车削复合机床的设计制造.pdf

设计与研究 D e s Ig n a n d Q 『c h 车削复合机床的设计制造 孙彦旭① 刘春联① 孙 希② ① 山东鲁南机床有限公司， 山东 滕州 2 7 7 5 0 0 ； ②中国海洋大学工程学院， 山东 青岛2 6 6 0 0 0 摘 要 介绍了车削复合机床的结构设计和几点关键技术。 关键词 双电主轴 动力刀塔 同步技术 中图分类号 T H1 2 2 文献标识码 B D e s i g n a n d ma n u f a c t u r e o f t h e t u r n i n g c o mp o s i t e ma c h i n e t o o l S UN Ya n x u ① ，LI U Ch un l i a n ①。S UN Xi ② S h a n d o n g L u n a n Ma c h i n e T o o l C o ． ， L t d ． ， T e n g z h o u 2 7 7 5 0 0 ， C HN； E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， O c e a n U n i v e r s i t y o f C h i n a -Q i n g d a o 2 6 6 0 0 0 ， C HN Abs t r ac tS t r u c t u r a l d e s i g n a n d s e v e r a l k e y t e c h n o l o g i e s o f t u r n i n g c o mp o s i t e ma c h i n i n g t o o l a r e i n t r o d u c e d． Ke y wo r d sDu a l El e c t ric S p i n d l e；Po we r Tur r e t ；S y n c h r o n i z a t i o n Te c hn o l o g y 世界机床市场正朝着高速 、 复合 、 智能 、 环保方向 发展。在世界机床制造和机械加工领域 ， 复合加工技 术正以其独特的魅力被逐渐认识并应用于实践 中。我 公司与国外设计公 司联合开发的 T MC 2 5 0车削中心复 合机床 ， 既能够完成车削功能， 又能够完成铣 、 钻 、 镗、 攻丝 、 铰孑 L 、 扩孔等功能 ， 还具有 自动工件交换 、 刀具长 度检测与 自动补偿 、 自动温控与碰撞保护等附加功能， 是现代智能加工的典型体现。它与常规的卧式数控机 床相 比， 显著特点其一是工件 加工精度高、 效率高 ， 并 具有叠加效应 ； 其二是 占地面积小 ， 多工序多工位集约 化 ， 实现了工件短加工循环 ， 机床 的功率被 充分利用 ， 减少 了消耗 ， 是绿色机床制造的发展方向之一 。 1 机床 的结构布局和模块化设计 该机床是双主轴 、 三刀塔 、 半闭环三通道数控系统 控制的机床 ， 见图 1 。整机采用 4 5 。 斜床座 ， 机床重 心 低 ， 排屑好 ； 导轨全部是滚柱式直线滚动导轨， 刚性好 。 采用 日本 F A N U C 3 1 i 数控系统 ， 两主轴都采用 内置式 高低速双绕组 2 0 0 L ／ 6 0 0 0 i B主轴电动机， 线圈的切换 可实现低速大扭矩、 高 速大功率 ； 进给轴 皆使用 型 交流伺服电动机， 驱动扭矩大， 滚珠丝杠进行预拉伸安 装 ， 定位精度高。机床两电主轴左 、 右对称排列 ， 左主 轴固定为主主轴 ， 右为副主轴 ， 副主轴 的移动采用伺服 电动机带动滚珠丝杠副的可编程控制 。两主轴均配有 c轴 ， c轴分度精度 为 0 ． 0 0 1 。 。机床三动力刀塔布局 7 6 是 ， 两上动力刀塔采用左 右对称 i 局 式 ， 独立 的 y 轴结构 ， 非合成轴 ， 使加工能力更强 ； 下动力刀塔配置 在机床右下部 ， 不配 y轴。动力刀塔 的驱动动力为 内 藏式 电动机 ， 结构紧凑 ， 体积小 ； 刀位数为 1 2工位 ， 每 工位都可以配装 B M T 6 5型刀座 ， 即包括直柄 、 直角 、 直 角后缩 又称 位 短式 及 其 他特 殊结 构 刀座 等。该 B M T型刀座刚性好、 切削力大、 重复精度高。 1 一厩厘 ； 2 尿身； 3 ～主t t tl ； 4 一 F 刀塔 ； 5 一左刀塔 ； 6 一右月塔 ； 7 一 副主轴。 图1 总体二维设计图 该机床是集机、 电、 液 、 气于一体和全封 闭式防护， 机床整体布局合理， 维修与操作方便。