【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
摘 要: 針對現在從事數控螺旋槽銑床生產的廠商很少，現有的機床剛性差、噪音大、加工效率低下、故障率高等問題，設計一種數控螺旋槽銑床，主要從床身結構、傳動部分、進給系統、數控系統等部分闡述，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，設備使用效果良好。
關鍵詞: 數控; 螺旋槽銑床; 傳動
一、目的和意義
受近幾年國家經濟大環境及普通機床行業發展趨勢下行的影響，我公司的生存面臨著越來越嚴峻的考驗。機床行業現在為了降低人工成本，提高加工效率，都在向數控化、智能化深化結構調整，并且發展態勢迅猛，從而使得普通機床的銷售量下滑; 我公司原有產品市場占有率，又受南通地區越來越多機床制造廠家的大力沖擊，機床的價格大幅降低，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、止虧并進入良好的發展，必須開發適應現有市場需求的、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，結合我公司生產設備和人員的情況，提出開發生產數控螺旋槽銑床。該機床是專業加工工業用沖擊鉆頭對稱螺旋槽的專用機床，市場用量大，僅浙江一家用戶就需 200 臺該類型機床，年產沖擊鉆頭 8 千萬支。
目前，從事數控螺旋槽銑床生產的廠商很少，僅在浙江溫州地區，機床售價很便宜，但存在機床剛性差、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，優化機床專業設計，改善及提高機床性能，進一步達到用戶使用要求，并逐步實現自我產品數控轉型升級，保持南通機床品牌優勢，保證企業良性循環、科技進步，以適應愈加激烈的市場競爭。
二、主要研究、試驗內容和技術關鍵
數控螺旋槽銑床的刀架與工件主軸間有形成螺旋槽所必需的運動聯系。數控螺旋槽銑床適于用盤形銑刀加工標準螺距和增大螺距的絲杠和多頭蝸桿，數控螺旋槽銑床的布局與普通車床類似，工件支承作旋轉運動，刀架安放在溜板上，刀架作橫向進給運動，同時刀架與溜板一起作縱向進給運動。數控螺旋槽銑床適于用盤形銑刀加工短外螺旋槽，用于成批大量生產。數控螺旋槽銑床要配備專門型式的刀具。
( 一) 主要基礎部分
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性。床身底部裝有可調節螺栓及墊塊，方便調節床身水平。同時將氣動三元件、潤滑泵、下料窗口、排屑窗口均整體鑄在床身上，減少震動源。增加了潤滑機構，提高運動穩定性。
( 二) 傳動部分
電機與動力頭同時裝在升降滑板上，采用多楔帶傳動，①采用多楔帶傳動比普通 V 帶的傳動功率的高 30%，同時不多占空間。②在傳遞功率相同的情況下，采用多楔帶傳動所占空間比普通 V 帶小 25%，結構更緊湊。③采用多楔帶傳動，也可用于基準直徑小的帶輪的傳動，帶速可達 40m/s，振動小，發熱少，運轉平穩。④采用多楔帶傳動，材料具有耐熱、耐油、耐磨，使用伸長小、壽命長等特點。
( 三) 進給系統
旋轉機構主要由氣動卡盤夾緊鉆桿進行旋轉，刀具旋轉運動采用 BT40 動力頭，最高轉速可達到 3000r/min，根據不同的導程要求，設置合適的旋轉速度和進給速度完成加工，工作過程中運動平穩，刀具裝卸采用拉桿夾緊。
( 四) 數控系統
系統配置: 目前最好的國產系統——廣州數控，三軸全部配置伺服電機，提高機床運行的穩定性，防止加工尺寸出現誤差，同時該系統廠家售后服務也是全國一流的。
( 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，刀具退刀，工件進刀，改進后的加工軌跡如圖 2 所示，減少了工件退回再進刀的工作路徑，縮短了加工時間，提高加工效率。
圖 1 原來的加工軌跡
圖 2 改進后的加工軌跡
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) 電機功率: 3KW 三相異步電動機;
( 3) 三面刃銑刀: 齒數 4∽6—直徑 Φ80mm。
( 二) 主軸升降運動
( 1) 升降電機: 6N·M 伺服電機( 帶抱閘) ;
( 2) 升降絲桿直徑: Φ25mm;
( 3) 升降絲桿螺距: 5mm;
( 4) 軸承: 角接觸球軸承 7204CP4;
( 5) 行程: 100mm。
( 三) 工件旋轉運動
( 1) 彈簧夾頭: 工件直徑可以在 Φ5—Φ20 之間;
( 2) 旋轉電機: 6N·M 伺服電機;
( 3) 工件夾緊方式: 氣壓夾緊，壓力控制在 5MP 之內。
( 四) 工件切削進給運動
( 1) 彈簧夾頭: 工件直徑可以在 Φ5—Φ20 之間;
( 2) 進給電機: 6N·M 伺服電機;
( 3) 縱向進給絲桿直徑: Φ30mm;
( 4) 縱向進給絲桿螺距: 5mm;
( 5) 滾動直線導軌副: JSA-LG30K;
( 6) 滾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 機械電氣安全機械電氣設備 第 1部分: 通用技術條件;
( 2) GB/T 21948．1-2008 數控升降臺銑床檢驗條件精度檢驗第 1 部分: 臥式銑床。
五、工藝設計
( 1) 根據產品試制圖紙，對產品零件進行工藝性分析，盡可能使零件用料和毛坯件的加工制造經濟合理，對零件的加工、裝配等工藝的可行性進行分析，選擇合理的加工制造方法，達到產品設計的技術要求和目標成本要求;
( 2) 根據公司現有的加工條件及設備，確定產品的試制工藝方案。按照公司現有設備的加工能力和精度，大件的精加工安排在大件車間，采用通用可調工裝對工件進行裝夾;
( 3) 編制主關大件床身和其他零件的試制加工工藝、工藝過程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，經過樣機試制，證明圖樣及設計文件基本正確，能指導生產，在試制過程中對部分零部件的結構和要求及時地進行了改進，樣機試制后對全套圖樣進行了整改。經試制及用戶考核，沒有發現原則性的問題。
圖 3 數控螺旋槽銑床裝配圖
七、總結
整機裝配質量和幾何精度均符合 GB5226．1-2008 機械電氣安全機械電氣設備第1部分: 通用技術條件和GB/T21948．1-2008 數控升降臺銑床檢驗條件精度檢驗第 1 部分:臥式銑床的要求。根據不同的切削參數選擇，加工時間和噪聲分貝分別如下表所示。
切削參數選擇表
經過多次試驗，現將切削參數規定為: 轉速 1700r/min，進給速度8000m/min，在客戶現場用最新的刀具連續切削直至工件加工面光潔度出現稍微沾刀現象，才將設備停下來，計時 4 小時一共加工了 730 個工件，在運行過程中機床未出現任何故障，噪聲分貝達到協議要求，零件表面光潔度和尺寸穩定性也均達到客戶要求。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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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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