雙主軸雙刀架數控車床的設計制造

狄壽剛

（寧夏新瑞長城機床有限公司，寧夏銀川 750021）

多軸復合加工技術是近十幾年來取得迅速發展的一項先進制造技術，與常規機床相比，有著無可比擬的優點，其中高效率、高精度是其最大特點。國外機床廠都有其成熟產品，最近我廠為南京依維柯車橋分廠設計了一種用于加工汽車后橋殼的機床。

1 機床的特點和用途

該車床系雙刀架兩軸聯動、半閉環控制數控車床。

2個刀架分別布置在機床上組導軌的兩端，可對工件的兩端同時加工。主軸與尾架都安裝卡盤，左右兩端撐橋殼內孔一次完成工件加工，尾架無動力與卡盤一起隨動。兩刀架的X軸和Z軸的編碼器均采用絕對值編碼器，機床永遠記得它的零位，省去了回零操作，從而消除了因回零誤差而引起的加工誤差。

主機采用臥式床身，傾斜導軌，剛性高，排屑性能好。數控系統采用日本FANUC產0TTD系統或18i系統。主傳動系統采用αp60交流主軸伺服電動機，可實現恒線速切削。X、Z軸驅動采用FANUC產α型交流伺服電動機，驅動轉矩大，定位精度高，動作穩定可靠。機床的2個刀架上都裝有1個進口DUPLOMATIC產SM－H－20－8－/2型8位伺服刀臺，該刀臺剛性高，轉位快，性能穩定可靠。

每個刀盤上分別裝有1個軸向檢測裝置，用來在加工前對被加工工件某一部位的軸向位置進行檢測，機床將這一點作為新的Z軸相對坐標原點。使用這一功能，才使某些工件的加工成為可能。如某些汽車后橋殼體的長度公差大到4 mm，而兩端加工部位的軸向尺寸要求到兩段法蘭盤的距離為一特定的長度，根據這一要求，只有采用帶軸向檢測裝置的數控機床加工才能成為現實。

該機床采用機、電、液一體化和全封閉防護設計，布局合理，造型美觀大方，操作維修方便。機床最小加工直徑50 mm（卡盤直徑254 mm時），最大加工直徑360 mm，最大工件長度2 220 mm，中間部位不能車削的長度900 mm。

該機床主要適用于大中型汽車后橋殼體兩軸端的高效高精度車削加工。加工時工件支承在頭架和尾架之間，卡盤采用浮動卡盤，工件夾持在頭尾架的兩卡盤上，兩刀架分別對工件的兩端進行同時加工（當兩端均采用卡盤卡緊時，卡持部位不能加工）。圖1為機床示意圖。

2機床主要部件的結構說明

2．1主軸箱

圖2是主軸箱結構簡圖，主軸由αP60/1500低速型主軸電動機通過多聯三角皮帶，帶動主軸三角帶輪旋轉，從而使主軸獲得20～680 r/min的轉速，主軸180 r/min以上為恒功率區，180 r/min以下為恒轉矩區。主軸編碼器由裝在主軸上的同步齒形帶輪通過齒形皮帶帶動與編碼器同軸安裝的同步齒形帶輪旋轉，由于兩同步帶輪的齒數相同，從而保證編碼器與主軸同步旋轉。主軸的前后軸承由螺母緊固，由于主軸軸承的預負荷是出廠時配好的，因此螺母6的松緊對軸承的精度和剛性不會有多大影響。故此，螺母6要擰緊。螺母緊固后一定要擰緊螺母的鎖緊螺釘，防止螺母在高速回轉時松動。螺母3用于緊固主軸三角皮帶輪。卡盤油缸連接盤用于安裝標配的卡盤油缸，用戶要安裝不同型號和不同規格的卡盤油缸時須改變此連接盤。

2．2 尾架（圖3）

尾架芯軸前軸承為雙列圓柱滾子軸承，它的軸向過盈量由調整墊來調整;后軸承采用NSK產角接觸球軸承;芯軸前后軸承緊固螺母必須擰緊，并用螺母鎖定螺釘鎖定。尾架體前端裝的鎖緊環，用來調節尾架體與套筒之間的間隙，以提高套筒的剛性和使用壽命。

尾架套筒的伸出、退回由油缸驅動，用腳踏開關操縱，并在電氣系統中設定與機床主軸互鎖。即主軸轉動時，踏尾架操縱腳踏開關套筒并不退回。油缸供油壓力在1～2．5 MPa內可調;套筒的伸出長度可通過套筒行程限位螺釘來調整。尾架芯軸頭部為A6號，芯軸錐孔為莫氏6號，尾架既可裝卡盤也可裝頂尖。套筒潤滑為集中自動潤滑。

2．3左、右刀架

左、右刀架的結構原理相同，兩者呈對稱布置。圖4為右刀架結構簡圖。該刀架中的刀臺選用DUPLMATIC產SM－H－20－88位伺服刀臺。該刀臺剛性強、轉位快、運轉穩定可靠。左、右刀架的刀盤有8個裝刀位置，但只能裝7把刀，第一刀位裝有軸向檢測裝置。軸向檢測裝置由測頭、傳送器、接收器、保險桿、觸桿等組成。軸向檢測裝置被用來在加工前對被加工工件的某一部位的軸向位置進行檢測，機床將這一點作為新的Z軸相對坐標原點，這一功能使某些工件的加工成為可能。

2．4 馬波斯測頭

馬波斯測頭的具體使用方法，調用程序如下:

3 機床關鍵技術

該機床的加工特點是以橋殼內孔為基準，主軸與尾架都要撐工件內孔;尾架采用了可回轉主軸形式，可安裝液壓卡盤，并且尾架要可編程移動（工件的長短需要用尾架的移動來調整），因此尾架的設計是該機床的關鍵技術。

（1）尾架主軸。尾架本身只能安裝頂尖，要安裝卡盤油缸則只有把尾架芯軸結構設計成主軸結構。如前軸承采用進口雙列圓柱滾子軸承，后軸承采用進口角接觸球軸承背靠背組合，前后軸承精度靠背帽來調整，主軸精度靠漲緊套來調整，如圖5所示。

（2）尾架的移動和鎖緊。尾架的移動采用可編程控制，有2種移動方式:一種是伺服電動機帶動絲杠傳動，絲杠螺母與尾架體相聯，定位精度高;另一種是液壓缸推動活塞桿運動，液壓缸與尾架體相聯，位置定位靠行程開關控制。第1種方式要求數控系統較高，能控制多個軸，絲杠精度要求高，由專業廠家制造，因此這種方式成本很高。第2種方式數控系統比第1種方式少控制1個E軸，系統成本低，另外液壓缸有標準，廠家制造加工簡單，所以第2種方式成本低。因此該機采用由液壓缸帶動，尾架推動油缸裝置（圖6）。尾架鎖緊（圖7）采用液壓鎖緊（a面靠鑲條鎖緊，b面靠若干個液壓柱鎖緊），在移動尾架前須先確認尾架鎖緊油缸處于松開位置。尾架a向調整通過調整鑲條的左右位置實現，b向調整通過調整尾架壓板上下位置來實現。為保護機床并保證尾架移動位置的準確，尾架上裝有三觸點行程開關。

4 結語

該產品經用戶使用，工件加工尺寸精度穩定可靠，完全滿足了用戶的要求。該機床完成了2臺普通機床的加工任務，效率提高了1．5倍，人工成本降低一半，機床占地面積減少了一半;但由于機床多軸復合化，使得比單臺普通機床的成本提高1．5倍，因此這類機床適合大批量多品種工件的加工。