KC—TZ118型链轨节数控钻镗组合机床的研制.pdf

2 01 1年 1月 第 3 9卷 第 2期 机床 与液压 MACHI NE TO0L HYDRAULI CS J a n ． 2 0 1 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 2 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 1 8 K C T Z 1 1 8型链轨节数控钻镗组合机床的研制 田子 欣 ， 三门峡职业技术学院， 霍 苏萍 河 南三 门峡 4 7 2 0 0 0 摘要K C T Z 1 1 8型链轨节数控钻镗组合机床，是校企合作共同研发的高效率 、高精度、高性能自动钻镗组合机床，专 门用于挖掘机左右链轨节镗孑 L 、钻孔的加工 。主要介绍 K C T Z 1 1 8型链轨节数控钻镗组合 机床的方案确定 、机 床结 构特点 、 机床参数的配置 、数控系统的配置及调试方法等 ，并详细分析机床设计中的关键技术。 关键词 数控钻镗组合机 床 ；链轨节 中图分 类号 T H 1 6 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 0 6 23 De v e l o pme n t o f KC- TZ1 1 8 CNC Dr i l l i ng a nd Bo r i n g M o du l a r M a c hi n e f o r Cha i n Li nk T I AN Z i x i n， HUO S u p i n g S a n me n x i a P o l y t e c h n i c ，S a n me n x i a He n a n 4 7 2 0 0 0，C h i n a Abs t r a c tKC TZ1 1 8 CNC d r i l l i ng a nd bo r i n g mo du l a r ma c h i ne f o r ch a i n l i n k， a k i n d o f h i g h e ffic i e nt ， hi g h p r e c i s e a nd h i g h p e rfo r ma n c e a u t o ma t i c d r i l l i n g a n d b o r i n g mo d u l a r ma c h i n e d e v e l o p e d b y e n t e r p r i s e a n d s c h o o l ， i s e s p e c i a l l y u s e d for b o ri n g h o l e a n d d ri l l i n g h o l e p r o c e s s i n g o f t h e l e ft a n d r i g h t c h a i n l i n k o f t h e e x c a v a t o r ． T h e p r o g r a m d e t e r mi n a t i o n， s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e ma c h i n e ， a n d p a r a me t e r c o n f i g u r a t i o n o f t h e ma c h i n e ， t h e n u me ri e M c o n t r o l s y s t e m c o n fi g u r a t i o n a n d d e b u g g i n g me t h o d s o f KC T Z1 1 8 CNC d r i l l i n g a n d b o rin g mo d u l a r ma c hi n e we r e i n t r o du c e d， i n a dd i t i o n， t h e k e y t e c h ni q ue s o f d e s i g n for ma c h i n e we r e a n a l y z e d i n d e t a i l ． Ke ywo r dsCNC d r i l l i n g a n d bo r i n g mo du l a r ma c hi n e；Ch a i n l i nk K C ． T Z 1 1 8型链 轨节数 控钻 镗组合 机床 ，是 某校 与某公司根据多家挖掘机履带链轨节生产厂家针对链 轨节加工过程 中高效率 、高精度精镗孔 、钻孔的需 求 ，基于传统钻镗机床结构 的设计经验及普通机床数 控化 的改造方法 ，共 同研制 而成的一款高效率 、高精 度 、高性能数控钻镗组合机床。该机床经多次试切工 件 ，技术指标 完全达到商家需求 ，非常适用于挖掘机 左右链轨节孔的中小批量生产 。 1 机床总体方案的确定 1 ． 1 加 工 工 艺的确定 挖掘 机 链 轨 节 的形 状 比较 复 杂 ，材 料 一 般 为 4 0 Mn 2钢 ，如图 1所示。 