抱轴箱体双面卧式数控车镗床设计

时间：2024-07-28

周海泉，周文锦

(江西奈尔斯西蒙斯赫根赛特中机有限公司，南昌 330096)

0 引言

抱轴箱是连接牵引电机与轮对的重要部件之一[1]。根据调研机车车辆厂的抱轴箱体两端内孔、外圆、端面、倒角和切槽等的加工都是采用加工中心来完成的，例如有公司曾采用加工中心五面体M-VR28/34D、德马吉卧式加工中心对滚动抱轴箱进行加工，并做相应工装[2]。

采用加工中心加工抱轴箱体自然也可以满足一定需求，但在加工两端内孔、外圆、端面、倒角和切槽时存在如下问题：其加工精度是设备精度和操作人员水平的综合结果，例如抱轴箱体两端轴承孔的加工需要调头才能完成，右端轴承孔工序完成后，工作台旋转180°，同样找正基准A平面，找正误差控制在0.01 mm 以内，最后加工左端轴承孔，保证两端轴承孔位置度和同轴度要求[3]；再者调头镗孔工艺方法本身，就必然导致同轴度误差的存在[4]。加工端面及阶梯孔时需要频繁换刀，且有些镗刀和外圆套车刀的直径和质量都大，超出一般自动换刀刀库的允许范围。右端外圆槽的加工采用锯片铣刀铣削，加工效率低，且其槽底部的全跳动0.03 mm难以得到保证。端面环形槽采用直角立铣刀加工，加工效率低。

为更好地满足抱轴箱体两端的加工要求，研制了抱轴箱体双面卧式数控车镗床。该机床采用两端主轴箱固定，中间数控工作台移动的加工方式。考虑到数控平旋盘因采用交流伺服电机进行驱动加上无间隙传动的机械传动模式，所以可以完成精度要求高的阶梯孔及复杂旋转体型面的数控控制车镗加工，具有定位精度和重复定位精度高的优点[5]。因此两端主轴箱的主轴端部创新性地设计安装了数控平旋盘，机床组装时先调平床身，保证中间数控工作台移动的水平及垂向的直线度全程0.01 mm，左右主轴箱的主轴轴线与工作台的平行度小于0.01 mm/300 mm，左右主轴箱的同轴度小于0.01 mm。数控平旋盘的引入使该机床具有产品质量稳定、对操作者的熟练程度要求低、生产效率高等特点。

1 加工要求及加工工序图

采用抱轴箱体的设计基准A、B、C定位，并在其对应定位点的位置夹紧，一般情况下，工艺加工会选择将设计基准作为工艺基准，以保证加工的零件尺寸符合设计要求[6]，如图1所示为抱轴箱体的加工工序图。要求经一次安装定位完成抱轴箱体两端所有加工工序，确保各尺寸及公差、粗糙度、形位公差符合图纸要求。

图1 加工工序图

左端加工部位及要求：

右端加工部位及要求：

2 加工示意图

如图2所示为抱轴箱体的加工示意图。加工端面时，数控工作台移动定位，主轴旋转，数控平旋盘滑块数控进给实现端面车削；加工阶梯孔时，数控平旋盘滑块数控移位，主轴旋转，数控工作台进给实现内孔镗削；加工倒角时，主轴旋转，数控平旋盘与数控工作台通过程序插补完成；加工外圆时，先更换数控平旋盘滑块上的刀具，主轴旋转，数控平旋盘滑块数控移位，数控工作台进给实现外圆套车；加工外圆槽时，更换数控平旋盘滑块上的刀具，主轴旋转，数控工作台移位后数控平旋盘滑块进给切槽，由于该槽的宽度较大，切槽采用三次数控工作台移位后数控平旋盘滑块进给，最后数控工作台进给加工槽底，以确保槽底的全跳到符合图纸要求。

为确保抱轴箱体轴承孔的精度，精镗孔刀具采用微调镗刀杆，并将该镗刀杆安装在数控平旋盘的盘体上。精镗孔时，滑块移位使刀座位于主轴的中心位置，主轴旋转，数控工作台进给。

为确保右端外圆的精度，其精镗孔刀具采用微调镗刀杆，并将该镗刀杆安装在数控平旋盘的盘体上。精镗孔时，数控平旋盘移位使滑块上的刀座处于中心位置，主轴旋转，数控工作台进给。

