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GXF360 2017-05-26

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CY-SVTURN系列適用型智能數控立式車床的研發

吳俊勇，劉麗英，李浩，李靜

（云南CY集團有限公司，云南昆明 650000）

摘要：本文主要介紹了CY-SVTURN系列適用型智能數控立式車床的研發背景，主要技術參數的確定、關鍵技術的解決及典型被加工零件等內容。

關鍵詞：機床；立車；智能型

1 概述

近年來，用以加工汽車、機床、電子、航天、軍工等行業的盤類及短軸類零件的中小型適用型智能數控立式車床市場需求量連年遞增。為適應這一市場需求，滿足加工不同規格的盤類及短軸類零件，迫切需要開發一系列中小型適用型智能數控立式車床，這種機床要適用于批量大、精度高、尺寸一致性要求較嚴格的零件加工，要便于組成自動化程度高的生產線，要是一種高效率、高精度、高質量、高效益、低成本機床。CY-SVTURN系列適用型智能數控立式車床正是基于以上市場需求而研發的一款機床。

2 產品系列型普

根據各銷售公司的反饋及技術人員到用戶現場進行實地考察，為滿足不同用戶的使用需求，決定CY-SVTURN系列產品推出以下幾種規格以供用戶選擇：CY-SVTURN20、CY-SVTURN25、CY-SVTURN32、CY-SVTURN40。

3 關鍵技術解決

3.1 整機結構的確定

現市場上類似規格的數控立式車床主要有兩種結構形式。一是立柱+底座的結構形式（圖1）。此結構采用較多，優點是結構緊湊，機床外形尺寸小；缺點是Z軸移動部件重量大，而且都是懸伸的，重力產生的不平衡扭矩大，如何平衡是個難點。一般的解決方法是采用大規格的直線導軌+平衡油缸，或是用滾動塊+平衡油缸平衡，但這兩者的成本都較高。另一種是底座+橫梁的結構形式（圖2）。目前主要有沈一和寶雞采用。因為其X軸導軌是固定在橫梁上（其底座和橫梁是固定在一起的），機床X軸方向精度容易保證，故最適合加工盤類零件；缺點是機床重量大、成本高。

綜合以上兩種結構的優缺點，經過討論論證，決定底座及立柱之間采用特殊布局（圖3），底座+立柱+動柱，且X軸導軌采用三導軌的過定位結構，這樣的布局既節省了空間又有效的提高了機床的切削剛性。

機床主機由床身、主軸箱、床鞍、滑板、主電機、X軸進給、Z軸進給、刀架等部分組成。床身上有供床鞍移動的導軌。兩軸絲杠驅動床鞍滑板，形成刀具的行走軌跡，主電機帶動主軸旋轉，為車削提供動力。

3.2 結構優化設計

結構優化設計是研究工程結構在滿足約束條件下按預定目標（如重量最輕、造價最小等）求出的最優設計。

整機優化設計，主要涉及對主機的強度校核、變形量計算及共振頻率計算。通過對以上數據的分析，得出是否符合設計要求的結論，并對偏離設計預定目標的設計指標進行修正、改進，最終達到我們所想要的設計結果。

3.3 關鍵部件優化設計

底座：底座結構優化設計，材料采用高密鑄鐵，強度高，吸振性好。底座對稱結構設計，熱穩定性極佳，底座上雙排屑口，使排屑更流暢。底座及立柱筋形布置合理，立柱直接固定在底座上，使機床具有很高的剛性；底座及立柱之間采用特殊布局，比目前市場上的數控立車更緊湊，外形尺寸更小，同時提高了機床的剛性和精度。

圖1

圖2

圖3

圖4

主軸：主軸系統結構優化，主要通過三維有限元分析軟件，對主軸箱的整體剛度進行分析。

主軸箱系統的靜剛度是主軸靜剛度、主軸軸承靜剛度和主軸箱靜剛度的綜合反映，同時還與軸承配置有關。

在計算過程中發現，由于主軸前端懸伸量較小，使得主軸本身的剛度非常好。而加入軸承結合部后，系統剛度大幅下降，說明軸承剛度對主軸箱系統總剛度的影響很大，是設計中需要重視的部分。因此，在主軸系統設計過程中，我們綜合考慮了主軸零件的加工精度、車削剛度等問題。在加工精度和加工剛性上做了折中，選用前后圓柱滾子軸承+雙向推力球軸承的軸承布置（圖4），這樣主軸軸承回轉精度較球軸承支撐稍稍差一點，但整體剛性要遠遠高于球軸承支撐，使得硬車時，主軸零件的表面車削質量大大提高。

進給系統：X軸、Z軸兩導軌采用進口或國產加強規格直線滾柱導軌，在切削狀態下具有極高的剛度和敏銳的動態響應性能，并配有自動潤滑裝置，導軌精度高，使用壽命長，可實現快速響應和高速進給性能。X軸、Z軸滾珠絲杠采用臺灣或國產的高精度絲杠。兩軸均為直聯，在伺服馬達直聯驅動下表現高重復精度及應付快速切削加工需求，并提高工件整體加工精度并維持極佳的切削剛性。

內外防護：為滿足不同用戶需求，內防護設計兩種不同的形式，一種是鎧甲是防護罩，外觀美觀但成本相對較高；另一種是普通多層鋼拉罩，成本較低，性價比高。

外防護采用全封閉一體式防護間，整體調運，外觀宜人，占地面積小，防護門可根據用戶需求選擇自動開關和手動開關兩種控制方式，手動開關防護門可一只手同時控制兩個門的開關，以騰出另一只手上下工件，有效的節省了人力的同時縮短了加工輔助時間，從而提高了加工效率。