两电主轴配装 6 2 5 4 m m 1 0英 寸 中空 动力卡 盘 ， 主轴 功率 1 5 ／ 2 2 k W， 最高转速 4 5 0 0 r ／ rai n ， 最大加工直径 3 8 0 m m， 床 身上最大回转直径 8 0 0 m m， 最大加工长度 7 1 5 mm； Z、 轴 最大 快 移速 度 3 0 m ／ ra i n 。动力 刀 塔 刀柄 规 格 B MT 6 5， 动力刀具最高转速 6 0 0 0 r ／ mi n ， 功率 5 ． 5 ／ 7 ． 5 k W， 相邻刀具换刀时间0 ． 3 5 S ， 重复定位精度4 ” 。 等 cu d l耳 帚 J 丹 j 设计与研究 D e s ig n a n d R rc h 2 ． 3同步技术 该机床左右两主轴具有 同步功能 图 5 ， 安装在 左 主轴 主主轴或第一 主轴 的 工件 正面加 工完 成后 ， 主轴 在旋 转过程 中， 实现工 件左 主 轴 到 主 ，苎 璧 图 5 两 主 轴 同 步 示 意 图 一 -- 土4 - - 制 r rh 的 自动传递 ， 然后在 一～ ⋯⋯ ⋯⋯ 右主轴上再进行工件背面的加工。机床上三刀塔可配 装 3 6把刀具 ， 相当于一个 中型刀库 ， 对 比较复杂 的工 件 ， 可实现工件一次装夹 ， 完成正 、 反两面 的加工。其 原理是 当左主轴夹持工件 以一定速度旋转 ， 加工完成 后 ， 右主轴首先是速度与左主轴 同步 ， 然后是角相位与 主轴同步 ， 同时伺服驱动电动机带动右主轴向左移动 轴 ， 进行粗定位 ； 当右主轴上 的卡盘接触到左 主 轴上的工件时 ， 就产生一个轴向的反力 ， 该力大小在 第 1 通道 G 9 4 主轴分进给 S 1 0 0 0 P 1 第 一通道第 一主轴 速度 给定 M 0 3 第一通道第一 主轴正转 M 6 0 主轴速度 同步 M 6 2 主轴相位 同步 M6 0 0 等待第二通道相 同代码 M6 0 1 等待第二通道相 同代码 M6 9 第一通道主轴 卡盘松开 G 0 4 X 3 ． 0 第二通道主轴卡盘松开延时 M6 0 2 等待第二通道相 同代码 M6 1 主轴同步取消 M 0 5 第一通道主轴停止旋转 M 6 8 第一通道 主轴卡盘夹紧 M 6 0 3 等待第二通道相同代码 M 3 0 程序结束 以上为双通道主轴 同步对接 中程序编辑中的一个 简单例子 ， 如果需要往返同步对接 ， 可以按照以上例子 进行扩展 即可。 4 结语 应用模块设计的车削 中心复合机 系列机床 ， 单主 轴单刀塔、 双主轴双刀塔的配置实现了小批量生产， 各 项性能指标达到了预定目 标。随着该系列机床各项配 套件和制造成本的下降， 以及多样化复杂工件对制造 系统面板上根据转速 已预设定为定值 ， 轴 向的反力达 到设定 的数字时， 反馈给系统 ， 伺服 轴停止左移 ， 即 精确智能定位； 旋即左主轴动力卡盘夹紧工件， 同步旋 转 ， 然后右主轴卡盘松开工件 ， 左主轴夹紧工件退回到 设定位置 ， 对工件背面进行加工 ， 实现一个循环。 3 机床 的工作原 理 本机床采用三通道数控系统控制 ， 其 中各轴分配 为 第一通道 S 1 第一 主轴 ， S 2 左刀塔 主轴 ， x 1 ， ，z 1 轴 ； 第二通道 s 3 第二主轴 ， S 4 右刀塔 主轴 也 ， z 2 ， 轴 ； 第三通 道 s 5 下 刀塔 主轴 ， X 3， Y 3， Z 3 轴； 三个通道中程序可以分别执行 ， 也可以第一、 二 、 三 通道进行组合调用执行。以下是第 一 、 二通道 主轴 同 步加工 ， 主轴旋转过程 中第一主轴 第一通道 与第二 主轴 第二通道 交换工件 的程序。 第 2通道 G 9 4 主轴分进给 M 6 0 0 等待第一通道相 同代码 M 6 9 第二通道主轴卡盘松开 G 0 4 X3 ． 0 第二通道主轴卡盘夹紧延时 G 0 1 W1 3 2 ．F I O 0 第二通道 w 轴移动到位 M6 8 第二通 道主轴卡盘夹 紧 G O 4 X3 ． 0 第二通道主轴卡盘松开延时 M6 0 1 等待第一通道相同代码 M6 0 2 等待第一 通道相同代码 G O W5 0 0 ． 第二通道 w 轴回到原始位 置 ⋯ 执行第二通道主轴加工程序 M6 0 3 等待第二通道相同代码 M 3 0 程序结束 精度的要求提高和人工成本的不断增加 ， 工件加工工 序集约化越来越被用户所接受认可 ， 车削 中心复合机 床必将像普通数控机床一样广泛普及使用。 第一作者 孙彦旭， 男， 1 9 6 3年生 ， 工程师， 主要从 事数控车床的设计和研 究。 编辑 吕伯城 收稿 13 期 2 0 1 2 0 2 0 9 文章编号 ∞2 如 果 您 想 发 表 对 本 文 的 看 法 请将 文章 缡 号 填 入 读 者意 见 调 童 ￡ 表 中 的 相 应 位 置 。