重型数控立式车床的垂直刀架设计

刘明

摘 要：新型垂直刀架的结构特点、新型垂直刀架的结构组成和工作过程这是本文着重进行分析的两个部分，重型数控立式车床的垂直刀架的科学合理的设计对于立式车床机械的使用有着重要意义，关系到生产经营和企业成本的控制。

关键词：立式车床；垂直刀架；数控设计

重型数控立式车床的加工直径在十米以上，制约因素是系统受到回流能力不高的影响，会使的滑枕的速度，也就是快速移动的速度在每米四分钟之内。随着滑枕快速移动速度的增加，平衡油缸的回油阻力增速极快，伺服电动机的额定输出扭矩会逐渐不能抵抗回油阻力，平衡油缸的回油速度到滑枕快速移动达到每米四分钟的时候到达极限状态，一般经常会出现的现象包括伺服电动机报警、液压管路系统崩溃等，会造成机械无法正常工作，为了防止此类现象的出现，笔者提出一种新型垂直刀架结构（见下图）。

1 新型垂直刀架的结构特点

滑枕Z轴垂向进给结构具有的特点是：从受力方方面看，承载力大；从速度方面分析，其速度快。超过单伺服电动机传动结构的输出扭矩大1.8倍以上的是双伺服电动机传动结构伺服电动机的总输出，对于双滚珠丝杠传动结构，其滚珠丝杠直径比单滚小一個规格，那么使用到电动机轴上的惯量和使伺服电动机的负载总惯量最大限度的降至最小。

双伺服电动机、双滚珠丝杠传动结构在机床工作中，为滑枕提供最大的供给，包括平衡力和进给力，大大提升了滑枕Z轴垂向进速度，这要比传统的滑枕进给速度要进步和提升很大。因此这两种装置中，滚珠丝杠的进给力滚动摩擦系数小，那么传动效率就高。

滑枕Z轴进给运动精度高、受力状态好，同时不会出现变形现象，是滑枕Z轴在双滚珠丝杠驱动中以及无液压油缸中的表现。为了确保滑枕左右两侧承受进给力达到平衡，在其左右两侧布置双滚珠丝杠，且双滚珠丝杠要对称，还要确保没有额外的翻转力矩，正常建立静压导轨油膜间隙，在滑枕和刀架体之间。滑枕进给运动在纯液体摩擦状态进行的静压导轨摩擦系数小于0.005，这时的精度属于最佳，传动效率非常高。

滚珠丝杠在受力状态良好的情况下，滑枕Z轴传动效率和刚度较高，双滚珠丝杠传动的直径在降低一个规格之后相应的转动惯量，在伺服电动机轴上相应的减少，承受的总负荷在同样的重力和切削力的条件下达到最小，使伺服进给系统中，伺服电动机的输出扭矩的损耗降至最低，同时可以承受滑枕重力和承受切削力，充分发挥伺服电动机的性能。通过取消了传统的液压油缸平衡装置的取消对于滑枕Z轴垂向进给运动精度、伺服进给系统动态响应特性的作用彻底消除，因此有着重要的意义。

液压平衡油缸装置的取消，并且滚珠丝杠不自锁，提升滑枕的安全制动，确保制动的安全可靠的运行，满足这样的要求要提升滑枕制动的垂直安装使用质量，因此，笔者所在的公司进行了不断的研究分析，双伺服电动机和双失电制动器双重制动滑枕的结构。双伺服电动机的滑枕结构Z轴，选型使用断电制动型，增加两套失电制动器，在滑枕Z轴进给结构中减速器的输入端，扭矩放大倍数与减速器的降速比相等将会大大提升制定能力。通过对滑枕的制动是由两套伺服电动机和两套失电制动器进行，如果出现机床断电，伺服电动机出现故障，那么独立的两套制动器会对滑枕进行制动，这样可以避免发生滑枕事故的出现。为了保证机床在安全稳定且高效下运行，那么双伺服电动机和双失电制动器双重制动滑枕的结构要符合国家对数控机床相关的安全标准的规定，严格按照安全标准设计结构。

2 新型垂直刀架的结构组成和工作过程

2.1 结构组成

两个减速器座10要进行对称布置，位置在刀架体11的两侧，滑枕9布置在刀架体11的中间位置，两个螺母座8的侧端面要对称固定在滑枕9两侧。安装杠螺母7的外圆柱面，是在螺母座8的定心孔中，其上端面是紧压丝杠螺母7的端面。滑枕9的两侧安装对称的两根滚珠丝杠6，联轴节4与减速器3的输出轴与滚珠丝杠6上端相联，并且滚珠丝杠6上端支承座轴承5径向、轴向定位，丝杠支承座轴承5安装在减速器10的上部定心孔中。失电制动器2安装在减速器3上部，失电制动器2的上端面安装的是伺服电动机1座，失电制动器2上部的配合孔相连的，也是伺服电动机1的输出轴。光栅尺12安装在滑枕9的前部。

2.2 工作过程

滑枕左右两套减速器3输出轴旋转进行驱动，作用力要依靠滑枕左右两侧伺服电动机1的输出轴旋转，联轴节4带动左右两套滚珠丝杠6旋转，可以带动减速器3输出轴运行，滚珠丝杠6轴上面运行作给运动的包括丝杠螺母副7、螺母座8、滑枕9，滑枕9在运行中会进行位置的移动，在由光栅尺12反馈给数控系统后进行闭环控制。

2.3 制动过程

机滑枕左右两侧的伺服电动机1和失电制动器2共同进行制约作用下，机床断电。同时，伺服电动机1和失电制动器2还要对减速器3进行分别的制约作用。联轴节4与滑枕左右两侧的减速器3要制动滚珠丝杠6，还有丝杠螺母副7、滑枕9。如果有故障出现在伺服电动机1，在滑枕左右两侧的失电制动保护器2，可以对滑枕9进行独立制动，这样滑枕9出现滑落事故的问题就可以有效的避免。

参考文献：

[1]杨振宇.新型双柱立式车床设计与实验[J].机床与液压，2013（16）.

[2]贺平平.立式车床的数控化设计[J].机床与液压，2012（20）.