重型數(shù)控立式車床的垂直刀架設(shè)計(jì)

劉明

摘 要：新型垂直刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、新型垂直刀架的結(jié)構(gòu)組成和工作過程這是本文著重進(jìn)行分析的兩個(gè)部分，重型數(shù)控立式車床的垂直刀架的科學(xué)合理的設(shè)計(jì)對(duì)于立式車床機(jī)械的使用有著重要意義，關(guān)系到生產(chǎn)經(jīng)營和企業(yè)成本的控制。

關(guān)鍵詞：立式車床；垂直刀架；數(shù)控設(shè)計(jì)

重型數(shù)控立式車床的加工直徑在十米以上，制約因素是系統(tǒng)受到回流能力不高的影響，會(huì)使的滑枕的速度，也就是快速移動(dòng)的速度在每米四分鐘之內(nèi)。隨著滑枕快速移動(dòng)速度的增加，平衡油缸的回油阻力增速極快，伺服電動(dòng)機(jī)的額定輸出扭矩會(huì)逐漸不能抵抗回油阻力，平衡油缸的回油速度到滑枕快速移動(dòng)達(dá)到每米四分鐘的時(shí)候到達(dá)極限狀態(tài)，一般經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象包括伺服電動(dòng)機(jī)報(bào)警、液壓管路系統(tǒng)崩潰等，會(huì)造成機(jī)械無法正常工作，為了防止此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，筆者提出一種新型垂直刀架結(jié)構(gòu)（見下圖）。

1 新型垂直刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

滑枕Z軸垂向進(jìn)給結(jié)構(gòu)具有的特點(diǎn)是：從受力方方面看，承載力大；從速度方面分析，其速度快。超過單伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的輸出扭矩大1.8倍以上的是雙伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)伺服電動(dòng)機(jī)的總輸出，對(duì)于雙滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其滾珠絲杠直徑比單滾小一個(gè)規(guī)格，那么使用到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量和使伺服電動(dòng)機(jī)的負(fù)載總慣量最大限度的降至最小。

雙伺服電動(dòng)機(jī)、雙滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)在機(jī)床工作中，為滑枕提供最大的供給，包括平衡力和進(jìn)給力，大大提升了滑枕Z軸垂向進(jìn)速度，這要比傳統(tǒng)的滑枕進(jìn)給速度要進(jìn)步和提升很大。因此這兩種裝置中，滾珠絲杠的進(jìn)給力滾動(dòng)摩擦系數(shù)小，那么傳動(dòng)效率就高。

滑枕Z軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度高、受力狀態(tài)好，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，是滑枕Z軸在雙滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)中以及無液壓油缸中的表現(xiàn)。為了確保滑枕左右兩側(cè)承受進(jìn)給力達(dá)到平衡，在其左右兩側(cè)布置雙滾珠絲杠，且雙滾珠絲杠要對(duì)稱，還要確保沒有額外的翻轉(zhuǎn)力矩，正常建立靜壓導(dǎo)軌油膜間隙，在滑枕和刀架體之間。滑枕進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在純液體摩擦狀態(tài)進(jìn)行的靜壓導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小于0.005，這時(shí)的精度屬于最佳，傳動(dòng)效率非常高。

滾珠絲杠在受力狀態(tài)良好的情況下，滑枕Z軸傳動(dòng)效率和剛度較高，雙滾珠絲杠傳動(dòng)的直徑在降低一個(gè)規(guī)格之后相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，在伺服電動(dòng)機(jī)軸上相應(yīng)的減少，承受的總負(fù)荷在同樣的重力和切削力的條件下達(dá)到最小，使伺服進(jìn)給系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩的損耗降至最低，同時(shí)可以承受滑枕重力和承受切削力，充分發(fā)揮伺服電動(dòng)機(jī)的性能。通過取消了傳統(tǒng)的液壓油缸平衡裝置的取消對(duì)于滑枕Z軸垂向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度、伺服進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的作用徹底消除，因此有著重要的意義。

