一种新型卧式车床结构的探索*

2015-04-19 03:12王毅哲王益轩
机械制造 2015年12期
关键词:床身刀架卧式

□ 王毅哲 □ 王益轩

1.陕西工业职业技术学院 陕西咸阳 712000 2.西安工程大学机电工程学院 西安 710048

1 现有卧式车床结构存在的问题

在普通卧式车床和数控车床中,床身上方的导轨上安装了尾座、拖板箱等,如图1所示,该结构在静态状态下,床身的刚度和精度均没有问题,但在使用过程中,却经常出现床身刚度差、加工精度低等问题,现对该结构上存在的主要问题分析如下。

(1)刀架设置在床身外侧,机床占地面积大,结构不够紧凑;因机床结构不对称,加工中热变形严重。

(2)在车削加工中,因车刀受力不合理,会造成床身的形变,影响加工精度。

(3)热膨胀是各种金属和非金属材料的固有特性,机床在加工时,有许多部件和部位会产生大量热量,如电机、滚动轴承、刀具与工件的切削部位、液压系统等,这些产生热量的部件和部位称为热源;热源产生的热量,通过传导、对流、辐射会传递到机床的各个部件,引起温升,产生热膨胀;由于热源分布的不均匀,各热源产生的热量不等以及各零部件的质量不均匀,形成机床各部位温升不一致,从而产生不均匀的温度场和不均匀的热膨胀变形,破坏了刀具与工件的正确相对位置,影响加工精度。

2 卧式车床结构改进设计方案

2.1 改进后的卧式车床总体结构布局

改进后的结构如图2所示,它是一个对称布置的床身,可以提高定位精度,减少床身自重对加工精度的影响。床身上设置两条导轨,主轴箱被安装在导轨上方,尾座设置在导轨上,其轴线与主轴箱轴线同轴,并且能沿导轨方向左右移动。在导轨上设置一个转盘,转盘上安装刀架,位于主轴下方,可以沿竖直方向上下移动,并能沿导轨左右移动,如图3所示。

2.2 采用热对称结构

新结构对热源采用对称分布设计,这样在产生热变形时,可保证工件或刀具回转中心的中心线位置不变,降低热变形对加工精度的影响。由于主轴沿主轴中心对称,主轴头架左右两部分的热膨胀量大致相等,主轴热膨胀仅发生在竖直方向。

3 效果展望

改进后的卧式车床刀架被安装在转盘上,这样可以安装多把刀具。转盘被安装在与主轴尾座平行的轴线上,可以沿X轴方向移动。刀架被安装在主轴和尾座下方,可以减小床身尺寸。

▲图1 普通卧式车床的导轨安装

▲图2 改进后卧式车床的导轨安装

▲图3 刀架移动状况

该机构中的刀架在切削工件时,切削力作用在垂直于床身表面上,可以提高床身刚度,减少切削力带来的床身变形,提高加工精度。

主轴下方设计成中空腔体,刀架可以放置在主轴下方,收缩进主轴的腔体内,可以节省前后方向的空间。刀架距离主轴更近,缩短了传动链,提高了传动精度。

此外,采用热对称布局的床身机构,可以减少热膨胀引起的床身变形,提高床身精度。

[1]王益轩,朱继梅.大型汽轮发电机定子端部绕组的动态仿真模型[J].机械工程学报, 2005,41(9):217-222.

[2]王晓煜,贾振元,杨帆,等.龙门加工中心横梁部件的拓扑优化设计与分析[J].制造技术与机床,2009(11):64-68.

[3]吴良宝,张年松,张立.CK1440型数控车床床身动态特性分析[J].机械制造与自动化,2011,40(6):18-19.

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