吳俊勇，劉麗英，李浩，李靜

（云南CY集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000）

CY-SVTURN系列適用型智能數(shù)控立式車(chē)床的研發(fā)

吳俊勇，劉麗英，李浩，李靜

（云南CY集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000）

本文主要介紹了CY-SVTURN系列適用型智能數(shù)控立式車(chē)床的研發(fā)背景，主要技術(shù)參數(shù)的確定、關(guān)鍵技術(shù)的解決及典型被加工零件等內(nèi)容。

機(jī)床；立車(chē)；智能型

1 概述

近年來(lái)，用以加工汽車(chē)、機(jī)床、電子、航天、軍工等行業(yè)的盤(pán)類及短軸類零件的中小型適用型智能數(shù)控立式車(chē)床市場(chǎng)需求量連年遞增。為適應(yīng)這一市場(chǎng)需求，滿足加工不同規(guī)格的盤(pán)類及短軸類零件，迫切需要開(kāi)發(fā)一系列中小型適用型智能數(shù)控立式車(chē)床，這種機(jī)床要適用于批量大、精度高、尺寸一致性要求較嚴(yán)格的零件加工，要便于組成自動(dòng)化程度高的生產(chǎn)線，要是一種高效率、高精度、高質(zhì)量、高效益、低成本機(jī)床。CY-SVTURN系列適用型智能數(shù)控立式車(chē)床正是基于以上市場(chǎng)需求而研發(fā)的一款機(jī)床。

2 產(chǎn)品系列型普

根據(jù)各銷售公司的反饋及技術(shù)人員到用戶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，為滿足不同用戶的使用需求，決定CY-SVTURN系列產(chǎn)品推出以下幾種規(guī)格以供用戶選擇：CY-SVTURN20、CY-SVTURN25、CY-SVTURN32、CY-SVTURN40。

3 關(guān)鍵技術(shù)解決

3.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)的確定

現(xiàn)市場(chǎng)上類似規(guī)格的數(shù)控立式車(chē)床主要有兩種結(jié)構(gòu)形式。一是立柱+底座的結(jié)構(gòu)形式（圖1）。此結(jié)構(gòu)采用較多，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)床外形尺寸??；缺點(diǎn)是Z軸移動(dòng)部件重量大，而且都是懸伸的，重力產(chǎn)生的不平衡扭矩大，如何平衡是個(gè)難點(diǎn)。一般的解決方法是采用大規(guī)格的直線導(dǎo)軌+平衡油缸，或是用滾動(dòng)塊+平衡油缸平衡，但這兩者的成本都較高。另一種是底座+橫梁的結(jié)構(gòu)形式（圖2）。目前主要有沈一和寶雞采用。因?yàn)槠鋁軸導(dǎo)軌是固定在橫梁上（其底座和橫梁是固定在一起的），機(jī)床X軸方向精度容易保證，故最適合加工盤(pán)類零件；缺點(diǎn)是機(jī)床重量大、成本高。

綜合以上兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)討論論證，決定底座及立柱之間采用特殊布局（圖3），底座+立柱+動(dòng)柱，且X軸導(dǎo)軌采用三導(dǎo)軌的過(guò)定位結(jié)構(gòu)，這樣的布局既節(jié)省了空間又有效的提高了機(jī)床的切削剛性。

機(jī)床主機(jī)由床身、主軸箱、床鞍、滑板、主電機(jī)、X軸進(jìn)給、Z軸進(jìn)給、刀架等部分組成。床身上有供床鞍移動(dòng)的導(dǎo)軌。兩軸絲杠驅(qū)動(dòng)床鞍滑板，形成刀具的行走軌跡，主電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，為車(chē)削提供動(dòng)力。

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是研究工程結(jié)構(gòu)在滿足約束條件下按預(yù)定目標(biāo)（如重量最輕、造價(jià)最小等）求出的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要涉及對(duì)主機(jī)的強(qiáng)度校核、變形量計(jì)算及共振頻率計(jì)算。通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析，得出是否符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)論，并對(duì)偏離設(shè)計(jì)預(yù)定目標(biāo)的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行修正、改進(jìn)，最終達(dá)到我們所想要的設(shè)計(jì)結(jié)果。

