数控立式（精选8篇）
数控立式 篇1
转向节是汽车上应用最重要的零件之一, 其形状复杂并且受到的集中应力也是最大的, 因此其部件结构要求具有较好的机械能。转向节加工质量会对车辆的安全性以及操作性造成呢个直接影响。汽车的数量在随着人们的需求量而不断的增加, 因而转向节的生产要求也不断的攀升, 其生产效率的提高是目前转向节生产的核心问题。由于结构复杂, 转向节的加工有一定的难度, 尤其在法兰端面以及杆部, 尺寸以及位置精度难以把控。传统的生产方式都是采用卧式普通车床或者简易车床对法兰端面以及转向接待杆部进行加工, 对简易车具进行设计, 在尾座顶尖同车具之间通过尾座顶尖对转向节进行固定, 通过车具对转向节进行拨动以此保证旋转。但是该种方式存在严重的缺陷, 首先, 工件不易加装;其次, 由于配重较小导致车具无法有效提高钻速;设备在加工生产中效率地下也是无法避免的缺陷。由于受到传统工艺的限制, 以及诸多因素的影响, 不得不开发出一种新型的设备用以解决转向杆以及法兰端面的不足, 立式数控车床应时而生。该设备在原有机床性能上, 能够完美的进行转向节的加工。无需高强度的夹装劳动, 可谓一举多得。
1 方案分析
1.1 整体式转向节特性分析
整体式转向节在形状上像羊角, 具有复杂的结构;以锻件作为工件的毛坯, 具有较大的加工余量, 尤其在法兰盘根部的圆弧处;最后由于工件的特性决定了其质量较重, 因此具有较大的转动惯量, 定位加紧较为困难。
1.2 方案
在转向节的生产过程中, 根据加紧要求以及工艺特性, 其生产所用的专用立式机床在机构上采用了主轴偏置的结构, 以传统的立式数控车床作为基础, 加装了尾座顶尖结构, 并根据转向节的结构特征设计出专用的加工车具, 形成新型机床用于转向节的高效加工, 同时在功能上仍然同通用数控车床相同。
1.3 工作的循环
主要的工作步骤和顺序为:安装工件, 定位夹紧, 数控滑台快移, X、Z轴联动, 同时主轴旋转, 完成外圆加工, 数控滑台快退至原位, 伺服刀架换刀, 数控滑台快移, X、Z轴联动, 完成工件外圆各槽的加工, 数控滑台快退至原位, 伺服刀架换刀, 数控滑台快移, X、Z轴联动, 完成工件各螺纹的加工, 数控滑台退至原位, 松卡, 卸下工件, 进入下一循环。
2 转向节专用立式数控车床部件设计
2.1 主轴箱设计
2.1.1 主轴箱结构设计
本机床为立式结构, 主轴箱就是传统意义上的床身, 其作用一是安装主轴及其传动系统, 二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性, 结构必须合理, 长期使用不变形。
2.1.2 传动系统
确定传动比。首先需要保证数控立车的传动比在1:10且转速达到63r/min至1000r/min, 那么其在转向节的加工过程中才能保证高效的同时仍然具有通用车床的功能。确定传动路线。在车床的使用中主要的传动路线如下:由伺服电机经减速箱至皮带轮, 由皮带轮对主轴单元进行驱动, 以此达到驱动主轴旋转目的。对主轴的结构进行分析, 其结构采用了较为灵活的单元结构, 在制造、维修以及安装上都极大的方便了用户。在单元结构的选择上主轴需要充分考虑到转向节加工的特殊性, 以此保证主轴结构能够同该特殊件加工相适应。首先, 在刚性要求上要予以满足, 保证旋转精度的稳定、长久;其次, 具有分油装置以及夹紧油缸。最后, 能够实现快速切换专用车具、动力卡盘, 实现数控立车通用和专用之间的切换。根据以上分析, 主轴单元选用规格标准为50的车主轴, 能够满足高精度、高刚度的要求。
2.2 进给系统的主要设计概述
2.2.1 纵向设计
进给传动系统中的纵向系统主要包括滑板以及滚珠丝杠传动装置。在其滚动导轨上设置有纵向的滑板, 其能够沿着导轨进行纵向运行。该导轨的配置主要采用了滚珠滚动导轨, 且为重型导轨, 承载力较大, 具有很强的刚性。伺服电机能够直接经过联轴对滚珠丝杠的螺母副进行驱动, 从而使得滑板能够沿着导轨进行纵向运动。
2.2.2 横向设计
在系统中同滚珠丝杠之间发生作用主要依赖于横向滑板, 横向滑板该系统主要通过横向滑板同滚珠丝杠的传动副发挥作用, 横向滑板主要设置的位置为横向导轨, 其能够沿着纵向导轨向横向导轨做横向运动。横向导轨主要采用了滚珠滚动型导轨, 且导轨为重载型导轨, 具有较大的承载力和刚性。同纵向导轨相同, 其滚珠丝杠的螺母副可以直接受到伺服电机的驱动, 从而使得滑板做横向运行。
2.3 工装夹具的设计
2.3.1 顶尖的设计
顶尖至机床用于回转、定位以及夹紧的重要部位, 能够在加工过程中, 对工件进行固定, 顶尖的部件主要出于设备上部, 如果工件位置正确, 那么在油缸的作用下, 顶尖会随着设备向下移动, 令定检能够将工件上部的顶尖孔顶紧, 用以对工件进行定位和夹紧。顶尖会随着主轴的旋转而旋转, 这就是机床主运动。在该部件的设计中首先应当对夹紧力进行确定, 将却东油缸规格予以确定, 保证夹紧可靠;由于转向节的不平衡性特征, 就要求顶尖具有足够刚性, 保证长久稳定的回转精度。
