整個(gè)系統(tǒng)為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的液壓回路，一路為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的靜壓導(dǎo)軌提供液壓動(dòng)力和靜壓潤(rùn)滑，同時(shí)為水平運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)提供液壓動(dòng)力，壓力分別為5 MPa和2 MPa；另一路為鉆削動(dòng)力頭松拉刀具和液壓平衡裝置提供液壓動(dòng)力，壓力分別為5 MPa和3 MPa。冷卻系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、高壓冷卻水泵、磁性分離器和紙帶過(guò)濾裝置等組成，高壓水泵打出的乳化液壓力可達(dá)3 MPa，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的適時(shí)冷卻，而且具備輔助斷屑功能，可以滿(mǎn)足強(qiáng)力高速鉆削的需要。機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，主要精度檢驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 ZK5840主要技術(shù)參數(shù)

表2 ZK5840精度檢驗(yàn)表

機(jī)床工作時(shí)，首先啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，根據(jù)工件尺寸按程序使工作臺(tái)水平移動(dòng)到預(yù)定位置，利用安裝在工作臺(tái)上的靠柵找到工件中心，將工件牢固安裝在工作臺(tái)上；然后啟動(dòng)自動(dòng)程序進(jìn)入加工過(guò)程，工作臺(tái)水平鎖緊，回轉(zhuǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，高壓冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)，工作臺(tái)開(kāi)始精確分度，鉆削動(dòng)力頭高速旋轉(zhuǎn)并以設(shè)定進(jìn)刀速度進(jìn)行切削加工，加工完成后鉆削動(dòng)力頭快速退出；接著再進(jìn)行工件分度，完成后再進(jìn)行另一次加工，如此循環(huán)，直至加工完成。

2 性能特點(diǎn)

2.1 分度、控制精確

根據(jù)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承安裝孔分布形式，采用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，大扭矩伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，圓光柵對(duì)分度進(jìn)行精確控制，分度精度為8″，重復(fù)定位精度為5″；工作臺(tái)可以沿床身進(jìn)行長(zhǎng)距離水平運(yùn)動(dòng)，光柵尺對(duì)水平移動(dòng)精度進(jìn)行精確控制，可以實(shí)現(xiàn)大尺寸范圍工件的孔加工。

2.2 鉆削動(dòng)力頭高速、高效

刀具加工系統(tǒng)采用鉆削主軸單元配置大功率主軸伺服電動(dòng)機(jī)組成的動(dòng)力頭，主軸轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)可調(diào)，主軸頭為標(biāo)準(zhǔn)50號(hào)7∶24錐孔，配置BT50鉆柄，刀具為自動(dòng)拉緊、液壓?jiǎn)?dòng)松開(kāi)結(jié)構(gòu)；主軸具備中空出水功能，配合冷卻系統(tǒng)對(duì)刀具進(jìn)行適時(shí)冷卻，以確保高速、強(qiáng)力切削。刀具進(jìn)給系統(tǒng)采用西門(mén)子802Dsl數(shù)控系統(tǒng)控制，大扭矩伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)精密滾珠絲杠副，帶動(dòng)鉆削動(dòng)力頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給；支承采用精密重載滾子導(dǎo)軌副，承載力大、剛度好且無(wú)爬行。

2.3 機(jī)械、電氣及液壓系統(tǒng)高度統(tǒng)一

ZK5840機(jī)床充分考慮工件結(jié)構(gòu)特性，采用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度+水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，立柱固定而刀架垂直進(jìn)給的結(jié)構(gòu)形式；對(duì)整機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)各部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，重要零件進(jìn)行有限元分析，確保了機(jī)床精度；整機(jī)機(jī)械、電氣、液壓及冷卻合理布局，操作和維修方便；控制系統(tǒng)和模塊化的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為應(yīng)用提供了極大的靈活性，軟件易學(xué)易用；同時(shí)配置便攜式電子手輪，整機(jī)可以實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際需要研制出的ZK5840轉(zhuǎn)盤(pán)軸承專(zhuān)用高速數(shù)控鉆床，已經(jīng)通過(guò)用戶(hù)驗(yàn)收并投入使用，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，整機(jī)性?xún)r(jià)比高，綜合成本低，具有高速、高剛性及高分度精度等特點(diǎn)。該機(jī)床極大地提高了轉(zhuǎn)盤(pán)軸承孔加工的質(zhì)量及效率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，適合批量生產(chǎn)加工。