高速卧式加工中心同步双驱双主轴结构的研究

冯如意

摘 要：本文主要介绍一种卧式加工中心机床的同步双驱双主轴结构，用于汽车发动机关键零部件连杆的大、小头孔半精镗，精镗的加工。汽车行业作为我国迅猛发展产业之一，其中汽车内燃机核心零部件的加工是汽车行业发展的重要课题，连杆作为内燃机核心零件之一，也是加工精度较高的零件之一。作为大批量生产的汽车连杆零件由于受到成本、效益的制约，如何在保证加工精度的同時又能极大地提高加工效率，创造更大的经济效益成为摆在汽车发动机连杆加工专用机床面前的难题。

关键词：卧式加工中心；同步双驱双主轴结构；连杆精镗加工

中图分类号：TG519 文献标识码：A

连杆作为汽车内燃机核心零部件，其主要机械加工面为连杆的大、小头孔及两端面，连杆最难加工的工序为精镗大头孔和小头孔，并保证大、小头孔的圆柱度的公差要求，行业内对连杆大、小头孔圆柱度的要求一般<0.006mm，传统的加工方法是采用立式或者卧式安装的单主轴数控机床对单一连杆进行半精镗、精镗加工，这样对于批量加工连杆，单一工件加工节拍将严重制约机床效益，增加人工成本，而采用双主轴卧式加工中心，能够快速地一次装夹两个工件，双面夹具体翻转180°将装夹好的工件送入加工区域，同时在上料区进行人工装夹两个工件，卧式安装的同步双驱双主轴结构在加工区进行精镗、半精镗连杆大小头孔，这样在机床加工工件的同时，又能进行上料可以极大地节约加工时间，提高加工效率。

一、工作原理

该结构主要采用左右伺服电机与双丝杠直连形式用于驱动主轴箱在Y轴立柱上下移动，并在Y轴立柱两侧配以主副光栅尺，用于对双主轴位置进行反馈补偿，保证双主轴在Y轴行程上定位精度及重复定位精度达到要求，采用这种同步双驱双主轴结构可以有效地实现机床加工区域双工位的工件同时加工。

二、结构介绍

同步双曲双主轴结构如图1所示和图2所示。组成该结构的零部件按顺序标示序号，依次分别为：1.Y轴立柱；2.左同步电机；3.左电机座；4.主动同步带轮；5.圆弧齿同步带；6.从动同步带轮；7.左Y轴滚珠丝杠；8.右Y轴滚珠丝杠；9.主轴箱体；10.左电主轴；11.右电主轴；12.右同步电机；13.右电机座；14.双面回转夹具体；15.数控卧式驱动转台；16.尾座。该结构以Y轴立柱为基础，在主轴箱中对称卧式安装左电主轴和右电主轴，以实现同步双驱双主轴卧式加工的工序动作。左、右电机座的一端对称固定安装在Y轴立柱顶部后侧，实现左同步电机和右同步电机对称安装在Y轴立柱的两侧，左、右同步伺服电机的传动轴通过涨紧套与左、右侧的主动同步带轮固定在一起，各自从动同步带轮通过涨紧套与对称安装在Y轴立柱上的左Y轴滚珠丝杠、右Y轴滚珠丝杠的传动轴固定，同时主动同步带轮与其从动同步带轮之间通过圆弧齿同步带连接。Y轴传动采用伺服双驱，左Y轴滚珠丝杠、右Y轴滚珠丝杠安装固定在Y轴立柱上下两端，左、右Y轴滚珠丝杠的丝母座法兰，通过内六角圆柱头螺钉对称把合在主轴箱的两侧，实现了左同步伺服电机和右同步伺服电机通过带传动使主轴箱在Y轴立柱上沿着导轨上下移动。同时在Y轴立柱的左右两侧分别安装主副光栅尺用于保证Y轴行程的精度。

双电主轴之间的间距与双面回转夹具体上被加工件零件如汽车连杆之间的间距保持一致，双面回转夹具体通过端面止口与数控卧式驱动转台和数控尾座进行精确配合安装，数控驱动转台可实现360×1°回转进而带动双面回转夹具体旋转。

三、主要特点

1.伺服驱动电机通过同步圆弧齿形带传动而不是采用电机与滚珠丝杠通过联轴器直连形式，这样可以有效地节约空间，使得整个传动机构显得更为紧凑合理。2.两套独立的同步伺服驱动结构对称安装使得滚珠丝杠拖动主轴箱在Y轴立柱上下移动受力更为均匀对称，同时使主轴箱在Y轴立柱上移动的定位精度、重复定位精度、以及反向定位精度更为精准。3.双面回转夹具体对称安装的各面两套夹具，可在夹具体上一次装夹两个工件，同时在加工区域双主轴一次加工成型双工件，因为对称设计的传动结构、夹具结构及光栅尺的定位反馈能够强有力的保证被加工零件具有较高的加工精度。本结构的设计易于进行调整补偿，并能通过电气系统以及光栅尺进行实时监控并自动采取相应的措施保证双主轴移动的同步性，使双主轴卧式加工中心成为具有多方面优越性和高精、高效、高性价比的连杆加工机床。

四、适用场合

该结构主要用于高速卧式加工中心数控机床，对孔类零件，尤其是对汽车发动机关键零部件连杆的大、小头孔可以进行高精、高速、高效的加工。加工区与上料区互不干涉，可以极大地缩短零件的加工节拍，提高加工效率。

五、结语及展望

近年来我国汽车行业发展十分迅猛，汽车发动机零部件的加工逐渐成为我国汽车行业发展的瓶颈，用于该结构的高速卧式加工中心数控机床将数控技术、智能技术、可靠性设计等结合起来，可以极大地提高汽车发动机关键零部件连杆的大、小头孔精加工的效率，对于提升企业市场竞争力具有重大意义。同时我们也可以该结构的基础上通过可靠性设计研发三主轴及四主轴结构的高速卧式加工中心数控机床，提高产品的档次和技术含量，填补国内空白。

参考文献

[1]李洪.实用机床设计手册[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，1999.