双油缸上拉式内拉床的研发与应用

湖南大学 刘 坚

长沙思胜智能设备有限公司 赵建华

一、概述

公司自主研发设计的L55720上拉式内拉床采用全新框架式结构，整体性好，主体部件均通过有限元和在线仿真分析。该机床属于全护送双油缸立式内拉床，在拉削过程中采用拉刀固定、工件运动的方式实现全护送（即拉削工件时，下夹头夹紧拉刀前刀柄不松开、上夹头套住拉刀后刀柄外圆，直至工件拉削快完成时，上夹头才退出后刀柄）。机床结构选用全新的直线滚珠导轨副实现拉刀接刀或送刀，保证机床的拉削精度。主液压系统采用伺服电机控制双油缸驱动，消除拉削过程中的颠覆力矩，机床工作时的震动明显减小，噪音也得到有效控制，较之传统电机下降40%。电控操作系统使用西门子系列，简单易操作，除基本配置以外，此机型还增加了，自动调刀系统，自动换刀系统，采用二次退料，极易实现自动化连线。此机床主要用于拉削各种零件内孔、内花键、单键，生产率高，产品精度稳定，安装维修方便，每个循环拉削一至三个零件，适用于成批大量生产。通过更换主、辅刀夹头、工装及拉刀，能拉削不同形状及尺寸的产品，适用于不同品种的批量生产。

图1

二、技术创新点

相比单油缸上拉式拉床优势：双油缸拉床拉削更为平稳；拉削孔中心和主油缸活塞杆运动中心在一个平面上，没有单油缸拉床工作时的翻转力矩，拉床作为断续重切削机床，工作时的震动是影响拉削精度和考核机床设计能力的关键指标，此类机床大大降低了工作时的震动，提高了拉削精度；（对比图片）

图2 双油缸上拉式内拉床

图3 双立柱上拉式内拉床

相比传统双立柱上拉式拉床，此类拉床原理相同但如何控制双油缸的同步性是关键所在。我们充分考虑国内材料和工艺的实际情况，采取的还是主运动轨道为55°燕尾导轨，经过几十年的验证，耐磨性好，使用寿命长，且长时间使用磨损后间隙可做补偿调整，主滑板采用长滑板形式，有效增强了拉削刚性，同时在伺服数字化控制双油缸同步的基础上也可起到机械式帮助双油缸同步的效果，精度稳定可靠，主滑动面采用传统刮研工艺，配合间隙严格控制在0.03～0.04mm之间，滑动面布有润滑油槽，工作时可形成一层油膜，不易磨损。主辅滑板为独立导轨，辅滑板用直线导轨负责接送刀等动作，滑板均可单独调整，精度不互相影响，也方便了后期的维护保养。自动调刀采用步进电机控制丝杆螺母的结构，安全精准，可快速实现刀具更换。液压系统采用伺服电机控制日本住友齿轮泵，工作时全力输出，待机时降速节能，伺服系统精确供油保证主辅滑板位置度精准控制，先进的液压原理使得拉削平稳，震动小，噪音小，节能环保，并且主滑板不存在传统液压拉床滑车的现象。

三、产品性能介绍

在双油缸立式内拉床的研发制造过程中，长沙思胜智能设备有限公司与湖南大学机械与运载工程学院成立联合课题小组，对机床的液压系统简化且稳定可靠做了大量研究和试验。液压站较之传统机型减少三分之一的液压元件，在双油缸消除不同步的技术攻关上做了大量验证，通过刘坚博士团队的数据建模仿真分析，结合实际工况下其对精度的影响，不断修改受力结构，直至达到满意的效果。目前双油缸上拉式内拉床机的振动控制，机床稳定性和重复精度均达到国外先进技术同水平。

其主要技术参数如下：

额定拉力200 kN；额定行程1600mm；拉削速度（无级调速）1～10 m/min；主滑板返回速度（无级调速）1～20 m/min；接送刀机构最大行程450 mm；接刀速度（相对于主滑板）1～10 m/min；送刀速度（相对于主滑板）1～10 m/min；工作台平面尺寸（长×宽）600×500 mm；最大工件外径X厚度φ160×400 mm；工作台孔径φ140×2-φ75 mm；最大拉刀长度1800mm。

序号 主要指标 国外 国内 本产品1额定拉力 200 200 200 2额定行程 1600mm 1600 1600mm 3 拉削速度（无级调速） 1～8m/min 1-8 1-10 4 返回速度（无级调速） 2-10 1-10 1-20 5 最大工件外径X厚度 φ160×380 φ160×360 φ160×400 6最大拉刀长度 1800 1800 1800 7拉削精度 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.02

四、新技术应用情况

（1）液压系统伺服控制，减少了液压件数量，可实现全数字化输入输出，系统数据能实时反馈，在待机状态下降低转速实现节能，较之传统三相异步电机噪音大大减小，油箱体积相应减小。

（2）机床配备二次推料机构，机床上下料位置均在机床防护外，对操作者更安全可靠，且易实现自动化连线，目前所销售的机型均采用自动上下料（可搭配桁架或关节机器人），根据客户实际产量机床可定制1～3工位，将性价比发挥至极致。

（3）标配自动调刀装置，不同的品种对应的刀具长度也不同，为加快加工节拍，可设计为一键式调刀，通过手动在操作屏上进行刀具参数设置，后期更换品种直接选择品类号，快速匹配拉刀长度。

（4）选配自动换刀机构，传统多采用吊刀机构进行更换刀具，而自动换刀系统可实现一键切换全自动换刀，机械手读取刀具旋转数据，按此数据机械手进行刀具抓取，直接放置在指定工位处，刀库和工装库带防错功能，系统发现不匹配立即报警停机。

换刀机械手

刀具库

（5）机床采用全新框架式结构，不存在漏水漏油现象，冷却系统采用高低压结合，床身冲屑大流量，刀具冲屑高压力，具有先进的操作系统，通过人机介面能显示出刀具的移动位置以及拉削速度或返回速度，同时可任意设定拉削距离，能直观地观察到在拉削过程中工作压力变化值和各种状态。对于各种故障能自动显示出故障的所在位置且给予报警。拉削力及拉削速度均采用电液伺服阀，可在操作屏上通过触摸键任意设定。

双油缸上拉式内拉床三维图

五、成果应用及推广情况

双油缸上拉式内拉床在中国有着广阔的市场前景，产品需求量大，可广泛适用于汽车、工程机械、军工、航天和农机等行业。长沙思胜智能经过工程技术人员2年多时间的潜心研发与制造，技术优势已在行业内得到广泛的认可，浙江万向、天海同步器、江苏驰翔等众多企业使用了此类型机床，稳定性和加工精度得到了客户的一致好评，为提升我国民族工业国产化水平起到了积极的推动和示范作用。我们在下阶段的工作中，将继续加大科技创新平台和软实力提升，为振兴民族工业发展、为湖南智能制造和传承原中国机床十八罗汉做出更大努力。 □