2.3.2 车具设计
由于工件的形状较为特殊, 因此异型性是转向节的重要的特性, 由于结构问题, 因而其工件具有不平衡的问题, 这就为工件的加工带来了不小的困难, 首先需要应用刚性差的定位顶尖孔, 利用上顶尖孔和下顶尖孔将工件定位夹紧。上顶尖孔具有可移动性是由单独的移动部件构成, 下顶尖孔则是固定于主轴之上。其次, 由于转向节不具有规则加紧面, 而顶尖的形状也各不相同, 想要保证车具的通用性, 必须使之具有相当的柔性。不平衡的工件使得车具必须设置成为能够调整的。最后, 通过使用液压夹紧装置, 并将编码器设置在主轴上, 用以适应车床的螺纹功能, 并子啊车具上加设夹紧油缸。
3 结束语
该机床在使用后, 通过实践结果表情性能完全可以达到设计要求, 并且在进行完善后开始小批量的予以生产, 得到了使用者的一致好评。
摘要：在转向节的加工中使用简易卧式车床以及普通卧式车床都无法完善转向节法兰端面以及杆部工艺上的不足, 因此文章便对立式数控车床进行了分析, 提出了相应的转向节加工方案。同时对车床的工作循环以及结构和技术参数进行了介绍;通过对转向节进行专门的阐释, 对立式数控车床进行了专业的介绍。通过实践应用, 表面在转向节的应用中, 该机床能够将转向节两顶尖孔处同大断面的精度保证在最精确的范围中, 并且有效提高了工作效率降低了劳动强度。
关键词：加工系统,设计,立式数控车床
参考文献
[1]董彦, 郑子军, 胡如夫.数控车床部件建模与动力学优化设计[J].煤矿机械, 2007.
[2]陈桂芳.转向节专用数控车床的设计[J].组合机床与自动化加工技术, 2010.
[3]陈翔, 孔国利.数控车床应用程序的分析与优化设计[J].水利电力机械, 2005.
数控立式 篇2
【关键词】数控车床；设计；进给系统
汽车转向节是汽车上应力最集中、形状最复杂的零件之一，需要具有良好的机械性能。它的加工质量直接影响到汽车的操作性和安全性。随着汽车数量的迅猛增加，转向节的需求也随之上升，因此提高生产效率是至关重要的。但由于其结构的复杂性，给机械加工带来一定难度，特别是转向节杆部及法兰端面的加工，尺寸精度和位置精度很难保证。传统的转向节杆部及法兰端面的加工采用普通卧式车床或简易卧式数控车床，设计简易车具，利用尾座顶尖将转向节夹持在车具和尾座顶尖之间，车具拨动转向节旋转进行加工。此种加工工艺方法的不足：工件装夹困难；车具无配重，转速提高受限；加工效率低。鉴于上述对传统转向节生产工艺的分析，为了解决传统加工转向节杆部及法兰端面生产工艺的不足，我们开发设计了一种新的加工转向节杆部的专用立式数控车床。该设备具有同规格立式数控车床的工艺性能，同时具备加工转向节的高效性，同时减轻了工人装夹工件的劳动强度，是一种一举两得的理想设备。
1.转向节专用立式数控车床工艺方案分析
1.1整体式转向节工艺特性
形状如羊角，结构复杂；毛坯为锻件，加工余量大，特别是法兰盘根部圆弧部分；工件偏重，转动惯量大；定位夹紧困难。
1.2机床方案
根据转向节工艺特性和定位夹紧要求，该机床采用主轴偏置的立式数控车床结构，在传统立式数控车床的基础上，增设尾座顶尖部件，并设计专用车具，形成高效加工转向节的新型机床，同时仍具备通用数控立车的功能。电气控制系统为日本FANUC-0i-Mate数控系统。液压系统为符合ISO标准的叠加阀结构。
1.3机床的工作循环
安装工件—定位夹紧—数控滑台快移—X、Z轴联动，同时主轴旋转—完成外圆加工—数控滑台快退至原位—伺服刀架换刀—数控滑台快移—X、Z轴联动，完成工件外圆各槽的加工—数控滑台快退至原位—伺服刀架换刀—数控滑台快移—X、Z轴联动，完成工件各螺纹的加工—数控滑台退至原位—松卡—卸下工件—进入下一循环。
2.转向节专用立式数控车床部件设计
2.1主轴箱设计
2.1.1主轴箱结构设计
本机床为立式结构，主轴箱就是传统意义上的床身 ，其作用一是安装主轴及其传动系统，二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性，结构必须合理，长期使用不变形。
2.1.2主轴箱传动系统
传动比确定：机床主要加工转向节，兼顾通用数控立车功能，传动比为1：10，最低转速为63转＼分钟，最高转速为1000转＼分钟；转动路线确定：传动路线采用伺服电机通过行星减速箱、皮带轮驱动主轴单元使主轴旋转；主轴单元结构：采用主轴单元结构目的是方便制造、安装、维修。选用主轴单元结构要适合加工转向节特殊件的需要。选用主轴单元结构要适应加工转向节特殊件的需要，第一满足刚性要求，旋转精度的长久稳定性；第二要有夹紧油缸及分油装置；第三动力卡盘和专用车具可快速切换，实现通用立式数控车床功能和专用转向节数控加工的切换。据此，选用的主轴单元为标准50规格的车主轴支撑形式，具有高刚性、高精度的特点。
2.2进给系统设计
2.2.1纵向进给传动系统设计
