陳啟章，陳榜，陳正國(guó)

(湖北福欣機(jī)床制造有限公司，湖北 黃岡 438000)

隨著制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和勞動(dòng)力成本的增加，制造業(yè)特別是勞動(dòng)密集型制造業(yè)急需加工工序集中、經(jīng)濟(jì)高效、對(duì)操作工人技能要求不高且勞動(dòng)強(qiáng)度較低的加工裝備。針對(duì)市場(chǎng)需要，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有兩種雙主軸形式高效數(shù)控車床：一種是平行雙主軸數(shù)控車床，另一種是對(duì)列雙主軸數(shù)控車床。這兩種機(jī)床多采用電主軸及雙動(dòng)力刀架或雙列加工刀塔，用進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)控制，造價(jià)非常高，不利于在中小企業(yè)特別是微利的勞動(dòng)密集型制造業(yè)中推廣使用。在汲取雙主軸設(shè)計(jì)理念，結(jié)合自主開發(fā)的數(shù)控排刀車床及車削自動(dòng)線等成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，專門針對(duì)軸承套圈車削加工開發(fā)設(shè)計(jì)了CK7820×2/SP雙主軸雙數(shù)控卡盤車床。此機(jī)床采用變頻器控制主軸變速，對(duì)2個(gè)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，使其控制2個(gè)加工單元，使用2個(gè)排刀刀架，其成本低且更高效。該機(jī)床適用于加工直徑Φ200 mm，寬度100 mm以內(nèi)的套圈，特別是對(duì)需要多工序車削的圓錐軸承內(nèi)圈，具有更突出的優(yōu)勢(shì)。

1 機(jī)床結(jié)構(gòu)

CK7820×2/SP雙主軸雙數(shù)控卡盤套圈專用車床結(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)床主體采用底盤和床身2部分結(jié)構(gòu)，全封閉防護(hù)，雙門可自動(dòng)開啟，自動(dòng)上、下料(上料機(jī)械手及液壓系統(tǒng)圖中未示出)，具有較高的自動(dòng)化程度、安全性和宜人性。其中，左主軸(左z軸)箱及夾緊系統(tǒng)夾緊工件并旋轉(zhuǎn)使z軸車削進(jìn)給；左單元數(shù)控系統(tǒng)控制左z軸及左x軸運(yùn)動(dòng)并與右單元聯(lián)系，左數(shù)控刀架進(jìn)行左x軸車削進(jìn)給；右單元數(shù)控刀架(右x軸)進(jìn)行右x軸車削進(jìn)給，右單元數(shù)控系統(tǒng)控制右z軸及右x軸運(yùn)動(dòng)并與左單元聯(lián)系，右主軸(右z軸)箱及夾緊踢料系統(tǒng)夾緊工件并旋轉(zhuǎn)使z軸車削進(jìn)給，當(dāng)工件加工完畢松開工件，踢料器將工件踢入接料器；左單元工件加工完畢踢料器踢出工件，接料器將工件接住并送入輸送帶，輸送帶將接料器送來的工件傳輸?shù)焦ぜ?；床身固定刀架及左、右加工單元向前斜?5°，有助于排屑，底盤容納冷卻水及鐵屑，排屑器將鐵屑從機(jī)床內(nèi)輸送到接屑車；防護(hù)裝置防止冷卻水及鐵屑飛濺傷人及影響車間管理；上料機(jī)械手給左單元上工件；液壓系統(tǒng)提供夾緊油缸壓力及主軸軸承潤(rùn)滑。

2 主要規(guī)格與參數(shù)

機(jī)床最大加工外徑為Φ200 mm，寬度為100 mm；縱向(z軸)行程：左單元為440 mm，右單元為350 mm；橫向(x軸)行程：左、右單元均為580 mm；主軸轉(zhuǎn)速(無級(jí))為18～1 786 r/min；主電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YP160M-33.3-7.5-4-B3，7.5 kW；伺服電動(dòng)機(jī)x/z軸力矩為7.5/18 N·m。

