卧式车床新型溜板箱的设计.pdf

卧式车床新型溜板箱的设计 盐城市机床厂 赵 波 赵玉信 单 春 摘要 提出一种卧式车床新型溜板箱设计 并介绍它的具体应用 该溜板箱具有传动路线短 操纵机构简 单 可靠且功能齐全 成本低廉等优点 关键词 卧式车床 溜板箱 卧式车床是生产量最大使用面最广的机床 近几 年 卧式车床各项技术发展较快 应用新技术不断地对 机床进行创新设计 开发性能价格比好 适销对路的产 品 以满足社会的需求 新型 CDB CDC 系列卧式车 床技术先进 设计独特 笔者在 机械设计与制造工 程 1998 年第 4 期 制造技术与机床 1999 年第 2 期 上分别介绍了该机床的新型主轴箱及进给箱的设计 而新型溜板箱在设计上特点更加突出 下面对新型与 传统的溜板箱进行分析比较 1 传动系统 卧式车床传统的溜板箱传动系统如图 1 所示 它 已成为溜板箱的典型传动系统 该溜板箱可以实现机 床的纵横向工进 快进运动及过载保护功能 采用集 中操纵 操纵非常方便 深受广大用户的欢迎 缺点是 结构复杂 成本高 CDB CDC 系列卧式车床的新型溜板箱传动系统 如图 2 所示 工作原理如下 运动经光杠 1 蜗杆 2 蜗 轮3 传到轴 6 上的齿轮 7而传动齿轮 8 齿轮8 与齿轮 12 啮合时传至拖板中的丝杠 从而带动机床横向工进 运动 齿轮 8 的内齿与齿轮 4 啮合时 传至齿轮 5 带动 齿条轴 13 转动 使机床纵向工进运动 机床的快进通 过快进电动机 11 轴上的齿轮 10 带动齿轮 9 传至齿轮 8 齿轮 8 通过与齿轮 12 或 4 的啮合实现机床的纵向 图 1 传统溜板箱传动系统图 给定信号后电动机的转向与期望值相同 这需要综合 考虑数控系统中的给定信号极性 反馈极性 电动机转 动方向 伺服系统中的电动机转动方向设定以及滚珠 丝杠转动方向等因素 如在调试时忽略这些因素 就 有可能对机床造成毁灭性的破坏 至于 双轴同步设定初步完成 接着将编写好的自 动控制程序传入数控系统中进行综合调试 仔细调整 同步参数 以获得理想的性能 2 注意事项 在调试过程中应注意以下几方面 确保液压 润滑系统工作正常 这是机床运动前 的必须条件 移动轴时 以低速为佳 此时同步特性尚未达 到最佳 需对伺服系统加速 减速 定位带宽 放大系数 等进行细调 直到系统稳定工作 并能够达到理想的定 位精度和重复定位精度 在调试双轴同步时 一定要安排好调试计划 尽 量避免盲目开车 以免造成事故 例如 我们在调试伺 服系统时 机械人员将横梁从 X 轴一侧移到另一侧 而此时电气调试人员在数控系统没有接入的情况下 通过电池给伺服系统加给定信号移动 X 轴 由于 X 轴移动时没有加位置检测 在移动过程中 横梁发生倾 斜 造成一轴模块过载 电动机停车 而另一轴电动机 继续旋转造成 X 轴导轨精度发生变化 由于发现及 时 后经机械人员调整恢复了精度 参考文献 1 毕承恩 丁乃建等 现代数控机床 北京 机械工业出版社 1991 2 范俊广 数控机床及其应用 北京 机械工业出版社 1993 3 NUM 公司 NUM 参数手册 法国 Num Inc 1998 第一作者 李耿轶 山东省济南机床二厂路 4 号 济南二机床集团有限公司技术开发部 邮编 250022 电话 0531 7963311 8260 编辑 董雅萍 收修改稿日期 1999 09 26 25 制造技术与机床 2000 年第 5 期 或横向快进运动 从以上分析可知 为实现机床的纵 横向工进 快进运动 仅需移动溜板箱的齿轮 8 即可实 现 因此 操纵机构非常简单 操纵也方便可靠 图 2 新型溜板箱传动系统图 1 光杠 2 蜗杆 3 蜗轮 4 5 7 8 9 10 12 齿轮 6 轴 11 快进电动机 13 齿条轴 新型溜板箱具有过载保护功能 其工作原理如图 3所示 齿轮 12 装夹在铜套 11 13 之间 通过两铜套 端面的摩擦力带动齿轮 12 转动 当机床过载时 齿轮 图 3 新型溜板箱的纵向碰停及过载保护装置 1 床身 2 导向板 3 碰块 4 撞块 5 蜗轮 6 9 弹簧 7 套 8 滑键 10 轴 11 13 铜套 12 齿轮 14 碟形弹簧 15 螺杆 16 手柄 12 在两铜套之间打滑 保护机床不受损坏 摩擦力的 大小通过转动手柄 16 带动螺杆 15 前后运动调整碟形 弹簧 14 的压力来实现 方便可靠 传统溜板箱中过载 保护装置也是通过调整弹簧的压力来控制过载负荷的 大小 但是 