創新性的拖動機構

郭秀英

(沈陽第一機床廠，遼寧 沈陽110142)

大型車銑復合加工中心在多品種、細長軸類工件的加工過程需配置2 ～4 個中心架，且中心架的相對位置是變化的，以求在切削加工過程中獲得較高的動態剛度。中心架在床身上的移動方式通常有兩種:一種是在床身上安裝固定齒條，中心架底座上的電動機帶動其上齒輪轉動，與固定齒條嚙合，實現中心架在床身上的移動;另一種是在床身上安裝一根絲杠，每個中心架底座上安裝一個開合螺母，依靠絲杠的旋轉和各個螺母與絲杠的咬合來實現中心架的移動。這兩種中心架移動方式都存在著成本高的缺點。另外，中心架底座上安裝的驅動電動機或開合螺母等結構體積較大，無法實現中心架之間的近距離布置。對于細長軸類工件的加工來說，中心架的近距離布置對于實現大扭矩切削或高精度切削是十分重要的。下面介紹的機構是一款構思精巧、結構緊湊、成本較低的中心架拖動機構，它可有效地改變中心架間的相對距離，滿足加工需求。

1 拖動機構的整體布局

中心架在床身上的移動方式之一是在床身上安裝固定齒條，中心架上的電動機帶動其上齒輪軸旋轉，與齒條嚙合，實現中心架在床身上的移動。本機構應用在大型車銑復合加工中心上，如圖1 所示，它的創新性在于應用了相對運動的原理，將齒條由固定改為移動。本機構將燕尾齒條與燕尾滑塊通過簡易機構相互連接，運行在燕尾導軌上。安裝在固定支架上的伺服電動機驅動其上齒輪軸旋轉，與燕尾齒條嚙合，帶動燕尾齒條及燕尾滑塊沿機床Z軸(縱向)方向移動。

燕尾滑塊上設有多處凹槽，對應凹槽中心處設有檢測孔。燕尾滑塊在燕尾齒條的帶動下在床身上運行，經過中心架底座下時，底座上的開關與燕尾滑塊上的檢測孔重合，發出信號，伺服電動機停止旋轉;安裝在中心架底座上的插銷油缸在油壓的作用下插入圖2 所示的凹槽內，實現連接;插銷開關發出信號，顯示插銷位置處于中心架可拖動狀態。伺服電動機旋轉，帶動燕尾齒條及燕尾滑塊運動，進而中心架被拖動，實現中心架的位置調整。通過圖3 所示的結構，本機構完成一個中心架移動以后，待插銷退出后，在伺服電動機的驅動下繼續移動，接近下一個需要移動的中心架。在燕尾導軌的右端設有返零開關、超程報警開關和超行程撞塊。

2 創新點

2.1 結構緊湊

將如圖3 所示的原始結構在床身的立面安裝齒條的空間位置改制成如圖4 所示的燕尾導軌副，只需將床身做適當補充加工即可，未影響原大型車銑復合加工中心的整體布局，可謂改進成本底。燕尾導軌通過螺釘固定在床身上(如圖5)，為了使其安裝更加可靠，通過楔形塊前端的斜面與燕尾導軌上端的斜面配合使燕尾導軌靠在床身立面上。壓板的形狀與燕尾齒條、燕尾滑塊和燕尾導軌之間的缺口形狀相同，壓板與燕尾齒條或燕尾滑塊之間由螺釘連接并隨之一起運動;壓板的螺紋孔內裝有調整螺釘，壓板與燕尾導軌的上側側面間裝有鑲條，通過調整螺釘調節鑲條與燕尾導軌的配合間隙，帶有壓板的燕尾齒條及燕尾滑塊可在燕尾導軌上滑動，燕尾導軌的3 個工作面上粘有導軌板并進行配磨。整體結構緊湊，構思精巧。

2.2 超長燕尾導軌副

本機構初次應用在最大加工長度8 m 的大型車銑復合加工中心上。燕尾導軌副制成由10 段組成，長達10 m、截面積為120 mm×80 mm。在燕尾導軌的左端設有8 段燕尾滑塊，其上設有多處凹槽。對應凹槽中心處設有檢測孔;在燕尾導軌的右端設有2 段燕尾齒條，可與齒輪軸嚙合。

由于機構較長，多段燕尾齒條、燕尾滑塊和燕尾導軌的拼接精度和剛性顯得尤為重要。如圖6 所示，拖動機構燕尾齒條或燕尾滑塊的端部均加工一個臺階，臺階相互搭扣在一起。進行拼接時，每兩個相鄰部位加調整墊4 和調整墊5 來完成拼接。調整墊4 用來調整齒條拼接的整齒數，調整墊5 用來加強拼接剛性。

對接接口在加載狀態下的變形量通過有限元分析獲得數據，先期通過調整墊預先拉伸，避免了拖動部件過程彈性變形帶來的抖動。工藝對各段單件加工的一致性進行嚴格控制，安裝時實施測量。

2.3 低成本的動力源

當多品種工件換產時或單一品種工件加工過程中，中心架間相對距離要發生變化，如果每個中心架均配備一套驅動電動機，必將使設備成本增加，機構復雜，易干涉。

本機構應用在大型車銑復合加工中心上，工件的加工節拍多則數天，少則數小時。本機構一套動力源可拖動數個中心架，中心架到達指定位置后，液壓壓板鎖緊。雖然是逐一拖動中心架，但所耗費的時間對整體節拍影響小。每個中心架底座上均省去了動力機構;在Z軸方向上整體空間也極大地縮小，使相鄰兩中心架間距最小，對于細長軸類工件的加工提供更優異的動態系統，性價比高。

2.4 開發智能軟件

開發智能軟件，將每個燕尾滑塊上凹槽定義序號、存儲間距位置尺寸，將多品種工件的工藝流程編入程序，用戶僅需輸入工件型號，即可獲知本機構拖動中心架的順序及行程量。

2.5 構思精巧的潤滑

為了給這副燕尾導軌副實施潤滑，巧妙地在床身與燕尾導軌之間加注密封膠條，在燕尾導軌背面開設通長油溝，與多處截面油溝形成潤滑油路，如圖7 所示。由于燕尾導軌由多段組成，因此在相鄰兩截面處開設馬蹄形環槽，配以端面密封墊實現對接口的密封連接。在燕尾導軌全長的兩端均設有潤滑泵供油，確保燕尾導軌副運動順暢。

3 結語

本文介紹的拖動機構技術是一種全新的設計理念，具有較高的技術含量和獨到的創新性。整體結構緊湊、性價比高，已獲實用新型專利。本機構應用在大型車銑復合加工中心上，現在已有多位重要客戶。它的成功，可為大型車銑復合加工中心節約資金，帶來更多的經濟效益，應用前景十分廣闊。