湖南大學(xué) 劉 堅(jiān)

長(zhǎng)沙思勝智能設(shè)備有限公司 趙建華

一、概述

公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的L55720上拉式內(nèi)拉床采用全新框架式結(jié)構(gòu)，整體性好，主體部件均通過(guò)有限元和在線仿真分析。該機(jī)床屬于全護(hù)送雙油缸立式內(nèi)拉床，在拉削過(guò)程中采用拉刀固定、工件運(yùn)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)全護(hù)送（即拉削工件時(shí)，下夾頭夾緊拉刀前刀柄不松開(kāi)、上夾頭套住拉刀后刀柄外圓，直至工件拉削快完成時(shí)，上夾頭才退出后刀柄）。機(jī)床結(jié)構(gòu)選用全新的直線滾珠導(dǎo)軌副實(shí)現(xiàn)拉刀接刀或送刀，保證機(jī)床的拉削精度。主液壓系統(tǒng)采用伺服電機(jī)控制雙油缸驅(qū)動(dòng)，消除拉削過(guò)程中的顛覆力矩，機(jī)床工作時(shí)的震動(dòng)明顯減小，噪音也得到有效控制，較之傳統(tǒng)電機(jī)下降40%。電控操作系統(tǒng)使用西門子系列，簡(jiǎn)單易操作，除基本配置以外，此機(jī)型還增加了，自動(dòng)調(diào)刀系統(tǒng)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)，采用二次退料，極易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連線。此機(jī)床主要用于拉削各種零件內(nèi)孔、內(nèi)花鍵、單鍵，生產(chǎn)率高，產(chǎn)品精度穩(wěn)定，安裝維修方便，每個(gè)循環(huán)拉削一至三個(gè)零件，適用于成批大量生產(chǎn)。通過(guò)更換主、輔刀夾頭、工裝及拉刀，能拉削不同形狀及尺寸的產(chǎn)品，適用于不同品種的批量生產(chǎn)。

圖1

二、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

相比單油缸上拉式拉床優(yōu)勢(shì)：雙油缸拉床拉削更為平穩(wěn)；拉削孔中心和主油缸活塞桿運(yùn)動(dòng)中心在一個(gè)平面上，沒(méi)有單油缸拉床工作時(shí)的翻轉(zhuǎn)力矩，拉床作為斷續(xù)重切削機(jī)床，工作時(shí)的震動(dòng)是影響拉削精度和考核機(jī)床設(shè)計(jì)能力的關(guān)鍵指標(biāo)，此類機(jī)床大大降低了工作時(shí)的震動(dòng)，提高了拉削精度；（對(duì)比圖片）

圖2 雙油缸上拉式內(nèi)拉床

圖3 雙立柱上拉式內(nèi)拉床

相比傳統(tǒng)雙立柱上拉式拉床，此類拉床原理相同但如何控制雙油缸的同步性是關(guān)鍵所在。我們充分考慮國(guó)內(nèi)材料和工藝的實(shí)際情況，采取的還是主運(yùn)動(dòng)軌道為55°燕尾導(dǎo)軌，經(jīng)過(guò)幾十年的驗(yàn)證，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，且長(zhǎng)時(shí)間使用磨損后間隙可做補(bǔ)償調(diào)整，主滑板采用長(zhǎng)滑板形式，有效增強(qiáng)了拉削剛性，同時(shí)在伺服數(shù)字化控制雙油缸同步的基礎(chǔ)上也可起到機(jī)械式幫助雙油缸同步的效果，精度穩(wěn)定可靠，主滑動(dòng)面采用傳統(tǒng)刮研工藝，配合間隙嚴(yán)格控制在0.03～0.04mm之間，滑動(dòng)面布有潤(rùn)滑油槽，工作時(shí)可形成一層油膜，不易磨損。主輔滑板為獨(dú)立導(dǎo)軌，輔滑板用直線導(dǎo)軌負(fù)責(zé)接送刀等動(dòng)作，滑板均可單獨(dú)調(diào)整，精度不互相影響，也方便了后期的維護(hù)保養(yǎng)。自動(dòng)調(diào)刀采用步進(jìn)電機(jī)控制絲桿螺母的結(jié)構(gòu)，安全精準(zhǔn)，可快速實(shí)現(xiàn)刀具更換。液壓系統(tǒng)采用伺服電機(jī)控制日本住友齒輪泵，工作時(shí)全力輸出，待機(jī)時(shí)降速節(jié)能，伺服系統(tǒng)精確供油保證主輔滑板位置度精準(zhǔn)控制，先進(jìn)的液壓原理使得拉削平穩(wěn)，震動(dòng)小，噪音小，節(jié)能環(huán)保，并且主滑板不存在傳統(tǒng)液壓拉床滑車的現(xiàn)象。

三、產(chǎn)品性能介紹

在雙油缸立式內(nèi)拉床的研發(fā)制造過(guò)程中，長(zhǎng)沙思勝智能設(shè)備有限公司與湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院成立聯(lián)合課題小組，對(duì)機(jī)床的液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)化且穩(wěn)定可靠做了大量研究和試驗(yàn)。液壓站較之傳統(tǒng)機(jī)型減少三分之一的液壓元件，在雙油缸消除不同步的技術(shù)攻關(guān)上做了大量驗(yàn)證，通過(guò)劉堅(jiān)博士團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)建模仿真分析，結(jié)合實(shí)際工況下其對(duì)精度的影響，不斷修改受力結(jié)構(gòu)，直至達(dá)到滿意的效果。目前雙油缸上拉式內(nèi)拉床機(jī)的振動(dòng)控制，機(jī)床穩(wěn)定性和重復(fù)精度均達(dá)到國(guó)外先進(jìn)技術(shù)同水平。

