一種新型高速立式車床工作臺結構設計

李立強 姜 輝

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005）

目前，我國立式車床工作臺一般采用工作臺底座側面與立柱前端面聯接固定的方式。首先，工作臺底座與立柱的聯接剛度不高;其次，工作臺的中心與立柱的中心不重合，機床整機不是熱對稱結構;最后，工作臺在高速、重載條件下工作時，工作臺底座熱變形嚴重，工作臺在長時間連續工作時精度穩定性低，嚴重影響了機床的整機精度，并且工作臺的主傳動需要單獨的主變速箱傳動，傳動鏈長、傳動結構復雜以及傳動效率低。目前，數控立式車床工作臺導軌一般采用滾動導軌或靜壓導軌結構，滾動導軌一般由1套雙列圓柱滾子軸承和2套推力軸承組成，工作臺端跳、徑跳精度分別需要徑向、軸向2種、共3套軸承來保證。現工作臺滾動導軌結構軸承種類和數量多、零件多、成本高、結構復雜，由于零件綜合累積誤差過大而使工作臺精度超差的問題經常發生。而靜壓導軌工作臺結構除了采用靜壓油室代替大型推力軸承承受工件載荷和切削力外，其余結構與滾動導軌工作臺結構相同。靜壓導軌工作臺結構還需要一套液壓裝置。靜壓導軌工作臺結構的制造、日常維護成本高。

1 新型高速立式車床工作臺結構

為了解決上述問題，我們設計了一種新型高速立式車床工作臺結構，見圖1。該工作臺結構主要由工作臺、齒圈組件、工作臺底座組件、Ⅱ軸組件、主電動機組件和編碼器組件等組成。

1.1 工作臺底座組件的結構

交叉滾子軸承5內環圓柱孔安裝在工作臺底座7上部定心外圓柱面上，內環下端面靠緊工作臺底座7上部定心外圓柱面的軸肩。壓環4的下端面與工作臺底座7上部定心外圓柱面的上端面聯接配合，壓環4的外圈軸肩壓緊交叉滾子軸承5內環上端面，將交叉滾子軸承5內環軸向定位在工作臺底座7上。立柱10安裝在工作臺底座7后部上聯接面上。

1.2 工作臺的結構

工作臺1安裝在工作臺底座7的上部，工作臺1下端面與齒圈座2上端面聯接配合，工作臺1的下部定心止口外圓柱面與齒圈座2定心內孔配合，并通過與齒圈座2配合的交叉滾子軸承5與工作臺底座7保持同心。工件和工作臺1的重量全部通過交叉滾子軸承5作用在工作臺底座7上。交叉滾子軸承5同時承受工作臺1、工件和切削力等載荷所產生的軸向力和徑向力。

1.3 齒圈組件的結構

齒圈座2的圓柱孔安裝在交叉滾子軸承5外環的外圓柱面上，齒圈座2內圓柱沉孔的臺階面壓緊交叉滾子軸承5外環上端面，齒圈3內孔套在齒圈座2外圓柱面上，齒圈3上端面緊靠在齒圈座2外軸肩下端面上。法蘭盤6上端面安裝在齒圈座2下端面上，法蘭盤6沉孔端面壓緊交叉滾子軸承5外環下端面，將齒圈座2、齒圈3軸向定位在工作臺底座7上。

1.4 Ⅱ軸組件的結構

Ⅱ軸9安裝在工作臺底座7右部Ⅱ軸孔中，齒輪8花鍵孔套在Ⅱ軸9上部花鍵軸上。齒輪8與齒圈3嚙合傳動，卸荷法蘭盤13安裝在工作臺底座7的Ⅱ軸孔下端面上，深溝球軸承14內環套在卸荷法蘭盤13的卸荷定心軸上，大皮帶輪12的內孔套在深溝球軸承14的外環上。花鍵套15的花鍵孔套在Ⅱ軸9下部的花鍵軸上，花鍵套15的沉孔端面壓在深溝球軸承14外環端面上，并通過深溝球軸承14將大皮帶輪12軸向定位在Ⅱ軸的下部。聯組皮帶11對大皮帶輪12的拉力通過深溝球軸承14、卸荷法蘭盤13作用在工作臺底座7的Ⅱ軸孔下端面上。

1.5 主電動機組件的結構

電動機座18安裝在工作臺底座7的后部側面上，減速器17下端面安裝在電動機座18上端面上。主電動機16與減速器17直聯傳動，并安裝在減速器17上端面上。小皮帶輪19內孔固定在減速器17的輸出軸上，聯組皮帶11套在小皮帶輪19、大皮帶輪12的V形槽上。

1.6 編碼器組件的結構

下法蘭盤23安裝在工作臺底座7中部的中心孔上端面上，編碼器22安裝在下法蘭盤23上部聯接面上。上法蘭盤20安裝在工作臺1中心孔臺階面上，小軸21安裝在上法蘭盤20的中心處，并通過編碼器22的聯接接頭與編碼器22相聯接。

2 新型工作臺結構特點

該工作臺采用整體式熱對稱結構，立柱底面坐在工作臺底座后部上聯接面上，立柱與工作臺底座的聯接剛度高，立柱中心與工作臺底座中心重合，工作臺熱穩態精度高。工作臺的主傳動采用主電動機經減速器二檔變速后，通過聯組皮帶直接將主電動機扭矩傳至工作臺Ⅱ軸的結構，工作臺主傳動鏈短，傳動效率高。本工作臺結構具有熱對稱、動靜剛度高、精度高、精度保持性好、承受載荷大、轉速高、軸承種類和數量少、零件數量少、成本低、可靠性高、工藝性好的特點。

3 新型高速式車床工作臺的工作過程

通過按鈕站控制主電動機16得電，主電動機16通過減速器17降速后驅動小皮帶輪19旋轉，再通過聯組皮帶11將扭矩傳遞給大皮帶輪12，再通過花鍵套15帶動Ⅱ軸9、齒輪8旋轉、齒輪8與齒圈3嚙合傳動通過齒圈座2驅動工作臺1旋轉。工作臺1通過固定在其中心孔處的上法蘭盤20、小軸21帶動編碼器22旋轉，編碼器22將工作臺1的轉速反饋給數控系統形成閉環控制。

4 結語

新型高速立式車床工作臺結構，經過在1.6 m數控立式車床上使用后驗證，該工作臺結構具有極限轉速高、承受載荷大的特點，可承受外載荷的軸向力、徑向力和顛覆力矩，大大提高了機床的可靠性，并能大幅度降低機床成本。該結構已在我公司的單柱系列數控立式車床上全面投入使用，經濟效果顯著，該結構已被我公司正式申請了國家發明專利，專利申請號為201110108934.3。