浅析TK6513型精密数控卧式铣镗床的研究

摘 要： 随着科学技术的迅速发展，机械产品的构造愈来愈趋于合理，它们的性能效率和精度日益提高，因此对机床这一生产机械零件的设备提出高精度高性能与高可靠性的基本要求，探讨精密数控卧式铣镗床的设计与开发非常有必要。

关键词： 数控卧式铣镗床 设计 开发

2011年，东营职业学院被确定为国家骨干高职院校建设单位，而机械制造与自动化专业作为重点建设专业之一，机械组成员经过积极探索与研究，决定与山东华辰重型机床有限公司携手合作，共同研制开发TK6513型精密数控卧式铣镗床，如此既发挥了学校的技术优势，提高了学校声誉，又发挥了企业的实践优势，更有效地加强了校企合作，一举多得。

1.研究意义

目前，国内开发的数控卧式铣镗床与德国、美国、日本等发达国家相比，在设计理念、制造加工水平、产品性能方面还有很大差距，对于部分用于精密或超精密加工的机床大部分还是依赖进口而且超精密级的机床也是国外限制进口的产品[1]。TK6513数控卧式铣镗床是用途广泛、量大面广的一种万能性加工机床，它的工作性能是以铣削、镗为主，亦可进行扩孔、锪平面、钻孔等多种工序的加工，尤其是适宜加工孔距要求较精确、多孔系的箱体类零件。目前国内生产TK6513型号机床的厂家很多，比如昆明机床、大连机床、沈阳机床等，但是与国外同型号的机床相比，普遍大多存在主轴刚性差，可靠性差，精度低的问题[2]。通过研究发现，数控卧式铣镗床本身结构虽然复杂，但是如果提高机床主轴刚性，则将极大地提升机床的加工精度和可靠性。我们机械项目组与山东华辰重型机床有限公司根据自身技术特点和市场需求，结合国家战略发展需要，制订自主开发研制具有高刚性、高精度、高可靠性的TK6513型精密数控卧式铣镗床的计划。TK6513型精密数控卧式铣镗床的研制成功并投入生产使用，将增强公司实力，并极大地提高公司的加工制造水平，使公司向制造业强国的目标又迈进了一步，对整个国内制造业具有重要意义。

2.研究思路

结合现有的设备和技术，并吸收国外的经验，找出现有数控卧式铣镗床存在的缺陷。从机床的结构和部件设计入手，设计并采用了一些构件，使数控卧式铣镗床的主轴刚度得到了很大提高，提高了机床的加工精度和可靠性，极大地提升了加工制造的水平。

TK6513型精密卧式铣镗床的总体设计布局是横纵床身呈现出正T字形的整体结构；侧挂式主轴箱，热平衡性好、受力均匀、刚性好、精度稳定。采用双齿轮消隙结构保证工作台回转运动的准确性和稳定性，同时为了确保工作台的旋转定位精度，采用了圆光栅作为测量元件，直接测量，闭环控制，可以实现任意角度的定位，分度精度较高。采用侧挂式主轴箱的结构，并且使用液压双挡变速技术，实现了主轴的大扭矩、高刚性和高转速[3]。这些结构的设计和采用，极大地提高了机床的主轴刚性。

冷却系统的采用极大地减少了生产过程中热能的产生，提高了深孔加工的能力。本机床的镗轴直径达到φ130mm，并具有800mm的伸出功能，而且设有内冷结构，可以使通过主轴中心的冷却液压力达到30bar，流量达到30L/min，从而实现深孔加工的能力。镗轴与空心主轴间的配合长度大，而且利用高精度磨床保证了二者之间的配合间隙，从而保证了机床主轴的刚性。机床的Z向运动采用了淬火钢导轨，并设有滚动体卸荷机构，在导轨的侧向，也采用了滚动体导向，从而确保了机床运动的平稳性，防止爬行现象的发生，保证了机床的定位精度[4]。

TK6513型精密数控卧式铣镗床的研制成功，大大提高了国内机床的加工精度和可靠性，但是与国外先进的设备相比，在加工质量与加工效率等方面，仍然存在一定差距，我们将在现有的设备和技术基础上，不断创新和提高，争取使我们国家的加工制造业位于世界前列。

3.研究内容

经过研究发现，提高数控卧式铣镗床的主轴刚性，将会极大地提高机床的加工精度和可靠性，所以提高数控卧式铣镗床的主轴刚性成为解决机床加工精度的着力点，由此确定研究内容。

（1）详细分析国内外卧式铣镗床的结构特点，探讨各种机床结构的优缺点，提出满足高速切削和精密铣镗床的机床总体布局设计方案。（2）分析高速精密卧式铣镗床结构设计特点，研究国内相关先进设计技术，结合计算分析，提出高速精密卧式铣镗床主要功能部件。（3）研究双齿轮消隙结构，以保证工作台回转运动的准确性和稳定性。（4）研究采用圆光栅作为测量元件，直接测量，闭环控制，用以实现任意角度的定位，分度精度较高，从而确保工作台的旋转定位精度。（5）研究液压双挡变速技术，以更好地实现主轴换挡，从而实现主轴的高转速、大扭矩、高刚度，进一步提高整个机床的加工精度。

4.解决问题

在研制TK6513型精密数控卧式铣镗床过程中，如何使总体布局结构形式实现既紧凑又具备高的刚性以保证卧式铣镗床的精度和稳定性是研究的重点。在设计过程中，我们要着重解决如下几个问题。

（1）对数控卧式机床的整体结构进行了详细研究，并结合国内外的设计，采取最优的设计方案。（2）设计一些影响机床和主轴刚度的重要部件，提高整个机床的刚度，从而提高机床的加工精度和可靠性。（3）钻孔是数控卧式铣镗床的一项重要功能，采用良好的冷却系统，使数控卧式铣镗床加工深孔的能力提高。（4）整个设计过程中，围绕经济、高精加工理念设计，以求取得最好的经济效益。

5.研究创新

创新是一个企业生存和发展的灵魂，技术创新可以提高生产效率，降低生产成本。所以我们在设计开发过程中，充分考虑国内现有设备和国外先进设备的应用环境和设计思路，创造性研究符合我国国情的关键技术，我们采用以下关键技术并取得创新：（1）机床结构采用正T字形布局方式，侧挂式主轴箱，具有可伸出镗杆，使整个结构紧凑。（2）液压双挡变速技术的研究与设计，实现了主轴的高转速、大扭矩、高刚性。（3）双齿轮消隙结构的设计并采用，保证了工作台回转运动的准确性和稳定性。

6.结语

我们共同开发设计的TK6513型精密数控卧式铣镗床的结构及性能接近或超过国外同类产品的水平，在国内处于领先地位，其工作台规格和各坐标行程易于变化，还可以选配各种特供附件，满足不同用户的需求，具备市场竞争能力。该机床的成功开发不仅满足了市场对精密数控卧式铣镗床的需求，而且提高了国内的装备制造水平，具有广泛的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]王胜.TK6511和TH65100×100产品整合过程及其方法[J].2014（01）.

[2]胡杨阳，宫浩博.浅谈TK6816系列数控卧式铣镗床结构特点与系统组成[J].机电信息，2012（12）.

[3]畅越星.数控落地铣镗床主轴箱动力学分析与结构设计研究[M].2007.

[4]韩志华.数控机床运转状态监测技术的研究――稳定性研究[M].2006.