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【技術淺析】數控螺旋槽銑床設計

2021-1-18 來源：1.中航航空高科技股份有限公司等作者：趙霞、趙玉鳳（fèng）

摘要: 針對（duì）現在從事數控螺旋槽銑床生產的廠商很少，現（xiàn）有的（de）機床剛性差、噪（zào）音大、加工效率低下、故障率高等問題，設計（jì）一（yī）種（zhǒng）數控（kòng）螺旋槽銑床，主要從床身結構、傳動部分、進給係統、數（shù）控係統等（děng）部分闡述，通過相關參數計算選擇合適的切削參數，經過測試，符合生產要求（qiú），設備使用效果良好。

關鍵詞: 數控; 螺旋槽（cáo）銑床; 傳動

一、目的和意義

受近幾（jǐ）年國家經濟大環境及普（pǔ）通機（jī）床行（háng）業發展趨勢下行的影響，我公司的生存（cún）麵（miàn）臨著越來越嚴峻的考驗。機床行業現在為了降低人工成本，提高加工效（xiào）率，都在向數（shù）控化、智能化深化結構調整，並且發展態勢迅猛，從而使得普通機床的銷售（shòu）量下滑; 我（wǒ）公（gōng）司原有產（chǎn）品（pǐn）市場占有率，又受南通地區越來（lái）越多機床製造廠家的大力衝（chōng）擊，機床的價格大幅（fú）降低，導致通機產品普通立臥銑床市場占有率越來越少。

為使我公司盡快實現減虧、止（zhǐ）虧（kuī）並進入良好的發展，必須開發適應現有市場需（xū）求的、有競爭優勢性價比的數控類產品已迫在眉睫。

銷售業務人員通過對市場需求的分析及調研（yán），結合我公司生產設備和人員的情（qíng）況，提出開發生產數控螺旋（xuán）槽（cáo）銑床。該機床是專業加工工業用衝擊鑽（zuàn）頭對稱（chēng）螺旋槽的專用機床，市場用量大，僅浙江一家用戶就需（xū） 200 台該類型機床，年產衝擊鑽頭 8 千萬支。

目前，從（cóng）事數控螺（luó）旋槽銑（xǐ）床生產的廠商很少，僅在浙江溫州地區，機床售價很便（biàn）宜，但存在機床（chuáng）剛性差、噪音大、加工效率低下、故障率高等問題，用戶急需進行升級換代。

我司多年來主要（yào）從事銑削加工行業，技術底蘊深厚，機加設備和人員都有相當生產經驗，充分（fèn）利用現有設備和人員，可實現數控螺旋槽銑床專業化生產，優化（huà）機床專業設計，改善及（jí）提高機床性能，進一（yī）步達到用戶使用要（yào）求，並逐步實（shí）現（xiàn）自我產品數控轉型升級，保持（chí）南通機床品牌（pái）優（yōu）勢，保證企業良性循環、科技進步（bù），以適應（yīng）愈加激烈的市場競爭。

二、主要研究、試驗內容和技術（shù）關鍵（jiàn）

數控螺旋槽銑床的刀架與工件主軸間有形成螺（luó）旋槽所必需（xū）的運動聯係。數控螺旋（xuán）槽銑床適（shì）於用盤（pán）形（xíng）銑刀加工標準（zhǔn）螺距和增大螺距的絲杠和多頭（tóu）蝸杆，數控螺旋（xuán）槽銑床的布局與普通（tōng）車床類似，工件支承作旋轉運動，刀架安放在溜板上，刀架作橫（héng）向（xiàng）進給運動，同時刀（dāo）架與溜板（bǎn）一起作縱向進給運動。數控螺旋槽銑床適（shì）於用（yòng）盤形銑刀加工短外螺旋槽，用於成批大量生產。數（shù）控螺旋（xuán）槽銑床要配備專（zhuān）門型式的刀具。

( 一) 主要（yào）基礎部分

床身結構: 床身材料采用 HT200 整體鑄件，它的剛性、穩定性比焊接框架結構更具有優越（yuè）性。床身底部裝有可調節（jiē）螺栓及墊塊，方便調節床身水平。同時將氣動（dòng）三元件、潤滑泵、下料（liào）窗口、排屑窗口均整體鑄（zhù）在床（chuáng）身上，減少震動源。增加了潤滑機構，提高運動穩定性。

( 二) 傳動部分（fèn）

電機（jī）與動力（lì）頭同時裝在升降滑（huá）板上，采用（yòng）多楔帶傳動（dòng），①采用多楔帶傳動比普（pǔ）通 V 帶的傳動功率的高 30%，同時不多占空（kōng）間。②在傳遞功率相同的情（qíng）況下，采用多楔帶傳動所占空間（jiān）比普通 V 帶（dài）小 25%，結構更緊湊。③采用多楔帶傳動，也可用於基準直（zhí）徑小的帶輪的傳動，帶速可達 40m/s，振動小，發熱少，運轉平穩。④采用多楔帶傳動，材料具有（yǒu）耐熱、耐油、耐磨，使用伸長小、壽命長等特點。

( 三) 進給係統

旋轉（zhuǎn）機構主要由氣動卡盤夾緊鑽杆進行旋轉，刀具旋轉運動采用 BT40 動力頭，最高轉速（sù）可達到 3000r/min，根據不同的導程要求，設（shè）置（zhì）合適的旋轉速（sù）度和進給速度完成加工，工作過程中運動平穩，刀具裝卸采用拉（lā）杆夾（jiá）緊。

