劉靜，李玉川，劉丹丹，薛廷進(jìn)

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039;2.航空精密軸承國家重點(diǎn)實驗室，河南 洛陽 471039)

1 轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔加工工藝分析

風(fēng)電偏航、變槳軸承等特大型轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)、外圈端面帶有很多各種不同類型的孔(圖1)，其中外圈安裝孔局部圖如圖2所示，圖中：D為外徑；d為內(nèi)徑；H為軸承高度；A為軸承端面安裝孔中心徑，一般尺寸范圍為φ1 700～4 000 mm；a為安裝孔直徑，一般尺寸范圍為φ20～45 mm。特大型轉(zhuǎn)盤軸承外形尺寸大、安裝孔直徑大且數(shù)量多，安裝孔的加工精度和生產(chǎn)效率十分關(guān)鍵。

目前國內(nèi)安裝孔的加工方法主要有2種，一種是采用分度臺劃線后固定在普通搖臂鉆床上進(jìn)行孔加工，由于普通搖臂鉆床的工作臺尺寸小，通常需要在工作臺上再放置一個工字鋼焊接的支架，該鉆孔方式的分度精度、定位精度和生產(chǎn)效率都較低；另一種是在龍門式加工中心上改型，采用自動插補(bǔ)、雙坐標(biāo)進(jìn)給的方式進(jìn)行孔加工，其鉆孔精度高,但對于單一環(huán)形均勻分布的安裝孔，該加工方法成本高。

圖1 特大型轉(zhuǎn)盤軸承

圖2 外圈安裝孔局部圖

因此，有必要對轉(zhuǎn)盤軸承鉆孔機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，充分考慮工件的安裝定位和分度加工，保證高速、高效的完成安裝孔的加工。

2 機(jī)床總體設(shè)計

根據(jù)實際需求，新設(shè)計的轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔分度鉆孔機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由床身、動立柱、工作臺、主軸、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和防護(hù)裝置等組成，能夠垂直、水平和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。床身固定在地基上并支承立柱和主軸；由西門子802D數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服電動機(jī)驅(qū)動動立柱在床身上做水平進(jìn)給運(yùn)動；主軸通過伺服電動機(jī)帶動沿立柱做垂直進(jìn)給運(yùn)動，由數(shù)控系統(tǒng)控制的動力主軸做鉆孔切削；回轉(zhuǎn)工作臺固定在地基上，由數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服電動機(jī)驅(qū)動做回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動。

圖3 特大型轉(zhuǎn)盤軸承分度鉆孔機(jī)

2.1 床身

床身采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵鑄造而成，其上安裝滾柱導(dǎo)軌副支承的動立柱，床身右端安裝伺服電動機(jī)，通過減速器驅(qū)動精密滾珠絲杠副，帶動動立柱部件做水平進(jìn)給運(yùn)動。當(dāng)動立柱進(jìn)給到位后，液壓啟動，2個夾緊滑塊將導(dǎo)軌夾緊，限制動立柱在加工過程中的振動。支承軸承采用高精密滾珠絲杠用軸承，確保進(jìn)給精度和剛性。直線光柵尺的測頭安裝在床身側(cè)面，可以對水平進(jìn)給進(jìn)行閉環(huán)控制，實現(xiàn)工件的精確加工。

2.2 動立柱及主軸

動立柱及主軸是整個機(jī)床實現(xiàn)鉆削加工的功能部件，主要由動立柱、刀架、精密滾珠絲杠副、精密滾柱導(dǎo)軌單元、動力鉆削主軸單元、平衡油缸配重裝置、大功率主軸電動機(jī)和伺服電動機(jī)等組成。動立柱上端裝有伺服電動機(jī)，通過減速器驅(qū)動的滾珠絲杠副使主軸部件沿立柱上下運(yùn)動。鉆削主軸采用高速精密主軸單元，具有刀具內(nèi)冷和松拉刀功能，確保了刀具高速切削時斷屑和刀具的冷卻需要。為了保證垂直進(jìn)給平穩(wěn)，配置了液壓平衡缸裝置。

2.3 回轉(zhuǎn)工作臺

回轉(zhuǎn)工作臺固定在地面上，依靠回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)帶動工件旋轉(zhuǎn)，達(dá)到分度的目的。工作臺采用圓光柵定位，保證分度及重復(fù)定位的精確性。重復(fù)定位精度為5"，分度精度為8"。工作臺上安裝有胎具，用于工件的固定。

