高精度數(shù)控立車雙平衡油缸結(jié)構(gòu)刀架的研究

趙海東 高大偉

(齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

伴隨著我國艦船、軍工、工程機械、電力等技術(shù)領(lǐng)域水平的快速升級，國內(nèi)的裝備制造業(yè)對數(shù)控立車的精度要求也越來越高，尤其是對于車削刀架的各項幾何高精度要求已經(jīng)成為高精度立車的重點問題。目前國內(nèi)外知名廠家的立車垂直刀架采用的結(jié)構(gòu)是采用刀架一側(cè)為平衡油缸，平衡油缸一端固定在刀架滑座上，一端固定在滑枕上，通過液壓控制，可平衡滑枕70%左右的重量;另一側(cè)為垂直進給機構(gòu)，垂直進給機構(gòu)是由滾珠絲杠、進給箱和伺服電動機組成，滾珠絲杠兩端固定在滑枕上，電動機通過垂直進給箱降速帶動絲母旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動滑枕作進給運動。此種結(jié)構(gòu)在使用過程中，存在以下不足:

(1)電動機通過進給箱降速帶動絲母旋轉(zhuǎn)，由于傳動鏈較長，而且齒輪制造精度差，造成刀架反向間隙大，位置精度難以達到要求，并且垂直進給箱傳動噪聲大。

(2)平衡油缸在平衡滑枕重量的同時，因為只安裝在滑枕的一側(cè)，在平衡時對滑枕產(chǎn)生附加的傾覆力矩，使滑枕有一定的彎曲變形，影響滑枕的精度。

(3)絲杠安裝在滑枕上，滾珠絲杠在進行預(yù)拉伸產(chǎn)生的預(yù)緊反力作用于滑枕，對滑枕自身的受力狀態(tài)有不利的影響。

為了提高車削刀架的各項幾何精度，解決上述難題，筆者公司進行了大量的研究和試驗，終于成功地自主研發(fā)制造了此雙平衡油缸平衡結(jié)構(gòu)的垂直刀架。該成果內(nèi)容隸屬于“HDVTM160 ×10/8L -MC 高檔立式銑車復(fù)合加工中心”國家重大專項項目。

該刀架所采取的技術(shù)方案如圖1 所示，刀架驅(qū)動裝置采用兩個直徑相等的平衡油缸2、4 對稱布置在車削刀架滑枕3 的左右兩側(cè)的油缸支架1 上，油缸支架1 與車削刀架滑枕3 及回轉(zhuǎn)滑座13 連接，通過平衡油缸2、4 可以完全平衡車削刀架滑枕3 的重量，且保證車削刀架滑枕3 不產(chǎn)生彎曲變形;在車床刀架滑枕3的后側(cè)，垂直進給伺服電動機5 及減速器6 通過減速器支架12 與回轉(zhuǎn)滑座13 連接，滾珠絲杠副9 通過滾珠絲杠副支架10 與車削刀架滑枕3 連接。為提高滾珠絲杠副9 剛度，需要滾珠絲杠副9 進行預(yù)拉伸。方法如下:首先滾珠絲杠副9 由鎖緊螺母8 固定在減速器支架12 上，并通過滾珠絲杠副支架10 與刀架滑枕3 固定連接，調(diào)節(jié)滾珠絲杠副按滾珠絲杠樣本要求進行預(yù)拉伸;最后，經(jīng)預(yù)緊螺母11 預(yù)拉伸過的滾珠絲杠副9 通過聯(lián)軸節(jié)7 與減速器6 連接。

此刀架結(jié)構(gòu)優(yōu)點如下:

(1)通過進給電動機加外購行星小背隙減速器與滾珠絲杠直聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了傳動結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝方便，大大提高了刀架位置精度，降低了傳動噪聲。

(2)通過平衡油缸對稱布置在滑枕兩側(cè)結(jié)構(gòu)，在平衡滑枕重力時，使兩側(cè)受力大小相等，方向相同，兩側(cè)彎曲力矩相互抵消，解決了單側(cè)平衡產(chǎn)生的附加傾覆力矩使滑枕彎曲變形而影響精度的難題。

圖1 雙平衡油缸平衡結(jié)構(gòu)之垂直刀架

(3)通過垂直進給直聯(lián)結(jié)構(gòu)，使?jié)L珠絲杠兩端固定在滑座上，絲母安裝在絲母支架上，通過絲母旋轉(zhuǎn)帶動滑枕作垂直進給運動，消除了絲杠預(yù)拉伸對滑枕產(chǎn)生的彎曲變形影響。

(4)消除了垂直進給箱對滑枕行程的影響，縮短了滑枕的長度，減小了垂直刀架的重量。

高精度數(shù)控立車雙平衡油缸結(jié)構(gòu)刀架通過合理的結(jié)構(gòu)布局，使刀架滑枕彎曲變形降低到最小，驅(qū)動剛度增大，從而提高了刀架位置精度，而且結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、噪聲低，大大提升了產(chǎn)品性能，促進了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。隨著我國加工制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對高精度車床產(chǎn)品的需求量還將不斷上升，我公司現(xiàn)已對該類機床進行批量系列化生產(chǎn)，市場前景廣闊。該刀架的研制成功為我國國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)提供了重要的基礎(chǔ)保證，無疑也將促進我國工業(yè)經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，社會效益顯著。