其主要技術(shù)參數(shù)如下：

額定拉力200 kN；額定行程1600mm；拉削速度（無(wú)級(jí)調(diào)速）1～10 m/min；主滑板返回速度（無(wú)級(jí)調(diào)速）1～20 m/min；接送刀機(jī)構(gòu)最大行程450 mm；接刀速度（相對(duì)于主滑板）1～10 m/min；送刀速度（相對(duì)于主滑板）1～10 m/min；工作臺(tái)平面尺寸（長(zhǎng)×寬）600×500 mm；最大工件外徑X厚度φ160×400 mm；工作臺(tái)孔徑φ140×2-φ75 mm；最大拉刀長(zhǎng)度1800mm。

序號(hào) 主要指標(biāo) 國(guó)外 國(guó)內(nèi) 本產(chǎn)品1額定拉力 200 200 200 2額定行程 1600mm 1600 1600mm 3 拉削速度（無(wú)級(jí)調(diào)速） 1～8m/min 1-8 1-10 4 返回速度（無(wú)級(jí)調(diào)速） 2-10 1-10 1-20 5 最大工件外徑X厚度 φ160×380 φ160×360 φ160×400 6最大拉刀長(zhǎng)度 1800 1800 1800 7拉削精度 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.02

四、新技術(shù)應(yīng)用情況

（1）液壓系統(tǒng)伺服控制，減少了液壓件數(shù)量，可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化輸入輸出，系統(tǒng)數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)反饋，在待機(jī)狀態(tài)下降低轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，較之傳統(tǒng)三相異步電機(jī)噪音大大減小，油箱體積相應(yīng)減小。

（2）機(jī)床配備二次推料機(jī)構(gòu)，機(jī)床上下料位置均在機(jī)床防護(hù)外，對(duì)操作者更安全可靠，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連線，目前所銷售的機(jī)型均采用自動(dòng)上下料（可搭配桁架或關(guān)節(jié)機(jī)器人），根據(jù)客戶實(shí)際產(chǎn)量機(jī)床可定制1～3工位，將性價(jià)比發(fā)揮至極致。

（3）標(biāo)配自動(dòng)調(diào)刀裝置，不同的品種對(duì)應(yīng)的刀具長(zhǎng)度也不同，為加快加工節(jié)拍，可設(shè)計(jì)為一鍵式調(diào)刀，通過(guò)手動(dòng)在操作屏上進(jìn)行刀具參數(shù)設(shè)置，后期更換品種直接選擇品類號(hào)，快速匹配拉刀長(zhǎng)度。

（4）選配自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)多采用吊刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換刀具，而自動(dòng)換刀系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一鍵切換全自動(dòng)換刀，機(jī)械手讀取刀具旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，按此數(shù)據(jù)機(jī)械手進(jìn)行刀具抓取，直接放置在指定工位處，刀庫(kù)和工裝庫(kù)帶防錯(cuò)功能，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)不匹配立即報(bào)警停機(jī)。

換刀機(jī)械手

刀具庫(kù)

（5）機(jī)床采用全新框架式結(jié)構(gòu)，不存在漏水漏油現(xiàn)象，冷卻系統(tǒng)采用高低壓結(jié)合，床身沖屑大流量，刀具沖屑高壓力，具有先進(jìn)的操作系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)介面能顯示出刀具的移動(dòng)位置以及拉削速度或返回速度，同時(shí)可任意設(shè)定拉削距離，能直觀地觀察到在拉削過(guò)程中工作壓力變化值和各種狀態(tài)。對(duì)于各種故障能自動(dòng)顯示出故障的所在位置且給予報(bào)警。拉削力及拉削速度均采用電液伺服閥，可在操作屏上通過(guò)觸摸鍵任意設(shè)定。

雙油缸上拉式內(nèi)拉床三維圖

五、成果應(yīng)用及推廣情況

雙油缸上拉式內(nèi)拉床在中國(guó)有著廣闊的市場(chǎng)前景，產(chǎn)品需求量大，可廣泛適用于汽車、工程機(jī)械、軍工、航天和農(nóng)機(jī)等行業(yè)。長(zhǎng)沙思勝智能經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員2年多時(shí)間的潛心研發(fā)與制造，技術(shù)優(yōu)勢(shì)已在行業(yè)內(nèi)得到廣泛的認(rèn)可，浙江萬(wàn)向、天海同步器、江蘇馳翔等眾多企業(yè)使用了此類型機(jī)床，穩(wěn)定性和加工精度得到了客戶的一致好評(píng)，為提升我國(guó)民族工業(yè)國(guó)產(chǎn)化水平起到了積極的推動(dòng)和示范作用。我們?cè)谙码A段的工作中，將繼續(xù)加大科技創(chuàng)新平臺(tái)和軟實(shí)力提升，為振興民族工業(yè)發(fā)展、為湖南智能制造和傳承原中國(guó)機(jī)床十八羅漢做出更大努力。 □