目前链 轨节孔 的加 工过程 ， 一 般沿用了传统 的工艺方法 粗镗一半精镗一 精镗三 道工序 ，其加 工 主要是 在通 用机 床或 加工 中心 上完 成。但通用机床的加工性 能不稳定 ，无 法确保工件 的 质量，且效率低下；而采用加工中心加工工件虽然质 量得到 了保证 ，但效 率 还是 较 低 ，且 成本 较 高。所 以 ，亟需改善链 轨节 的加工方法 ，改进 工艺过程 ，降 低成本 ，提高生产效 率 和加工 精度 。K C T Z 1 1 8型数 控钻镗组合机 床就是 自主研发的专门用 于加工挖掘机 左右链轨节孔的高效率机床 。 图 1 挖掘机链轨节零件 图 该机床 采用 了 比较 常见的 F A N U C数控 系统 ，根 据用户提供的试件 图纸要求 中标明 的重要加 工部 位 ， 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 2 1 作者简介 田子欣 1 9 8 3 一 ，男 ，硕士 ，主要从 事机 械设计 与制造 方面 的研 究 。电话 0 3 9 82 1 8 3 6 3 9，Ema i l t z x de k 3 21 1 63． c o r n。 第 2期 田子欣 等 K C T Z 1 1 8型链轨节数控 钻镗组合机床 的研制 6 3 选择合适 的工艺参数 ，并 编 写试件 的 自动加 工程序 ， 通 过数 控系统来 控制 刀具 的定位 、进给 和主 轴速度 ， 完成加工尺寸的设定 、走刀恒速度 的设定 、刀具 的插 补设定 等。通过 数控编程可 以实现左右链轨节 的精 镗 孔 、钻孔 的 自主加工 。机 床采 用立 、卧复合布局 ，立 头 主轴采用 变频 电动机驱动 ，卧头主轴采用双速 电机 变速 。用专用垫块调整 专用 可调镗头间距 。工件侧立 于 自制专用夹具 体上 ，手动安装 ，用锁紧装置 和定位 柱将工件卡 紧 ，如 图 2所示 。工件是 以链 轨节工件的 端部两 台阶表面 和非加工孔来 实现定 位的 ，从而保证 孔 的尺寸精度和位置度 。机床 的调整也 比较方便 。与 传统的在普通钻床和镗床上加 工的工艺方法相 比，具 有精度高 、位置度易保证 、生产效率 高 、劳动强度低 的优点 。 图 2 工件装卡示意 图 通过调整 2个卧式滑 台和 1 个立式滑 台带 动钻镗 头进给实现链轨节 主体上 的孔加工。考虑到生产效 率 ，机床能 同时装夹左 右链轨 节。利用工装夹具完成 链轨节的定位 ，并将加工 的孔位 坐标 以参数化程序代 码输入到数控系统 中，实现孔加工 的定位设 定 、刀具 恒速进给 的设定和刀具补偿 的设定 等 ，通过手工编程 就可以实现左右链轨节精镗孔 、钻孔 的 自主加工。 1 ． 2机床 的结构 K C T Z 1 1 8型链 轨节数 控 钻镗 组合 机床 的结 构 如 图 3所示 ，由主机 、液压 系统和电气系统组成 。机床 为立 、卧式复合布局 ，工作时 ，各加工工位可 以同时 加工 。机床结 构紧凑 ，便 于调整 ，更便于排屑 。机床 床体部分采用铸造 床身 ，床 身 向前倾 斜 4 5 。 设 计 ，导 轨刚性 比较好 ，便 于排屑 。立 头采用 H Y 5 O B I 液压滑 台 l台 ，专用 镗 头 1台 ，1 C L S 0立 柱 I台，1 T D 5 0 V 动力箱 1台 ，专用刀 辅具 4套 U钻 4把 。卧头采 用 H Y 6 3 B I 液压滑 台 2台，专用 镗头 4台 ，专用 夹具 左右各 1 套 ，专用刀辅具 4套 。镗刀采用硬质合 金可 转位刀具 ，方便刀 片更换 。机床底 座 、液压站 、电控 柜各 1台。立头主轴采用变频调速 ，卧头主轴采用双 速 电机 变 速 。用 专 用 垫 块 调 整 专 用 可 调 镗 头 间 距 主轴 间 距 调整 范 围 为 1 9 0 、2 0 3 、2 1 6 、2 2 8 ． 6 。更 换镗 头 、夹具 、镗 刀杆 ，可实现 多种零 件的加 工。 I -- HY6 3 B1 液 压 滑 台2 一 HYS O BI 液 压 滑 台3 ～ 链 轨 节 工 装 夹 具 4 一 床 身5 一 液 压 与 电气控 制 柜6 一 专用 刀辅 具 图 3 机床结构 总图 机床 采用 F A N U C数 控 系统 控制变 频 器 、P L C单 元 、放大器实现功 能部 件的进给 。根据工件 的孔特征 编制加工程序 ，实 现 自动钻镗孔加工 。机床 导轨 由 自 动 间歇润滑泵集 中润滑 ，专用镗头 立头 由装在箱 体 内的叶片泵单独供油 润滑 ，专用镗头 卧头 采用 脂润滑 ，在机床 出厂 时已涂好 。 良好 的润滑状 态是保 持机床各部位正常运转的前提条件。机床的导轨采用 了直线滚珠导轨副 ，较好地克服了滑动导轨的缺点。 1 ． 3机床 的规格 与参 数 立头 主轴距 离工 作 台 6 8 0 m m；主轴转 速 形式 为 无级变速 ；主轴速 度 为 5 0 0 r ／ m i n ；卧 头主 轴转 速形 式为双速变速 ；其 主轴速度 为 4 0 0和 1 2 0 0 r ／ m i n ；卧 式钻镗头 的移动速度 为 l 5～ 2 0 m m ／ m i n ，其 有效进程 为 5 0～2 0 5 m m；机 床 可 加 工 孔 的加 工 直 径 t h 3 7～ 4 , 8 0 m m，孔经 济 加 工 精 度 等 级 6级 ，表 面 粗 糙 度 1 ． 