纵向进给传动系统主要有纵向滑板和纵向滚珠丝杠传动副组成。其纵向滑板安装在立柱的纵向滚动导轨上，它可以沿立柱导轨做纵向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。纵向伺服电机经联轴直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动纵向滑板沿立柱导轨运动。
2.2.2横向进给系统设计
横向进给传动系统主要由横向滑板和横向滚珠丝杠传动副组成。其横向滑板安装在纵向护板的横向滚动导轨上，它可沿着纵向滑板向滑板横向导轨做横向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。横向伺服电机经联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动横向滑板沿纵向滑板横向导轨运动。
2.3转向节工装夹具设计
2.3.1顶尖部件设计
顶尖是机床的重要定位机构，其功用：定位功能、回转功能、夹紧功能，其动作：安装工件时，顶尖部件处于上部，当工件在专用车具的正确位置上时，顶尖在油缸的作用下向下移动，使上顶尖顶紧工件杆部上顶尖孔，完成工件的定位夹紧。主轴旋转时顶尖也随着旋转，实现机床的主运动。设计此部件首先确定夹紧力，设计驱动油缸的规格，确保夹紧可靠；转向节是不平衡件，顶尖主轴及顶尖要有足够的刚性，以保证回转精度的长久稳定性。
2.3.2转向节车具设计
转向节是异形件，非常的不平衡，其车具设计有一定难度，第一是定位采用顶尖孔，其刚性不好，需要上下顶尖定位夹紧，下顶尖固定在主轴上，上顶尖单独设计移动部件；第二是夹紧，没有规则的夹紧面，同时不同的顶尖形状各异，要使车具具有通用性，车具必须具有适应不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在设计车具时必须有可调整的配置设置；第四是在旋转的主轴上采用液压自动夹紧，主轴设置旋转编码器，以适应车螺纹功能，车具设置夹紧油缸。
3.结束语
本机床已交付用户使用，其性能已达到设计要求。图纸经完善后开始投入小批量生产，并参加了2010年在北京举办的第十届国际机床博览会，得到广泛好评。
【参考文献】
[1]张振国.数控机床的结构与应用[M].北京：机械工业出版社，2010.
ECK2520数控活塞立式车床 篇3
国际数控机床正向高精、高速、高效、柔性、智能、环保方向发展。在高档活塞的关键结构要素中, 外圆型线、环槽、顶面的形位精度要求日益提高; 随着发动机排放标准的进一步提高, 高燃爆技术的普及, 全钢活塞越来越多。要适应这种趋势, 一是要分别提高外圆型线、环槽、顶面的加工精度, 二是要提高外圆型线、环槽、顶面的相对位置精度, 目前国内主要是在工艺流程和工装夹具上采取措施, 这已不能满足活塞加工工艺进步的要求。为此, 一派数控设计开发了ECK2520系列数控活塞立式车床, 以满足国内外活塞异形外圆、环槽、燃烧室、顶面加工的需求。
1 机床基本参数与结构形式
机床可用于加工异形外圆、顶面、止口、燃烧室、环槽等。可加工材质为铝合金、铸铁以及合金钢的活塞。加工活塞尺寸的可选范围有: Φ90 ~Φ140mm、Φ100 ~ Φ160mm、Φ140 ~ Φ200mm。机床的整体结构及外观如图1所示。
机床整体尺寸: 长×宽× 高 = 2303×2294×2812mm, 如图2、图3所示。
机床主体为双立柱结构, 搭载双Z轴、双X轴。活塞定位后, 两刀架可同时对活塞进行加工, 从而使得加工工序集中, 加工效率成倍地提高。同时这种结构形式也极大地提高了机床主体的刚性, 为机床的高精度加工提供了有力保障。采用精密液压尾架, 该项技术借鉴了国际先进的尾架设计制造技术, 确保主轴和尾架的同轴度。同时, 该尾架增大了顶紧力可调范围, 使之能更广泛地适应不同类型的活塞对顶紧力的要求。采用伺服电主轴, 排除动力传动带的干扰, 为活塞加工提供强劲动力, 可满足钢活塞加工工艺对主轴功率的要求。可选装顶置物流关节机器人, 方便灵活地组建全自动化活塞生产线。
2 机床主要创新点
2. 1 双立柱结构
如图4所示, 底座和立柱为两个整体铸件, 保证了机床整体的刚性。双Z轴、双X轴同在立柱上安装, 保证拖板的安装刚性及位置精度。立柱和底座上设有凸台, 预留给机器人安装架固定位置。
2. 2 精密尾架
尾架轴心线相对于主轴回转轴心线的同轴度, 对活塞的精密加工影响非常大。为了提高该同轴度, 如图5所示, 我们专门设计了一款精密液压尾架。该尾架借鉴了国际上先进的尾架设计制造技术, 采用内置式油缸, 使尾架结构更紧凑; 采用活塞杆固定套筒移动的结构方式, 全行程上套筒在尾架体内的支撑长度不变, 有效地保证了尾架在整个行程内的支撑刚度, 确保机床加工的高精度。
2. 3 加工碟形环槽用刀架
