一种轴类零件加工专用数控车床

摘要：介绍了一种轴类零件加工专用数控车床-三轴双刀架数控车床。此车床较普通的单刀架数控车床提高了轴的加工效率、减少了细长轴的弯曲变形；较传统的双主轴双刀架数控车床简化了结构、降低了成本。

关键词：数控车床 机械结构 编程

中图分类号：TG751 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0001-02

轴类零件在机械设备中支承传动零部件、传递扭矩、承受载荷，应用广泛，为提高轴类零件的车削加工效率、保证加工精度，设计了结构简单、成本低、精度高、生产率高、工艺性广的轴类零件车削加工专机—三轴双刀架数控车床。

1 轴类零件加工专用数控车床机械结构

传统的经济型数控机床有一个中拖板、一个四方刀架，由一个伺服电机通过一付滚珠丝杠带动刀架作X方向运动从而与大拖板的Z向运动合成切削运动；现改为两个中拖板，各装一个四方刀架，分别由两个伺服电机通过两付滚珠丝杠分别带动前后刀架运动刀架作X方向运动从而与大拖板的Z向运动合成切削运动，实际上是在x轴方向增加一个平行轴，故称之为三轴双刀架数控车床。

送电后，启动主轴，主轴旋转，控制双刀架进给，可实现单独进给、共同进给，转动刀塔实现分别换刀和同时换刀，启停切削液加工，主轴转泵工作等。车床主轴旋转进行加工，刀架进给实现切削。

三轴双刀架数控车床机械结构如图1所示。

2 三轴双刀架数控车床的功能特点

三轴双刀架数控车床除具有普通经济型数控车床的功能之外，在加工长轴及细长轴时，将会充分体现具有生产率高、工件变形小的特点：（1）在车削长轴时，前后刀架均可与主轴实现两轴联动，两刀架配合，在大拖板沿Z轴正负方向运动时均可进行加工，减少了空行程，提高了生产效率；（2）在车削细长轴时，前后刀架配合还可起到跟刀架的作用，减少工件变形。

3 三轴双刀架数控车床对刀与编程方法

3.1 三轴双刀架数控车床坐标轴的重新定义

三轴双刀架数控车床前后刀架均可与主轴实现两轴联动，实际上是三轴控制。机床选择FANUC0i Mate-TD数控系统，对其坐标轴进行重新定义，建立具有同一车削加工平面的两个坐标系。坐标的定义采用右手笛卡尔坐标系原则，X前与Z轴、X后与Z轴确定的是同一个平面，编程指令中用G18表示。为利于编程，定义X前轴为X1，X后为X2轴。具有同一车削加工平面的两个坐标系如图2所示。

对FANUC0i—Mate-TD系统参数及轴属性进行定义如下：

1010 CNC的控制轴数；1020各轴的编程轴名：88（X前）、89（X后）、90（Z）；1022基本坐标系的轴指定。

3.2 三轴双刀架数控车床对刀方法

三轴双刀加架数控车床前刀架刀位号依次为01、02、03、04，后刀架刀位号定义为05、06、07、08，前后刀架上的刀具分别进行对刀，操作方法同FANUC0i Mate-TD数控系统常规对刀方法。为方便操作人员观察05、06、07、08刀位刀具和工件的相对位置是，在后刀架设计安装了对刀探头，如图3示。

3.3 三轴双刀架数控车床编程方法

三轴双刀架数控车床编程方法简捷易行，当程序指令中的Z坐标值发生变化时，前后刀架上的刀具均同步移动到Z轴相应位置；当程序指令中的X1坐标值发生变化时，前刀架上的刀具移动到X1轴相应位置；当程序指令中的X2坐标值发生变化时，后刀架上的刀具移动到X2轴相应位置；刀具刀位点沿X1轴-Z轴（或X2轴-Z轴）的合成运动就是刀具的运动轨迹。

【编程实例】零件如图4所示，材料为45钢，毛坯尺寸Ф60×395mm，未注倒角C1。请确定加工方案并编程。

（1）设备选用。选择三轴双刀架数控车床，配置FANUC 0i Mater-TD系统数控系统。

（2）零件分析。该零件由外圆柱面、外圆弧面、外圆锥面组成。其中￠300.003-0.04×30mm圆柱作为装夹面，必须采用铜皮保护，R120的圆弧面对刀具的偏角有要求。

（3）刀具选择。采用两把35°菱形刀片机夹刀（T0101），完成外圆柱、外圆弧面、外圆锥面的粗精加工；

（4）加工工艺分析。1）采用三爪卡盘装夹毛坯，伸出长度80mm，采用T0101加工￠300.009-0.04×30圆柱面、圆锥面，加工总长80mm；2）零件掉头，伸出长度25mm，采用三爪卡盘装夹毛坯，在另一侧打中心孔，采用T0101加工￠320.009-0.039×20圆柱面；3）卡盘装夹￠300.009-0.04×30圆柱面，必须用铜皮保护，采用一夹一顶方式固定。用T0101和T0505连续加工外圆柱面和外圆弧面。

（5）确定切削用量（见表1）。

（6）零件的加工程序。1）工件左侧加工：左端面手摇去2mm。（见表2）。2）工件右侧加工：右端面手摇去3mm，并打中心孔。（见表3）。3）采用双刀T0101和T0505连续加工￠48°-0.04×200圆柱面和R120外圆弧面，并采用深滚压刀架进行镜面加工，保证0.8级的表面光洁度。（见表4）。

4 结语

高速化、高精度化、复合化、智能化、柔性化、集成化、高可靠性和开放性是当今数控机床的主要发展趋势和方向，在保证加工精度的情况下，省时、节能、高效是加工理念的核心。作为一种轴类零件加工专机，三轴双刀架数控车床采用单主轴、卧式床身、平导轨，具有结构简单、成本低、编程方便、精度高、生产率高、工艺性广的优势，将会得到广泛应用。

参考文献

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