王 虹 王順江

(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司研發(fā)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 主軸箱

主軸箱作為數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合機(jī)床提供動(dòng)力的主要功能部件，其動(dòng)態(tài)特性要好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng);在加工曲軸所起到的作用是，首先加工主軸頸，主軸箱要提供帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)功能;其二，圓周多個(gè)曲拐頸角度不同，加工曲拐頸主軸箱要有C 軸分度功能;其三，由于曲軸工件上百噸，而且曲拐旋轉(zhuǎn)起來(lái)離心力很大，用原始機(jī)械配重空間體積太大，結(jié)構(gòu)不允許，因此開(kāi)發(fā)了用大功率雙電動(dòng)機(jī)偏載自動(dòng)平衡的第三條傳動(dòng)鏈新技術(shù);從圖1 主軸箱示意圖看，主軸箱為一封閉的箱體，內(nèi)部由筋板聯(lián)結(jié)。主軸支承在高精度滾動(dòng)軸承上，主軸系統(tǒng)具有很高的剛性。主軸箱有3 條傳動(dòng)鏈，第一條鏈為主傳動(dòng)鏈由直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，型號(hào)為Z4-315 -11，功率160 kW、安裝型式為B5，機(jī)械調(diào)速二級(jí)，總調(diào)速比為1∶150，使主軸獲得每分鐘0.5～75 轉(zhuǎn)速范圍;調(diào)速系統(tǒng)為西門子6RA70，611D 數(shù)字驅(qū)動(dòng)，主軸二級(jí)機(jī)械變速由電磁滑閥一油缸實(shí)現(xiàn)。主電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)與主軸箱的Ⅰ軸相聯(lián)，通過(guò)傳動(dòng)軸齒輪驅(qū)動(dòng)主軸，傳動(dòng)軸支承在滾動(dòng)軸承上。所有齒輪均采用磨齒工藝加工。主軸頂尖直徑為φ250 mm 法蘭式短錐柄頂尖，用螺釘和過(guò)盈的錐面配合緊固在主軸前端，法蘭端面與主軸前端面緊密壓靠，從而保證頂尖具有很高的剛性。

圖1 主軸箱示意圖

第二條鏈為C 軸鏈，由1FT6134-6AC71 1AG1，M=65 N·m拖動(dòng)，經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿降速連接主傳動(dòng)Ⅰ軸，使主軸獲得每分鐘0.001～0.5 轉(zhuǎn)速范圍;在大齒圈加阻尼、加夾緊，分度精度為±0.002°，用于加工曲拐軸頸時(shí)分度。

第三條鏈為補(bǔ)償工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的不平衡鏈，其作用是曲軸的不平衡通過(guò)平衡電動(dòng)機(jī)反向作用于主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償(利用主從電動(dòng)機(jī)在不同象限內(nèi)補(bǔ)償由于偏載引起的不平衡量)，平衡電機(jī)型號(hào)為Z4-280 -11，功率90 kW，安裝型式為B35，3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)安裝見(jiàn)圖2。

圖2 主軸箱3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)安裝外觀圖

上述3 條鏈結(jié)合脫開(kāi)均由電磁閥—油缸實(shí)現(xiàn)，變速到位后由主軸箱后面行程開(kāi)關(guān)發(fā)信號(hào)。

卡盤(圖3)與其它機(jī)床卡盤相同，與主軸一起回轉(zhuǎn)，4 個(gè)卡爪通過(guò)4 個(gè)MSP200 ×10 增力絲桿驅(qū)動(dòng)卡緊;但不同的是卡緊力雖大，卡爪剛性很弱。從圖3 中可看出，卡180 t 工件卡爪最小截面只有13 mm×160 mm，卡爪為彈性卡爪。

要強(qiáng)調(diào)的是卡盤必須有卡緊裝置(此卡盤帶有卡緊環(huán))，因旋風(fēng)刀架加工曲拐頸時(shí)遠(yuǎn)離主軸中心，產(chǎn)生一定的扭矩。

圖3 卡盤結(jié)構(gòu)圖

2 車削刀架

車削刀架用于加工曲軸主軸頸，刀具需采用彈性寬刀加工技術(shù)，(因精加工粗糙度需達(dá)到Ra0.4 μm 以內(nèi)，其它車床是不具備這個(gè)能力的，)具有自動(dòng)拉刀、自動(dòng)鎖緊功能;刀具要伸進(jìn)最大回轉(zhuǎn)拐頸處，加工主軸頸，懸伸長(zhǎng)，這就需要刀板有足夠的剛度和減振性能。

車削刀架由大拖板、中拖板，滑板組成，見(jiàn)圖4。大拖板、中拖板的移動(dòng)導(dǎo)軌均為閉式恒流靜壓導(dǎo)軌，平均單邊油膜厚度為0.03 mm。靜壓系統(tǒng)供油為“單腔——單泵”形式，由3 臺(tái)VOGEL 多頭油泵供油，兩層拖板均由西門子交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩軸聯(lián)動(dòng)，全閉環(huán)控制，中拖板橫向(X 軸)移動(dòng)為滾珠絲杠;大拖板縱向(Z 軸)移動(dòng)采用靜壓蝸桿—蝸母條，傳動(dòng)剛度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，靜壓蝸桿—蝸母條平均單邊油膜厚度為0.05 mm。橫向?qū)к墡в薪饘倏缮炜s防護(hù)罩，用于防止切屑和臟物，同時(shí)附加帶有滑板加工軸頸時(shí)的冷卻液防護(hù)裝置。

圖4 車削車架

滑板3 專門為曲軸加工設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5，在滑板3 上設(shè)計(jì)了減震孔2，在滑板3 頂部安裝了特殊彈性材料制成的阻尼減振板4，用以吸收切削時(shí)的振動(dòng)能量，減振效果良好，切削平穩(wěn)，有效保證了切削精度和粗糙度，這就是大型柴油機(jī)曲軸軸頸加工的特殊要求?；? 由西門子交流伺服機(jī)通過(guò)減速器、滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，行程700 mm?；? 前端帶有連接刀具的接納器7，刀具通過(guò)兩個(gè)拉桿6 和刀具放松油缸5，實(shí)現(xiàn)碟簧夾緊、液壓放松。刀具夾緊力60 kN，滑板3 行程到位后由4 個(gè)ZSF10000 滑板卡緊油缸1 夾緊?；? 頂面裝有阻尼減振板4，以提高工件的加工精度。

圖5 滑板結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)高精度數(shù)控重型旋風(fēng)切削加工機(jī)床各部件功能介紹和分析歸納為:

(1)對(duì)主軸箱研究了C 軸定位誤差補(bǔ)償方法和雙電機(jī)偏載自動(dòng)平衡新技術(shù)，保證主軸的分度精度，其動(dòng)態(tài)特性好，無(wú)振動(dòng)，是曲軸成型加工的特殊要求。

(2)有自動(dòng)拉刀、自動(dòng)鎖緊、減震功能的滑板式車削刀架能滿足大型柴油機(jī)曲軸軸頸加工的特殊需求。

［1］現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編.現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè):上下冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.7 版.北京:高等教育出版社，2001.