立式加工中心的高速刀架设计
2016-9-8 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的最高移动速度，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。
1一横梁滑板；2一直线电动机次级部件；3一次级部件冷却管；
4一直线电机初级部件；卜初级部件冷却管；卜联接体；
7一刀架体；8一直线导轨组件；9一滑枕；10一光栅尺组件。
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3、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，极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。
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