车磨复合加工机床结构设计.pdf

第 4期 2 0 1 2年 4月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa nu f a c t u r e 1 8 7 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 4 0 1 8 7 0 2 车磨复合加工机床 结构设计 何 俊 赖玉活 李 健 房学明 黄 艳 2 ’ 广西工学院 机械工程系， 柳州 5 4 5 0 0 6 柳州市数控机床研究所， 柳州 5 4 5 0 0 7 De s i g n o f ma c h i n e t o ol s s t r u c t u r e c o mb i n i n g t u r n i n g a n d g r i n d i n g HE J u n ， L AI Yu h u o ， L I J i a n ， F ANG Xu e mi n g ， HUANG Ya n De p a r t me n t o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g Gu a n g x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， L i u z h o u 5 4 5 0 0 6 ， C h i n a 2 L i u z h o u R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C N C Ma c h i n e ， L i u z h o u 5 4 5 0 0 7 ． C h i n a 【 摘要】 在现有数控车床的基础上重新设计一种简单经济适用的车磨复合加工机床， 该车磨复合 加工机主要 用于加工对筒类、 齿轮类 、 短轴类等零件 ， 该机床车刀架和磨刀架安装于中拖板 两端， 中拖 板与大拖板通过滚珠直线导轨副连接 ， 很 大程度上减小的启动扭矩和摩擦力。 由伺服电机驱动中拖板 做横向直线运动， 同时床身上设有相对床身能实现纵向运动的大拖板及纵向滚珠丝杆， 纵向滚珠丝杆 一 端通过纵向弹性联轴器与纵向伺服电机连接 。能够一次装夹完成车削和磨 削加工， 具有提高加工精 度 、 提 高生产率、 节省地面、 降低成本的效果。 关键词 数控车床 ； 车磨复合m- r 机床 ； 滚珠直线导轨副； 伺服电机 【 Ab s t r a c t 】 O n t h e b a s i s o fe x i s t i n g C N C l a t h e c o m b i n i n g N C t u r n i n g a n d g r i n d i n g i s r e d e s i g n e d ， w h i c h i s ma i n l y u s e d f o r c o m p l e x ma c h i n i n g t h e t u b e t y p e ， g e a r t ype ， c l ass and o t h e r p ar t s oft h e s h o r t a x i s w i t h t u r n i n g a n d gri n d i n g r a c k b e i n g m o u n t e d a t b o t h e n oft h e mi d d l e c a r r i a g e ， t h e mi d d l e c arr i age a n d t h e l a r ge c arr i age b e i n g c o n n e c t e d t h r o u g h t h e s t r ai g h t - l i n e r o l l i n g g u i d e s e t ． T h u s t h e s t art i n g t o r q u e a n d f r i c t i o n i s l arg e l y r e d u c e d ． 