图2 加工示意图

3 机床的主要技术参数

综上所述该机床的主要技术参数如表1所示。

表1 主要技术参数

4 机床结构设计

4.1 机床总体布局

机床采用双面卧式布置，左右主轴箱分别安装于机床床身的左右两端，数控工作台安装于整体床身的中部。工作台台面上设计有三条T型槽，其中中间槽为夹具的定位槽，以便于夹具的定位、安装，如图3所示为该机床总体结构[7-8]。

该机床主要由左右主轴箱、数控平旋盘、操作台、夹具、防护、数控工作台、刀具、电气控制系统及润滑等几大部分组成。

1.主轴箱 2.数控平旋盘 3.操作台 4.夹具5.防护 6.数控工作台 7.刀具 8.电气控制系统

4.2 主轴箱

左右主轴箱分别安装于机床床身的两端，主轴箱采用三级齿轮减速，主电机采用变频调速，主轴箱的齿轮润滑采用飞溅润滑，轴承的润滑采用锂基润滑脂润滑。主轴箱主要由精密导电滑环、主电机、伺服电机、主轴箱体、主轴、高精度螺旋伞齿轮等组成，如图4所示。

为实现数控平旋盘的伺服驱动，主轴设计为中空结构，数控平旋盘的驱动安装于主轴的芯部；由于伺服电机安装于主轴的尾端并随同主轴一起旋转，因此采用精密导电滑环给交流伺服电机配电；西门子交流伺服电机通过联轴器与传动轴相联，传动轴靠近主轴前端安装有高精度螺旋伞齿轮，高精度螺旋伞齿轮采用胀套与传动轴间联接，胀套联接实现无间隙传动，定心性好，装拆方便，承载能力高，不削弱被联接件[9]。主轴箱的高精度螺旋伞齿轮与数控平旋盘滚珠丝杆上的高精度螺旋伞齿轮啮合，驱动数控平旋盘的滚珠丝杆。

1.精密导电滑环 2.主电机(变频) 3.伺服电机4.主轴箱体 5.主轴 6.高精度螺旋伞齿轮

4.3 数控平旋盘

两个数控平旋盘通过止口定位、螺钉固定安装于左右主轴的端面上，数控平旋盘主要由平旋盘体、滑块、直线导轨、螺钉、胀套、滚珠丝杠、高精度螺旋伞齿轮等组成，如图5所示。

1.平旋盘体 2.滑块 3.直线导轨 4.螺钉5.胀套 6.滚珠丝杠 7.高精度螺旋伞齿轮

为提高数控平旋盘滑块的运动精度、减少磨损，其导轨采用直线导轨；伺服电机与中间轴的联接采用弹性联轴器，齿轮与中间轴及滚珠丝杠的联接采用胀套，齿轮采用高精度螺旋伞齿轮，并在装配时调整齿轮间隙，采用预紧力技术消除滚珠丝杠和滚动轴承的间隙[10]，实现滑块的高精度移位。

4.4 夹具

夹具通过定位键及螺钉定位安装于数控工作台上，采用抱轴箱体的A、B基准面为水平定位基准，以抱轴箱体320止口C基准一侧为横向定位基准，夹具部件图如图6所示。

水平定位基准为4个等高的定位块，其中两个定位块的侧面兼顾对止口C基准的定位；吊装工件后，先拧紧两个侧面压紧机构的螺杆，确保止口C基准贴靠侧向定位块，然后拧紧4个下压机构的螺母，确保A、B基准定位牢靠并压紧抱轴箱体。夹具主要由下压机构、定位块、夹具体、侧面压紧机构、螺钉、定位键等组成。

1.下压机构 2.定位块 3.夹具体4.侧面压紧机构 5.螺钉 6.定位键

4.5 刀具

由于抱轴箱体两端的加工工序多，所需的切削加工刀具种类也多，因此该机床采用了以下刀具配置方案：在数控平旋盘滑块上设计刀杆座，刀杆座前端安装了瑞典山特维克的快换接杆，该快换接杆可快速更换用于加工内孔、端面、倒角、外圆、端面环形槽及外圆槽的刀具；抱轴箱体轴承孔及外圆加工的精镗刀安装于平旋盘体上，精镗刀采用瑞典山特维克的精镗单元，微调精度为0.01 mm。具体参见图2所示加工示意图。