李玉川

(洛陽LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽 471039)

轉(zhuǎn)盤軸承是一種能夠同時承受較大的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩，集支承、旋轉(zhuǎn)、傳動及固定等多功能于一身的特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承，廣泛應(yīng)用于起重運輸機械、采掘機、港口機械及風力發(fā)電等大型回轉(zhuǎn)裝置上。轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)、外圈端面上均勻分布著很多安裝孔，這些孔的加工是轉(zhuǎn)盤軸承生產(chǎn)的瓶頸之一。

國內(nèi)軸承加工企業(yè)大多采用GDC4040m動龍門式數(shù)控鉆銑床和PM4040C/2龍門移動式雙主軸數(shù)控鉆銑床進行孔加工[1]，該類機床是在龍門鏜銑加工中心基礎(chǔ)上改型設(shè)計而成，立柱為具備垂直和水平兩個方向運動的龍門式結(jié)構(gòu)，加工方式為雙坐標進給、自動插補，但對于轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔環(huán)形均勻分布的結(jié)構(gòu)形式不太適合。國外軸承生產(chǎn)商大多采用軸承專用高速鉆床進行孔加工。其采用工作臺回轉(zhuǎn)分度，立柱具備垂直運動功能，不僅加工效率高，而且安裝孔的位置精度高。

下文介紹一種高效率、高精度、高自動化的ZK5840轉(zhuǎn)盤軸承數(shù)控高速鉆床，其采用圓光柵控制自動分度，高效、大功率主軸電動機驅(qū)動動力頭進行高速鉆削加工，十分符合轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔環(huán)形分布的加工特點[2]。

1 機床結(jié)構(gòu)及工作原理

ZK5840機床結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由床身、回轉(zhuǎn)工作臺、立柱部件、鉆削動力頭部件、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自動排屑器和整體防護圍欄等組成，具有垂直進給運動、水平進給運動和回轉(zhuǎn)運動功能。其中，回轉(zhuǎn)工作臺通過支承機構(gòu)固定在可沿床身靜壓導軌移動的滑座上，采用大扭矩伺服電動機經(jīng)精密減速機構(gòu)驅(qū)動滾珠絲杠副帶動回轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)水平移動，配置的光柵尺測量移動誤差并反饋給數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)控制?；剞D(zhuǎn)工作臺的分度運動由伺服電動機經(jīng)精密減速器驅(qū)動雙齒輪-齒盤消隙機構(gòu)，帶動工作臺沿靜壓導軌做回轉(zhuǎn)運動，配置的圓光柵檢測分度精度?；剞D(zhuǎn)工作臺上安裝有液壓鎖緊裝置，水平移動和回轉(zhuǎn)分度到位后，啟動液壓鎖緊油缸，以避免因振動而影響加工質(zhì)量。鉆削動力頭固定在可沿立柱直線滾子導軌單元移動的刀架上，采用伺服電動機通過滾珠絲杠副驅(qū)動，從而實現(xiàn)鉆削動力頭的垂直進給運動。驅(qū)動電動機為大功率主軸伺服電動機，可無級調(diào)速；為了防止進給伺服電動機在工作時沖擊過大，配置了液壓平衡缸，其缸筒固定在立柱上，活塞桿固定在刀架上，既可以避免進給時沖擊過大，也可以減輕加工完成后提刀時的電動機負荷。

