摘要：以日本進口的HN係列臥式加工中心為研究對象，提出了解（jiě）決該加工中（zhōng）心主軸箱自重（chóng）影響Y 軸平衡問題的改進方案，通過改進液壓平衡係統，提高了臥式加工中心的（de）加工精度和（hé）運動平穩性。

     關鍵（jiàn）詞：加工中心；主軸箱；油缸平衡；蓄能器平衡

     臥式加工中心是用於加工箱體類零件的一（yī）種通用性很強的切削加工機床，可對箱體類零件進行平麵銑（xǐ）削（xuē）、曲麵銑削、鑽孔、擴孔、攻絲、絞（jiǎo）孔和鏜（táng）削加工，還（hái）可以測量零件的形狀和位置公差。使用臥式（shì）加工中心（xīn）能夠大大提高加工效率（lǜ）。

    我國20 世紀從日（rì）本新潟鐵工進（jìn）口了許多（duō）HN 係列臥式加工（gōng）中心［1］，這些加工中心因長（zhǎng）期使用加工精度有所降低（dī），已不能滿足企業（yè）生產（chǎn）要求。考慮到（dào）成本問（wèn）題，企業大多選擇對該係列臥式加工中心進行維修和技術改（gǎi）造。

     1、 HN 係列（liè）臥式加（jiā）工中心結構

     HN 係列臥（wò）式加工中心（xīn）是Z 軸立柱（zhù）進給（gěi）結構，如圖1 所示［2］。床身采用橫縱分體結構，呈T 字形布置，為多點支（zhī）撐；立柱安裝在縱床身上，可（kě）作前後移動（dòng）（Z 軸）；主（zhǔ）軸箱安裝在立柱上，可作上下移動（Y 軸）；工作（zuò）台安裝在橫床身上，可作左右移動（X 軸）。

     圖1 HN 係列臥式加（jiā）工中心結構
 

     HN 係列臥式加工中心主（zhǔ）軸（zhóu）箱安裝在Y 軸立柱上，主軸箱自身質量較大，為保證加工（gōng）中心具有穩定的（de）加工狀態和（hé）快速響應速度，需加裝平衡裝置，以消除自重對移動精度和控製的影響，防止Y 軸漂移，減輕（qīng）伺服驅動電機的負載。

     2、 HN 係列臥式加工中心Y 軸液壓（yā）平衡係統設計

     考慮到臥式加（jiā）工中心的加工及結構特（tè）點，為減少係（xì）統慣性，采用了帶有蓄能器的液壓平（píng）衡係統來平衡主軸及主軸箱的質量，以提高機床精度和（hé）運動平（píng）穩性。

     液壓平衡係統主（zhǔ）要采用在Y 軸（zhóu）增加平衡油缸的方式來消除主（zhǔ）軸箱自重對其移動精度和控製的影響［3-5］。圖2 所示為增加平衡油缸後的液壓係（xì）統，在該係統中采用了皮（pí）囊式蓄能器，其（qí）外部是焊接或鍛造（zào）而成的壓（yā）力容器，內部由油液和作為氣密（mì）隔離件的皮囊構成。氣體和液體被皮囊隔開，皮囊裏充入氮氣作為可壓縮工作介質；皮囊周圍油（yóu）液與液壓回路（lù）連（lián）通（tōng），當主軸箱向下移動時，液（yè）壓平衡油缸工作（zuò）容積變小（xiǎo），多餘油液被擠入皮囊式蓄能器（qì），進而壓縮皮囊內部（bù）氣體體積，儲存液體壓力能，此時液壓係統壓力表所示的（de）油液壓力值隨主軸（zhóu）箱（xiāng）逐漸向下移動（dòng）而升高；主軸箱向上移動，液壓（yā）平衡油缸（gāng）工作容積變大，油缸內所需油量增加，之前被壓入蓄能器的（de）油液會因（yīn）皮囊產生的彈力將油液壓回液（yè）壓係統，此時液壓係統壓力表（biǎo）所示油液壓力值隨主軸箱逐漸向上移動而（ér）降低。

     圖2 Y 軸液壓平衡係統
   

     3、 HN 係列臥式加工中（zhōng）心（xīn）Y 軸液壓平衡係統主要部件（jiàn）參數計算

     根據液壓平衡係統設計方案，選擇單油缸布置蓄能器。HN 係列臥（wò）式加工中心Y 軸總行程為1 040 mm，工作行程為870 mm，主軸箱質量為650 kg，主軸（zhóu）箱最（zuì）大（dà）移動速度為20 000 mm/min。
 
  
     3.1 油缸參數計算

     根據油缸參數設計公式計算油缸直徑D，取λ=0.3、p=1.6 MPa:

     根據油缸內徑尺寸係列和活（huó）塞杆直徑尺寸係列［6］，選（xuǎn）擇（zé）油缸內徑D=80 mm，活塞杆直徑d=25 mm，總行程1 040 mm，工作（zuò）行程870 mm。油缸所需的平衡壓力為：

      3.2 蓄能（néng）器參數計算

      根據蓄能器平衡進行計算，為滿足（zú）行程要（yào）求，蓄能（néng）器預充壓（yā）力為 ］：

      根（gēn）據蓄能（néng）器產品係列表，選擇容積大於70L 的蓄能器即可。

      4 、小結

      新潟HN 係列臥式加工中心主軸箱安裝在Y 軸上，因主軸箱自身質量較大，影（yǐng）響Y 軸（zhóu）移動響應速度，為其增加液壓平衡裝置後可有效地改善電機響應特性，提高加工（gōng）精度（dù），減少滾珠絲杆的空（kōng）載轉矩及絲杆磨損，保證絲杆精度，實現高速、高精度加工，減少機床的衝擊與振動，提高（gāo）機床精度和運動平穩性。