随着高燃爆技术的普及以及发动机对活塞性能要求的不断提高, 越来越多的活塞环槽设计为碟形环槽 ( 如图6所示) 。碟形环槽的加工现在一般采用轨迹法, 而活塞环槽精度要求也越来越高, 现有加工方式在生产效率及加工精度上越来越难以满足需求。因此, 我们设计开发了一款加工碟形环槽专用刀架 ( 如图7所示) 。该刀架采用了国际上先进的锁紧定位技术, 角度调整好后, 利用该技术能很好地将运动部件锁紧定位, 确保碟形环槽的加工精度。
2. 4 机内关节机器人
关节机器人通过安装架与机床固定, 确保了机器人与机床的相对位置精度, 有效的提高了活塞的装夹定位精度, 为生产线长期稳定的运行提供了保证。顶置机器人在国际先进生产线上的应用十分广泛, 马勒的活塞生产线即采用这种方式。该方式有效地减少了生产线的占地面积, 同时也不妨碍工人在生产过程中对机床的监管。由于装卸活塞时不需要开、关门, 从而提高生产效率。
2. 5 带内冷的电主轴
采用电主轴, 取消了动力皮带传动, 因而消除了由此带来的冲击张力及震动, 且简化了主轴传动系统结构。同时, 主轴带有内冷却功能, 能确保主轴运转时的温度和外界环境温度基本一致, 因此, 可避免由于主轴温升带来的变形和误差。确保活塞加工的高精度。
2. 6 双通道数控系统
采用双通道数控系统, 可实现左、右两个刀架并行加工, 成倍地提高了工作效率。应用在全自动活塞生产线上可有效地减小活塞加工的节拍。
3 在全自动活塞生产线上的应用示例
在一派规划设计的全自动活塞生产线 ( 如图9所示) 中, 有4道工序采用了ECK2520系列数控活塞立式车床。由于该系列机床的模块化设计, 可根据不同工序要求搭载不同的功能部件, 使其在生产线上的应用极其灵活。全自动化设计, 也为其在自动生产线上的应用提供了便利。上述4道工序及机床选装部件配置如下:
3. 1 半精车裙部外圆以及精车止口工序
在ECK2520系列数控活塞立式车床上配置了三爪卡盘定位装置, 电动伺服刀塔; 止口、内档深度自动测量系统, 双通道数控系统, 确保活塞产品重量的一致性。
3. 2 车燃烧室及顶面工序
在ECK2520系列数控活塞立式车床上配置了三爪卡盘定位装置, 双电动伺服刀塔, 双通道数控系统。
3. 3 车头部外圆及环槽工序
在ECK2520系列数控活塞立式车床上配置了精密液压尾架, 双电动伺 服刀塔, 双通道数 控系统。
3. 4 精车顶面、异形外圆、异形倒角、碟形环槽工序
在ECK2520系列数控活塞立式车床上配置了精密液压尾架, 碟形环槽用刀架, 直线伺服刀架系统以及拉紧工装。
4 小结
一派数控设计研发的ECK2520系列数控活塞立式车床, 从设计到采购以及制造均严格按照德国标准进行, 确保产品稳定可靠。
目前, 该系列车床已被全球著名的内燃机配件制造商德国马勒公司认可, 并计划应用到他们的全自动活塞生产线上。这是对其性能的极大肯定。我们相信ECK2520系列数控活塞立式车床在国际市场上受到的认可, 也能延伸到国内市场上, 期待它的杰出性能可以为中国内燃机配件的制造做出贡献。
摘要：为了满足高档活塞异形外圆、环槽、顶面加工的需求, 提升活塞品质, 使其满足欧V、欧VI内燃机排放标准, 一派数控设计开发了ECK2520系列数控活塞立式车床。该系列机床采用双立柱结构, 搭载双Z轴、双X轴, 可实现加工工序的集中;采用双通道数控系统可同时控制双向三轴联动, 成倍地提高了加工效率;采用模块化设计, 便于柔性组线, 可根据不同加工要求选装功能部件。
数控立式车床刀架改制研究 篇4
立式数控车床, 是在吸收了国内外同类机床先进技术的基础上, 顺应市场需求而设计、生产的高端产品。该产品经济、高效, 是汽车、军工及其它各类机械行业加工复杂盘类零件的首选。该系列机床可以加工各种短轴类、盘类零件, 可以车削各种螺纹、圆弧、回转体的内外曲面、端面、沟槽。适用于批量大、加工精度高、尺寸一致性要求高的零件加工。
针对国内一些典型客户而言, 其设备保有量都在几十台甚至上百台, 有些设备使用年限在五年以上的, 机床内部核心功能部件例如刀架故障率会逐渐升高, 面对这种情况以及客户希望提升设备工作效率时, 客户会去考虑对机床进行升级, 这也是目前很多机床厂商开拓的新业务。
1 数控立车刀架
1.1 刀架类型及介绍
普及型数控立车使用刀架主要为电动刀架 (烟台环球) 、液压刀架 (台湾六鑫) 以及伺服刀架 (沈阳机床数控刀架) 。从目前市场占有率来分析, 终端客户存量配套电动刀架的数控立车比例很高。对于普及型数控立车, 主机厂配套率伺服刀架逐步取代电动刀架, 另外一部分主机客户选用台湾液压刀架。
1.2 刀架对比
根据客户的需求以及刀架的市场表现, 我们仅针对电动刀架改制伺服刀架进行研究。
如图1所示, 原理及结构方面, 电动刀架采用三相异步力矩电机驱动转位, 初定位销预定位, 三联齿盘锁紧结构。伺服刀架采用伺服电机驱动转位, 液压控制三联齿盘结构。
随着普及型伺服刀架的发展, 将会采用绝对值伺服电机, 动力刀架以及直驱伺服刀架等, 性能及稳定性会更高。
精度方面, 说明书标注电动刀架重复定位精度为0.005 mm, 伺服刀架重复定位精度为±2″。