4 s e r v o mo t o r c a r r i age ma y d r i v e t h e mi d d l e c arr i a g e t o m 4 T g e i n h o r i z o n t a l s t r a i g h t l i n e， w h i l e t he bo is e qu i p pe d wi t h v e r t i c al e x t e n s i o n u ni t s a n d t h e v e r t i c al mov e me n t ball s c r e w c o r r e s po n d i n g t o b e d w i t h o n e e n d oft h e b al l s c r e w b e i n g c o n n e c t e d w i t h t h e v e r t i c al e F 1 O mo t o r t h r o u g h t h e v e r t wal l o n g i t u d i n al e l ast i c c o u p l i n g ． T h e r e f o r e ， t u r n i n ga n d gri n d i n gm ach i n i n g c a r t b e c o m p l e t e d t h r o u g h O ne c l a m p i n g , w h i c h i m pr o v e t he mac h i n i n g ac c u r acy． i n c r e as e pr o du c t i v i t y as we l l∞ s a v e t h e gr o u n d a n d r e du c e t he C O S Ke y wo r d s CNC l a t h e ； NC ma c h i n e t o o l s c o mb i n i n g t u r n i n g a n d g r i n d i n g ； S t r a i g h t - l i n e r o l l i n g g ui de s e t ； S e r v o m o t o r 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1引言 随着工业技术的蓬勃发展， 复合加工技术受到更多的青睐， 很多机床厂生产的复合机床应运而生。 车磨复合加工机床属于复 合机床的一类， 也越来越受到人们的重视。 目前， 国内生产的车磨 复合加工机床有南京数控机床厂生产的专用 N 一 0 9 4双端面车磨 复合加工机床，沈阳机床厂生产 C MK 一 1 6车磨复合加工机床以 及广州敏嘉制造技术有限公司自主开发 C M K 2 0 0车磨复合中心 等， 但这都很难满足国内汽车、 航空航天行业的发展需求。 而国外 一 些厂家已经有较成熟的车磨复合加工设备 ， 如㈣ 瑞士 M a g e r l e 公司的 MG c R TG r i n d e r s 系列机床工作台可以旋转，可以装配 多个主轴 ， 一次装夹可以进行车、 磨、 铣 、 钻等各种加工， S c h a u d t 制造的 S T R A T O S系列数控车磨复合加工中心 ， 可以一次装夹完 成车削加工和内、 外圆的磨削加工， 但是国外的设备价格昂贵， 尤 其对其关键技术进行封锁， 因而研究车磨复合加工设备的关键技 术及具有自主知识产权的先进车磨复合数控技术是非常必要的。 针对筒类、 齿轮类、 短轴类等零件， 重新设计开发一种简单经济适 ★来稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 1 7 用的车磨复合加工机床， 可极大地满足市场需求。 2车磨复合加工机床的结构设计 在现有数控车床技术的基础上重新设计成一种设计合理 、 经济、 使用效率高的车磨复合加工机床， 如图 1 、 图 2 所示 ， 此车 磨复合加工机床包括床身和设置在床身一端上方的床头箱及设 置在床身底部的底座，床头箱一端连接有用以夹持零件的卡盘， 还包括与底座连接的数控操作箱及连接于床头箱远离卡盘一端 上的主电机组件。 床身上设有相对床身能实现纵向运动的大拖板 及纵向滚珠丝杆， 纵向滚珠丝杆～端通过纵向弹性联轴器与纵向 伺服电机连接， 大拖板通过纵向丝杆螺母座与安装在床身上的纵 向滚珠丝杆连接。大拖板一侧连接溜板箱， 大拖板上设有可相对 大拖板做横向运动的中拖板 ， 中拖板通过底部横向丝杆螺母座与 横向滚珠丝杆连接， 横向滚珠丝杆通过横向弹性联轴器与横向伺 服电机连接，中拖板的两端分别安装有电动磨刀架和电动车刀 架。中拖板与大拖板问连接有滚珠直线导轨副。 相对于原有的数控车床做了余下主要改进从而达到车削和 1 8 8 何 俊等 车磨复合加工机床结构设计 第 4期 磨削加工的功能 第一， 电动磨刀架和电动车刀架同时安装在中拖 板的两端， 由同一交流伺服电机驱动横向滚珠丝杆， 车削加工和磨 削加工可在同一工作台中完成， 不需要设置两个工作台， 减少了横 向工作台的数量， 减少了机床的整体面积。