1—左主軸 (左z軸) 箱及夾緊系統(tǒng)；2—左單元數(shù)控系統(tǒng)；3—左單元數(shù)控刀架(左x軸)；4—右單元數(shù)控刀架(右x軸)；5—右單元數(shù)控系統(tǒng)；6—右主軸 (右z軸) 箱及夾緊踢料系統(tǒng)；7—接料器；8—輸送帶；9—床身；10—底盤；11—排屑器；12—防護(hù)罩

3 工作原理

3.1 加工工藝的確定

以圓錐滾子軸承內(nèi)圈車削加工為例，工序1(圖2a)以圓錐軸承內(nèi)圈大端面定位支承內(nèi)孔，使用數(shù)控排刀技術(shù)，分4個(gè)工步車削：車小端面、滾道及倒外角→倒內(nèi)角→車小端油溝→車大端油溝[1-2]。工序2(圖2b)以圓錐軸承內(nèi)圈小端面為基準(zhǔn)，用數(shù)控技術(shù)定位長(zhǎng)度并夾緊內(nèi)圈外徑面，使用數(shù)控排刀技術(shù)，用2把車刀分2個(gè)工步進(jìn)行加工：車大端面→倒內(nèi)角、車內(nèi)孔。

圖2 圓錐滾子軸承內(nèi)圈加工工序

3.2 工作原理

機(jī)床使用數(shù)控排刀技術(shù)，分左、右2個(gè)加工單元，采用雙移動(dòng)主軸箱、雙數(shù)控系統(tǒng)及雙排刀平刀架結(jié)構(gòu)，主軸同時(shí)又作為z軸使用，左單元使用4把刀，分4個(gè)工步完成加工工序1；右單元使用2把刀，分2個(gè)工步完成加工工序2。加工工藝流程如圖3所示。

圖3 加工工藝流程

左加工單元：上料手上料，左主軸箱卡盤內(nèi)撐緊工件，上料手退回原位, 防護(hù)門關(guān)閉，左單元進(jìn)行切削加工，加工完畢，左加工單元x，z軸退回原位，主軸停轉(zhuǎn)；左右單元主軸(z軸)箱相向行進(jìn)到位，右主軸箱卡盤夾緊工件外徑面, 左主軸箱卡盤松開工件，兩主軸箱各自退回原位，完成首次加工工序(首次僅左單元加工工件)。

循環(huán)工序?yàn)椋鹤蠹庸卧狭鲜稚狭?，左主軸箱卡盤內(nèi)撐緊工件，上料手退回原位，防護(hù)門關(guān)閉，左、右加工單元同時(shí)進(jìn)行切削加工，加工完畢x，z軸退回原位，主軸停轉(zhuǎn)。右加工單元下料手進(jìn)，右主軸箱卡盤松開工件，踢料器踢料，下料手接料退回原位，工件落入輸送帶傳至工件箱；左右單元主軸(z軸)箱相向行進(jìn)到位，右主軸箱卡盤夾緊工件外徑面, 左主軸箱卡盤松開工件，兩主軸箱各自退回原位，完成工件交接，如此自動(dòng)循環(huán)。

3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)床采用交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)零件的不同加工工藝要求編制工作程序，主電動(dòng)機(jī)由變頻器控制實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)的，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為手動(dòng)和自動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左、右加工單元獨(dú)立或聯(lián)動(dòng)加工；手動(dòng)用于調(diào)試，自動(dòng)用于正常工作；報(bào)警、手動(dòng)和自動(dòng)3種狀態(tài)可以用不同顏色指示燈來顯示；手動(dòng)與自動(dòng)、獨(dú)立與聯(lián)動(dòng)狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)自由切換；卡盤動(dòng)作與主軸啟動(dòng)互鎖，只有當(dāng)卡盤夾緊工件時(shí)才能啟動(dòng)主軸，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)可按緊急停車按鈕停車(控制程序略)。

4 結(jié)束語

該機(jī)床自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，只需人工上料，機(jī)床即可完成套圈內(nèi)孔、外徑面、端面及油溝等車削加工的全部工序。由于采用數(shù)控排刀技術(shù)，一次裝夾后可進(jìn)行多工序集中加工，左、右加工單元可自動(dòng)對(duì)接轉(zhuǎn)運(yùn)工件和進(jìn)行加工，大大縮短了工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間，生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)加工工藝成倍提高，且減少了操作工人數(shù)量和占地面積，經(jīng)濟(jì)效益顯著。