3.3 關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計(jì)

底座：底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，材料采用高密鑄鐵，強(qiáng)度高，吸振性好。底座對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熱穩(wěn)定性極佳，底座上雙排屑口，使排屑更流暢。底座及立柱筋形布置合理，立柱直接固定在底座上，使機(jī)床具有很高的剛性；底座及立柱之間采用特殊布局，比目前市場(chǎng)上的數(shù)控立車(chē)更緊湊，外形尺寸更小，同時(shí)提高了機(jī)床的剛性和精度。

圖1

圖2

圖3

圖4

主軸：主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要通過(guò)三維有限元分析軟件，對(duì)主軸箱的整體剛度進(jìn)行分析。

主軸箱系統(tǒng)的靜剛度是主軸靜剛度、主軸軸承靜剛度和主軸箱靜剛度的綜合反映，同時(shí)還與軸承配置有關(guān)。

在計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于主軸前端懸伸量較小，使得主軸本身的剛度非常好。而加入軸承結(jié)合部后，系統(tǒng)剛度大幅下降，說(shuō)明軸承剛度對(duì)主軸箱系統(tǒng)總剛度的影響很大，是設(shè)計(jì)中需要重視的部分。因此，在主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們綜合考慮了主軸零件的加工精度、車(chē)削剛度等問(wèn)題。在加工精度和加工剛性上做了折中，選用前后圓柱滾子軸承+雙向推力球軸承的軸承布置（圖4），這樣主軸軸承回轉(zhuǎn)精度較球軸承支撐稍稍差一點(diǎn)，但整體剛性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于球軸承支撐，使得硬車(chē)時(shí)，主軸零件的表面車(chē)削質(zhì)量大大提高。

進(jìn)給系統(tǒng)：X軸、Z軸兩導(dǎo)軌采用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)加強(qiáng)規(guī)格直線滾柱導(dǎo)軌，在切削狀態(tài)下具有極高的剛度和敏銳的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，并配有自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，導(dǎo)軌精度高，使用壽命長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和高速進(jìn)給性能。X軸、Z軸滾珠絲杠采用臺(tái)灣或國(guó)產(chǎn)的高精度絲杠。兩軸均為直聯(lián)，在伺服馬達(dá)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)下表現(xiàn)高重復(fù)精度及應(yīng)付快速切削加工需求，并提高工件整體加工精度并維持極佳的切削剛性。

內(nèi)外防護(hù)：為滿足不同用戶需求，內(nèi)防護(hù)設(shè)計(jì)兩種不同的形式，一種是鎧甲是防護(hù)罩，外觀美觀但成本相對(duì)較高；另一種是普通多層鋼拉罩，成本較低，性價(jià)比高。

外防護(hù)采用全封閉一體式防護(hù)間，整體調(diào)運(yùn)，外觀宜人，占地面積小，防護(hù)門(mén)可根據(jù)用戶需求選擇自動(dòng)開(kāi)關(guān)和手動(dòng)開(kāi)關(guān)兩種控制方式，手動(dòng)開(kāi)關(guān)防護(hù)門(mén)可一只手同時(shí)控制兩個(gè)門(mén)的開(kāi)關(guān)，以騰出另一只手上下工件，有效的節(jié)省了人力的同時(shí)縮短了加工輔助時(shí)間，從而提高了加工效率。

4 結(jié)語(yǔ)

CY-SVTURN系列機(jī)床經(jīng)過(guò)樣機(jī)試制及性能對(duì)比試驗(yàn)、切削穩(wěn)定性試驗(yàn)等證明該機(jī)床符合設(shè)計(jì)要求，滿足市場(chǎng)需求，是一款高速、高效、高可靠性的適用型智能數(shù)控立式車(chē)床。

TG519.1

A

1671-0711（2017）04（下）-0174-02

本文系國(guó)家科技支撐計(jì)劃“云南省數(shù)控一代機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用示范”項(xiàng)目及科技創(chuàng)新強(qiáng)省計(jì)劃“VTC系列數(shù)控立式車(chē)床研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目的成果之一。