力学性能方面, 说明书标注电动刀架上加力矩5000 N·m, 切向力矩为3000 N·m, 伺服刀架上加力矩为10 000 N·m, 切向力矩为13 000 N·m。
稳定性方面, 伺服刀架故障率低, 解决了电动刀架锁不紧, 零部件故障率高等问题。
2 立车电动刀架改制伺服刀架
2.1 数控系统改制
数控立车系统主要选用SIEMENS、FANUC以及GSK等。系统改进包括可编程序控制器 (PLC) 程序 (刀架控制部分) 编制、线路连接以及伺服控制器安装, 如图2所示。机床电箱改进为增加断路器、继电器。
2.2 液压及冷却系统改制
液压系统改制主要包括液压站及管路, 如图3所示。液压站上需要增加一路油路, 一组二位四通换向阀, 减压阀以及液压表。液压管路需要提供液压站到机床后防护阀板管路, X轴拖链管路以及Z轴拖链管路。
由于普及型数控立车标准配置就是刀架内冷, 因此冷却系统改制仅需要查看冷却接头型号是否一致。
2.3 刀架改制及调试
刀架改制主要为刀架光机的更换以及工装的调整。其中, 刀架光机更换需要关注安装尺寸, 调整垫尺寸以及中心高等因素。
由于电动刀架改制为伺服刀架, 控制方式和加工效率都相应变化了, 需要调整工装以达到优化效果。
刀架调试过程为试验数控系统, 液压系统以及冷却系统, 并且进行运车及样件试验。
3 结论
本文对电动刀架和伺服刀架进行了对比, 并且阐述了普及型数控立车刀架改制的过程。对于终端用户来说, 想提高生产效率, 但又不打算短期内购买新设备, 同时遇到刀架故障频发的情况可以通过此方法进行改制。
摘要：将立式伺服数控刀架应用到数控立式车床的研究, 在对电动刀架与伺服刀架原理及结构对比的基础上, 介绍了车床电动刀架改制为伺服刀架的方法。
关键词：数控立车,电动刀架,伺服刀架,改制
参考文献
[1]杨后川, 梁炜.机床数控技术及应用[M].北京:北京大学出版社, 2005.
重型数控立式车床的垂直刀架设计 篇5
1 新型垂直刀架的结构特点
滑枕Z轴垂向进给结构具有的特点是:从受力方方面看, 承载力大;从速度方面分析, 其速度快。超过单伺服电动机传动结构的输出扭矩大1.8倍以上的是双伺服电动机传动结构伺服电动机的总输出, 对于双滚珠丝杠传动结构, 其滚珠丝杠直径比单滚小一个规格, 那么使用到电动机轴上的惯量和使伺服电动机的负载总惯量最大限度的降至最小。
双伺服电动机、双滚珠丝杠传动结构在机床工作中, 为滑枕提供最大的供给, 包括平衡力和进给力, 大大提升了滑枕Z轴垂向进速度, 这要比传统的滑枕进给速度要进步和提升很大。因此这两种装置中, 滚珠丝杠的进给力滚动摩擦系数小, 那么传动效率就高。
滑枕Z轴进给运动精度高、受力状态好, 同时不会出现变形现象, 是滑枕Z轴在双滚珠丝杠驱动中以及无液压油缸中的表现。为了确保滑枕左右两侧承受进给力达到平衡, 在其左右两侧布置双滚珠丝杠, 且双滚珠丝杠要对称, 还要确保没有额外的翻转力矩, 正常建立静压导轨油膜间隙, 在滑枕和刀架体之间。滑枕进给运动在纯液体摩擦状态进行的静压导轨摩擦系数小于0.005, 这时的精度属于最佳, 传动效率非常高。
滚珠丝杠在受力状态良好的情况下, 滑枕Z轴传动效率和刚度较高, 双滚珠丝杠传动的直径在降低一个规格之后相应的转动惯量, 在伺服电动机轴上相应的减少, 承受的总负荷在同样的重力和切削力的条件下达到最小, 使伺服进给系统中, 伺服电动机的输出扭矩的损耗降至最低, 同时可以承受滑枕重力和承受切削力, 充分发挥伺服电动机的性能。通过取消了传统的液压油缸平衡装置的取消对于滑枕Z轴垂向进给运动精度、伺服进给系统动态响应特性的作用彻底消除, 因此有着重要的意义。
液压平衡油缸装置的取消, 并且滚珠丝杠不自锁, 提升滑枕的安全制动, 确保制动的安全可靠的运行, 满足这样的要求要提升滑枕制动的垂直安装使用质量, 因此, 笔者所在的公司进行了不断的研究分析, 双伺服电动机和双失电制动器双重制动滑枕的结构。双伺服电动机的滑枕结构Z轴, 选型使用断电制动型, 增加两套失电制动器, 在滑枕Z轴进给结构中减速器的输入端, 扭矩放大倍数与减速器的降速比相等将会大大提升制定能力。通过对滑枕的制动是由两套伺服电动机和两套失电制动器进行, 如果出现机床断电, 伺服电动机出现故障, 那么独立的两套制动器会对滑枕进行制动, 这样可以避免发生滑枕事故的出现。为了保证机床在安全稳定且高效下运行, 那么双伺服电动机和双失电制动器双重制动滑枕的结构要符合国家对数控机床相关的安全标准的规定, 严格按照安全标准设计结构。
2 新型垂直刀架的结构组成和工作过程
2.1 结构组成
两个减速器座10要进行对称布置, 位置在刀架体11的两侧, 滑枕9布置在刀架体11的中间位置, 两个螺母座8的侧端面要对称固定在滑枕9两侧。安装杠螺母7的外圆柱面, 是在螺母座8的定心孔中, 其上端面是紧压丝杠螺母7的端面。滑枕9的两侧安装对称的两根滚珠丝杠6, 联轴节4与减速器3的输出轴与滚珠丝杠6上端相联, 并且滚珠丝杠6上端支承座轴承5径向、轴向定位, 丝杠支承座轴承5安装在减速器10的上部定心孔中。失电制动器2安装在减速器3上部, 失电制动器2的上端面安装的是伺服电动机1座, 失电制动器2上部的配合孔相连的, 也是伺服电动机1的输出轴。光栅尺12安装在滑枕9的前部。
