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GXF360 2017-05-26

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CY-SVTURN系列适用型智能数控立式车床的研发

吴俊勇，刘丽英，李浩，李静

（云南CY集团有限公司，云南昆明 650000）

摘要：本文主要介绍了CY-SVTURN系列适用型智能数控立式车床的研发背景，主要技术参数的确定、关键技术的解决及典型被加工零件等内容。

关键词：机床；立车；智能型

1 概述

近年来，用以加工汽车、机床、电子、航天、军工等行业的盘类及短轴类零件的中小型适用型智能数控立式车床市场需求量连年递增。为适应这一市场需求，满足加工不同规格的盘类及短轴类零件，迫切需要开发一系列中小型适用型智能数控立式车床，这种机床要适用于批量大、精度高、尺寸一致性要求较严格的零件加工，要便于组成自动化程度高的生产线，要是一种高效率、高精度、高质量、高效益、低成本机床。CY-SVTURN系列适用型智能数控立式车床正是基于以上市场需求而研发的一款机床。

2 产品系列型普

根据各销售公司的反馈及技术人员到用户现场进行实地考察，为满足不同用户的使用需求，决定CY-SVTURN系列产品推出以下几种规格以供用户选择：CY-SVTURN20、CY-SVTURN25、CY-SVTURN32、CY-SVTURN40。

3 关键技术解决

3.1 整机结构的确定

现市场上类似规格的数控立式车床主要有两种结构形式。一是立柱+底座的结构形式（图1）。此结构采用较多，优点是结构紧凑，机床外形尺寸小；缺点是Z轴移动部件重量大，而且都是悬伸的，重力产生的不平衡扭矩大，如何平衡是个难点。一般的解决方法是采用大规格的直线导轨+平衡油缸，或是用滚动块+平衡油缸平衡，但这两者的成本都较高。另一种是底座+横梁的结构形式（图2）。目前主要有沈一和宝鸡采用。因为其X轴导轨是固定在横梁上（其底座和横梁是固定在一起的），机床X轴方向精度容易保证，故最适合加工盘类零件；缺点是机床重量大、成本高。

综合以上两种结构的优缺点，经过讨论论证，决定底座及立柱之间采用特殊布局（图3），底座+立柱+动柱，且X轴导轨采用三导轨的过定位结构，这样的布局既节省了空间又有效的提高了机床的切削刚性。

机床主机由床身、主轴箱、床鞍、滑板、主电机、X轴进给、Z轴进给、刀架等部分组成。床身上有供床鞍移动的导轨。两轴丝杠驱动床鞍滑板，形成刀具的行走轨迹，主电机带动主轴旋转，为车削提供动力。

3.2 结构优化设计

结构优化设计是研究工程结构在满足约束条件下按预定目标（如重量最轻、造价最小等）求出的最优设计。

整机优化设计，主要涉及对主机的强度校核、变形量计算及共振频率计算。通过对以上数据的分析，得出是否符合设计要求的结论，并对偏离设计预定目标的设计指标进行修正、改进，最终达到我们所想要的设计结果。

3.3 关键部件优化设计

底座：底座结构优化设计，材料采用高密铸铁，强度高，吸振性好。底座对称结构设计，热稳定性极佳，底座上双排屑口，使排屑更流畅。底座及立柱筋形布置合理，立柱直接固定在底座上，使机床具有很高的刚性；底座及立柱之间采用特殊布局，比目前市场上的数控立车更紧凑，外形尺寸更小，同时提高了机床的刚性和精度。

图1

图2

图3

图4

主轴：主轴系统结构优化，主要通过三维有限元分析软件，对主轴箱的整体刚度进行分析。

主轴箱系统的静刚度是主轴静刚度、主轴轴承静刚度和主轴箱静刚度的综合反映，同时还与轴承配置有关。

在计算过程中发现，由于主轴前端悬伸量较小，使得主轴本身的刚度非常好。而加入轴承结合部后，系统刚度大幅下降，说明轴承刚度对主轴箱系统总刚度的影响很大，是设计中需要重视的部分。因此，在主轴系统设计过程中，我们综合考虑了主轴零件的加工精度、车削刚度等问题。在加工精度和加工刚性上做了折中，选用前后圆柱滚子轴承+双向推力球轴承的轴承布置（图4），这样主轴轴承回转精度较球轴承支撑稍稍差一点，但整体刚性要远远高于球轴承支撑，使得硬车时，主轴零件的表面车削质量大大提高。

进给系统：X轴、Z轴两导轨采用进口或国产加强规格直线滚柱导轨，在切削状态下具有极高的刚度和敏锐的动态响应性能，并配有自动润滑装置，导轨精度高，使用寿命长，可实现快速响应和高速进给性能。X轴、Z轴滚珠丝杠采用台湾或国产的高精度丝杠。两轴均为直联，在伺服马达直联驱动下表现高重复精度及应付快速切削加工需求，并提高工件整体加工精度并维持极佳的切削刚性。

内外防护：为满足不同用户需求，内防护设计两种不同的形式，一种是铠甲是防护罩，外观美观但成本相对较高；另一种是普通多层钢拉罩，成本较低，性价比高。

外防护采用全封闭一体式防护间，整体调运，外观宜人，占地面积小，防护门可根据用户需求选择自动开关和手动开关两种控制方式，手动开关防护门可一只手同时控制两个门的开关，以腾出另一只手上下工件，有效的节省了人力的同时缩短了加工辅助时间，从而提高了加工效率。