( 四（sì）) 數控（kòng）係統

係統（tǒng）配置: 目前最好的國產係統——廣州數控，三軸全（quán）部配置伺服電機，提高機床運行的穩定性，防止加工尺寸出現誤差，同時該係統（tǒng）廠（chǎng）家售後服務也是全（quán）國一流的。

( 五) 配置防護罩

定位機構位置增加防護罩，防止鐵屑飛濺，同時可起到隔（gé）音效果。

( 六) 加工路徑

刀具原來的加工軌跡如圖 1 所示，工件快速退刀轉角度（dù），刀具退刀，工件進（jìn）刀，改進後（hòu）的加工軌跡如圖 2 所（suǒ）示，減少了工件退回再進刀的工作路徑，縮短了加工時（shí）間，提高加工（gōng）效率。

圖 1 原來的加工軌跡

圖 2 改進後的加工（gōng）軌跡

三、主要技術指標

( 一) 主運動

( 1) 刀具旋轉運動: BT40 切削動力頭;

( 2) 電機功（gōng）率（lǜ）: 3KW 三相異（yì）步電（diàn）動機;

( 3) 三麵刃銑（xǐ）刀（dāo）: 齒數 4∽6—直徑（jìng） Φ80mm。

( 二) 主軸升降運動

( 1) 升（shēng）降電機: 6N·M 伺服電機( 帶抱閘) ;

( 2) 升降（jiàng）絲杆直徑: Φ25mm;

( 3) 升降絲杆螺距: 5mm;

( 4) 軸承: 角接觸球軸承（chéng） 7204CP4;

( 5) 行程: 100mm。

( 三（sān）) 工件旋轉運動

( 1) 彈簧夾頭（tóu）: 工件直徑可以在 Φ5—Φ20 之間;

( 2) 旋轉電（diàn）機（jī）: 6N·M 伺（sì）服電機;

( 3) 工件夾緊方式: 氣壓夾緊，壓力控（kòng）製在 5MP 之內。

( 四) 工件切削（xuē）進（jìn）給運動

( 1) 彈簧夾頭: 工件直徑（jìng）可以在 Φ5—Φ20 之間;

( 2) 進給電機: 6N·M 伺服電機;

( 3) 縱向進給（gěi）絲杆直徑: Φ30mm;

( 4) 縱向進給絲杆螺距: 5mm;

( 5) 滾動直線（xiàn）導軌副: JSA-LG30K;

( 6) 滾（gǔn）動直線導軌副快移速度: 12m/min;

( 7) 軸承: 角接觸球軸承 7005CP4。

四、擬采用的標準

( 1) GB 5226．1-2008 機械電氣安全機（jī）械電氣（qì）設備第（dì） 1部分: 通用技術條件;

( 2) GB/T 21948．1-2008 數控升降台銑床檢驗條件精度檢驗第（dì） 1 部分: 臥式銑床。

五、工藝設計

( 1) 根據產品試製圖（tú）紙，對產（chǎn）品零件進行工藝性分析（xī），盡可能使零件用料和毛（máo）坯件的加工製造經濟合理，對零件的加工、裝配（pèi）等工藝的可行性進行分析，選擇合理的加工（gōng）製造方（fāng）法，達到（dào）產（chǎn）品設計的技術要求（qiú）和目標成本要求;

( 2) 根據公司現有的加工條件及設備，確定產品的試（shì）製工藝方案。按（àn）照公司現有（yǒu）設備的加工能力和精度，大件的精加工安排在大件車間，采用（yòng）通用可調（diào）工裝對工件進行裝夾;

( 3) 編製主（zhǔ）關大件床身和其他零件的試製加工工藝、工藝過程（chéng）卡片以及必備的工藝裝備。

六、產品圖樣、設計文件驗證情況

數控螺旋槽銑床裝配圖如圖 3 所示，經過樣機（jī）試製（zhì），證明圖樣及設計文件基本正確，能指導生產，在試製過程（chéng）中對部分零部（bù）件的結構（gòu）和要求及時（shí）地進行了（le）改進，樣機試製（zhì）後對全套圖樣進行了整改。經（jīng）試製及用戶考（kǎo）核，沒有（yǒu）發現原則性的問題。

圖 3 數控（kòng）螺旋（xuán）槽銑床（chuáng）裝配圖

七、總結

整機裝配質量和幾何精度均符合 GB5226．1-2008 機械電氣（qì）安全機械電氣設備第1部分: 通用（yòng）技術條件和GB/T21948．1-2008 數控升降台銑床檢驗條件精度檢驗（yàn）第 1 部分:臥式銑（xǐ）床（chuáng）的要求。根據不同的切削參（cān）數選（xuǎn）擇，加工時間和噪聲分貝分別如下（xià）表所示。

切削參數選擇（zé）表

經過多次試驗，現將（jiāng）切削參數規定為: 轉速 1700r/min，進給速度8000m/min，在客（kè）戶現場用（yòng）最新的刀具連（lián）續切削直至工件加工麵光潔度出現稍微沾刀現象，才將設（shè）備停下來，計時（shí） 4 小時一共加工了 730 個工（gōng）件，在運行過程中（zhōng）機床未出現任何故障，噪聲分貝達到協議要求，零件表麵光潔度和尺寸穩定性也均（jun1）達到客（kè）戶要求。綜上所述，設計出的銑床開發設計符合客戶要求認定開發成功，設備使用效果良好。

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