立式车铣复合加工中心一工作台分度装置的设计
CK5225精工龙门立车为双柱立式车床，适用于零件种类变化大的单件，小批量及大批量的零件加 工。该机床适用于加工形状复杂回转类零件，******加工直径2500mm，******加工髙度1600mm，可进行 内外圆柱面，内外圆锥面，车端面的加工。该机床适合以高速钢和硬质合金为刀具，对黑色金属、有 色金属和部分非金属类的零件进行粗、精加工。 随着机床制造水平的不断提高，在CIMT20I1中国国际机床展览会上，复合加工机床呈现增长趋 势，一些高精度零件通过车铣复合加工、车铣镗复合加工，甚至车铣镗磨淬火复合加工，实现一次装 夹完成整个零件的加工工序。根据设计要求，车铣复合加工是一些用户加工零件的必然选择，需要在CK5225工作台上设计分 度装置，分度精度15",重复分度精度4〃。具体范围是：①高速车削，n = 61r/min，不用分度控制。 ②ra=l~3r/min，需分度控制。1车铣复合加工总体方案布局査看CK5225-20002、30002装配图，车削装配图已经定型，传动系统固定，在此基础上增加铣削 分度装置，进行精工化改造设计（图1)。工作台的种类有3种，原理是相同的。根据CK5225精工立车的结构，采用变动量最小的结构设 计，还得达到要求的分度精度进行铣削加工。在CK5225精工立车增加了右侧交流伺服电机驱动的减速箱，用于铣削加工，这样车削传动链与 铣削传动链的末级齿轮与工作台上的齿圈构成了消隙结构，类似于双齿轮齿条结构。在车削时，右侧 交流伺服电机驱动的减速箱设有液压离合器，液压控制可实现齿轮啮合与脱开，脱开时只有左侧减速 箱传动。右侧铣削减速箱采用交流伺服电机与I轴直联，尽可能缩短传动链来提高分度精度。左侧车削减速箱由55KW、MDSP315S-8交流变频调速电动机驱动，变频调速，二级立轴变速箱 与工作台底座连接，变速由电磁滑阀控制变速油缸，变速拨叉推动滑移齿轮实现二级机械变速，通过 MDSP315S-8交流变频电动机调速，使工作台得到1 ~5〇r/min的转速。传动链如下所示：MDSP315S-8 交流 变頻调速电动机一 55kW 基速740r/mm降速比为^ = 1: 93.789, ；2 = 1 : 31.263,经过验算合理。査电机样本，MDSP315S-8电机在 210〇r/min时输出力矩210N.m。工作台产生的转矩M工=财电/ (…）=210/ [0.9 (1/31.263)]= 7294. 7N • m 〇采用交流伺服电机驱动精密减速箱，通过二级精密齿轮驱动回转工作台，工作台安装圆光栅进行 误差反馈，由精工系统插补进行补偿。2铣削工作台的结构设计与分析 铣削时工作台的定位、齿轮的消隙，再加上实际工作中的顺铣和逆铣，需要将车削齿轮、铣削齿 轮和铣削力矩进行定量匹配，确保工作台的定位位置和速度伺服控制。如•图2所示。2.1对于顺铁^^与财切是同向的，见&与财车是逆向的。M车设置成******只有600N•m的力矩输出，满力矩为5000N • m，可由精工系统通过对变频电机驱动器上的电流放大器进行参数设置实现。2.2对于逆铣M抗与M切、M车是逆向的。由于在铣削过程中，工作台要空载回转，必需满足在插补运动中，顺铣肯定是定位准 确的；当财时，交流伺服电机有定位、定速功能。逆铣时为了满足工作台的正常回转分度， 必需满足M抗>MW+M车，这就需要合理匹配力矩，首先，M车此时为防窜隙力矩，确保工作台回转时无 反向间隙，&必需设定一个最小值常数。似切为铣削时的切削力，可根据切削用量、加工材料确定一个******值常数。所以，力矩就可以 确定了，满足Ma>Ma+M车，可以设定为M株=M切+M车+ 150N.m，这样铣削工作时，驱动工作台的交 流伺服电机的扭矩和功率就确定了，计算如下：Ne=dxbxuxKFs/ (60xl02xl000i7)式中，况，铣削纯切削功率； < 加工深度mm; 6,切削宽度mm; u，机床工作台进给mrn/min; JCFs， 单位面积切削阻力kg/mm2; 77,机械效率。按照工艺手册选择切削用量，加工材料为铬钥钢，机械效 率为80%。iVe= 3x100x250x220/ (60x102x1000 x 0.8) =3. 37kW切削力矩 M切=9.55 x 106 P/n = 9.55x106x2. 37 / 127 = 254N • m这样铣削工作时，驱动工作台的铣削扭矩为：财枕=M切+M车+ 150N . m = 254+600+150N . m = 1004 N • m工作台铣削扭矩可取3000N . m，功率可取 15kW。换算到交流伺服电机：扭矩为450N . m， 功率为 15/0. 8 = 20kW。图3为立式车床工作台的俯视外观图，将车 削齿轮箱与铣削齿轮箱合二为一，T型槽工作台1 下部的大齿圈2不变，铣削齿轮3安装在车削齿 轮7的右侧，交流伺服电机4直接安装在车削和 铣削齿轮箱5的上部。当进行分度铣削时，由于车削传动链是阻碍 铣削传动链运动的，必然导致变频电机负载反转， 经过实践证明：这样是能够正常工作的，此时变 频电机充当的是安全阻尼器的作用，能有效的消 除工作台的反向间隙。3机电一体化控制从图3可知，铣削齿轮设计在车削齿轮的右 侧，一个与工作台齿圈的左侧面配合，另一个与工作台齿圈的右侧面配合，使传动背隙始终为零。工 作台齿圈按照精密齿轮制造，这样回转角度有偏差时可通过圆光栅反馈，由精工系统插补进行微量补偿，确保分度精度15"，重复分度精度4"。从图4可知，精工系统按照程序指令控制驱动器和控制器，对交流伺服电机和变频电机进行位置 和速度控制，使铣削用的工作台能够零背隙的旋转传动，铣削齿轮和车削齿轮运转的方向始终是相反 的，通过圆光栅做为角度传感器，保证工作台回转精度要求。 图5为圆光栅的安装图，圆光栅分为定子和转子两部分，概括地说，将定子安装在中间不转的固 定轴上，转子安装在旋转的T型槽工作台上，只要注意圆光栅上的电缆通过固定空心轴内部穿过，再 从工作台底座引出，具体的设计可参看图纸，这里不在赘述。这样，圆光栅就可以检测工作台的角度 分度值和偏差，由精工系统进行插补对分度进行量化控制。当铣削时工作台需要正反两方向运动时， 铣削齿轮箱的二级齿轮有反向间隙，低速（l~3r/min)。 工作台静压导轨有死区误差，两者的量值在总装后可以实测到，在精工系统中进行误差补偿，这 样铣削时工作台可以随时正反方向运动，不会影响加工精度。4 结语通过上面的分析，在CK5225工作台上进行分度是可行的，运用创造性思维实现了常规设计方法 无法实现的铁削分度功能，为车铁复合加工机床的开发提供了可行路径。进行车铣工作台的精工化改 造，再在垂直刀架滑枕上配置各种铣削头，即可进行各方位的多面铣削加工，满足各种零件的车铣加 工要求，经济实用地提高机床的加工精度，成为名副其实的立式车铣复合加工机床。本文由海天精工整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！