馬偉良 姜 輝 李立強 石志民 郝峻崧
(齊重數(shù)控裝備股份有限公司,黑龍江齊齊哈爾 161005)
目前,我國重型立式加工中心龍門架的立柱導軌一般采用一字型導軌結構,即立柱的兩個前導軌在同一平面內(nèi),橫梁與立柱前導軌結合部位為一平板狀結構,橫梁扭轉剛度低。并且,橫梁升降絲杠的中心位置一般在立柱前導軌的后部,由于一字型立柱導軌結構的限制,橫梁升降絲杠的中心在橫梁整體重心偏后的位置上,從而使立柱導軌承受橫梁沒有被平衡的傾覆力矩;在垂直刀架進行重載荷切削時,在切削力引起的傾覆力矩作用下,平板狀結構的橫梁扭轉變形嚴重,大大影響機床的加工精度。另一方面,目前重型立式加工中心龍門架橫梁平衡裝置一般采用機械重錘平衡結構,橫梁兩側的重錘平衡力不能隨著垂直刀架的移動而相應調整;在機床加工過程中,隨著垂直刀架的移動,橫梁整體重心在X軸方向是動態(tài)變化的,左、右重錘通過鋼絲繩施加給橫梁兩側固定不變的拉力,嚴重干擾了機床垂直刀架移動X軸和橫梁升降W軸的數(shù)控精度。
為了解決上述問題,我們對重型立式加工中心龍門架結構進行技術改進。首先,將立柱一字型導軌結構改進為階梯導軌結構,并將橫梁升降絲杠的中心位置和橫梁平衡裝置的平衡支點前移,使橫梁升降絲杠中心和橫梁的重心重合,使橫梁處于最佳受力狀態(tài);并通過階梯導軌結構提高橫梁的扭轉剛度,使立柱和橫梁導軌的受力狀態(tài)和總體布局結構更加合理,使立柱承受的整體扭轉力矩降至最小,從而大大提高龍門架的整體剛度。其次,將橫梁機械重錘平衡結構改進為雙油缸平衡結構,在垂直刀架移動過程中,雙油缸平衡力的大小可通過液壓伺服閥精確控制;改進后的雙油缸橫梁平衡結構具有隨動精確平衡橫梁載荷的特點,尤其是在垂直刀架移動過程中,數(shù)控系統(tǒng)可精確控制橫梁兩側平衡力的大小,從而精確控制固定在垂直刀架滑枕上刀尖的位置,因此大大提高重型立式加工中心垂直刀架X軸和橫梁升降W軸的數(shù)控精度。
雙油缸橫梁平衡裝置的工作原理是:在機床工作時,液壓油通過左、右油缸進油管進入左、右油缸體的內(nèi)部,左、右油缸平衡橫梁的重力分別通過左、右活塞作用到左、右立柱的根部,再通過立柱的地腳墊鐵傳導給地基,左、右油缸體內(nèi)液壓油的壓力分別通過左、右油缸壓力傳感器反饋給數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)控制左、右油缸的合力始終平衡橫梁70%以上的重量;垂直刀架在橫梁上的實際位置通過安裝在橫梁上的光柵尺反饋給數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)光柵尺反饋刀尖的實際位置,通過液壓伺服閥精確控制左、右油缸液壓油的壓力,將垂直刀架滑枕上刀尖的位置始終控制在機床的數(shù)控精度范圍內(nèi),因此大大提高了重型立式加工中心垂直刀架X軸和橫梁升降W軸的數(shù)控精度。
雙油缸橫梁平衡裝置和龍門架階梯導軌結構已在我公司的雙柱系列重型立式加工中心上投入使用,經(jīng)濟效果顯著。該結構現(xiàn)已被我公司正式申請了國家實用新型專利。圖1為重型立式加工中心龍門架結構。