调整时需要专用工具 很不方便 综上所述 新型溜板箱可实现机床的纵横向工进 快进运动和过载保护功能 与传统的溜板箱相同 而传 动路线 操纵机构 过载保护装置等与传统溜板箱相 比 大为简化 成本在传统溜板箱的基础上约降低1 2 2 溜板箱的布局 传统的溜板箱布局如图 4 所示 国内外目前生产 的卧式车床溜板箱几乎都为此布局 在溜板箱的后部 自上而下依次为齿条轴 2 丝杠 3 光杠 4 操纵杆 5 由于齿条轴 2 处于溜板箱上方 与之相啮合的齿条 1 只能安装在床身的下导轨处 在床身下导轨 A 处就 只能加工成直角 因而造成机床床身刚性下降 此处应 力集中 是床身刚性最薄弱的环节 影响机床的性能 图 4 传统溜板箱的布局 1 齿条 2 齿条轴 3 丝杠 4 光杠 5 操纵杆 新型溜板箱的布局如图 5 所示 它突破了传统的 布局 将齿条轴 2 下移到丝杠 1 与光杠 4 之间 丝杠 1 移至最上处 由于齿条轴 3 的下移 与之相啮合的齿 条也随之下移 使传统机床床身刚性最差的部位 直角 处 在新型机床上改为大圆角过渡 床身的刚性得到了 根本性的改善 测试表明 新型机床330mm 宽的床身 刚性与传统机床 400mm 宽的床身刚性相当 而新型机 床的床身支撑件比传统机床成本下降 20 以上 综 上所述 新型机床由于溜板箱布局的创新设计 机床床 图 5 新型溜板箱的布局 1 丝杠 2 齿条 3 齿条轴 4 光杠 5 操纵杆 26 制造技术与机床 2000年第 5期 身结构改进 刚性得到了提高 尺寸得以减小 使新型 CDB CDC 系列卧式车床显得小巧 同时 还为新型 机床设计安装简便的丝杠安全防护装置带来可能 3 丝杠安全防护装置 CE 标志是欧盟推行在产品上加贴的安全标志 以 示符合欧盟有关安全法规和 EN 欧盟标准代号 标准 要求 是保障人身设备安全的一种永久性标志 从 1999 年开始 凡无 CE 标志的机械产品 一律不准在欧 盟市场上自由流通和销售 卧式车床在我国机床出口 中占很大比例 加贴 CE 标志是当务之急 丝杠的安 全防护是卧式车床加贴 CE 标志最大的难题 传统的溜板箱采用卷筒对丝杠安全防护 图 6 卷筒如同卷尺 卷筒中的防护带如同卷尺中的尺 能够 伸缩 两个卷筒分别安装在进给箱及三杠支架上 能 伸缩的防护带安装在溜板箱上 随溜板箱的移动而伸 缩 丝杠依靠防护带保护 由于防护带较宽 对光杠也 有安全防护作用 防护安全可靠 欧盟生产的卧式车 床也多采用此结构 缺点是长期使用易损坏 安装使 用乱扣盘很困难 乱扣盘上齿轮与丝杠啮合 成本高 约占机床成本的 1 5 图 6 传统溜板箱的丝杠防护示意图 1 进给箱 2 7 卷筒 3 6 防护带 4 丝杠 5 溜板箱 8 三杠支架 新型机床的丝杠安全防护装置如图 7 所示 一个 L 型铁皮挡板 1 一面安装在床身上 一面插入分合螺 母 2的 U 型槽中 对丝杠进行安全防护 经特殊设计 的分合螺母在加工时稍困难 但其它零件不需改动 机床的光杠为六角杆 不需防护 新型丝杠安全防护 装置安全可靠 经久耐用 成本低廉 且对安装使用乱 扣盘没有任何影响 该装置已获得中国国家实用新型 专利 CDB CDC 系列卧式车床使用该丝杠安全防护 装置后 已加贴 CE 标志 批量出口欧盟 传统的溜板箱 由于布局的限制 齿条轴处于丝杠 上方 不能采用新型丝杠安全防护装置 图 7 新型溜板箱的丝杠防护示意图 1 挡板 2 分合螺母 4 纵向行程控制装置 纵向行程控制装置是用来控制机床纵向行程的 当机床碰到纵向行程控制装置后即停止运动 有此功 能的传统溜板箱采用的都是蜗杆脱落机构 结构复杂 制造与装配都比较困难 且该类型溜板箱一般不具有 快进功能 新型溜板箱的纵向行程控制装置如图 3 所示 工 作原理如下 机床纵向运动时 当撞块 4 与碰块 3 相碰 后 碰块 3 上的斜面使撞块 4 沿轴向推动滑键 8 离开 蜗轮 5 的键槽进入套 7中 蜗轮即在轴 10 上空转 当 撞块 4 离开碰块 3 后 弹簧 9 推动滑键 8 进入蜗轮 5 的键槽中 即能带动轴 10 一起转动 碰块 3 可以在导 向板 2 上移动来调整机床的纵向行程 导向板 2 安装 在床身上 此装置简单 可靠 实用 新型溜板箱采用模块化设计 其快进功能 丝杠安 全防护装置 纵向行程控制装置等均可根据用户的需 求增减 且溜板箱的主要结构不需改动 新型溜板箱应用在我厂 CDB CDC 系列卧式车床 上 至目前为止 已生产了近万台