一種新型高速立式車床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李立強(qiáng) 姜 輝

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005）

目前，我國(guó)立式車床工作臺(tái)一般采用工作臺(tái)底座側(cè)面與立柱前端面聯(lián)接固定的方式。首先，工作臺(tái)底座與立柱的聯(lián)接剛度不高;其次，工作臺(tái)的中心與立柱的中心不重合，機(jī)床整機(jī)不是熱對(duì)稱結(jié)構(gòu);最后，工作臺(tái)在高速、重載條件下工作時(shí)，工作臺(tái)底座熱變形嚴(yán)重，工作臺(tái)在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)精度穩(wěn)定性低，嚴(yán)重影響了機(jī)床的整機(jī)精度，并且工作臺(tái)的主傳動(dòng)需要單獨(dú)的主變速箱傳動(dòng)，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及傳動(dòng)效率低。目前，數(shù)控立式車床工作臺(tái)導(dǎo)軌一般采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)導(dǎo)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(tái)端跳、徑跳精度分別需要徑向、軸向2種、共3套軸承來(lái)保證?，F(xiàn)工作臺(tái)滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)軸承種類和數(shù)量多、零件多、成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于零件綜合累積誤差過(guò)大而使工作臺(tái)精度超差的問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生。而靜壓導(dǎo)軌工作臺(tái)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與滾動(dòng)導(dǎo)軌工作臺(tái)結(jié)構(gòu)相同。靜壓導(dǎo)軌工作臺(tái)結(jié)構(gòu)還需要一套液壓裝置。靜壓導(dǎo)軌工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的制造、日常維護(hù)成本高。

1 新型高速立式車床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)

為了解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型高速立式車床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。該工作臺(tái)結(jié)構(gòu)主要由工作臺(tái)、齒圈組件、工作臺(tái)底座組件、Ⅱ軸組件、主電動(dòng)機(jī)組件和編碼器組件等組成。

1.1 工作臺(tái)底座組件的結(jié)構(gòu)

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

1.2 工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)

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

1.3 齒圈組件的結(jié)構(gòu)

齒圈座2的圓柱孔安裝在交叉滾子軸承5外環(huán)的外圓柱面上，齒圈座2內(nèi)圓柱沉孔的臺(tái)階面壓緊交叉滾子軸承5外環(huán)上端面，齒圈3內(nèi)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(huán)下端面，將齒圈座2、齒圈3軸向定位在工作臺(tái)底座7上。

1.4 Ⅱ軸組件的結(jié)構(gòu)

Ⅱ軸9安裝在工作臺(tái)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(dòng)，卸荷法蘭盤13安裝在工作臺(tái)底座7的Ⅱ軸孔下端面上，深溝球軸承14內(nèi)環(huán)套在卸荷法蘭盤13的卸荷定心軸上，大皮帶輪12的內(nèi)孔套在深溝球軸承14的外環(huán)上?；ㄦI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(huán)端面上，并通過(guò)深溝球軸承14將大皮帶輪12軸向定位在Ⅱ軸的下部。聯(lián)組皮帶11對(duì)大皮帶輪12的拉力通過(guò)深溝球軸承14、卸荷法蘭盤13作用在工作臺(tái)底座7的Ⅱ軸孔下端面上。

1.5 主電動(dòng)機(jī)組件的結(jié)構(gòu)

電動(dòng)機(jī)座18安裝在工作臺(tái)底座7的后部側(cè)面上，減速器17下端面安裝在電動(dòng)機(jī)座18上端面上。主電動(dòng)機(jī)16與減速器17直聯(lián)傳動(dòng)，并安裝在減速器17上端面上。小皮帶輪19內(nèi)孔固定在減速器17的輸出軸上，聯(lián)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(jié)構(gòu)

下法蘭盤23安裝在工作臺(tái)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(lián)接面上。上法蘭盤20安裝在工作臺(tái)1中心孔臺(tái)階面上，小軸21安裝在上法蘭盤20的中心處，并通過(guò)編碼器22的聯(lián)接接頭與編碼器22相聯(lián)接。

2 新型工作臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該工作臺(tái)采用整體式熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)，立柱底面坐在工作臺(tái)底座后部上聯(lián)接面上，立柱與工作臺(tái)底座的聯(lián)接剛度高，立柱中心與工作臺(tái)底座中心重合，工作臺(tái)熱穩(wěn)態(tài)精度高。工作臺(tái)的主傳動(dòng)采用主電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器二檔變速后，通過(guò)聯(lián)組皮帶直接將主電動(dòng)機(jī)扭矩傳至工作臺(tái)Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)主傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)效率高。本工作臺(tái)結(jié)構(gòu)具有熱對(duì)稱、動(dòng)靜剛度高、精度高、精度保持性好、承受載荷大、轉(zhuǎn)速高、軸承種類和數(shù)量少、零件數(shù)量少、成本低、可靠性高、工藝性好的特點(diǎn)。

3 新型高速式車床工作臺(tái)的工作過(guò)程

通過(guò)按鈕站控制主電動(dòng)機(jī)16得電，主電動(dòng)機(jī)16通過(guò)減速器17降速后驅(qū)動(dòng)小皮帶輪19旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)聯(lián)組皮帶11將扭矩傳遞給大皮帶輪12，再通過(guò)花鍵套15帶動(dòng)Ⅱ軸9、齒輪8旋轉(zhuǎn)、齒輪8與齒圈3嚙合傳動(dòng)通過(guò)齒圈座2驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)1旋轉(zhuǎn)。工作臺(tái)1通過(guò)固定在其中心孔處的上法蘭盤20、小軸21帶動(dòng)編碼器22旋轉(zhuǎn)，編碼器22將工作臺(tái)1的轉(zhuǎn)速反饋給數(shù)控系統(tǒng)形成閉環(huán)控制。

4 結(jié)語(yǔ)

新型高速立式車床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)在1.6 m數(shù)控立式車床上使用后驗(yàn)證，該工作臺(tái)結(jié)構(gòu)具有極限轉(zhuǎn)速高、承受載荷大的特點(diǎn)，可承受外載荷的軸向力、徑向力和顛覆力矩，大大提高了機(jī)床的可靠性，并能大幅度降低機(jī)床成本。該結(jié)構(gòu)已在我公司的單柱系列數(shù)控立式車床上全面投入使用，經(jīng)濟(jì)效果顯著，該結(jié)構(gòu)已被我公司正式申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110108934.3。