数控刮削滚光机床的设计

2014-04-06罗晓芳张金涛简玉山陟雪峰

制造技术与机床 2014年2期

罗晓芳张金涛简玉山陟雪峰

(上海三一精机有限公司，上海 201200)

随着我国工业的高速发展，对于机床行业机床母机的加工性能、稳定性、加工工件的精度等要求越来越高。本文介绍的数控刮削滚光机床就是为了满足加工技术的快速发展要求而开发，采用组合刀具实现工件内孔粗镗、刮削和滚光一次装夹完成加工的高效深孔加工设备，适用于工程机械、煤炭等行业所使用的各类缸筒零件的高效、高精、大批量的加工。该机床的研制给企业带来一定的效应，为国家带来不可估量的意义，完全取代进口产品。

1 机床总体设计

1.1 整体结构

为了满足各类油缸零件的加工，该机床的总体布局采用工件床身和镗杆床身共用结构，其上装配有镗杆箱、镗杆进给系统、镗杆支架、授油器、工件夹紧装置、工件支撑架、压力尾座、尾座进给系统、按钮站、拖链、冷却系统、电气系统、液压系统等部件，如图1 所示。

图1 机床结构

1.2 主要部件结构

(1)床身

床身采用拼接方式，由两个6 m 段和一个4 m 段组成，总长16 m。床身导轨面为镶钢导轨，导轨板选用优质合金钢并且经过淬火热处理。床身内部合理的加强筋布置使床身具有较高的刚性，满足强力切削的要求。

(2)镗杆箱

镗杆箱是驱动刀具作旋转主运动的机构，主轴采用穿轴式结构，作为刀具张开闭合的液压控制通道，主运动为机械两档，无级变速，由液压系统变速油缸、内齿轮滑移拨叉实现变速。主轴转速范围10～1 000 r/min，主轴扭矩达到10 000 N·m，具有强力切削的能力，镗杆箱的移动是通过伺服电动机、加速器带动滚珠丝杠实现镗杆的伺服进给。

(3)授油器

授油器固定于床身的中间位置，通过螺钉固定在床身上。授油器主要有四个作用:其一，向加工工件输入冷却液并密封;其二，支撑镗杆;其三，刮滚刀具的导向作用;其四，支撑顶紧工件及工件定位。

(4)压力尾座

压力尾座位于床身的左侧，可以在左侧床身上前后移动。在尾座的前端有定位锥盘用于对工件定位夹紧，起到部分抵抗切削力的作用。当冷却液由授油器经工件的内孔进入后，通过尾座体及导流管道将切屑排到排屑器内。尾座的移动是由梯形丝杠螺母副驱动，在尾座的前端有两个到位夹紧油缸，保证工件定位可靠和加工精度。

(5)镗杆支架

镗杆支架坐于床身上，上面安装有镗杆导向套，导向套随镗杆一起转动，起到支撑镗杆的作用，保证镗杆在工作状态下的动态刚性，抵抗由于细长杆的重力作用造成的挠度变形。

(6)工件夹紧装置

工件采用两侧V 型铁抱紧结构，可以抵抗部分切削扭矩，同时也可补偿薄壁件在加工中的外涨变形。

(7)冷却排屑系统

混合有切屑的冷却油落入复合排屑机的上层链板排屑机内，链板排屑机将长卷屑排到集屑车内，碎屑通过链板排屑机下方落入磁性刮板排屑机内，磁性刮板排屑机再将碎屑排到集屑车里。排屑冷却系统由排屑器、脏冷却箱、净冷却箱、冷却泵、电动机、过滤器等构成。冷却箱为2 层式(干净槽/脏污槽)配有过滤网及多级净化装置。冷却液在脏油箱经过油箱的多级分离及过滤网后，切削油由提升泵输送到梳齿型磁性分离器进行分离。经过梳齿型磁性分离器分离后的切削油流入布带过滤机内进行再次过滤。过滤后的切削油流入液箱内，由供液泵向机床供液。当加工不同的孔径时，按照冷却液需要切换档位，实现不同的流量供给。

2 机床主要技术参数

加工工件内径:250～500 mm;

加工工件长度:5 000 mm;

镗杆箱主轴转速范围:10～1 000 r/min;

进给速度:0～3 000 mm/min;

快移速度:6 000 mm/min;

冷却排屑系统供液泵出口压力:2.5 MPa;

镗杆箱行程:5 900 mm;

压力尾座行程:4 750 mm。

3 数控系统和加工原理

(1)数控系统

本机床采用FANUC 0i-TD 数控系统，αiI 交流主轴伺服电动机，αiS 交流进给伺服电动机，具有精度高、响应速度快等特点。

(2)加工原理

镗杆箱沿床身移动带动镗杆和刀具进入授油器、工件内孔，镗杆箱作进给以完成整个加工过程，压力尾座沿床身前后移动与授油器(固定)共同作用完成不同加工长度的工件的定位顶紧，尾座的顶紧靠液压控制。授油器固定在床身的中部，来自排屑器的高压油经过授油器的腔体、工件的内孔将切屑带走同时对刀具进行冷却。加工完成后镗杆箱快速移回原位置，进行下一个工件的加工。