立式加工中心的高速刀架设计
2017-7-13 来源：齐重数控装备股份有限公司 作者：郭玉英
摘 要: 立式加工中心采用高速刀架结构大大提高了垂直刀架( Z 轴) 的垂向最快移动速度，极大地提升了机床的使用效率和加工零件的表面粗糙度质量，大大简化了机床进给传动的结构形式。
关键词: 立式加工中心; 高速刀架; 使用效率; 表面粗糙度质量
目前，国内外的立式加工中心垂直刀架滑枕的垂直进给传动大都采用伺服电动机驱动滚珠丝杠的传动方式，由于伺服电动机受到自身功率扭矩特性、额定转速的限制，滚珠丝杠受到自身长度、刚度、临界转速的限制，使得伺服电动机、滚珠丝杠的转速不能很高，因此垂直刀架垂直进给 Z 轴的快速也不能很高，一般不超过 15 m/min，伺服电动机传动方式制约了刀架垂直方向最高移动速度，限制了立式加工中心使用效率的提高。
为了解决这个问题，本文介绍一种立式加工中心的高速刀架，该刀架解决了垂直刀架 Z 轴垂向进给不能高速运动的问题，极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结构见图 1，直线电动机次级部件 2 安装在横梁滑板 1的中部，在二者之间装有次级部件冷却管 3; 直线电动机初级部件 4安装在直线电动机次级部件 2 的下部，与其上方的直线电动机次级部件 2 滑动间隙配合; 在直线电动机初级部件 4 的左下部装有初级部件冷却管 5; 刀架体 7固定在横梁滑板 1 的下部，滑枕 9 安装在刀架体 7 的中下部，在其两侧装有直线导轨组件 8，直线导轨组件8 的直线导轨与滑枕 9 固定联接，直线导轨组件 8 的滑座与刀架体 7 固定联接; 联接体 6 安装在直线电动机初级部件 4 与滑枕 9 之间，其上端面与直线电动机初级部件 4 固定联接，下端面与滑枕 9 固定联接，光栅尺组件 10 安装在滑枕 9 下端面的中部。
图1 立式加工中心的高速刀架结构
本立式加工中心高速刀架的工作过程，当按下按钮站机床起动按钮，机床开始正常工作，次级部件冷却管 3、初级部件冷却管 5 首先进入冷却水，冷却水带走直线电动机次级部件 2、直线电动机初级部件 4 的发热量，使直线电动机次级部件 2、直线电动机初级部件4 同时得到循环冷却并保持恒温，按下按钮站 Z 轴起动按钮，数控系统控制直线电动机初级部件 4 沿直线电动机次级部件 2 垂直方向运动，同时带动联接体 6、滑枕 9 沿刀架体 7 上的直线导轨组件 8 的垂直方向进行直线运动，按下按钮站 Z 轴停止按钮，数控系统控制直线电动机初级部件 4 停止运动，直线电动机初级部件 4 同时制动联接体 6、滑枕 9，按下按钮站机床停止按钮，次级部件冷却管 、初级部件冷却管 5 内停止进入冷却水，机床停止工作。
本立式加工中心高速刀架的闭环反馈过程，刀架体 7 的实际位置信号通过光栅尺组件 9 反馈给数控系统，数控系统根据光栅尺组件 9 提供的刀架体 7 的实际位置信号，相应控制直线电动机初级部件 3 直线移动的位置补偿量，形成数控系统闭环控制，达到精确控制刀架体 7 实际位置的目的。
本设计大大提高立式加工中心垂直刀架 Z 轴的最快移动速度，达到了 60 m/min 以上，是目前传统结构刀架垂向 Z 轴最快移动速度的 4 倍以上，大地提升了机床的使用效率和加工工件的表面粗糙度质量，大大简化了机床进给传动的结构形式。
作者简介: 郭玉英，女，1982 年生，工程师，设计员，主要从事机床的设计工作。
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