2.4 液壓系統(tǒng)

機(jī)床配置2臺液壓站，一臺液壓站用于回轉(zhuǎn)工作臺的靜壓導(dǎo)軌浮起、鎖緊油缸夾緊和導(dǎo)軌靜壓潤滑，壓力分別為5 MPa和1 MPa；另一臺液壓站用于主軸刀具的松拉刀、精密導(dǎo)軌副夾緊滑塊的鎖緊以及主軸等的液壓平衡，主軸拉刀油缸壓力范圍為4.5～5.5 MPa，夾緊滑塊壓力范圍為8～15 MPa，液壓平衡油缸壓力為4.5 MPa。

2.5 刀具冷卻

機(jī)床刀具冷卻采用專用冷卻過濾裝置，系統(tǒng)壓力可達(dá)4 MPa，流量40 L/min。鉆削主軸帶有中空出水裝置，乳化液經(jīng)冷卻油泵通過管路進(jìn)入主軸內(nèi)，對刀具進(jìn)行冷卻，滿足強(qiáng)力高速鉆削的需要。

2.6 防護(hù)裝置

由于鉆削加工切屑較多，且冷卻乳化液壓力、流量較大，機(jī)床配置了接水盤和局部防水護(hù)罩，可以有效防止鐵屑和冷卻液飛濺，最大限度避免冷卻液流入地坑。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

大型數(shù)控金屬切削機(jī)床首先要求有足夠的剛度和強(qiáng)度，以確保機(jī)床加工精度；其次要求數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行宜人化設(shè)計，硬件方便操作，軟件易學(xué)易用；同時具備各種防護(hù)措施，避免操作過程中產(chǎn)生意外。轉(zhuǎn)盤軸承分度鉆孔機(jī)的技術(shù)重點(diǎn)如下。

3.1 機(jī)床剛性

由于工件尺寸大、孔數(shù)多，鉆孔深度大，切削量較大，且要求快速進(jìn)給，加工中容易產(chǎn)生振動，因此對整機(jī)剛性要求很高。運(yùn)動件質(zhì)量大需要較大的驅(qū)動力，使傳動絲杠等零件的尺寸增加，制造成本增加。在床身、動立柱、動力頭等大型鑄件設(shè)計中，合理布置筋板，做出三維造型后進(jìn)行有限元分析，對薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，通過反復(fù)修正以達(dá)到質(zhì)量相對較輕且剛性好，解決高速切削、高剛性與立柱、主軸部件質(zhì)量的矛盾。

3.2 分度精度

工作臺在成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上根據(jù)鉆孔剛度要求改型制造，采用靜壓導(dǎo)軌，通過西門子伺服電動機(jī)帶動高精度齒輪傳動，并采用消除間隙結(jié)構(gòu)。工作臺中心配置海德漢圓光柵，數(shù)控系統(tǒng)通過圓光柵的反饋進(jìn)行精確分度。

3.3 程序設(shè)計

針對鉆孔過程中出現(xiàn)扭矩增大，刀具易折斷在孔內(nèi)的問題，設(shè)計自動提刀程序。當(dāng)系統(tǒng)檢測到鉆削扭矩突然增大時，程序啟動，停止鉆削后刀具提升。

3.4 數(shù)控系統(tǒng)

整機(jī)通過配置先進(jìn)的驅(qū)動、檢測等功能部件，驅(qū)動實現(xiàn)三軸運(yùn)動，即Y軸(動立柱水平進(jìn)給電動機(jī))、Z軸(主軸部件垂直進(jìn)給電動機(jī))、B軸(工作臺回轉(zhuǎn)電動機(jī))。

4 應(yīng)用效果

以某三排圓柱滾子組合轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈安裝孔加工為例(軸承參數(shù)A=3 358 mm，H=258 mm，a=45 mm，孔數(shù)量為72個)，采用傳統(tǒng)加工設(shè)備和新設(shè)備加工后的檢測結(jié)果見表1。由表可知，采用新設(shè)備的孔加工精度、效率均得到提高。目前，該設(shè)備已投入運(yùn)行2年多，各項技術(shù)指標(biāo)均滿足要求，極大地提高了轉(zhuǎn)盤軸承孔加工的效率，降低了工人勞動強(qiáng)度，適合長期連續(xù)加工。

表1 新、舊加工設(shè)備的結(jié)果對比