6 m；立 头 主轴 电动机 型 号为 F U N A C a 1 2 ；卧头 主轴电动机 型号为 Z D D 3 1 - 4 ／ 1 2 ；机床 轮廓 尺 寸 长 X宽 高 为 4 6 3 0 m m x 1 8 5 0 m m x 3 5 8 5 m m；机床 质 量约 2 0 t 。机床 生产率 为 3 5秒／ 件 1 个 循环加 工 2件 ；机床总功率为 3 2 k W。 2数控 系统的选用 2 ． 1 系统 的 配置 K C T Z I 1 8型 链 轨 节 数 控 钻 镗 组 合 机 床 采 用 F A N U C - 0 i M A数控系统 ，如图 4 所示 。F A N U C - 0 i 数控 系统将 C N C、H M I 、P L C和通讯任务 合成 于一体 ，可 实现机床立头和卧头 的主轴 同时转动并实现进给运动。 电源功率模块l l 手持控制单元f I P L C单元 l l CN C操作面板l『变频器 器I I 轴右放大器l J 数控操作面板I I 按钮站l l 液压系统I I 主轴变频电 动机 些 墨 皇 塑 l I 查 堡 墅 皇 I l 兰 苎 塑 鱼 I I 垄 ．滑 鱼 【 I 兰 查 坚 塑 鱼 图 4 数控系统控制 图 6 4 机床与液压 2 ． 2 参数 设定及 调试 1 调试 主轴驱 动器。C N C系统 与 主轴驱 动器 接通以后 ，上 电，并 找到伺服初始画面 ，将伺服 电动 机的型号代码输 入到 C N C系统 中，随后依 次进 行断 电与通电操作 ，完成驱 动器 的调试 。 2 设定参 数 。在 系统 通 电的情 况下 ，将 系统 改为 M D I 方式 ，使 P WE 1 ，就可 以往系统 中输 入加 工所需 的各种技 术参数 ，输入完毕后 ，再依次进行断 电与通 电操作 ，参数 的设定结束。 3 C N C主机 的设置 和调试。待 C N C系统通 电 后 ，将编制的 P M C输入 C N C系统 中 ，再 依照工件 的 图纸 ，编制出系统可以识别 的加工程序代码并输 入到 C N C中，然后调试好各轴 的动作 ，进 行工件 的试切 ， 并调整程序 。 3机床设计中的关键技术 1 机床采 用立 、卧复合 布局 ，立头 主轴 采用 无级变速伺服电动机 ，卧头主轴采用双速 电机 。通过 数控系统 ，可 以实现恒速钻镗孔 。这种加工方法静态 稳定性 比较 好 ，而且 运行 效率 较高 ，简 化 了传 动 系 统，保证了加工精度。 2 整机采 用绿 色设计 理念 ，总体结 构采 用模 块化设 计 ，通用性能好 ，可 以加工不同品种 、不 同孔 径的链轨节 ，可实现链轨节 的批量柔性 自动化 生产 。 同时 ，更换镗头 、夹具 、镗刀杆 ，可实现多种零件的 加工 。 3 机床的导轨采用了直线滚珠导轨副 ，摩擦因 第 3 9卷 数 小 、不易产生爬 行 现象 、加工精 度 高 、灵 敏性好 ， 大大克服 了滑动导轨的缺点 。 4 机床采用 了 H Y系列液压滑 台，改善速度稳 定性 ，避免空气渗入 系统 ，提高传动刚度 ，同时滑台 也承受一定的与运动方 向一致 的切削力。 4技术经济效益分析 1 通过机床结构与各 功能部件 的设计 、选 型 ， 机床的各项性 能指标能够完全满足加工需求 ，经过用 户一年多的试用反映 ，生产效率与加工精度都较原来 大幅提 高。采用数控 自动加工技术 ，减少 了人为误差 因素 ，操作简单 ，安装方便 。 2 社会效益比较明显。该机床的研制将为机 床 的专用化 、柔性化 、高效化 、精密化开辟 了广 阔的 思路 ，具有 广阔的应用前景 。同时 ，随着链轨节数控 镗钻组合机 床 的规模 化生 产 ，企业 效益 将进 一步 提 高 ，不仅分担 了社会就业 问题 ，而且还将带动地方经 济发展。 3 该机 床 的研 制成 功 ，实现 了对链 轨节 孔 的 高效率 、高精度 、低成本 的加工 。 参考文献 【 1 】陈桂芳． Y X X K 1 7 3 型数控凸轮铣床的设计 [ J ] ． 组合机 床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 5 9 9 6 9 8 ． 【 2 】李洪． 实用机床设计手册[ M] ． 沈阳 辽宁科学技术出版 社 ． 1 9 9 9 ． 【 3 】严爱珍． 机床数控原理与系统[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 0． 5 ． 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 椭 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ～ 一 ～ ～ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ～ 一 ～ 一 一 一 一 一