2.2 工作过程
滑枕左右两套减速器3输出轴旋转进行驱动, 作用力要依靠滑枕左右两侧伺服电动机1的输出轴旋转, 联轴节4带动左右两套滚珠丝杠6旋转, 可以带动减速器3输出轴运行, 滚珠丝杠6轴上面运行作给运动的包括丝杠螺母副7、螺母座8、滑枕9, 滑枕9在运行中会进行位置的移动, 在由光栅尺12反馈给数控系统后进行闭环控制。
2.3 制动过程
机滑枕左右两侧的伺服电动机1和失电制动器2共同进行制约作用下, 机床断电。同时, 伺服电动机1和失电制动器2还要对减速器3进行分别的制约作用。联轴节4与滑枕左右两侧的减速器3要制动滚珠丝杠6, 还有丝杠螺母副7、滑枕9。如果有故障出现在伺服电动机1, 在滑枕左右两侧的失电制动保护器2, 可以对滑枕9进行独立制动, 这样滑枕9出现滑落事故的问题就可以有效的避免。
摘要：新型垂直刀架的结构特点、新型垂直刀架的结构组成和工作过程这是本文着重进行分析的两个部分, 重型数控立式车床的垂直刀架的科学合理的设计对于立式车床机械的使用有着重要意义, 关系到生产经营和企业成本的控制。
关键词：立式车床,垂直刀架,数控设计
参考文献
[1]杨振宇.新型双柱立式车床设计与实验[J].机床与液压, 2013 (16) .
数控立式 篇6
数控维修技术不仅是保证数控机床正常运行的前提, 对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用。因此, 现阶段大部分的数控技术专业都开设了数控维修实训课程。而近两年来, 我校数控技术专业学生招生规模不断扩大, 现有的数控维修实验平台已经无法满足学生的实训需要, 为此, 对车间闲置的2台普通立式铣床改造成数控实验平台, 以便增强学生的探索、学习及实践能力。
1 数控维修实训平台设计
本实训平台以铣床X52A为载体, 设计中力求使教学具有针对性和实用性, 使学生在本实训平台进行的实训与后续实际岗位相符, 以达到理论与实践相结合的目的。本实训平台由机床本体、数控装置、伺服驱动模块、主轴驱动模块等组成, 其连接如图1所示。
1.1 数控装置
本实训平台采用华中HNC-21M数控系统, 其各个接口的连接图如图2所示。该套数控装置为全功能控制系统, 可以选用脉冲接口、模拟接口的交流伺服单元, 或者是步进电机驱动器, 且采用彩色LCD液晶显示器, 内装式PLC可与多种伺服驱动单元配套使用。具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便等特点。
1.2 进给伺服驱动模块
华中HNC-21M数控系统的XS30~XS33接口为模拟式、脉冲式 (含步进式) 进给轴控制接口。进给伺服驱动由HNC-21M数控系统通过XS30~XS33接口控制伺服驱动器来实现。XS30连接X轴伺服驱动器, XS31连接Y轴伺服驱动器, XS32连接Z轴伺服驱动器。本实训平台所采用的伺服驱动器为HSV160系列数字交流伺服驱动器, 该驱动器控制方式主要有位置控制方式和速度/转矩控制方式。
1.3 主轴驱动模块
主轴的速度控制主要是由主轴变频器来完成, 数控装置通过主轴变频器速度控制接口对主轴的转速进行控制。主轴的启动、停止、正转及反转则由PLC完成。本实训平台选用日立SJ200系列变频器来实现对于主轴的驱动及控制, 其与数控系统的连接接口为XS9。
2 维修实训项目设计
本数控维修实训平台建立在华中HNC-21M系统和铣床X52A的基础上, 主要用于学生的数控机床安装、调试与维修实训教学以及数控维修技能大赛的训练。本实训平台开设的主要实训项目如下:1) 进给伺服系统及主轴驱动系统的连接与调试;2) 急停回路的电气连接与调试;3) HSV160系列伺服参数的设置和调试;4) SJ200系列变频器参数的设置和调试;5) HNC-21M数控系统的参数设置和调试;6) 电机故障诊断与维修;7) 急停解除不了的故障诊断与维修;8) 机床综合故障诊断与维修。
上述实训项目可根据教学需要, 由教师自行选择具体项目进行教学及训练。
3 结语
本实训平台以华中HNC-21M系统和铣床X52A的基础为基础, 结合实际教学需求, 实现了实训的平台化设计。本平台为学生提供电气理论学习、电气安装调试、机床故障诊断与维修等项目, 并将各个项目模块化, 为学生的理论学习及实践提供了良好的实验装置。对于提高学生的理论认识, 增强学生动手能力及激发学生的学习积极性具有重要的作用。同时也为我校每年参加省级及全国数控维修技能大赛的训练提供了很好的训练平台。
参考文献
[1]谢源, 侯恩光.基于802S的数控车床维修实训平台的研制[J].机械工程师, 2013 (7) :111-112.
