王 維

(宜昌長(zhǎng)機(jī)科技有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443003)

風(fēng)力發(fā)電行業(yè)迅猛發(fā)展，需要大量?jī)?nèi)齒齒圈，且模數(shù)大、齒寬寬，采用傳統(tǒng)插齒加工工藝已經(jīng)無(wú)法滿足整個(gè)行業(yè)的需求，市場(chǎng)上迫切需求一種效率更高，加工范圍更大，操作使用更為方便的機(jī)床。針對(duì)這一市場(chǎng)需求我公司專門開(kāi)發(fā)了一款新型齒輪加工機(jī)床YK83350數(shù)控高速銑齒機(jī)，機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

機(jī)床由床身、立柱、工作臺(tái)、銑刀架等主要部件組成。該機(jī)床采用成型硬質(zhì)合金銑刀加工大型齒圈，效率是傳統(tǒng)滾切法的10 倍，屬于大切削量、大走刀速度的切削方式。為增強(qiáng)機(jī)床的切削剛性，機(jī)床采用了雙層壁蜂窩筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，立柱設(shè)計(jì)重量達(dá)到了12 t、刀架溜板部分重量6 t、刀架配重鐵4 t、為保證總重超過(guò)20 t 的立柱在床身上移動(dòng)自如，機(jī)床床身導(dǎo)軌設(shè)計(jì)采用了滾滑復(fù)合導(dǎo)軌，在實(shí)際應(yīng)用中取得了不錯(cuò)的效果。

1 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌分析

隨著數(shù)控機(jī)床和精密加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)床導(dǎo)向系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，它是決定機(jī)床加工精度、工作效率和使用壽命的重要因素。許多設(shè)備都選用國(guó)內(nèi)外專業(yè)工藝裝備廠生產(chǎn)的機(jī)床功能部件——直線滾動(dòng)導(dǎo)軌作為導(dǎo)向支承。由于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌使用淬硬的導(dǎo)軌和預(yù)緊(無(wú)間隙)的滾珠或滾柱滑塊作為接觸副，所以具有摩擦系數(shù)小、承載能力大、剛性好、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可達(dá)到很高的進(jìn)給速度和定位精度。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的滑動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.003～0.004，而傳統(tǒng)的貼塑導(dǎo)軌f=0.04，鑄鐵導(dǎo)軌f=0.12，可見(jiàn)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦阻力僅為傳統(tǒng)導(dǎo)軌的1/10～1/30。對(duì)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌而言，很小的進(jìn)給力就能推動(dòng)立柱前后移動(dòng)，其低摩擦系數(shù)特性非常適用于銑齒機(jī)的立柱進(jìn)給系統(tǒng)，可以有效避免機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。但采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床極易產(chǎn)生振動(dòng)，大型數(shù)控銑齒機(jī)采用的刀具是鑲片成型銑刀，屬于斷續(xù)切削，切削過(guò)程中使機(jī)床床身受到很大的沖擊，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副阻尼極低，抗振性能很差，這周期性的沖擊極易使機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致加工表面產(chǎn)生形狀誤差和波紋，而對(duì)閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)還可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

2 滾滑復(fù)合導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了克服直線導(dǎo)軌抗振性差的缺點(diǎn)，我們本次機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了滾滑復(fù)合導(dǎo)軌，即滾動(dòng)導(dǎo)軌與貼塑導(dǎo)軌并用的辦法。如圖2 所示。

在床身導(dǎo)軌8 的中間設(shè)置一條輔助導(dǎo)軌5，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘1，壓縮彈簧3 加大作用在滾動(dòng)軸承壓在輔助導(dǎo)軌5 上的力F'，從而使作用在床身導(dǎo)軌8 上的壓力減小為F-F'。摩擦系數(shù)不變，壓力變小，床身導(dǎo)軌8 的摩擦阻力減小。輔助導(dǎo)軌5 上由于是滾動(dòng)體，摩擦阻力幾乎可以忽略，從而使運(yùn)動(dòng)部件能靈活移動(dòng)。

