ZK5840转盘轴承数控高速钻床

李玉川

(洛阳LYC轴承有限公司 技术中心，河南 洛阳 471039)

转盘轴承是一种能够同时承受较大的轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩，集支承、旋转、传动及固定等多功能于一身的特殊结构的大型轴承，广泛应用于起重运输机械、采掘机、港口机械及风力发电等大型回转装置上。转盘轴承内、外圈端面上均匀分布着很多安装孔，这些孔的加工是转盘轴承生产的瓶颈之一。

国内轴承加工企业大多采用GDC4040m动龙门式数控钻铣床和PM4040C/2龙门移动式双主轴数控钻铣床进行孔加工[1]，该类机床是在龙门镗铣加工中心基础上改型设计而成，立柱为具备垂直和水平两个方向运动的龙门式结构，加工方式为双坐标进给、自动插补，但对于转盘轴承安装孔环形均匀分布的结构形式不太适合。国外轴承生产商大多采用轴承专用高速钻床进行孔加工。其采用工作台回转分度，立柱具备垂直运动功能，不仅加工效率高，而且安装孔的位置精度高。

下文介绍一种高效率、高精度、高自动化的ZK5840转盘轴承数控高速钻床，其采用圆光栅控制自动分度，高效、大功率主轴电动机驱动动力头进行高速钻削加工，十分符合转盘轴承安装孔环形分布的加工特点[2]。

1 机床结构及工作原理

ZK5840机床结构如图1所示，主要由床身、回转工作台、立柱部件、钻削动力头部件、液压系统、电气控制系统、冷却系统、自动排屑器和整体防护围栏等组成，具有垂直进给运动、水平进给运动和回转运动功能。其中，回转工作台通过支承机构固定在可沿床身静压导轨移动的滑座上，采用大扭矩伺服电动机经精密减速机构驱动滚珠丝杠副带动回转工作台实现水平移动，配置的光栅尺测量移动误差并反馈给数控系统，实现闭环控制。回转工作台的分度运动由伺服电动机经精密减速器驱动双齿轮-齿盘消隙机构，带动工作台沿静压导轨做回转运动，配置的圆光栅检测分度精度。回转工作台上安装有液压锁紧装置，水平移动和回转分度到位后，启动液压锁紧油缸，以避免因振动而影响加工质量。钻削动力头固定在可沿立柱直线滚子导轨单元移动的刀架上，采用伺服电动机通过滚珠丝杠副驱动，从而实现钻削动力头的垂直进给运动。驱动电动机为大功率主轴伺服电动机，可无级调速；为了防止进给伺服电动机在工作时冲击过大，配置了液压平衡缸，其缸筒固定在立柱上，活塞杆固定在刀架上，既可以避免进给时冲击过大，也可以减轻加工完成后提刀时的电动机负荷。

电气控制系统是机床实现加工动作的控制功能部件，其采用西门子802 Dsl数控系统，全数控键盘，配置10.4″彩色显示器，全中文显示界面，具有标准RS-232接口，同时配置电子手轮，充分体现宜人化设计理念。电气控制柜采用IP54防护标准，配备电柜专用空调，全封闭结构，保证电气元件及系统正常、可靠工作。液压系统提供机床必需的液压驱动动力源，整个系统为两个相对独立的液压回路，一路为回转工作台的静压导轨提供液压动力和静压润滑，同时为水平运动和回转分度运动锁紧机构提供液压动力，压力分别为5 MPa和2 MPa；另一路为钻削动力头松拉刀具和液压平衡装置提供液压动力，压力分别为5 MPa和3 MPa。冷却系统由电动机、高压冷却水泵、磁性分离器和纸带过滤装置等组成，高压水泵打出的乳化液压力可达3 MPa，可以实现对刀具的适时冷却，而且具备辅助断屑功能，可以满足强力高速钻削的需要。机床主要技术参数见表1，主要精度检验参数见表2。

表1 ZK5840主要技术参数

表2 ZK5840精度检验表

机床工作时，首先启动液压系统，根据工件尺寸按程序使工作台水平移动到预定位置，利用安装在工作台上的靠栅找到工件中心，将工件牢固安装在工作台上；然后启动自动程序进入加工过程，工作台水平锁紧，回转锁紧机构启动，高压冷却系统启动，工作台开始精确分度，钻削动力头高速旋转并以设定进刀速度进行切削加工，加工完成后钻削动力头快速退出；接着再进行工件分度，完成后再进行另一次加工，如此循环，直至加工完成。

2 性能特点

2.1 分度、控制精确

根据转盘轴承安装孔分布形式，采用数控回转工作台，大扭矩伺服电动机驱动，圆光栅对分度进行精确控制，分度精度为8″，重复定位精度为5″；工作台可以沿床身进行长距离水平运动，光栅尺对水平移动精度进行精确控制，可以实现大尺寸范围工件的孔加工。

2.2 钻削动力头高速、高效

刀具加工系统采用钻削主轴单元配置大功率主轴伺服电动机组成的动力头，主轴转速无级可调，主轴头为标准50号7∶24锥孔，配置BT50钻柄，刀具为自动拉紧、液压启动松开结构；主轴具备中空出水功能，配合冷却系统对刀具进行适时冷却，以确保高速、强力切削。刀具进给系统采用西门子802Dsl数控系统控制，大扭矩伺服电动机驱动精密滚珠丝杠副，带动钻削动力头实现进给；支承采用精密重载滚子导轨副，承载力大、刚度好且无爬行。

2.3 机械、电气及液压系统高度统一

ZK5840机床充分考虑工件结构特性，采用回转工作台回转分度+水平进给运动，立柱固定而刀架垂直进给的结构形式；对整机进行优化设计，对各部件进行强度校核，重要零件进行有限元分析，确保了机床精度；整机机械、电气、液压及冷却合理布局，操作和维修方便；控制系统和模块化的驱动系统为应用提供了极大的灵活性，软件易学易用；同时配置便携式电子手轮，整机可以实现三轴联动。

3 结束语

根据实际需要研制出的ZK5840转盘轴承专用高速数控钻床，已经通过用户验收并投入使用，各项技术指标均符合国家相关标准的规定，整机性价比高，综合成本低，具有高速、高刚性及高分度精度等特点。该机床极大地提高了转盘轴承孔加工的质量及效率，降低了工人劳动强度，适合批量生产加工。