第二， 中拖板与大拖板 间连接有滚珠直线导轨副。 滚珠直线导轨副具有摩擦系数小、 定位 精度高、 承载能力强、 可同时承受上下左右方向的负载等特点， 保 证了零件加工时的高精度要求。 第三， 床身上设计成有与大拖板底 部配合的双三角形导轨结构，大拖板底部两端的内侧分别设有与 床身导轨配合的导槽。 双三角形导轨结构具有接触刚度好、 导向精 度高、 导轨磨损后相对位置变化小、 对机床精度影n gh 等牛 寺 |点。 图 1 车磨复合加工机床的结构示意图 1 ． 床头箱 2 ． 卡盘 3 ． 电动磨刀架 4 ． 电动车刀架 5 ． 中拖板 6 ．滚珠直线导轨副 7 ．大拖板 8 床 身 9 擞 控操作箱 1 O 馏 板箱 l 1 ．纵 向滚珠丝杆 1 2 ．纵 向伺服电机 l 3 ． 主电机组件 1 4 ．底座 1 9 ．纵 向弹性联轴器。 图 2图 1 的 A A方向局部剖视图 3 ． 电动磨刀架 4 ． 电动车刀架 5 ． 中拖板 7 ．大拖板 8 ． 床身 l 0 ．溜板箱 1 1 ．纵 向滚珠丝杆 1 5 ．纵 向丝杆螺母座 l 6 ． 横向伺服电机 1 7 ． 横向滚珠丝杆 l 8 ．横 向弹性联轴器 2 O ． 横向丝杆螺母座 3车磨复合加工机床的加工原理设计 此设计的车磨复合加工机床， 如图 1 、 图2所示 ， 其由纵向伺 服电机驱动纵向滚珠丝杆转动从而带动大拖板做纵向运动， 即实 现了机床纵向进给运动。 横向伺服电机驱动横向滚珠丝杆转动从 而带动中拖板做横向运动， 即实现了机床横向进给运动。床头箱 内主轴转速大小由数控系统控制，数控系统连接至数控操作箱， 数控操作箱通过电路与主电机组件连接， 主电机组件再连接床头 箱内主轴、 纵向伺服电机与横向伺服电机， 可通过数控操作箱设 置或控制加工过程。 在加工零件时， 零件装夹在卡盘上， 由数控操作箱控制启动 电动车刀架根据编好的程序进行车削加工， 而未使用的电动磨刀 架停在中拖板的另一端不影响车削加工的进行； 车削完毕， 车削 程序停止， 数控操作箱控制启动磨刀架据编好的程序进行磨削加 工。 从而达到了零件在一次装夹后就能完成车削加工和磨削加工 的 目的。 4车磨复合加工机床的优点 1 通过一次装夹完成车削加工和磨削加工。 由于该车磨复合加工机床设有相对床身能实现纵向运动的 大拖板及相对大拖板在横向运动的中拖板 ， 并在中拖板的两端 分别安装有电动磨刀架和电动车刀架 ， 磨刀架上可装上砂轮 、 车 刀架上可装上车刀， 被加工工件在装夹固定后， 根据编好的数控 程序进行车削加工， 车削完毕 ， 车削程序停止 ； 而后数控操作箱 控制启动电动磨刀架根据编好的程序进行磨削加工。在磨削加 工时不需要重新装夹零件， 通过一次装夹就能完成车削加工和 磨削加工 。 2 可提高加工精度 、 提高生产率、 节省地面、 降低成本 ， 生 产周期短。 由于该车磨复合加工机床通过一次装夹就能完成车削加工 和磨削加工 ， 装夹次数减少可减少因装夹带来 的误差 ， 进 而提高 加工精度， 装夹次数减少也可有效提高生产效率。由于车削加工 和磨削加工由同一机床完成， 减少车间中机床的数量以达到节省 地面、 降低成本的效果。 在原有数控车床的基础上进行改进设计， 开发成本低、 生产周期短。 3 结构简单合理紧凑。 由于电动车刀架和电动磨刀架分别设置于同一中拖板的两 端 ， 由同一交流伺服电机驱动横向滚珠丝杆， 车削加工和磨削加 工可在同一工作台中完成， 不需要设置两个工作台， 减少了横向 工作台的数量， 减少了机床的整体面积， 结构简单合理紧凑。 4 机床的刚性高， 定位精度高。 由于床身采用双三角形导轨结构和中拖板与大拖板间连接采用 滚珠直线导轨副， 不仅提高了机床的刚性， 还减少了横向滚珠丝 杆运动过程中的摩擦， 定位精度和重复定位精高， 同时动、 静摩擦 因数相差很小， 起动阻力小， 不易产生爬行。 5结束语 主要对此车磨复合加工机床的结构设计、加工原理进行了 详细的讨论及研究， 该产品经研发、 设计到投人生产， 并在柳州 市数控机床研究所研制成功， 机床各方面的性能都满足要求。现 已有客户投入使用， 节省了资源， 提高了生产效率。 希望该车磨复 合加工机床可以得到进一步的推广。 同时也希望为今后类似的复 合车床的改造和设计积累了经验 ， 具有一定的借鉴作用。 参考文献 [ 1 ] 丁雪生． 金切机床复合化技术的发展[ J ] ．制造技术与机床， 2 0 0 4 2 2 6 3 2 ． [ 2 ] 孙锡娜 ， 韩秋实， 杨占玺． 车磨复合加工机床的发展现状及关键技术 [ J ] ．精密制造与自动化， 2 0 0 8 2 4 - 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