3 卸荷系數(shù)的確定

卸荷量的大小用卸荷系數(shù)a 表示。

式中:F'為卸荷裝置承受的載荷，F(xiàn) 為滑動(dòng)導(dǎo)軌和卸荷裝置所受的總載荷。a 如取得太小，則卸荷裝置起的作用太小，支撐導(dǎo)軌面壓力仍然很大，摩擦阻力仍較大，對(duì)低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的提高不大，對(duì)導(dǎo)軌耐磨性提高也不大。如a 取得太大，卸荷裝置承受的載荷太大時(shí)又會(huì)使運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生漂浮現(xiàn)象。因此卸荷系數(shù)應(yīng)根據(jù)對(duì)機(jī)床的不同要求選取，對(duì)于大型機(jī)械或重型機(jī)床，減輕導(dǎo)軌載荷是主要目的，應(yīng)取大值(a≈0.7)，對(duì)于高精度機(jī)床或儀器，應(yīng)優(yōu)先考慮導(dǎo)向精度和運(yùn)動(dòng)靈敏性，可取較小值(a≤0.5)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證該卸荷機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)精度的影響，我們?cè)诓煌男逗上禂?shù)的情況下，分別對(duì)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和重復(fù)定位精度進(jìn)行了檢測(cè)，如表1 和表2。

表1 測(cè)量評(píng)定項(xiàng)目目標(biāo)值

表2 實(shí)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)

從表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)機(jī)床卸荷滾輪不起作用的時(shí)候，第一組檢測(cè)數(shù)據(jù)反應(yīng)出機(jī)床定位精度出現(xiàn)嚴(yán)重的超差現(xiàn)象，定位精度達(dá)到0.08 mm，超過(guò)機(jī)床允許值0.055 mm;當(dāng)機(jī)床卸荷系數(shù)為0.3 時(shí)，重新檢測(cè)立柱定位精度可以發(fā)現(xiàn)測(cè)得的定位精度值明顯減小，減小至0.042 mm;當(dāng)機(jī)床卸荷參數(shù)達(dá)到0.5 時(shí)，再次檢測(cè)機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度，測(cè)得數(shù)據(jù)為定位精度0.018 mm，重復(fù)定位精度0.012 mm，均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求;當(dāng)機(jī)床卸荷參數(shù)達(dá)到0.7 時(shí)，測(cè)得定位精度0.015 mm 和重復(fù)定位精度0.008 mm，定位精度進(jìn)一步提高了，說(shuō)明將滾滑復(fù)合導(dǎo)軌應(yīng)用在大型機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是取得了一定的效果。

有些高精度數(shù)控機(jī)床和機(jī)械裝置，其導(dǎo)軌副處在伺服控制系統(tǒng)的位置閉環(huán)內(nèi)，不僅要求導(dǎo)軌副有高靈敏度，還要有適當(dāng)?shù)恼承宰枘崽匦裕苑乐乖谥苿?dòng)過(guò)程中產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。這種新型滾滑復(fù)合導(dǎo)軌綜合了滾動(dòng)和塑料導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)，它承載能力大、靈敏度和定位精度高并有適當(dāng)?shù)恼承宰枘崽匦?。這種超靜定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅承載力大、移動(dòng)靈敏而且有較高的剛度。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的切削實(shí)驗(yàn)，該機(jī)床性能良好，達(dá)到了預(yù)期的效果，尤其針對(duì)高強(qiáng)度，高精度切削加工上表現(xiàn)較為明顯。實(shí)踐表明滾滑復(fù)合導(dǎo)軌的使用不但提高了機(jī)床的加工精度，同時(shí)提高了機(jī)床的抗振性。

［1］夏寶林.卸荷裝置在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用［J］.機(jī)械工人，2005(8).

［2］張成興.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在機(jī)床上使用應(yīng)重視的幾個(gè)方面［J］.機(jī)械工程師，1999(3).