滑枕的設計方案
滑枕是車統中心非常關鍵的部件,它帶動刀具移動,并給鏜、鉆、銑功能提供作業 動力?;淼慕Y構和使用性能直接關系到機床的使用性能。目前,國內的大型立式車銑 中心和龍門式加工中心的動力滑枕,多采用動力電機和減速機外置的結構,即將動力電 機和減速機安裝在滑枕的頂端,再通過貫通滑枕長的細長傳動軸傳至滑枕的下部,再傳 至固定刀具附件頭,由于通過細長傳動軸傳遞動力,輸出軸的功率、轉速和扭矩相對較 低。這種滑枕結構動力電機和減速機占用滑枕殼體外空間比較大,并且滑枕與附件頭中 還有潤滑、冷卻、電力傳輸等管線,連接時須采用手動、半自動連接,自動化程度低, 制約了機床的作業能力。
本滑枕依托德國SCHIESS公司的VMG系列產品的結構特點,結合我公司的制造 能力,設計出來的。包括電機、變速箱、輸出軸和與附件頭連接的機構及管路,其特征 在于所述部件集成在滑枕殼體內,殼上端內置電機,減速機,輸出軸外齒輪與變速箱連 接,變速箱下口連接較短動力輸出軸,最大輸出功率達到52KW,扭矩達到2400Nm, 轉速達到3150r/min;滑枕裝置殼體壁上設置冷卻、液壓、潤滑、氣動、電氣管路,滑枕 末端為各自管路離合器:動力輸出軸與連接體相連,連接體采用短錐定心、兩個楔形鍵 傳遞扭矩和四個機械自鎖拉緊機構,管路及機械部件與作業部件的附件頭實現對應自動 相連。
車銑復合滑枕用于大型立式車銑中心及龍門鏜銑床上,本發明滑枕裝置的特點是: 在滑枕內部集成了電主軸、變速箱、傳動軸,以及液壓、潤滑、冷卻、氣動管路和電氣 電纜。這種設計使滑枕結構緊湊,由滑枕提供的鏜、銑驅動功率大,加工效率高;尤其 是解決了高效加工中與附件頭的手動連接問題,實現了附件頭與滑枕的機械裝置、冷卻 回路、液壓回路、潤滑回路、氣動回路、電氣的自動連接,提髙了車銑中心的效率。
(1) 進給機構導軌要求:
垂直移動的Z軸要采用液體靜壓導軌,所以滑枕外殼上的導軌設計在可調整間隙的 鑲條上,由于是截面方形滑枕,因此在滑枕外殼上有兩個互相垂直的導向面作為基準面, 依靠加工保證垂直度。與其相對應的兩個導軌面做成鑲條可調整面,最后用刮研的工藝 達到表面光潔度。在后期的制造過程中,我們改進了工藝,運用了注膠成型的工藝,一 次性達到導軌的精度質量要求。
(2) 動力供給要求:
本滑枕為各種切削附件頭提供動力源。如:直鏜銑頭、加長直鏜銑頭、直角鏜銑頭、 萬能鏜銑頭、平旋盤鏜銑頭的主軸動力;直角鏜銑頭、萬能鏜銑頭、多工位刀盤的分度 旋轉動力。
(3) 切削液供給要求:
本機床要求具有刀具內冷卻液和外冷卻液供給功能。冷卻液自冷卻液裝置供給,通 過滑枕內部管路與各附件頭自動連接,用于加工。最后,在機床防護內回收,并通過排 肩器的提升泵輸送回冷卻液裝置。在過濾、除油、除鐵肩后流到冷卻液裝置凈液箱待用。
冷卻液技術參數表2.2。
表2. 2冷卻裝置參數
Tab. 2. 2 The parameters of cooling equipment
內冷: |
||
泵流量 |
15 |
L/min |
栗壓力 |
20 |
bar |
外冷: |
|
|
泵流量 |
40 |
L/min |
泵壓力 |
5 |
bar |
(4) 傳感器信號反饋要求:
在附件頭中安裝有監控刀具主軸旋轉角度和直角鏜銑頭、萬能鏜銑頭C軸、B軸分 度角度的旋轉編碼器信號,萬能鏜銑頭的擺動角度限位開關傳感器信號,拉刀裝置松刀, 夾刀油缸位置反饋傳感器信號等,通過滑枕端面對接接口與附件頭對接接頭的ODU快 速對接插頭,實現信號的傳導。
(5) 附件頭液壓和氣動系統要求:
為本系列機床配備的附件頭,銑鏜類附件頭要求有刀具自動夾緊功能;C軸分度齒 盤脫開功能;多工位車刀盤限位油缸脫開功能,以上采用油壓控制。另外,對全部的主 軸都采用了氣密封結構,防止灰塵、切削液、鐵屑等進入主軸軸承;對刀具是否夾緊、 分度齒盤是否嚙合到位、多工位刀盤分度后,刀盤與驅動適配器是否貼合到位,等零件 與零件接觸的檢測,都采用氣檢測技術。此外,對于用戶要求的高速萬能附件頭,主軸 的轉速依靠滑枕提供已經實現不了,需要另配高速電主軸,也預留出電主軸水冷循環接口。
2.2.1滑枕的主要部件
本滑枕的主要部件包括:滑枕體、功能附件頭快換裝置、主軸驅動與控制總成、主 軸電機減速箱、內裝電主軸。如圖2.6所示。
滑枕體:滑枕的殼體,要具有較強的剛性,影響機床的加工精度。
功能附件頭快換裝置:集成了功能附件頭上所需的動力電源接口、液壓和氣動控制 接口、切削冷卻液接口、各傳感器信號反饋接口、水冷循環接口。
主軸驅動與控制總成:將主軸電機減速箱輸出的動力通過功能附件頭動力接口傳遞 給各功能附件頭。
主軸電機減速箱:液壓控制換擋,具有依靠行星齒輪降速的兩個減速比,提供低速 大扭矩,及高速精加工,并且減速箱采用循環油浴冷卻,通過冷卻油不僅有效的潤滑了 各齒輪,而且將齒輪間產生的摩擦熱及時帶走,減小對滑枕體的熱變形影響。
內裝電主軸:就滑枕的主軸電機改進為電主軸,由外部外裝改進為內部安裝。在電 主軸兩端安裝有密封的襯套,通過襯套外螺旋槽進行閉式水冷。恒溫冷卻箱通過安裝在 靠近電主軸的溫度傳感器反饋,控制輸送的水溫,從而實現電主軸的恒溫狀態。
2.2.2滑枕的設計參數
表2. 3滑枕設計參數
Tab. 2. 3 The main parameters of the ram
鏜銑軸參數 |
指標 |
鏜銑主軸功率(連續) |
52 kW |
主軸最高轉速 |
3150 r/min |
主軸最大扭矩 |
2400 Nm |
洗刀刀柄ISO |
50 |
滑枕參數 |
指標 |
滑枕截面 |
340X420 mm |
滑枕伸進最小鏜孔直徑 |
540 mm |
工作行程 |
指標 |
垂直滑枕移動行程(Z軸) |
2000 mm |
進給速度 |
指標 |
Z軸進給速度 |
0-16000 mm/min |
快移速度 |
指標 |
Z軸最大快移速度 |
16000mm/min |
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