ZK5840轉盤軸承數控高速鉆床

李玉川

(洛陽LYC軸承有限公司 技術中心，河南 洛陽 471039)

轉盤軸承是一種能夠同時承受較大的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩，集支承、旋轉、傳動及固定等多功能于一身的特殊結構的大型軸承，廣泛應用于起重運輸機械、采掘機、港口機械及風力發電等大型回轉裝置上。轉盤軸承內、外圈端面上均勻分布著很多安裝孔，這些孔的加工是轉盤軸承生產的瓶頸之一。

國內軸承加工企業大多采用GDC4040m動龍門式數控鉆銑床和PM4040C/2龍門移動式雙主軸數控鉆銑床進行孔加工[1]，該類機床是在龍門鏜銑加工中心基礎上改型設計而成，立柱為具備垂直和水平兩個方向運動的龍門式結構，加工方式為雙坐標進給、自動插補，但對于轉盤軸承安裝孔環形均勻分布的結構形式不太適合。國外軸承生產商大多采用軸承專用高速鉆床進行孔加工。其采用工作臺回轉分度，立柱具備垂直運動功能，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、高自動化的ZK5840轉盤軸承數控高速鉆床，其采用圓光柵控制自動分度，高效、大功率主軸電動機驅動動力頭進行高速鉆削加工，十分符合轉盤軸承安裝孔環形分布的加工特點[2]。

1 機床結構及工作原理

ZK5840機床結構如圖1所示，主要由床身、回轉工作臺、立柱部件、鉆削動力頭部件、液壓系統、電氣控制系統、冷卻系統、自動排屑器和整體防護圍欄等組成，具有垂直進給運動、水平進給運動和回轉運動功能。其中，回轉工作臺通過支承機構固定在可沿床身靜壓導軌移動的滑座上，采用大扭矩伺服電動機經精密減速機構驅動滾珠絲杠副帶動回轉工作臺實現水平移動，配置的光柵尺測量移動誤差并反饋給數控系統，實現閉環控制。回轉工作臺的分度運動由伺服電動機經精密減速器驅動雙齒輪-齒盤消隙機構，帶動工作臺沿靜壓導軌做回轉運動，配置的圓光柵檢測分度精度。回轉工作臺上安裝有液壓鎖緊裝置，水平移動和回轉分度到位后，啟動液壓鎖緊油缸，以避免因振動而影響加工質量。鉆削動力頭固定在可沿立柱直線滾子導軌單元移動的刀架上，采用伺服電動機通過滾珠絲杠副驅動，從而實現鉆削動力頭的垂直進給運動。驅動電動機為大功率主軸伺服電動機，可無級調速；為了防止進給伺服電動機在工作時沖擊過大，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，既可以避免進給時沖擊過大，也可以減輕加工完成后提刀時的電動機負荷。

電氣控制系統是機床實現加工動作的控制功能部件，其采用西門子802 Dsl數控系統，全數控鍵盤，配置10.4″彩色顯示器，全中文顯示界面，具有標準RS-232接口，同時配置電子手輪，充分體現宜人化設計理念。電氣控制柜采用IP54防護標準，配備電柜專用空調，全封閉結構，保證電氣元件及系統正常、可靠工作。液壓系統提供機床必需的液壓驅動動力源，整個系統為兩個相對獨立的液壓回路，一路為回轉工作臺的靜壓導軌提供液壓動力和靜壓潤滑，同時為水平運動和回轉分度運動鎖緊機構提供液壓動力，壓力分別為5 MPa和2 MPa；另一路為鉆削動力頭松拉刀具和液壓平衡裝置提供液壓動力，壓力分別為5 MPa和3 MPa。冷卻系統由電動機、高壓冷卻水泵、磁性分離器和紙帶過濾裝置等組成，高壓水泵打出的乳化液壓力可達3 MPa，可以實現對刀具的適時冷卻，而且具備輔助斷屑功能，可以滿足強力高速鉆削的需要。機床主要技術參數見表1，主要精度檢驗參數見表2。

表1 ZK5840主要技術參數

表2 ZK5840精度檢驗表

機床工作時，首先啟動液壓系統，根據工件尺寸按程序使工作臺水平移動到預定位置，利用安裝在工作臺上的靠柵找到工件中心，將工件牢固安裝在工作臺上；然后啟動自動程序進入加工過程，工作臺水平鎖緊，回轉鎖緊機構啟動，高壓冷卻系統啟動，工作臺開始精確分度，鉆削動力頭高速旋轉并以設定進刀速度進行切削加工，加工完成后鉆削動力頭快速退出；接著再進行工件分度，完成后再進行另一次加工，如此循環，直至加工完成。

2 性能特點

2.1 分度、控制精確

根據轉盤軸承安裝孔分布形式，采用數控回轉工作臺，大扭矩伺服電動機驅動，圓光柵對分度進行精確控制，分度精度為8″，重復定位精度為5″；工作臺可以沿床身進行長距離水平運動，光柵尺對水平移動精度進行精確控制，可以實現大尺寸范圍工件的孔加工。

2.2 鉆削動力頭高速、高效

刀具加工系統采用鉆削主軸單元配置大功率主軸伺服電動機組成的動力頭，主軸轉速無級可調，主軸頭為標準50號7∶24錐孔，配置BT50鉆柄，刀具為自動拉緊、液壓啟動松開結構；主軸具備中空出水功能，配合冷卻系統對刀具進行適時冷卻，以確保高速、強力切削。刀具進給系統采用西門子802Dsl數控系統控制，大扭矩伺服電動機驅動精密滾珠絲杠副，帶動鉆削動力頭實現進給；支承采用精密重載滾子導軌副，承載力大、剛度好且無爬行。

2.3 機械、電氣及液壓系統高度統一

ZK5840機床充分考慮工件結構特性，采用回轉工作臺回轉分度+水平進給運動，立柱固定而刀架垂直進給的結構形式；對整機進行優化設計，對各部件進行強度校核，重要零件進行有限元分析，確保了機床精度；整機機械、電氣、液壓及冷卻合理布局，操作和維修方便；控制系統和模塊化的驅動系統為應用提供了極大的靈活性，軟件易學易用；同時配置便攜式電子手輪，整機可以實現三軸聯動。

3 結束語

根據實際需要研制出的ZK5840轉盤軸承專用高速數控鉆床，已經通過用戶驗收并投入使用，各項技術指標均符合國家相關標準的規定，整機性價比高，綜合成本低，具有高速、高剛性及高分度精度等特點。該機床極大地提高了轉盤軸承孔加工的質量及效率，降低了工人勞動強度，適合批量生產加工。