SHZ1044雙主軸立式車削中心是上海理工大學(xué)和上海重型機(jī)床廠應(yīng)上海三菱電梯有限公司的要求，為解決電梯制造中的關(guān)鍵零件一曳引輪蝸輪組件的加工共同開發(fā)的大型數(shù)控機(jī)床。
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1.隨行夾具 2.平衡缸 3.倒置車頭 4、9.動(dòng)力刀架 5.正置立車刀架拖板 6.上料機(jī)械手 7.上料傳送裝置 8.正置車頭 10.排屑裝置 11.卸料傳送裝置
圖1 雙主軸立式車削中心外形簡(jiǎn)圖
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1 機(jī)床的設(shè)計(jì)布局
機(jī)床的設(shè)計(jì)布局(圖l)，采取了國(guó)際上90年代機(jī)床制造業(yè)最新的雙主軸方案，即該機(jī)床是由一套正置數(shù)控立式加工單元和一套倒置數(shù)控立車加工單元組合而成。兩個(gè)加工單元的電氣控制，采用了具有極強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能的高檔雙通道CNC系統(tǒng)；工件在兩個(gè)單元之間傳送，設(shè)計(jì)的隨行定心夾緊機(jī)械手；每個(gè)單元均配置了有12把刀位的轉(zhuǎn)塔動(dòng)刀刀架；機(jī)床還配備有自動(dòng)上卸料裝置、自動(dòng)排屑裝置等。
由于機(jī)床擁有正置和倒置兩個(gè)加工單元，因此特別適合于盤類、套筒、短軸類兩個(gè)端面均有精度要求的零件加工；并且，正置和倒置兩個(gè)單元均為獨(dú)立的兩軸聯(lián)動(dòng)車削系統(tǒng)，可以同時(shí)加工兩個(gè)工件，加工工時(shí)重合，提高生產(chǎn)效率一倍。另外，該機(jī)床主軸采取立式布置、工件垂直安裝的結(jié)構(gòu)形式，有利于消除普通臥式車床因工件自重而產(chǎn)生的撓度，大大提高了主軸的旋轉(zhuǎn)精度和工藝系統(tǒng)的剛度。
圖2所示為電梯曳引輪蝸輪組件(工件)簡(jiǎn)圖和機(jī)床加工循環(huán)示意圖。
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圖2 工件和機(jī)床工作循環(huán)示意圖
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2 機(jī)床主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
- 機(jī)床機(jī)架是由固定橫梁與整體床身裝配而成，整體床身將機(jī)床底座與立柱鑄造成一體，可以提高機(jī)床的整體剛度和抗接觸變形能力。床身鑄造時(shí)采取封砂工藝，增加了系統(tǒng)阻尼，有利于提高機(jī)床的抗振性能，同時(shí)降低了機(jī)床重心，提高機(jī)床安裝穩(wěn)定性。
- 倒置立車主軸部件采用了內(nèi)裝同軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)(也稱為電主軸)，電動(dòng)機(jī)安裝在主軸的兩組軸承之間，增加了主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的剛性(圖3)。
由于省去了皮帶傳動(dòng)，不存在驅(qū)動(dòng)橫向力，使得主軸運(yùn)轉(zhuǎn)平滑準(zhǔn)確，即使在低速時(shí)，也能使加工工件達(dá)到高的精度。同時(shí)，車頭采用由冷凍裝置組成的液體內(nèi)冷卻系統(tǒng)，可獲得高的功率密度。這次選用的SIEMENS(西門子)大功率SIMODRIVE IPH2 254型內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速500～6000r/min，額定功率28.8kW、額定扭矩550N·m，當(dāng)間隙負(fù)載工作方式，其循環(huán)持續(xù)系數(shù)為40%，最大功率可達(dá)40.6kw；繞組溫升DT= 105K時(shí)，最大扭矩673N·m。主軸上還配置有高精度旋轉(zhuǎn)位置編碼器，可實(shí)現(xiàn)C軸控制，能與進(jìn)給軸配合完成螺旋加工等功能。
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1.冷卻外套 2.內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)定子 3.內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子
4.主軸 5.電動(dòng)機(jī)統(tǒng)組 6.旋轉(zhuǎn)編碼器
圖3 內(nèi)裝式同軸電動(dòng)機(jī)主軸箱示意圖
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1.導(dǎo)軌 2、4.滾柱托架
3.阻尼塊 5.潤(rùn)滑油注入口
圖4 導(dǎo)軌減振方法
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- 機(jī)床導(dǎo)軌均采用了INA直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，具有高精度、高剛性的特點(diǎn)。為了提高運(yùn)動(dòng)部件的抗振性和機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛度，專門在導(dǎo)軌上配置了新穎的阻尼塊。此阻尼塊與導(dǎo)向面之間配磨有0.02～0.03mm的油隙，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)注入潤(rùn)滑油形成擠壓油膜，利用這層擠壓油膜的抗壓減振原理，提高運(yùn)動(dòng)副的平穩(wěn)性。圖4a為帶阻尼塊的滾動(dòng)導(dǎo)軌示意圖，圖4b為阻尼塊剖面圖。
- 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)采用了 SIEMENS SINUMERIK 840C，具有極強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。本車削中心應(yīng)用了該系統(tǒng)的雙通道功能，可同時(shí)控制4根主軸(兩個(gè)車頭、兩個(gè)轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架旋轉(zhuǎn)軸)、4根伺服軸(x1、x2；z1和z2)以及兩根C軸(兩個(gè)車頭的分度)。
- 其它機(jī)床輔助系統(tǒng)：如液壓動(dòng)力卡盤，垂直拖板部件的雙缸液壓平衡裝置，上料機(jī)械手和自動(dòng)上卸料傳送裝置，強(qiáng)力冷卻潤(rùn)滑液站及平板鏈?zhǔn)阶詣?dòng)排屑裝置等。
3 機(jī)床技術(shù)參數(shù)
本車削中心的設(shè)計(jì)參考了德國(guó)HESSAPP公司DV-Transfer雙主軸數(shù)控機(jī)床。本雙主軸立式車削中心主要技術(shù)參數(shù)如下。
| 加工工件直徑
| f680mm
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| 最大加工工件高度
| 380mm
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| 主軸端部法蘭
| A15
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| 主軸前端立承直徑
| f220mm
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主軸額定轉(zhuǎn)速范圍
(r/min)
| 正置
最大可達(dá)
| 250～800
2500
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倒置
最大可達(dá)
| 500～800
3000
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主電動(dòng)機(jī)功率(kW)
(循環(huán)持續(xù)系數(shù) 100%/ 40%)
| 正置
| 22/31.6
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| 倒置
| 28.8/40.6 |
