三轴双刀架数控车床设计

李荣兵，徐 敏，袁素云，石多龙

（徐州工业职业技术学院 ，江苏 徐州 221140）

目前数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化、智能化、并联驱动化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。在保证加工精度的情况下，省时、节能、高效是加工理念的核心。鉴于国内许多中小企业使用经济型数控车床较多这一情况，本着经济、高效的原则，研究设计了结构简单、价格较低、精度高、生产率高、工艺性广的三轴双刀架数控车床。

图1 双刀切削及前后刀架配合起到跟刀架的作用示意图

图2 在大拖板沿Z轴正负方向运动时均可进行加工

1 三轴双刀架数控车床设计目标及工作原理

（1）设计目标。改善普通数控车床的加工过程中的空行程耗时问题，提高加工过程中的加工效率及加工精度，有效地扩展普通数控车床的应用范围。

（2）工作原理。在现有的经济型数控车床基础上，改变中托板的结构，增加一个前置刀架，在x轴方向增加一个平行轴，变两轴单刀架数控车床为三轴双刀架数控车床，增加了四个刀位，前后刀架在z轴方向同步，在x轴方向为独立运动，前后刀架均可与主轴实现两轴联动，两刀架配合，在大拖板沿z轴正负方向运动时均可进行加工，减少了空行程，提高了生产效率(图1所示)；在车削细长轴时，前后刀架配合还可起到跟刀架的作用，减少工件变形(图 2所示)。

2 三轴双刀架数控车床机械结构设计

（1）三轴双刀架数控车床布局结构。在现有经济型的基础上，改变中拖板的结构，增加一个前置刀架，变两轴单刀架数控车床为三轴双刀架数控车床。在三轴双刀架数控车床送电后，启动主轴，主轴旋转，控制双刀架进给,可实现单独进给,共同进给，转动刀塔实现分别换刀和同时换刀，启停切削液加工，主轴转润滑泵工作等。车床主轴旋转进行加工，刀架进给实现切削。机床结构布局见图3所示。

图3 三轴双刀架数控车床结构布局

（2）三轴双刀架数控车床机械结构设计。传统的经济型数控机床有一个中拖板、一个四方刀架，由一个伺服电机通过一付滚珠丝杠带动刀架作x方向运动从而与大拖板的Z向运动合成切削运动；现改为两个中拖板，各装一个四方刀架，分别由两个伺服电机通过两付滚珠丝杠分别带动前后刀架运动刀架作x方向运动从而与大拖板的Z向运动合成切削运动。

根据单主轴双刀架三轴两联动数控车床加工要求、加工工艺分析及加工受力分析，进行定性和量化计算，从而完成中拖板的机械结构设计、滑台的机械结构设计、双刀架的机械结构设计、滚珠丝杠的支撑以及与电机联结的结构设计、机械结构保护罩的设计、限位开关的设计等。三轴双刀架数控车床三维造型如图4所示，机械结构见图5所示。

图4 三轴双刀架数控车床三维造型

图5 机械结构

（3）双刀架机械结构设计。三轴双刀架数控车床设计的关键在于双刀架机械结构设计，双刀架结构示意图如图6所示。

横向滑板及小滑板，三维样图如图7、图8所示:

图7 横向滑块三维样图

图8 小滑板三维样图

双刀架组件装配图如图9所示。

图9 双刀架组件

3 三轴双刀架数控车床的特色与前景展望

（1）特色与创新。本机床的特色和创新之处在于:改变经济型数控车床中拖板结构，增加了前刀架，较普通的单刀架数控车床提高了加工效率；较传统的双主轴双刀架数控车床简化了结构与编程、降低了成本；车削细长轴时，前后刀架配合可起到跟刀架的作用，减少工件变形。

（2）前景展望。目前，国外研制的双刀架数控车床均面向中高端客户，采用卧式床身，倾斜导轨，国内外尚无单位研制平导轨双刀架数控车床。

此机床属高效多功能经济型数控车床结构简单、价格较低、精度高、生产率高、工艺性广面向国内中小企业，客户多，故具有广阔的市场前景。

[1]狄寿刚.双主轴双刀架数控车床的设计制造[J].制造技术与机床，2011，（12）:98-100.

[2]尹昭辉，周礼根.FANUC系统在数控车床改造中的应用[J].机床与液压，2013，（5）:185-187.