[2]李涛.数控故障维修与维护实训机床的设计与研究[J].机械工程师, 2014 (6) :26-27.
[3]陈汉, 张伟民, 程方勇.自主性数控综合实验平台的设计与研究[J].科技资讯, 2009 (12) :249-251.
数控立式 篇7
随着科学技术的发展及世界先进制造技术的兴起和不断成熟, 对数控加工技术也提出了更高的要求。如今回转工作台作为机床的核心部件, 已广泛应用于各种数控铣床、镗床、各种立车、立铣等机床上[1]。
在机床设计中, 除了要求回转工作台能够很好地承载工件重量外, 还需要保证其在承载能力范围内具有较高的回转精度、抗倾覆能力以及较高的转速能力[2], 这些能力作为机床的主要指标, 是主轴组件工作性能的最基本体现。本文以笔者公司生产的某款数控立式车床主轴上应用的两种轴承结构为实例, 着重对数控立式车床上回转工作台的轴承结构进行对比分析。
1 传统组合轴承在数控立式车床上的结构
我公司的VTC250140数控立式车床的主轴结构如图1所示。这种传统的组合轴承结构其工作台及工件载荷主要依靠推力球轴承支承承载, 由角接触球轴承来实现定心。主电机通过来自齿轮箱的一系列传动, 将动力传动给转台下的大齿圈, 大齿圈通过推力球轴承及角接触球轴承外圈, 带动工作台支座及与之把合的回转工作台旋转, 从而实现车床工作台的旋转运动。
1.底座2.齿圈3.工作台支座4.推力球轴承5.主轴6.角接触球轴承7.回转工作台
2 交叉滚子轴承在数控立式车床上的结构
1) 交叉滚子轴承简介。所谓交叉滚子轴承 (如图2) 即有一系列的角接触滚动轴承相邻滚子在成90°的V形沟槽滚动面上, 通过间隔架保持其相互垂直排列。使一半滚子承受一个方向的轴向载荷, 而相反方向的轴向载荷由另一半滚子承受, 使得一个交叉滚子轴承就能承受径向负荷、轴向负荷及力矩负荷等所有方向的负荷[3]。
2) 交叉滚子轴承在立车上的应用。将上述产品的主轴结构通过二次设计, 使结构变为使用交叉滚子轴承代替推力球轴承及角接触球轴承组成的轴承组如图3所示。主电机通过一系列的传动链使得大齿圈与交叉滚子轴承的外环一同旋转, 旋转工作台直接与大齿圈直接把合从而带动工作台的转动, 此结构使主轴的旋转工作台结构更为简单。工作台的转动精度通过调整轴承压盖下面的调整垫的厚度实现轴承的预紧力控制, 有效地减少了装配时间。由于结构的变化, 降低了主轴重心的高度, 使得主轴结构具有较高的抗翻转扭矩的性能。由于交叉滚轴承中的滚动体只有滚动而无相对的滑动, 使得整个结构低振动、低噪音、低发热, 相应的润滑及冷却油的用量也更少。
1.底座2.齿圈3.交叉滚子轴承4.轴承压盖5.主轴6.调整垫7.回转工作台
3 两种结构的对比
通过与传统的推力球轴承及角接触球轴承定心的结构对比, 交叉滚子轴承结构具有以下特点:
1) 交叉滚子轴承有效地简化了车床主轴的结构。普通轴承组的结构复杂, 需考虑两个轴承的安装, 而且推力球轴承所承受的侧向力或翻转扭矩仅靠直径小的圆锥滚子轴承支承, 心轴尺寸小, 刚性差。交叉滚子轴承是一个交叉滚子轴承取代了传统的两个轴承的排列设计, 可使其主轴长度减少并节省了主轴加工成本。
2) 采用交叉滚子轴承的结构也大大简化了润滑及冷却油路的设计。普通轴承组结构中推力轴承的滚子在内外圈的线速度不同, 会产生滑动摩擦导致热量高、易磨损的原结构, 需要考虑给上下两个轴承分别充分润滑, 并需要使用高流量的润滑油带走摩擦产生的热量, 而轴承油腔的润滑油供油量不足、油压不够或润滑油路过滤不及时就容易产生轴承发热变色, 进而出现主轴研死的现象。交叉滚子轴承中的滚子间由于无相对的滑动, 润滑及冷却油的用量可以更少。
3) 轴承的精度易于调整。由于组合轴承采取的是间隙配合, 机床的振动和冲击会导致主轴偏心, 这会影响到机床的旋转精度。交叉滚子轴承安装简单, 在轴承安装时只需将交叉滚子轴承预紧到推荐的数值, 易于调整和按原有安装形式进行维修。
4 结语
本文通过对数控立式车床中应用的两种不同形式的轴承结构的描述, 着重介绍了交叉滚子轴承的特点及应用中的优势, 为提高类似产品设计的合理性提供参考。
摘要：在数控车床的主轴结构中, 回转工作台轴承作为转台的核心部件, 在保证其回转精度方面起着至关重要的作用。文中通过对交叉滚子轴承与传统双轴承结构在数控立式车床机床上的应用进行了对比, 分析了两种结构在实际使用过程中的利弊, 为类似产品的设计及改进提供参考。
关键词：数控立式车床,主轴结构,交叉滚子轴承
参考文献
[1]罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[2]徐立民, 陈卓.回转支承[M].合肥:安徽科学技术出版社, 1988.
