CMK61200数控车磨床的设计

马晓军，陈海玲，王晓刚，闫克泉

(山东普利森集团有限公司，山东德州 253076)

近年来，多功能复合机床成为机床发展的趋势之一［1－6］。它可以在工件不进行二次装夹的前提下完成车削、磨削、铣削等工序。二次装夹耗时长，尤其是大规格尺寸零件的装夹，严重制约了加工效率的提高。由于没有二次装夹误差的影响，此类机床加工精度高。相对于购买多台不同功能的机床相比，多功能复合机床价格低廉，深受用户欢迎。

1 整体布局

某机床采用主运动与进给运动分离传动的形式，床身采用分离四导轨结构。数控系统采用西门子840D，全闭环控制。机床配有车削刀架与磨削刀架，两刀架的X、Z轴导轨均采用恒流静压导轨。车刀架采用双刀板结构，适合强力切削。磨刀架采用静压主轴结构，回转精度高。机床整体结构如图1所示。

图1 机床整体结构图

2 关键结构

2.1 主轴轴承预紧装置

机床主轴轴承预紧采用多点活塞预紧装置。如图2所示，主轴4与轴承5采用1∶12锥面配合。螺母体1与主轴4采用螺纹连接。螺母体1内加工有12个并联的活塞孔，这些孔在圆周方向均匀布置。孔内部装有活塞2，在螺母体1油路口通入高压油，在高压油的作用下，活塞2向前移动，推动垫圈3移动，从而顶紧轴承5。

传统的主轴轴承采用多点螺钉预紧装置，各螺钉采用扭矩扳手控制扭矩。这种方式经验性比较强，扭矩大小不容易准确控制，常常因各螺钉预紧力不一致而导致轴承倾斜，装配过程中反复拆装，影响主轴回转精度与使用寿命，售后维修率高。与多点螺钉预紧装置相比，活塞预紧受力均匀，无侧倾力矩的影响，主轴的径向跳动可提高30%～40%，克服了多点螺钉预紧装置的种种不足。

图2 主轴轴承预紧装置

2.2 床身

床身采用分离四导轨结构，见图3。

图3 床身截面图

其中，刀架床身为机床车刀架与磨刀架进给用床身，工件床身为机床尾座移动用床身。与整体四导轨床身相比，分离四导轨床身造价低廉，调整工艺性好，可单独调整刀架床身与工件床身各自的精度，适合大回转直径的重型车床使用。

传统的车磨床床身，其车刀架与磨刀架共用一条导轨，这种结构具有先天的不足。车削过程中，车刀架受力较大，尤其是重切时，车刀架受力更大。为了减小比压，通常采用矩形导轨。矩形导轨可承受大切削力，导向性一般，移动精度可以满足普通精度的车床使用。而磨削过程中，磨刀架受力较小，要求磨刀架的导向性好，移动精度高。此时，如果还用矩形导轨，则磨刀架移动精度受影响，磨削精度低。因此，该机床刀架导轨的导向导轨一分为二，如图3所示。其中，1、2为磨刀架导轨，1、3为车刀架导轨。两导轨导向性好，移动精度高，可以满足磨削精度的要求。该结构有效解决了现有导轨的种种不足。

工件床身导轨表面镶有导轨板，该导轨板采用某公司最新的淬火工艺，该工艺已获国家发明专利［7］。

2.3 动力减振镗杆

根据用户要求，该机床设有动力减振镗杆 (图4)，安装在框式刀架端面，随刀架的移动而移动。

图4 镗杆装置

镗杆体1为空心结构。为了提高减振块7和镗杆体1的质量比，镗杆体1前端内孔孔径大，孔壁薄，孔深大，用以增加减振效果，这一段为悬伸部分。为了减轻镗杆的质量，同时不削弱刚性，镗杆体后端加工成空心结构，孔壁较厚，用以内镗杆的夹持固定。减振块7材质为大密度的钨钴合金，两端套装橡胶圈6，两者一同装入镗杆体前端的内孔，橡胶圈6外环与内孔精密配合。刀夹9一端装入镗杆体1内孔，螺钉固定，另一端可夹持镗刀，压刀螺钉11用于镗刀的压紧。调整螺钉10挤压垫圈8，挤压橡胶圈6，从而调整橡胶圈6的刚度。镗杆体1悬伸部分的剩余空间内充满甲基硅油或乙基硅油。

在镗孔加工过程中，镗杆受到交变切削力的作用而振动，此时镗杆内部的减振块会产生一个相对滞后的振动，使得减振块的振动方向与镗杆体的振动方向相反，从而抵消镗杆体的振幅。硅油起阻尼作用，调整橡胶圈的刚度可以调整振动频率与振幅。

刀座12为凸形结构，前端用螺钉固定在车床刀架端面，后端加工有敞开式的方孔，用于镗杆体1的装配。镗杆体1截面为方形。镗杆体1上加工有5个定位槽13，可针对加工不同深度的内孔5级伸缩分级定位，控制镗杆体1的最佳悬伸量。镗杆体1与刀座12对应部位加工有定位槽13。压盖14的突起键压入对应定位槽后，压盖14可将镗杆体1固定于刀座12内。调整斜铁2可以调整镗杆座12的高度，从而调整镗刀15的高度。支架3的作用是对整个镗杆装置形成辅助支撑。

2.4 双齿轮消隙进给箱

该机床进给箱采用双齿轮消隙进给箱，见图5。进给箱中所有齿轮均为高精度斜齿轮。消隙过程中，碟簧1始终处于预压缩状态。碟簧1推动Ⅲ轴轴向移动。齿轮2与齿轮3螺旋方向相反，在轴向力的作用下，齿轮轴4与5朝相反方向旋转，从而达到消除反向间隙的目的，如图6所示。

图5 双齿轮消隙进给箱

图6 双齿轮消隙示意图

因碟簧的预压缩作用，此结构可以自动补偿齿轮与齿条节距不均匀而产生间隙变动量，还可以自动补偿磨损量。与液压油推动Ⅲ轴相比［8］，碟簧结构简单，成本低廉，功能可靠，故障率低，没有液压油的污染，后期维护方便。

3 结束语

阐述了数控车磨床的整体布局与关键结构。该机床将车、磨功能复合于一体，同时设有动力减振镗杆，有效解决了轴类、筒类零件一次性车削与磨削的问题，功能针对性强，深受用户欢迎。

［1］何俊.CKM630车磨复合机床关键部件结构设计及动态特性研究［D］.柳州:广西工学院，2012.

［2］沈丹丹.车磨复合机床动态性能分析［D］.沈阳:东北大学，2012.

［3］向俊，韩秋实，彭宝营，等.车磨复合机床主轴系统模态分析［J］.新技术新工艺，2011(3):17－19.

［4］孙锡娜，韩秋实，杨占玺.车磨复合机床的发展现状及关键技术［J］.精密制造与自动化，2008(1):4－5.

［5］刘哲，王红军，孙锡娜.车磨复合机床的结构设计与分析［J］.机械制造与自动化，2009，38(1):18 －20，39.

［6］王涛，韩秋实，孙志永.数控车磨复合机床模型参考自适应控制系统的研究［J］.机械制造与自动化，2009(4):122－124.

［7］陈海玲，王一岭，王晓刚，等.镶钢导轨的热处理工艺:中国，201110438359.3［P］.2013 －12.

［8］郭煜，祝全民.CH61250卧式车削中心的制造［J］.制造技术与机床，2005(10):38－39.