兩種主軸箱平衡系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在數(shù)控落地銑鏜床中的應(yīng)用分析

崔鳳有 陳雪芳 孔凡武 李德剛

(①齊齊哈爾二機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)計院，黑龍江 齊齊哈爾161005;②吉林東光集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，吉林長春130103)

目前數(shù)控落地式銑鏜床主軸箱平衡系統(tǒng)是通過鋼絲繩一端連接主軸箱，另一端連接配重重錘的方式實(shí)現(xiàn)主軸箱的平衡，這樣可大大降低主軸箱上下運(yùn)動進(jìn)給電機(jī)的托動力。重錘中心面四角處安裝有四套導(dǎo)向輪組，立柱內(nèi)腔安裝有兩套導(dǎo)向杠，重錘通過兩側(cè)上下導(dǎo)向輪組分別沿兩側(cè)導(dǎo)向杠上下運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)重錘的平衡運(yùn)動。重錘導(dǎo)向機(jī)構(gòu)工作可靠性和運(yùn)動平穩(wěn)性對機(jī)床主軸箱高速進(jìn)給和高精度加工尤其重要，弧線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)重錘的上下運(yùn)動，但是在穩(wěn)定性上二者有一定差別，本文從結(jié)構(gòu)和受力上對二者進(jìn)行分析。

1 弧線接觸式與三線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分析

1.1 弧線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

弧線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖1 所示，此結(jié)構(gòu)主要由定位套、導(dǎo)向杠、滾輪等部分組成。并中導(dǎo)向杠材料是圓鋼管，并通過定位套固定在立柱上，導(dǎo)向杠相對重錘保持靜止;滾輪安裝于重錘上，滾輪本身可繞回轉(zhuǎn)軸線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，并與重錘一起沿導(dǎo)向杠做直線運(yùn)動。滾輪圓周上加工有圓弧形凹槽，此弧形凹槽與導(dǎo)向杠圓弧面形成運(yùn)動副。

弧線接觸式平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滾輪與導(dǎo)向杠是弧線接觸，根據(jù)公式(1)可知，在角速度ω 相同的情況下，弧線上各點(diǎn)距回轉(zhuǎn)軸線的回轉(zhuǎn)半徑不同，弧線上各點(diǎn)的線速度就不同，半徑大線速度就大。

式中:V 為線速度;ω 為角速度;r 為回轉(zhuǎn)半徑。

弧線接觸式結(jié)構(gòu)在滾輪沿導(dǎo)向杠運(yùn)動的初期，滾輪接觸弧線上直徑大的點(diǎn)由于線速度較大形成滾動，而直徑小的點(diǎn)由于線速度較小形成滾動和滑動的混合運(yùn)動，這樣在重錘上下運(yùn)動過程中產(chǎn)生滑動摩擦，對滾輪和導(dǎo)向杠接觸面產(chǎn)生磨損。

弧線接觸式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能夠承受較大垂直于回轉(zhuǎn)軸線方向的沖力，但是在承受平行回轉(zhuǎn)軸線方向沖力沖擊時，由于沖力對滾輪繞回轉(zhuǎn)軸線產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩，因此對滾輪內(nèi)部軸承產(chǎn)生沖擊，最終會導(dǎo)致軸承損壞，進(jìn)而滾輪卡死，使?jié)L輪與導(dǎo)向杠形成純滑動運(yùn)動，進(jìn)一步加快滾輪磨損，同時產(chǎn)生振動和噪音。

從以上分析可知，弧線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于穩(wěn)定性較差，因而制約主軸箱進(jìn)給速度的提高，從而影響數(shù)控落地式銑鏜床向高進(jìn)給速度方向發(fā)展。

1.2 線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖2 所示。此結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)向杠、定位套、側(cè)向滾輪組和正向滾輪組等部分組成。與弧線接觸式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同的是導(dǎo)向杠材料是方鋼，并通過定位套固定在立柱上。側(cè)向滾輪組和正向滾輪組安裝在重錘上。側(cè)向滾輪組主要由滾輪和連接板組成;正向滾輪組主要由滾輪和滾輪體組成。側(cè)向滾輪組的兩個滾輪和正向滾輪組的滾輪安裝時與導(dǎo)向杠3 個面調(diào)整好間隙，使?jié)L輪沿導(dǎo)向杠能夠自由直線運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)重錘平穩(wěn)運(yùn)動。線接觸式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)3 個滾輪承受水平?jīng)_力和抗翻轉(zhuǎn)力矩能力強(qiáng)，滾輪在直線運(yùn)動過程中始終保持純滾動運(yùn)動，因此整套機(jī)構(gòu)使用壽命長、可靠性高，并且噪音低。

1.3 應(yīng)用

線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相對于弧線接觸式主軸箱平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)可靠、運(yùn)動平穩(wěn)、安裝方便、便于維修，特別適用于高速進(jìn)給運(yùn)動的重型數(shù)控落地銑鏜床，而且制造成本相對較低。此種結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于TK6926/140 ×60 型數(shù)控落地銑鏜床中，主軸箱進(jìn)給速度從1～6000 mm/min，提高到1～20000 mm/min，從而保證機(jī)床實(shí)際工作中主軸箱的高速進(jìn)給和機(jī)床的高精度加工。目前此技術(shù)正廣泛應(yīng)用于TK6913(TH6913)、TK6916(TH6916)、TK6920(TH6920)和TK6926(TH6926)等各系列數(shù)控落地式銑鏜床中。

2 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對數(shù)控落地銑鏜床的加工精度、進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速的要求越來越高，因此穩(wěn)定可靠的運(yùn)動副結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床，特別是重型數(shù)控落地式銑鏜床的影響尤其重要。線接觸式平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)比弧線接觸式平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動更平穩(wěn)，受力效果更好，更適用于高精度、高進(jìn)給速度和高主軸轉(zhuǎn)速的數(shù)控機(jī)床，其對提高數(shù)控機(jī)床的性能和品質(zhì)起到重要作用。

［1］李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊［M］. 沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊編委會. 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.