数控立式 篇8
1 热传导理论基础
对于工程技术中的传热问题主要是为了计算研究过程中传递的热流量和物体温度的分布情况, 其中物体的温度分布即温度场是分析的关键。
1.1 温度场
温度场是各个时刻中每点温度组成的集合, 一般是坐标和时间的函数, 即
当物体中各点温度不随时间变化时为稳态温度场, 即
式中x, y, z是温度的空间坐标, t是时间
1.2 导热微分方程
导热微分方程是通用方程, 适用于所有的导热物体的温度场, 由热力学第一定律和傅里叶定律即可推出导热微分方程, 即
式中p和c分别为材料密度和比热, λ为导热系数φ (x, y, z, t) , 为内热源生成热。
2 计算热边界条件
对于主轴套热分析的边界条件处理, 一般只考虑热源和对流换热。热源为轴承摩擦发热, 对流主要是冷却水与主轴冷却部分的强迫对流。
2.1 热源计算
主轴系统中的热源主要为轴承的摩擦发热, 其发热功率为
式中M为轴承总摩擦矩, N·mm, n为轴承内圈转速, r/min。
轴承总摩擦矩
式中M0为润滑摩擦力矩, M1为载荷摩擦力矩。
(1) 计算M0
式中v为运动粘度, m2/s;dm为轴承平均直径, mm;f0为与轴承类型和润滑方式有关的系数, 对角接触球轴承f0=1。
(2) 计算M1
式中dm为轴承平均直径, mm;f0为与轴承类型和润滑方式有关的系数, 对角接触球轴承f1=0.001;P0为轴承当量静载荷;P1为决定摩擦力矩的当量载荷。
2.2 计算对流换热系数
本次研究对流方式主要对为冷却水与主轴冷却部分的强迫对流, 其准则方程为当计算出Nu后, 由Nuλ可得换热系数a。式中Nu为努谢尔特数;Re为雷诺数;Pr为流体普朗特数;Prw为壁面温度时普朗特数;Gr为格拉晓夫准数;Gr为流体热传导系数;L为特征尺寸;K为校正系数;w为流速。
XK717型立式铣床主轴套材料采用碳钢 , 密度为7840kg/m3, 比热容为465j/ (kg·k) , 导热系数49.8W/ (m·k) ;环境温度为200C;前轴承采用的是NACHI7020C, 后轴承采用的是NACHI7018C, 轴承参数见表1。
设分析时环境温度为20℃, 冷却水温度为20℃, 根据上述参数, 将其带入式 (4) ~ (10) 中便可以得到主轴套热分析所需要的边界条件, 从而计算出主轴套的温度分布。
3 建立实体模型和划分网格
在UG作出主轴套实体模型, 如图1, 并对图形进行一定简化, 去除倒角和退刀槽特征, 对结果精度影响不大, ANSYS划分网格时采用SOLID70单元, 该单元具有8个节点可用于三维的稳态或瞬态热分析。然后采用自由划分的方式得到主轴套的有限元模型, 如图2。
4 XK717型立式数控铣床主轴套的温度场分析
网格划分完毕后在相应区域施加边界条件, 利用ANSYS的热分析即可以得到主轴套的温度场分布如图3。
图3中可知主轴套温度分布情况, 主轴套温度最高的地方在前后轴承处, 这是因为轴承处摩擦产生了大量的热量, 其中前轴承的温度要比后轴承要高, 原因和前后轴承的尺寸有关, 当前后轴承温升相差太大时, 热变形量不同将导致主轴偏移从而影响加工精度。
5 结论
有限元热分析最关键就是边界条件的求解, 是整个分析的核心。根据分析主轴套的温度场分布, 得知温度最高部位在轴承对应处, 其中前轴承处温升最为明显, 针对这一特点可对前轴承处进行冷却装置的改进, 或者通过调整前后轴承数量, 使得整个温度场分布均匀。
摘要：运用ANSYS有限元软件来对XK717型立式数控铣床主轴套进行热分析, 通过计算边界条件得到主轴套的温度场分布, 根据温度场分布找到温度最高的区域, 指出原因并提出改进方法, 从而为减小主轴部件的发热变形提供依据。
关键词：主轴套,有限元,热分析,温度场
参考文献
[1]杨世铭, 陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社, 2003.
[2]蒋兴奇.主轴轴承热特性及对速度和动力学性能影响的研究[D].杭州:浙江大学, 2001.