ZK9350 数控轴承保持架钻床设计

郭章信

（安阳鑫盛机床股份有限公司，河南 安阳 455000）

目前，国内轴承行业使用的轴承保持架钻孔设备，是传统的没有采用数控技术的加工机床。主轴驱动采用普通三相异步电动机通过减速箱有级调速的方式，传动不稳定，结构复杂，不能实现无级调速；工作台分度采用机械分度机构，结构复杂，分度精度低；夹紧工件时采用手动夹紧，效率低下；钻孔时刀具采用液压驱动的滑台结构进给方式，定位精度低，加工精度低；刀具装夹时手动拉紧，自动化程度低，效率较低。另外，传统加工设备没有采用自动排屑机构，以及防护较差，均不利于生产加工和环境保护。由于没有专用的高效加工设备，一些轴承制造企业只好购买昂贵的加工中心来“大材小用”，由于是通用设备，某些方面使用起来并不方便，加工产品种类也受到限制。ZK9350 数控轴承保持架钻床正是为满足轴承行业市场需求而开发的一种高效率、高精度、高自动化的数字化加工设备，是采用了先进数控技术的机电液气一体化产品，液压夹紧，可手动或程序控制加工，且采用全封闭防护结构，清洁环保。

1 机床技术方案

1.1 机床结构

图1 为机床外观及结构方案。机床主要包括床身、床鞍及回转工作台、动力头、排屑冷却、电气、液压及防护等部分。在床身5 上固定着床鞍6，滑板16 在床鞍之上，可沿燕尾导轨横向滑动，通过摇动手柄，利用丝杠螺母副19 传动可调整滑板在床鞍上的位置。滑板上固定着回转工作台9，松开螺钉后，利用工作台旋转调整装置17 可使回转工作台在半周内调整至任一位置进行固定，调整时还可使用微调装置7 进行精确调整。回转工作台为一伺服电动机驱动、液压刹紧的精确分度立式工作台，专业生产厂家生产，分度精度20″，重复定位精度6″，刹紧力矩2000 N·m。回转工作台上安装有压紧油缸8，可利用液压夹紧工件10，可靠安装在由工装定位的工作台上。

镗削主轴单元12 通过支承件固定在可沿床身纵向移动的滚子式滚动直线导轨副20 上，导轨由进给机构15 的伺服电动机通过丝杠螺母副传动驱动，带动镗削头实现进给运动。镗削主轴单元可由专业生产厂家生产，主轴装刀结构为自动拉紧气动松开的7:24 标准锥度配合刀柄结构，驱动电动机为主轴伺服电动机13，可无级调速。

液压装置4 提供必要的液压驱动动力源，为工件夹紧油缸、回转工作台刹紧油缸提供液压油。排屑装置3 由专业厂家生产，其将切屑自动输送至切屑箱中。冷却箱部分包括冷却液泵及箱等，分几个喷嘴喷出冷却液，冲刷切屑并冷却润滑刀具。电气箱21 中为电气元件及驱动模块等，机床由数控系统控制，通过操纵箱2 进行编程或手动操纵进行加工。

1.2 机床主要技术参数

机床主要技术参数见表1。

1.3 工艺过程

表1 机床主要技术参数

机床工作时，安装在回转工作台上的圆形轴承保持架在液压夹紧及液压刹紧的情况下牢固地固定在工作台上，并按程序进行精确回转分度，镗削动力头安装好刀具后，高速旋转并向前按设定速度进给，钻削后再退出，然后等工件分度后再进行另一次进给加工，如此循环，直至加工完一个工件上所有孔。回转工作台可在半周内调整其在滑板上的固定位置，因此既可加工工件上的轴向孔，也可加工径向孔，甚至斜向孔。当工件需要扩孔时，利用模板上的定位销可以对轴向孔进行重复装夹定位，利用径向定位销可对径向孔进行重复装夹定位，方便可靠。

2 关键技术

2.1 轴向、径向及任意角度孔的钻削方案设计

由于轴承保持架种类规格繁多，在同一台机床上应能够加工多种产品，轴承保持架需加工的孔有轴向孔、径向孔，也有与轴向成一定角度的斜向孔。在设计加工方案时，将安装工件的回转工作台固定在一个可回转调整的基座上，基座在滑板上可手动旋转调整到需要的任意角度，之后紧固。滑板可在床鞍上沿燕尾导轨移动，以调整安装在回转工作台上的工件对钻削刀具的相对位置。为了提高机床的加工效率，采用模块化设计，也可采用双回转工作台固定在滑板上，伺服驱动实现对加工角度的调整及分度。上述方案保证了对轴向、径向及任意角度孔的钻削加工。

机床采用液压油缸夹紧工件，分度时液压刹紧，安全可靠；轴向扩孔时采用模板二次装夹定位，径向扩孔时将分度盘回归零位，用定位销实现二次装夹定位。

2.2 数控通孔立式回转工作台在精确分度中的应用

传统机床采用液压顶杆拨动分度棘轮的方式对工件分度，精度较低。本机床采用数控通孔立式回转工作台，伺服驱动进行精确分度，分度精度20″，重复精度6″；回转工作台底座固定在一个基座上，可在半周内连续旋转角度进行位置调整，实现多角度位置的孔的加工。回转工作台采用专业厂家制造的产品，保证制造精度，符合设计要求。

2.3 镗削动力头及进给机构的设计

刀具加工系统采用镗削主轴单元配置主轴伺服电动机组成的动力头，主轴调速可无级进行，按模块化设计原则，动力头也可配置变频电动机以降低成本；主轴头采用标准50 号7:24 锥孔，适用BT50 刀柄结构，刀具拉紧方式为自动拉紧，气动松开。

采用FANUC 0i TD 数控系统进行控制，进给系统采用伺服电动机驱动，经精密减速器减速后驱动滚珠丝杠副，带动动力头移动。由于采用减速结构，驱动丝杠转矩更大。镗削动力头移动配置滚子式滚动直线导轨，承载大、刚度大、摩擦力小、无爬行。导轨润滑采用自动集中润滑系统。

2.4 机、电、液、气高自动化一体设计

本机床总体设计充分考虑各部件的功能结构及相互影响，合理设计床身等基础零件结构，验证设计电路的可靠性，保证液压气动系统的稳定有效。机床液压站放置在机床左侧空腔内，电箱固定在机床后部，结构紧凑合理，易于吊运。机床采用全封闭防护，水枪喷射清扫切屑并自动排屑，操纵箱固定在机床床身上，上部操纵面板可自由转动角度，操纵方便，射灯照明，美观大方。本机床集机电液气于一体，对机床的控制设计从安全方面做了充分的考虑，对操作的方便性从人体工程学方面进行了宜人化的设计，对机床的外观及防护设计加强了绿色环保的意识。

3 结语

针对国内轴承行业加工现状，根据用户要求，开发了行业专用的高效加工机床，通过用户验收后并使用，达到设计要求，并已获国家专利。本机床性价比高，综合成本低，克服了传统轴承保持架钻孔加工设备的精度低、效率低、自动化程度低、易污染环境的种种弊病，而且设备结构简单、方便实用。