液壓平衡油缸裝置的取消，并且滾珠絲杠不自鎖，提升滑枕的安全制動(dòng)，確保制動(dòng)的安全可靠的運(yùn)行，滿足這樣的要求要提升滑枕制動(dòng)的垂直安裝使用質(zhì)量，因此，筆者所在的公司進(jìn)行了不斷的研究分析，雙伺服電動(dòng)機(jī)和雙失電制動(dòng)器雙重制動(dòng)滑枕的結(jié)構(gòu)。雙伺服電動(dòng)機(jī)的滑枕結(jié)構(gòu)Z軸，選型使用斷電制動(dòng)型，增加兩套失電制動(dòng)器，在滑枕Z軸進(jìn)給結(jié)構(gòu)中減速器的輸入端，扭矩放大倍數(shù)與減速器的降速比相等將會(huì)大大提升制定能力。通過對(duì)滑枕的制動(dòng)是由兩套伺服電動(dòng)機(jī)和兩套失電制動(dòng)器進(jìn)行，如果出現(xiàn)機(jī)床斷電，伺服電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，那么獨(dú)立的兩套制動(dòng)器會(huì)對(duì)滑枕進(jìn)行制動(dòng)，這樣可以避免發(fā)生滑枕事故的出現(xiàn)。為了保證機(jī)床在安全穩(wěn)定且高效下運(yùn)行，那么雙伺服電動(dòng)機(jī)和雙失電制動(dòng)器雙重制動(dòng)滑枕的結(jié)構(gòu)要符合國家對(duì)數(shù)控機(jī)床相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

2 新型垂直刀架的結(jié)構(gòu)組成和工作過程

2.1 結(jié)構(gòu)組成

兩個(gè)減速器座10要進(jìn)行對(duì)稱布置，位置在刀架體11的兩側(cè)，滑枕9布置在刀架體11的中間位置，兩個(gè)螺母座8的側(cè)端面要對(duì)稱固定在滑枕9兩側(cè)。安裝杠螺母7的外圓柱面，是在螺母座8的定心孔中，其上端面是緊壓絲杠螺母7的端面。滑枕9的兩側(cè)安裝對(duì)稱的兩根滾珠絲杠6，聯(lián)軸節(jié)4與減速器3的輸出軸與滾珠絲杠6上端相聯(lián)，并且滾珠絲杠6上端支承座軸承5徑向、軸向定位，絲杠支承座軸承5安裝在減速器10的上部定心孔中。失電制動(dòng)器2安裝在減速器3上部，失電制動(dòng)器2的上端面安裝的是伺服電動(dòng)機(jī)1座，失電制動(dòng)器2上部的配合孔相連的，也是伺服電動(dòng)機(jī)1的輸出軸。光柵尺12安裝在滑枕9的前部。

2.2 工作過程

滑枕左右兩套減速器3輸出軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，作用力要依靠滑枕左右兩側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)1的輸出軸旋轉(zhuǎn)，聯(lián)軸節(jié)4帶動(dòng)左右兩套滾珠絲杠6旋轉(zhuǎn)，可以帶動(dòng)減速器3輸出軸運(yùn)行，滾珠絲杠6軸上面運(yùn)行作給運(yùn)動(dòng)的包括絲杠螺母副7、螺母座8、滑枕9，滑枕9在運(yùn)行中會(huì)進(jìn)行位置的移動(dòng)，在由光柵尺12反饋給數(shù)控系統(tǒng)后進(jìn)行閉環(huán)控制。

2.3 制動(dòng)過程

機(jī)滑枕左右兩側(cè)的伺服電動(dòng)機(jī)1和失電制動(dòng)器2共同進(jìn)行制約作用下，機(jī)床斷電。同時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)1和失電制動(dòng)器2還要對(duì)減速器3進(jìn)行分別的制約作用。聯(lián)軸節(jié)4與滑枕左右兩側(cè)的減速器3要制動(dòng)滾珠絲杠6，還有絲杠螺母副7、滑枕9。如果有故障出現(xiàn)在伺服電動(dòng)機(jī)1，在滑枕左右兩側(cè)的失電制動(dòng)保護(hù)器2，可以對(duì)滑枕9進(jìn)行獨(dú)立制動(dòng)，這樣滑枕9出現(xiàn)滑落事故的問題就可以有效的避免。

參考文獻(xiàn)：

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