数控曲轴铣车复合加工机床旋风刀架

吴明昭，张宜成

（齐重数控装备股份有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

1 引言

旋风刀架是数控重型曲轴铣车复合加工机床的核心部件。由于曲轴拐档距窄，旋风刀盘通孔直径大，要加工出合格产品困难很大。我公司经过结构建模、刀架静力分析、刀架动力学分析、静压油腔油膜刚度计算、刀架刀盘模态分析到最终结构优化设计，解决了大型曲轴偏心拐颈的加工难题,成功设计出旋风刀架。

2 旋风刀架结构

旋风刀架由大刀架、横刀架、旋风转盘组成。旋风转盘是用来完成曲轴旋风切削加工的部件，刀具装在转盘上。该装置分为上、下两体，上体连同转盘的一半可一起开启，这时必须将手动拆下的螺钉安放在一个带有极限开关的特定库位上，即使所有螺钉已拆卸，也仍将处于锁紧状态，转盘上部分不能启动。使要加工部位进入此装置内的转动由静压支承，1PH7167 主轴由交流伺服机驱动，通过ZF 减速器及齿轮传给转盘。由于转盘的回转和滑动采用机械驱动，配合转盘上的轴向和径向静压轴承，给曲拐颈车削提供了最好的稳定性和刚性。刀具装在滑板上，滑板可在转盘上径向移动，（U 轴）刀具进给由交流伺服机驱动，通过齿轮、行星机构、同步齿型带、内齿圈、蜗杆、蜗轮、滚珠丝杠传到刀具滑板上。刀具在转盘上可进给移动，也可快速移动。转盘旋转时和停止时，刀具都可以在转盘上移动。旋风转盘上体的开启和闭合由液压油缸驱动，开启之前，上体中的转盘和内齿圈由锁定机构将其锁定，以免使其脱出，闭合后锁定机构退出，使转盘和内齿圈能自由转动，锁定装置由液压油缸驱动。静压油的密封采用“气流密封”方法，在转盘和非转动部分之间的缝隙处装有压缩空气管，压缩空气从管的小孔处喷出。在装置的侧面装有抽气风机，将装置内的空气向外抽,腔里形成负压。在压缩空气和风机的共同作用下，使转盘和非转动部分之间的缝隙处产生向装置内部流动的气流，从而达到封油作用。刀具径向夹紧通过弹簧夹紧，液压放松，带有夹紧失效安全检测装置，刀具手动放置在刀库内，通过按钮夹紧放松。为检查切削刃和旋转环轴心的平行度，本机床提供一个带有指示器的切削刃平行测试滑块，用于刀具安装检测。为防止和曲轴拐臂碰撞，在转盘切削装置区前面放一可更换的滑杆。如果该滑杆与拐臂接触，则激活限位开关，进给系统立即停止。旋风刀架根据曲拐颈直径大小配套接纳器，我厂所配5 套接纳器加工范围如下：

1 号接纳器用于φ910～φ750mm；2 号接纳器用于φ830～φ670mm；3 号接纳器用于φ750～φ590mm；4 号接纳 器 用 于φ670～φ510mm；5 号 接 纳 器 用 于φ590～φ430mm。图1为旋风刀架开启图；图2为旋风刀架闭合图；旋风刀架开启、闭合动作流程见图3、图4。

图1 旋风刀架开启

图2 旋风刀架闭合

3 旋风刀架技术特点

（1）研制出了自动开合、定位、夹紧技术；（2）自动拉刀、自动锁紧、刀盘准停功能技术；（3）内、外齿圈与行星轮系组合的差动进给技术；（4）气流负压密封技术；（5）横向定位卡紧弹簧油缸与静压导轨组合技术；（6）高刚度72点恒流静压导轨技术；（7）U 轴精密进给技术；（8）刀具测量技术。

图3 旋风刀架开启动作控制流程图

图4 旋风刀架闭合动作流程图

新工艺：攻克了超大超薄型分体刀盘的超精密加工难题；攻克了超大分体刀架体恒流静压导轨的超精密加工技术。新材料：特殊青铜，用于72 点恒流静压导轨支撑瓦。

4 结论

该旋风刀架主要完成万匹马力以上船舶用柴油机半组合曲轴热装后的整体加工，主要技术指标均达到国际先进水平。它的成功研制结束了此前我国无法加工大型船用曲轴，只能依赖进口的历史。具备了与国际一流机床同台竞技的能力，旋风刀架的成功研制是“高档数控机床与基础制造装备”一个重要组成部分。