立式加工中心的高速刀架設計
2017-7-13 來源：齊重數控裝備股份有限公司 作者：郭玉英
摘 要: 立式加工中心采用高速刀架結構大大提高了垂直刀架( Z 軸) 的垂向最快移動速度，極大地提升了機床的使用效率和加工零件的表面粗糙度質量，大大簡化了機床進給傳動的結構形式。
關鍵詞: 立式加工中心; 高速刀架; 使用效率; 表面粗糙度質量
目前，國內外的立式加工中心垂直刀架滑枕的垂直進給傳動大都采用伺服電動機驅動滾珠絲杠的傳動方式，由于伺服電動機受到自身功率扭矩特性、額定轉速的限制，滾珠絲杠受到自身長度、剛度、臨界轉速的限制，使得伺服電動機、滾珠絲杠的轉速不能很高，因此垂直刀架垂直進給 Z 軸的快速也不能很高，一般不超過 15 m/min，伺服電動機傳動方式制約了刀架垂直方向最高移動速度，限制了立式加工中心使用效率的提高。
為了解決這個問題，本文介紹一種立式加工中心的高速刀架，該刀架解決了垂直刀架 Z 軸垂向進給不能高速運動的問題，極大地提高了立式加工中心的使用效率。
本立式加工中心的高速刀架的結構見圖 1，直線電動機次級部件 2 安裝在橫梁滑板 1的中部，在二者之間裝有次級部件冷卻管 3; 直線電動機初級部件 4安裝在直線電動機次級部件 2 的下部，與其上方的直線電動機次級部件 2 滑動間隙配合; 在直線電動機初級部件 4 的左下部裝有初級部件冷卻管 5; 刀架體 7固定在橫梁滑板 1 的下部，滑枕 9 安裝在刀架體 7 的中下部，在其兩側裝有直線導軌組件 8，直線導軌組件8 的直線導軌與滑枕 9 固定聯接，直線導軌組件 8 的滑座與刀架體 7 固定聯接; 聯接體 6 安裝在直線電動機初級部件 4 與滑枕 9 之間，其上端面與直線電動機初級部件 4 固定聯接，下端面與滑枕 9 固定聯接，光柵尺組件 10 安裝在滑枕 9 下端面的中部。
圖1 立式加工中心的高速刀架結構
本立式加工中心高速刀架的工作過程，當按下按鈕站機床起動按鈕，機床開始正常工作，次級部件冷卻管 3、初級部件冷卻管 5 首先進入冷卻水，冷卻水帶走直線電動機次級部件 2、直線電動機初級部件 4 的發熱量，使直線電動機次級部件 2、直線電動機初級部件4 同時得到循環冷卻并保持恒溫，按下按鈕站 Z 軸起動按鈕，數控系統控制直線電動機初級部件 4 沿直線電動機次級部件 2 垂直方向運動，同時帶動聯接體 6、滑枕 9 沿刀架體 7 上的直線導軌組件 8 的垂直方向進行直線運動，按下按鈕站 Z 軸停止按鈕，數控系統控制直線電動機初級部件 4 停止運動，直線電動機初級部件 4 同時制動聯接體 6、滑枕 9，按下按鈕站機床停止按鈕，次級部件冷卻管 、初級部件冷卻管 5 內停止進入冷卻水，機床停止工作。
本立式加工中心高速刀架的閉環反饋過程，刀架體 7 的實際位置信號通過光柵尺組件 9 反饋給數控系統，數控系統根據光柵尺組件 9 提供的刀架體 7 的實際位置信號，相應控制直線電動機初級部件 3 直線移動的位置補償量，形成數控系統閉環控制，達到精確控制刀架體 7 實際位置的目的。
本設計大大提高立式加工中心垂直刀架 Z 軸的最快移動速度，達到了 60 m/min 以上，是目前傳統結構刀架垂向 Z 軸最快移動速度的 4 倍以上，大地提升了機床的使用效率和加工工件的表面粗糙度質量，大大簡化了機床進給傳動的結構形式。
作者簡介: 郭玉英，女，1982 年生，工程師，設計員，主要從事機床的設計工作。
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