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GXF360 2017-05-26

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CY-SVTURN系列適用型智能數(shù)控立式車床的研發(fā)

吳俊勇，劉麗英，李浩，李靜

（云南CY集團有限公司，云南昆明 650000）

摘要：本文主要介紹了CY-SVTURN系列適用型智能數(shù)控立式車床的研發(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。

關(guān)鍵詞：機床；立車；智能型

1 概述

近年來，用以加工汽車、機床、電子、航天、軍工等行業(yè)的盤類及短軸類零件的中小型適用型智能數(shù)控立式車床市場需求量連年遞增。為適應(yīng)這一市場需求，滿足加工不同規(guī)格的盤類及短軸類零件，迫切需要開發(fā)一系列中小型適用型智能數(shù)控立式車床，這種機床要適用于批量大、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、低成本機床。CY-SVTURN系列適用型智能數(shù)控立式車床正是基于以上市場需求而研發(fā)的一款機床。

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)場進行實地考察，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 整機結(jié)構(gòu)的確定

現(xiàn)市場上類似規(guī)格的數(shù)控立式車床主要有兩種結(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)點是結(jié)構(gòu)緊湊，機床外形尺寸??；缺點是Z軸移動部件重量大，而且都是懸伸的，重力產(chǎn)生的不平衡扭矩大，如何平衡是個難點。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。因為其X軸導(dǎo)軌是固定在橫梁上（其底座和橫梁是固定在一起的），機床X軸方向精度容易保證，故最適合加工盤類零件；缺點是機床重量大、成本高。

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

機床主機由床身、主軸箱、床鞍、滑板、主電機、X軸進給、Z軸進給、刀架等部分組成。床身上有供床鞍移動的導(dǎo)軌。兩軸絲杠驅(qū)動床鞍滑板，形成刀具的行走軌跡，主電機帶動主軸旋轉(zhuǎn)，為車削提供動力。

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

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

整機優(yōu)化設(shè)計，主要涉及對主機的強度校核、變形量計算及共振頻率計算。通過對以上數(shù)據(jù)的分析，得出是否符合設(shè)計要求的結(jié)論，并對偏離設(shè)計預(yù)定目標(biāo)的設(shè)計指標(biāo)進行修正、改進，最終達(dá)到我們所想要的設(shè)計結(jié)果。

3.3 關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計

底座：底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，材料采用高密鑄鐵，強度高，吸振性好。底座對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，比目前市場上的數(shù)控立車更緊湊，外形尺寸更小，同時提高了機床的剛性和精度。

圖1

圖2

圖3

圖4

主軸：主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要通過三維有限元分析軟件，對主軸箱的整體剛度進行分析。

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，同時還與軸承配置有關(guān)。

在計算過程中發(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，說明軸承剛度對主軸箱系統(tǒng)總剛度的影響很大，是設(shè)計中需要重視的部分。因此，在主軸系統(tǒng)設(shè)計過程中，我們綜合考慮了主軸零件的加工精度、車削剛度等問題。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，但整體剛性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于球軸承支撐，使得硬車時，主軸零件的表面車削質(zhì)量大大提高。

進給系統(tǒng)：X軸、Z軸兩導(dǎo)軌采用進口或國產(chǎn)加強規(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態(tài)響應(yīng)性能，并配有自動潤滑裝置，導(dǎo)軌精度高，使用壽命長，可實現(xiàn)快速響應(yīng)和高速進給性能。X軸、Z軸滾珠絲杠采用臺灣或國產(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：為滿足不同用戶需求，內(nèi)防護設(shè)計兩種不同的形式，一種是鎧甲是防護罩，外觀美觀但成本相對較高；另一種是普通多層鋼拉罩，成本較低，性價比高。

外防護采用全封閉一體式防護間，整體調(diào)運，外觀宜人，占地面積小，防護門可根據(jù)用戶需求選擇自動開關(guān)和手動開關(guān)兩種控制方式，手動開關(guān)防護門可一只手同時控制兩個門的開關(guān)，以騰出另一只手上下工件，有效的節(jié)省了人力的同時縮短了加工輔助時間，從而提高了加工效率。