创新性的拖动机构

郭秀英

(沈阳第一机床厂，辽宁 沈阳110142)

大型车铣复合加工中心在多品种、细长轴类工件的加工过程需配置2 ～4 个中心架，且中心架的相对位置是变化的，以求在切削加工过程中获得较高的动态刚度。中心架在床身上的移动方式通常有两种:一种是在床身上安装固定齿条，中心架底座上的电动机带动其上齿轮转动，与固定齿条啮合，实现中心架在床身上的移动;另一种是在床身上安装一根丝杠，每个中心架底座上安装一个开合螺母，依靠丝杠的旋转和各个螺母与丝杠的咬合来实现中心架的移动。这两种中心架移动方式都存在着成本高的缺点。另外，中心架底座上安装的驱动电动机或开合螺母等结构体积较大，无法实现中心架之间的近距离布置。对于细长轴类工件的加工来说，中心架的近距离布置对于实现大扭矩切削或高精度切削是十分重要的。下面介绍的机构是一款构思精巧、结构紧凑、成本较低的中心架拖动机构，它可有效地改变中心架间的相对距离，满足加工需求。

1 拖动机构的整体布局

中心架在床身上的移动方式之一是在床身上安装固定齿条，中心架上的电动机带动其上齿轮轴旋转，与齿条啮合，实现中心架在床身上的移动。本机构应用在大型车铣复合加工中心上，如图1 所示，它的创新性在于应用了相对运动的原理，将齿条由固定改为移动。本机构将燕尾齿条与燕尾滑块通过简易机构相互连接，运行在燕尾导轨上。安装在固定支架上的伺服电动机驱动其上齿轮轴旋转，与燕尾齿条啮合，带动燕尾齿条及燕尾滑块沿机床Z轴(纵向)方向移动。

燕尾滑块上设有多处凹槽，对应凹槽中心处设有检测孔。燕尾滑块在燕尾齿条的带动下在床身上运行，经过中心架底座下时，底座上的开关与燕尾滑块上的检测孔重合，发出信号，伺服电动机停止旋转;安装在中心架底座上的插销油缸在油压的作用下插入图2 所示的凹槽内，实现连接;插销开关发出信号，显示插销位置处于中心架可拖动状态。伺服电动机旋转，带动燕尾齿条及燕尾滑块运动，进而中心架被拖动，实现中心架的位置调整。通过图3 所示的结构，本机构完成一个中心架移动以后，待插销退出后，在伺服电动机的驱动下继续移动，接近下一个需要移动的中心架。在燕尾导轨的右端设有返零开关、超程报警开关和超行程撞块。

2 创新点

2.1 结构紧凑

将如图3 所示的原始结构在床身的立面安装齿条的空间位置改制成如图4 所示的燕尾导轨副，只需将床身做适当补充加工即可，未影响原大型车铣复合加工中心的整体布局，可谓改进成本底。燕尾导轨通过螺钉固定在床身上(如图5)，为了使其安装更加可靠，通过楔形块前端的斜面与燕尾导轨上端的斜面配合使燕尾导轨靠在床身立面上。压板的形状与燕尾齿条、燕尾滑块和燕尾导轨之间的缺口形状相同，压板与燕尾齿条或燕尾滑块之间由螺钉连接并随之一起运动;压板的螺纹孔内装有调整螺钉，压板与燕尾导轨的上侧侧面间装有镶条，通过调整螺钉调节镶条与燕尾导轨的配合间隙，带有压板的燕尾齿条及燕尾滑块可在燕尾导轨上滑动，燕尾导轨的3 个工作面上粘有导轨板并进行配磨。整体结构紧凑，构思精巧。

2.2 超长燕尾导轨副

本机构初次应用在最大加工长度8 m 的大型车铣复合加工中心上。燕尾导轨副制成由10 段组成，长达10 m、截面积为120 mm×80 mm。在燕尾导轨的左端设有8 段燕尾滑块，其上设有多处凹槽。对应凹槽中心处设有检测孔;在燕尾导轨的右端设有2 段燕尾齿条，可与齿轮轴啮合。

由于机构较长，多段燕尾齿条、燕尾滑块和燕尾导轨的拼接精度和刚性显得尤为重要。如图6 所示，拖动机构燕尾齿条或燕尾滑块的端部均加工一个台阶，台阶相互搭扣在一起。进行拼接时，每两个相邻部位加调整垫4 和调整垫5 来完成拼接。调整垫4 用来调整齿条拼接的整齿数，调整垫5 用来加强拼接刚性。

对接接口在加载状态下的变形量通过有限元分析获得数据，先期通过调整垫预先拉伸，避免了拖动部件过程弹性变形带来的抖动。工艺对各段单件加工的一致性进行严格控制，安装时实施测量。

2.3 低成本的动力源

当多品种工件换产时或单一品种工件加工过程中，中心架间相对距离要发生变化，如果每个中心架均配备一套驱动电动机，必将使设备成本增加，机构复杂，易干涉。

本机构应用在大型车铣复合加工中心上，工件的加工节拍多则数天，少则数小时。本机构一套动力源可拖动数个中心架，中心架到达指定位置后，液压压板锁紧。虽然是逐一拖动中心架，但所耗费的时间对整体节拍影响小。每个中心架底座上均省去了动力机构;在Z轴方向上整体空间也极大地缩小，使相邻两中心架间距最小，对于细长轴类工件的加工提供更优异的动态系统，性价比高。

2.4 开发智能软件

开发智能软件，将每个燕尾滑块上凹槽定义序号、存储间距位置尺寸，将多品种工件的工艺流程编入程序，用户仅需输入工件型号，即可获知本机构拖动中心架的顺序及行程量。

2.5 构思精巧的润滑

为了给这副燕尾导轨副实施润滑，巧妙地在床身与燕尾导轨之间加注密封胶条，在燕尾导轨背面开设通长油沟，与多处截面油沟形成润滑油路，如图7 所示。由于燕尾导轨由多段组成，因此在相邻两截面处开设马蹄形环槽，配以端面密封垫实现对接口的密封连接。在燕尾导轨全长的两端均设有润滑泵供油，确保燕尾导轨副运动顺畅。

3 结语

本文介绍的拖动机构技术是一种全新的设计理念，具有较高的技术含量和独到的创新性。整体结构紧凑、性价比高，已获实用新型专利。本机构应用在大型车铣复合加工中心上，现在已有多位重要客户。它的成功，可为大型车铣复合加工中心节约资金，带来更多的经济效益，应用前景十分广阔。