數(shù)控重型曲軸銑車復合加工機床主軸箱、車削刀架設計*

王 虹 王順江

(齊重數(shù)控裝備股份有限公司研發(fā)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 主軸箱

主軸箱作為數(shù)控重型曲軸銑車復合機床提供動力的主要功能部件，其動態(tài)特性要好、運轉平穩(wěn)、無振動;在加工曲軸所起到的作用是，首先加工主軸頸，主軸箱要提供帶動曲軸旋轉運動功能;其二，圓周多個曲拐頸角度不同，加工曲拐頸主軸箱要有C 軸分度功能;其三，由于曲軸工件上百噸，而且曲拐旋轉起來離心力很大，用原始機械配重空間體積太大，結構不允許，因此開發(fā)了用大功率雙電動機偏載自動平衡的第三條傳動鏈新技術;從圖1 主軸箱示意圖看，主軸箱為一封閉的箱體，內部由筋板聯(lián)結。主軸支承在高精度滾動軸承上，主軸系統(tǒng)具有很高的剛性。主軸箱有3 條傳動鏈，第一條鏈為主傳動鏈由直流電動機拖動，型號為Z4-315 -11，功率160 kW、安裝型式為B5，機械調速二級，總調速比為1∶150，使主軸獲得每分鐘0.5～75 轉速范圍;調速系統(tǒng)為西門子6RA70，611D 數(shù)字驅動，主軸二級機械變速由電磁滑閥一油缸實現(xiàn)。主電動機經彈性聯(lián)軸節(jié)與主軸箱的Ⅰ軸相聯(lián)，通過傳動軸齒輪驅動主軸，傳動軸支承在滾動軸承上。所有齒輪均采用磨齒工藝加工。主軸頂尖直徑為φ250 mm 法蘭式短錐柄頂尖，用螺釘和過盈的錐面配合緊固在主軸前端，法蘭端面與主軸前端面緊密壓靠，從而保證頂尖具有很高的剛性。

圖1 主軸箱示意圖

第二條鏈為C 軸鏈，由1FT6134-6AC71 1AG1，M=65 N·m拖動，經過蝸輪蝸桿降速連接主傳動Ⅰ軸，使主軸獲得每分鐘0.001～0.5 轉速范圍;在大齒圈加阻尼、加夾緊，分度精度為±0.002°，用于加工曲拐軸頸時分度。

第三條鏈為補償工件轉動時的不平衡鏈，其作用是曲軸的不平衡通過平衡電動機反向作用于主電動機進行補償(利用主從電動機在不同象限內補償由于偏載引起的不平衡量)，平衡電機型號為Z4-280 -11，功率90 kW，安裝型式為B35，3 臺電動機安裝見圖2。

圖2 主軸箱3 臺電動機安裝外觀圖

上述3 條鏈結合脫開均由電磁閥—油缸實現(xiàn)，變速到位后由主軸箱后面行程開關發(fā)信號。

卡盤(圖3)與其它機床卡盤相同，與主軸一起回轉，4 個卡爪通過4 個MSP200 ×10 增力絲桿驅動卡緊;但不同的是卡緊力雖大，卡爪剛性很弱。從圖3 中可看出，卡180 t 工件卡爪最小截面只有13 mm×160 mm，卡爪為彈性卡爪。

要強調的是卡盤必須有卡緊裝置(此卡盤帶有卡緊環(huán))，因旋風刀架加工曲拐頸時遠離主軸中心，產生一定的扭矩。

圖3 卡盤結構圖

2 車削刀架

車削刀架用于加工曲軸主軸頸，刀具需采用彈性寬刀加工技術，(因精加工粗糙度需達到Ra0.4 μm 以內，其它車床是不具備這個能力的，)具有自動拉刀、自動鎖緊功能;刀具要伸進最大回轉拐頸處，加工主軸頸，懸伸長，這就需要刀板有足夠的剛度和減振性能。

車削刀架由大拖板、中拖板，滑板組成，見圖4。大拖板、中拖板的移動導軌均為閉式恒流靜壓導軌，平均單邊油膜厚度為0.03 mm。靜壓系統(tǒng)供油為“單腔——單泵”形式，由3 臺VOGEL 多頭油泵供油，兩層拖板均由西門子交流伺服電動機驅動，兩軸聯(lián)動，全閉環(huán)控制，中拖板橫向(X 軸)移動為滾珠絲杠;大拖板縱向(Z 軸)移動采用靜壓蝸桿—蝸母條，傳動剛度高，傳動平穩(wěn)，傳動效率高，靜壓蝸桿—蝸母條平均單邊油膜厚度為0.05 mm。橫向導軌帶有金屬可伸縮防護罩，用于防止切屑和臟物，同時附加帶有滑板加工軸頸時的冷卻液防護裝置。

圖4 車削車架

滑板3 專門為曲軸加工設計見圖5，在滑板3 上設計了減震孔2，在滑板3 頂部安裝了特殊彈性材料制成的阻尼減振板4，用以吸收切削時的振動能量，減振效果良好，切削平穩(wěn)，有效保證了切削精度和粗糙度，這就是大型柴油機曲軸軸頸加工的特殊要求。滑板3 由西門子交流伺服機通過減速器、滾珠絲杠驅動，行程700 mm。滑板3 前端帶有連接刀具的接納器7，刀具通過兩個拉桿6 和刀具放松油缸5，實現(xiàn)碟簧夾緊、液壓放松。刀具夾緊力60 kN，滑板3 行程到位后由4 個ZSF10000 滑板卡緊油缸1 夾緊。滑板3 頂面裝有阻尼減振板4，以提高工件的加工精度。

圖5 滑板結構圖

3 結語

本文對高精度數(shù)控重型旋風切削加工機床各部件功能介紹和分析歸納為:

(1)對主軸箱研究了C 軸定位誤差補償方法和雙電機偏載自動平衡新技術，保證主軸的分度精度，其動態(tài)特性好，無振動，是曲軸成型加工的特殊要求。

(2)有自動拉刀、自動鎖緊、減震功能的滑板式車削刀架能滿足大型柴油機曲軸軸頸加工的特殊需求。

［1］現(xiàn)代實用機床設計手冊編委會編.現(xiàn)代實用機床設計手冊:上下冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［2］西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編.機械設計［M］.7 版.北京:高等教育出版社，2001.