日本新瀉HN系列臥式加工中心立柱氣浮系統(tǒng)設(shè)計

陳輝，何晴

(1．常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇常州 213025;2．常州航天創(chuàng)勝數(shù)控技術(shù)有限責任公司，江蘇常州 213025)

加工中心是用于加工箱體類零件的一種通用性很強的切削加工機床，它可以對箱體類零件進行平面銑削、曲面銑削、鉆孔、擴孔、攻絲、絞孔、鏜削加工，甚至可對工件進行形狀和位置公差測量［1］。國內(nèi)20世紀從日本新瀉鐵工進口了較大數(shù)目的HN系列臥式加工中心［2］，這些臥式加工中心因長期使用逐漸喪失加工精度，已不能滿足企業(yè)生產(chǎn)需求?？紤]到成本問題，企業(yè)多選擇對該系列臥式加工中心進行維修和技術(shù)改造。

1 HN系列臥式加工中心結(jié)構(gòu)

HN系列臥式加工中心是Z軸立柱進給結(jié)構(gòu)，該臥式加工中心的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示［3］。HN系列臥式加工中心床身采用橫縱分體床身，呈T字形結(jié)構(gòu)布置，床身為多點支撐。立柱安裝在縱床身上，并作前后移動為Z軸;主軸箱安裝在立柱上，并作上下移動為Y軸;工作臺安裝在橫床身上，并作左右移動為X軸。

圖1 HN系列臥式加工中心結(jié)構(gòu)圖

2 HN系列臥式加工中心立柱氣浮系統(tǒng)設(shè)計

HN系列臥式加工中心立柱采用滑動導(dǎo)軌，即俗稱的“硬軌”，滑動導(dǎo)軌采用矩形鑲鋼導(dǎo)軌和貼塑面相結(jié)合［4］，抗振性好，剛度高，能承受重載及大功率切削，但因為立柱本身質(zhì)量較大，在工作過程中移動頻繁，安裝在立柱上的主軸箱加工中受力復(fù)雜，立柱前重后輕，使得滑動導(dǎo)軌面極易出現(xiàn)不均勻磨損，最終導(dǎo)致加工精度喪失，造成損失。

在維修和改造時，考慮在HN系列臥式加工中心立柱上增加氣浮系統(tǒng)，改善其整體受力較大、前后受力不均的情況，避免因主軸中心線與Z軸不平行與Y軸不垂直而產(chǎn)生的加工精度、同心度嚴重超差影響產(chǎn)品加工精度的問題［5］。

2．1 立柱氣浮孔結(jié)構(gòu)設(shè)計

HN系列臥式加工中心立柱氣浮系統(tǒng)是在立柱與導(dǎo)軌接觸的貼塑面上開氣槽，貼塑背面通氣孔，為了方便調(diào)節(jié)壓力大小，保持立柱運動平衡，每個通氣孔都配有節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。在導(dǎo)軌面上開氣孔主要是為了使立柱在工作中保持平衡狀態(tài)，避免前重后輕影響加工精度，因此在導(dǎo)軌面前端開設(shè)兩個氣浮孔，在后端開設(shè)一個氣浮孔，氣孔直徑為5 mm，槽寬為4 mm，如圖2所示，氣孔和氣槽截面圖如圖3所示。

圖2 臥式加工中心立柱導(dǎo)軌后端氣浮孔結(jié)構(gòu)

圖3 氣孔氣槽截面圖

2．2 立柱氣浮氣動系統(tǒng)

考慮到立柱受力不均、前重后輕的問題，在立柱導(dǎo)軌面前端開設(shè)兩個氣孔，后端開設(shè)一個氣孔。前端兩個氣孔共用一個調(diào)壓裝置和節(jié)流裝置，后端一個氣孔配一個調(diào)壓裝置和節(jié)流裝置。氣動系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 臥式加工中心立柱氣浮氣動系統(tǒng)

通過分別調(diào)節(jié)兩路氣浮管路減壓閥，使立柱4個角起浮量基本相等，立柱保持平衡，克服不均勻載荷影響，避免因不均勻載荷造成的立柱前傾加工產(chǎn)品不同軸的問題。

經(jīng)過現(xiàn)場多次檢測，發(fā)現(xiàn)一般情況下，若通入氣體壓力為0．6 MPa，調(diào)節(jié)前端壓力表指示為0．4 MPa、調(diào)節(jié)后端壓力表指示為0．2 MPa時，立柱保持平衡狀態(tài)，能避免“后翹”問題出現(xiàn)。

根據(jù)現(xiàn)場檢測的壓力值，運用帕斯卡定律，可以計算出立柱前后端的浮起力值分別為:

前端氣浮總壓力:

后端氣浮壓力:

3 小結(jié)

臥式加工中心立柱氣浮系統(tǒng)可以有效避免立柱因自身重力和主軸箱重力不均引起的前重后輕、進而導(dǎo)致導(dǎo)軌貼塑面磨損不均的問題，使立柱在加工中保持平衡狀態(tài)，提高Z軸移動動態(tài)響應(yīng)特性，延長導(dǎo)軌貼塑的使用壽命。

［1］李彬，吳成軍．臥式加工中心部件的結(jié)構(gòu)分析及輕量化設(shè)計［J］．精密制造與自動化，2011(1):29-31．

［2］董志成．HN63C日本臥式加工中心大修與改造［J］．汽車實用技術(shù)，2010(6):47-51．

［3］李永軍．淺析臥式加工中心典型結(jié)構(gòu)布局［J］．機械工程師，2012(3):171-172．

［4］薄秀如．臥式加工中心某些結(jié)構(gòu)和精度的介紹［J］．機械制造，1997(8):6-8．

［5］劉江，賴立新．牧野MC臥式加工中心系列的維修與改進［J］．金屬加工，2012(24):76-77．