陈启章，陈榜，陈正国

(湖北福欣机床制造有限公司，湖北 黄冈 438000)

随着制造业产业升级和劳动力成本的增加，制造业特别是劳动密集型制造业急需加工工序集中、经济高效、对操作工人技能要求不高且劳动强度较低的加工装备。针对市场需要，目前国内市场上有两种双主轴形式高效数控车床：一种是平行双主轴数控车床，另一种是对列双主轴数控车床。这两种机床多采用电主轴及双动力刀架或双列加工刀塔，用进口数控系统控制，造价非常高，不利于在中小企业特别是微利的劳动密集型制造业中推广使用。在汲取双主轴设计理念，结合自主开发的数控排刀车床及车削自动线等成熟技术的基础上，专门针对轴承套圈车削加工开发设计了CK7820×2/SP双主轴双数控卡盘车床。此机床采用变频器控制主轴变速，对2个国产数控系统进行二次开发，使其控制2个加工单元，使用2个排刀刀架，其成本低且更高效。该机床适用于加工直径Φ200 mm，宽度100 mm以内的套圈，特别是对需要多工序车削的圆锥轴承内圈，具有更突出的优势。

1 机床结构

CK7820×2/SP双主轴双数控卡盘套圈专用车床结构如图1所示。机床主体采用底盘和床身2部分结构，全封闭防护，双门可自动开启，自动上、下料(上料机械手及液压系统图中未示出)，具有较高的自动化程度、安全性和宜人性。其中，左主轴(左z轴)箱及夹紧系统夹紧工件并旋转使z轴车削进给；左单元数控系统控制左z轴及左x轴运动并与右单元联系，左数控刀架进行左x轴车削进给；右单元数控刀架(右x轴)进行右x轴车削进给，右单元数控系统控制右z轴及右x轴运动并与左单元联系，右主轴(右z轴)箱及夹紧踢料系统夹紧工件并旋转使z轴车削进给，当工件加工完毕松开工件，踢料器将工件踢入接料器；左单元工件加工完毕踢料器踢出工件，接料器将工件接住并送入输送带，输送带将接料器送来的工件传输到工件箱；床身固定刀架及左、右加工单元向前斜置45°，有助于排屑，底盘容纳冷却水及铁屑，排屑器将铁屑从机床内输送到接屑车；防护装置防止冷却水及铁屑飞溅伤人及影响车间管理；上料机械手给左单元上工件；液压系统提供夹紧油缸压力及主轴轴承润滑。

2 主要规格与参数

机床最大加工外径为Φ200 mm，宽度为100 mm；纵向(z轴)行程：左单元为440 mm，右单元为350 mm；横向(x轴)行程：左、右单元均为580 mm；主轴转速(无级)为18～1 786 r/min；主电动机型号为YP160M-33.3-7.5-4-B3，7.5 kW；伺服电动机x/z轴力矩为7.5/18 N·m。

1—左主轴 (左z轴) 箱及夹紧系统；2—左单元数控系统；3—左单元数控刀架(左x轴)；4—右单元数控刀架(右x轴)；5—右单元数控系统；6—右主轴 (右z轴) 箱及夹紧踢料系统；7—接料器；8—输送带；9—床身；10—底盘；11—排屑器；12—防护罩

3 工作原理

3.1 加工工艺的确定

以圆锥滚子轴承内圈车削加工为例，工序1(图2a)以圆锥轴承内圈大端面定位支承内孔，使用数控排刀技术，分4个工步车削：车小端面、滚道及倒外角→倒内角→车小端油沟→车大端油沟[1-2]。工序2(图2b)以圆锥轴承内圈小端面为基准，用数控技术定位长度并夹紧内圈外径面，使用数控排刀技术，用2把车刀分2个工步进行加工：车大端面→倒内角、车内孔。

图2 圆锥滚子轴承内圈加工工序

3.2 工作原理

机床使用数控排刀技术，分左、右2个加工单元，采用双移动主轴箱、双数控系统及双排刀平刀架结构，主轴同时又作为z轴使用，左单元使用4把刀，分4个工步完成加工工序1；右单元使用2把刀，分2个工步完成加工工序2。加工工艺流程如图3所示。

图3 加工工艺流程

左加工单元：上料手上料，左主轴箱卡盘内撑紧工件，上料手退回原位, 防护门关闭，左单元进行切削加工，加工完毕，左加工单元x，z轴退回原位，主轴停转；左右单元主轴(z轴)箱相向行进到位，右主轴箱卡盘夹紧工件外径面, 左主轴箱卡盘松开工件，两主轴箱各自退回原位，完成首次加工工序(首次仅左单元加工工件)。

循环工序为：左加工单元上料手上料，左主轴箱卡盘内撑紧工件，上料手退回原位，防护门关闭，左、右加工单元同时进行切削加工，加工完毕x，z轴退回原位，主轴停转。右加工单元下料手进，右主轴箱卡盘松开工件，踢料器踢料，下料手接料退回原位，工件落入输送带传至工件箱；左右单元主轴(z轴)箱相向行进到位，右主轴箱卡盘夹紧工件外径面, 左主轴箱卡盘松开工件，两主轴箱各自退回原位，完成工件交接，如此自动循环。

3.3 控制系统的设计

机床采用交流伺服电动机驱动的双数控系统，根据零件的不同加工工艺要求编制工作程序，主电动机由变频器控制实现无级调速。自动控制系统是通过对数控系统的二次开发实现的，控制系统设计为手动和自动，实现左、右加工单元独立或联动加工；手动用于调试，自动用于正常工作；报警、手动和自动3种状态可以用不同颜色指示灯来显示；手动与自动、独立与联动状态可以实现自由切换；卡盘动作与主轴启动互锁，只有当卡盘夹紧工件时才能启动主轴，当出现紧急情况时可按紧急停车按钮停车(控制程序略)。

4 结束语

该机床自动化程度高，操作简单，只需人工上料，机床即可完成套圈内孔、外径面、端面及油沟等车削加工的全部工序。由于采用数控排刀技术，一次装夹后可进行多工序集中加工，左、右加工单元可自动对接转运工件和进行加工，大大缩短了工序间周转时间，生产效率比传统加工工艺成倍提高，且减少了操作工人数量和占地面积，经济效益显著。