双主轴数控车床总体的设计思路

　　双主轴数控车床设计的总体布局

　　本机床为机、电、液一体化设计。机床采用了卧式60°倾斜床身导轨形式，具有结构紧凑、布局先进合理、排屑性能好、操作方便等优点，而且便于配置工业机器人，为全自动和无人化生产提供了方便。机床内外防护采用了全封闭框架式结构，很好地解决了三防问题(防冷却液、油及铁屑)，同时也给机床的维修提供了较大的空间及灵活性。主机部分主要由床身、左主轴箱、右主轴箱、床鞍、纵向、刀盘、马达及卡盘油缸装置等部分组成。

　　机床性能特点

　　本机床为卧式双主轴数控车床，采用三轴控制。左主轴完成加工后，右主轴可自动完成对已加工部位的夹持，满足机床对零件未加工部位的车削加工，从而实现零件的完全车削加工。适用于汽车、化工、机电、航天航空等行业零件的加工。机床可对盘类零件和轴类零件进行各种曲面、端面及螺纹的车削加工。实现了工件一次装夹多工序加工，即实现一机功能集成化，使机床成为真正意义上的高速高效的数控机床。

　　本机床选用德国S主EMENS 810D数控系统，左主轴由11/15kW的1 PH7型交流主轴伺服电机通过皮带将动力传递到主轴上。右主轴由10.1/13kW的1PH2型内置式交流电主轴直接驱动主轴。右主轴通过扮杠螺母副在纵向作可编程运动，从而可实现更多可能的加工方案。X、Z1、 Z2车由进给系统采用先进的1FK型交流伺服电机控制。机床纵横向导轨均采用日本THK生产的2级精度的直线滚动导轨。刀盘装置由意大利的SM型动力刀塔加自型设计的十二位双面刀盘组成，以实现回转类零件的完全加工。使机床具各动态性能好、无爬行、定位精度高以及性能稳定可靠等特点。

　　机床的关键技术

　　本机床各功能部件布局紧凑合理，外观造型宜人，功能齐全，排屑方便，三防效果好，机床操纵台采用旋转式结构，操作简中、安全。机床在设计制造中攻克了以下几个关键技术。

　　电主轴

　　当机床需要配置电主轴时，一般有两种途径:一是直接购买成品的电主轴单元。这种方式不但成本较高，而且还可能因规格有限，外形和安装尺寸难以满足机床要求，而对机床的整体布局和性能产生不利影响。二是由数控系统供应商提供电主轴关键零件，如转子、定子及冷却套。其它零件由机床厂自行设计、制造。这样不仅大幅度降低了成本，同时还能满足机床的整体布局。本机床电主轴(右主轴箱)就是自行开发设计的，具体结构采用德国1PH2型电主轴，将其与主轴箱、主轴等零件组装在一起，通过转子与主轴的过盈配合，使动力直接作用在主轴上。在设计和制造中需解决两个技术难点，即电主轴的发热问题和电主轴的动平衡问题。

　　电主轴最突出的问题之一是内藏式高速主电动机的发热。由于主轴轴承离主电动机较近，电动机的发热会直接降低轴承的工作精度，如果主电动机的散热问题解决不好，将直接影响机床工作的可靠性。为解决这一难题所设计了高速电主轴的外循环水冷却系统。在主电动机定子的外面设计了带螺旋槽的冷却套，机床工作时，冷却水在该螺旋槽中连续流动，将主电动机运转中产生的热量及时、迅速地带走。冷却水的流量可按主电动机的发热量进行计算。经过计算本机床选用制冷量为3kW的制冷机。主轴轴承的发热也是电主轴发热的另一个主要热源，由于本机床电主轴的运转速度最高设为3500 r/min,主轴轴承发热不突出，经设计校核没必要采取油雾润滑的冷却措施，采用脂润滑方式即能满足使用要求。

　　电主轴运转部分微小的不平衡量，都会引起较大的离心力，造成机床的振动，影响加工精度和表面质量。因此必须对电主轴进型严格的动平衡。主轴及主轴上的零件都要经过十分精密的加工、装配和调校，使主轴组件动平衡精度达到0.4级以上的水平。在设计电主轴时，一是必须严格遵守结构对称性原则，键连接和螺纹联接在电主轴上被禁止使用。电动机转子与机床主轴之间用过盈配合来实现扭矩的传递，过盈量应按所传递的扭矩来计算，其值有时高达0.08~0. lOmm。另一个保证主轴动平衡的措施是在主轴上设计一个平衡环，在平衡环上对称地加工出16~24个直径略有不同的螺纹孔(M4或M6)。当电主轴组装完毕后，根据动平衡机的测试结果，在一定的方位上，旋入相应的平衡螺钟并调节其旋入深度，直到完全达到动平衡精度后，用环氧树脂将这些平衡螺钟固化。

　　右主轴同轴度

　　为实现盘、套类零件的完全加工，本机床的了。右主轴同轴对置，并且右主轴可在轴向移动进行工件的交换。由于工件的交换是在主轴运转的情况下进行，这就对了。右主轴的同轴度及转速的同步提出了很高的要求。同轴度允差≤0.01 mm(半径值）。为解决这个问题，设计时，在右主轴箱体的A、B面上增加镶条结构，装配过程以左主轴为基准，分别通过调整右主轴上的镶条1,镶条2来调整A、B面，从而达到左右主轴的同轴要求。转速同步100％。为解决转速同步问题，设计时分别在左右主轴上安装了分辨率为1024线的增量式编码器，用于速度反馈，同时还开发设计了同步主轴功能和同步控制程序。经过现场验证，机床转速在2300rpm以下可完全实现同步。

　　十二位双面刀盘装置

　　由于该机床采用了双主轴同轴对置和单刀架布局，因此设计刀盘时，必须解决该装置即能加工左主轴上的工件，亦能加工右主轴上的工件。解决方案有两种:一是直接购买径向VDI刀盘；另一种是自行设计双面刀盘。由于直接购买的VDI产品刀盘费用较贵，同时其标准产品的径向尺寸很难完全符合设计要求，所以决定自行设计双面刀盘装置。设计时有以下几点须注意:A刀塔必须选用“伸脖式”刀塔，同时还需注意“X”尺寸，以满足用于加工右主轴上的工件时，刀盘在回转时刀具不与其干涉；B双面刀盘上的刀槽应对称错位设计，双面刀槽应一次装夹同时加工出来，刀槽对刀盘中心孔的对称度允差≤0.02mm。

　　结束语

　　该产品经生产现场测试及实际运行考验证明，其性能可靠稳定，完全满足用户要求，得到用户好评。本机床减少了零件周转环节，加工一个成品零件的效率是单轴数控车床的约1.5倍，而本机床的占地面积还不到两台单轴数控车床的二分之一，经济效益显著。该机床的成功开发不仅为国内重点行业提供了新型高效加工设备也提升了产品的市场竞争力。

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