電氣控制系統(tǒng)是機床實現(xiàn)加工動作的控制功能部件，其采用西門子802 Dsl數(shù)控系統(tǒng)，全數(shù)控鍵盤，配置10.4″彩色顯示器，全中文顯示界面，具有標準RS-232接口，同時配置電子手輪，充分體現(xiàn)宜人化設(shè)計理念。電氣控制柜采用IP54防護標準，配備電柜專用空調(diào)，全封閉結(jié)構(gòu)，保證電氣元件及系統(tǒng)正常、可靠工作。液壓系統(tǒng)提供機床必需的液壓驅(qū)動動力源，整個系統(tǒng)為兩個相對獨立的液壓回路，一路為回轉(zhuǎn)工作臺的靜壓導軌提供液壓動力和靜壓潤滑，同時為水平運動和回轉(zhuǎn)分度運動鎖緊機構(gòu)提供液壓動力，壓力分別為5 MPa和2 MPa；另一路為鉆削動力頭松拉刀具和液壓平衡裝置提供液壓動力，壓力分別為5 MPa和3 MPa。冷卻系統(tǒng)由電動機、高壓冷卻水泵、磁性分離器和紙帶過濾裝置等組成，高壓水泵打出的乳化液壓力可達3 MPa，可以實現(xiàn)對刀具的適時冷卻，而且具備輔助斷屑功能，可以滿足強力高速鉆削的需要。機床主要技術(shù)參數(shù)見表1，主要精度檢驗參數(shù)見表2。

表1 ZK5840主要技術(shù)參數(shù)

表2 ZK5840精度檢驗表

機床工作時，首先啟動液壓系統(tǒng)，根據(jù)工件尺寸按程序使工作臺水平移動到預(yù)定位置，利用安裝在工作臺上的靠柵找到工件中心，將工件牢固安裝在工作臺上；然后啟動自動程序進入加工過程，工作臺水平鎖緊，回轉(zhuǎn)鎖緊機構(gòu)啟動，高壓冷卻系統(tǒng)啟動，工作臺開始精確分度，鉆削動力頭高速旋轉(zhuǎn)并以設(shè)定進刀速度進行切削加工，加工完成后鉆削動力頭快速退出；接著再進行工件分度，完成后再進行另一次加工，如此循環(huán)，直至加工完成。

2 性能特點

2.1 分度、控制精確

根據(jù)轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔分布形式，采用數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，大扭矩伺服電動機驅(qū)動，圓光柵對分度進行精確控制，分度精度為8″，重復定位精度為5″；工作臺可以沿床身進行長距離水平運動，光柵尺對水平移動精度進行精確控制，可以實現(xiàn)大尺寸范圍工件的孔加工。

2.2 鉆削動力頭高速、高效

刀具加工系統(tǒng)采用鉆削主軸單元配置大功率主軸伺服電動機組成的動力頭，主軸轉(zhuǎn)速無級可調(diào)，主軸頭為標準50號7∶24錐孔，配置BT50鉆柄，刀具為自動拉緊、液壓啟動松開結(jié)構(gòu)；主軸具備中空出水功能，配合冷卻系統(tǒng)對刀具進行適時冷卻，以確保高速、強力切削。刀具進給系統(tǒng)采用西門子802Dsl數(shù)控系統(tǒng)控制，大扭矩伺服電動機驅(qū)動精密滾珠絲杠副，帶動鉆削動力頭實現(xiàn)進給；支承采用精密重載滾子導軌副，承載力大、剛度好且無爬行。

2.3 機械、電氣及液壓系統(tǒng)高度統(tǒng)一

ZK5840機床充分考慮工件結(jié)構(gòu)特性，采用回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)分度+水平進給運動，立柱固定而刀架垂直進給的結(jié)構(gòu)形式；對整機進行優(yōu)化設(shè)計，對各部件進行強度校核，重要零件進行有限元分析，確保了機床精度；整機機械、電氣、液壓及冷卻合理布局，操作和維修方便；控制系統(tǒng)和模塊化的驅(qū)動系統(tǒng)為應(yīng)用提供了極大的靈活性，軟件易學易用；同時配置便攜式電子手輪，整機可以實現(xiàn)三軸聯(lián)動。

3 結(jié)束語

根據(jù)實際需要研制出的ZK5840轉(zhuǎn)盤軸承專用高速數(shù)控鉆床，已經(jīng)通過用戶驗收并投入使用，各項技術(shù)指標均符合國家相關(guān)標準的規(guī)定，整機性價比高，綜合成本低，具有高速、高剛性及高分度精度等特點。該機床極大地提高了轉(zhuǎn)盤軸承孔加工的質(zhì)量及效率，降低了工人勞動強度，適合批量生產(chǎn)加工。