高精密（mì）臥式加工（gōng）中心結構的保質設計（jì）-加工（gōng）中心網-數控機床市場網

您現在的（de）位置：加工中心網> 技術前沿>高精密臥式加工中心結構的保質設計

高（gāo）精密臥（wò）式（shì）加工中心（xīn）結構的保質（zhì）設計

2016-9-1 來源：山（shān）東大學機械工程學院等作者：韓玉勇（yǒng）苗付標李自強楊（yáng）朝全

摘要（yào）：以高精密臥（wò）式加工中心（xīn）關鍵部件的設計為例，闡述了保（bǎo）質設計通用技術及模塊化產品通用規劃設（shè）計技術在高精密製造加工設備設計中的應用。

關鍵詞：高精密加工中心；結構優化（huà）；保質設計

近年來，隨著世界機床市場不斷向高速、高精、複（fù）合、智能、環保等方向發（fā）展，加工中心技術的（de）應用研究成（chéng）了（le）機（jī）床裝備業的（de）重大課題。特別（bié）是航空航天（tiān）、造船、軍工（gōng）和模具製造等國（guó）家戰略性重點（diǎn）行業的（de）大力發展，解決複雜平（píng）滑空間曲（qǔ）麵的中小型殼體、箱體類零件的高精密製造加工設（shè）備日益（yì）顯示出其強大的能量。高精度臥式加（jiā）工中心在國內外已（yǐ）是市場需求（qiú）的主流產品，注重其在機械結構設計和控製係統方麵的結合，完善保質設計通用技術及模塊化產品（pǐn）通用規（guī）劃（huá）設計技術，實現多尺度、多因素係統的保質（zhì）設計，對於實現產品（pǐn）的創新突破具有重要的意義［１］。

１、機床主（zhǔ）要技術參數

圖１所示（shì）機（jī）床是（shì）某公司（sī）與某大學合作開發的一台集現代控製、精密測量、ＣＡＤ／ＣＡＭ等（děng）於一體的高（gāo）精密臥式加工中心。該機床是典型的以（yǐ）工序集中為原則、具有複合加工技術的高端（duān）數控裝備產品［２］。機床主要（yào）性能參數：主軸轉速２５０００ｒ／ｍｉｎ、定（dìng）位精度０.００５ｍｍ／１０００ｍｍ、重（chóng）複定位精度０.００３ｍｍ／１０００ｍｍ，達到（dào）了精密數控（kòng）機床世界先進標準。該機床已在上海第八屆中國數控機床展覽會（ＣＣＭＴ２０１４）、北京第十三屆中國國（guó）際（jì）機床展覽（lǎn）會（ＣＩＭＴ２０１３）上展（zhǎn）出。

圖１　ＴＨ６３１００高（gāo）精度臥式加工中心

２、高精密臥式加工中心設計關鍵技術

２.１　結構采用擁有自主產權的技術設計

２.１.１　加工中心主軸箱垂（chuí）向導軌采用獨特（tè）的支撐結構［３］

傳統臥式加工中（zhōng）心係列機床的主軸箱垂向運動裝配結構圖如圖２（ａ）所示。主軸箱１由２條（tiáo）重（chóng）載滾柱式直線導軌副２支撐（chēng）運動，但安裝位置（zhì）卻在床身（立柱（zhù））前麵、主軸箱的兩側，這樣對機床主軸箱在垂直平麵內垂向運動（dòng）角度偏差將（jiāng）會造成較大影響（xiǎng），機床的剛性差（chà），從而影響機床加工精度。該加工中心主（zhǔ）軸箱１采用蜂巢筋板夾（jiá）心、雙層薄壁矩形管（guǎn）狀結構的鑄件（jiàn）（高強度球（qiú）墨鑄鐵ＱＴ６００⁃３），４條（tiáo）重載滾柱式直線（xiàn）導軌副２安裝（zhuāng）基麵與主軸箱的四側（cè）麵呈４５°夾角（見圖２（ｂ））。垂（chuí）向導（dǎo）軌支撐結（jié）構不但增強了（le）機床的剛性，還會極大地減少主軸箱在縱向垂（chuí）直平（píng）麵內運動角度偏（piān）差，從而使主軸箱穩定性得到了加強，提高了機（jī）床加（jiā）工（gōng）精度。

圖２　主（zhǔ）軸箱導軌支（zhī）撐（chēng）結構對照圖

２.１.２　雙輸出主軸附件頭（tóu）結構確（què）保了加工效率的提高［４］

一般臥式（shì）加工中心均不配置附件銑頭結構，且常規（guī）附件銑頭外形尺寸太大，銑頭主軸中心（xīn）距離機床立（lì）柱導軌麵太近，銑頭的頸部短，不能深入箱體內（nèi）部加工，因而不能滿足許多用（yòng）戶的特殊（shū）加工要求（qiú）。該加工（gōng）中心配備（bèi）了具有知識產權的（de）雙輸出主軸附件銑頭（見圖３），通過增加兩個傳（chuán）動軸９和１０的傳遞，在常規附件（jiàn）銑頭的基礎上不僅將銑頭軸中心到加工中心主軸端麵距離加長，其外形也比一般的附件銑頭小（xiǎo），從而擴大（dà）了加工範圍。同時實現了（le）雙輸出主軸，提高了加工效率。尤其適合特殊場（chǎng）合，如火（huǒ）車配件鉤尾框等零（líng）件的加（jiā）工。

圖３　雙輸出主軸附件頭結構圖

２.２　傳統結構采用國際流行（háng）設計方案

２.２.１　機床床（chuáng）身采用正Ｔ形一體化（huà）設計（jì）

該加工中心Ｚ向導軌所在的前床身和（hé）Ｘ向導軌所在的後床身（shēn）組成正Ｔ形（xíng）一體化結構，且前後床身均采用內外雙壁加（jiā）米字形斜筋設計（見圖（tú）４）。通過建立機床床身（shēn）的有限（xiàn）元模型進行分析，證實該結構最好地實（shí）現了精（jīng）密機床的高剛性及高穩定性要求［５］。見圖５。

圖４　內外雙壁加米字形（xíng）斜筋結構

圖５　機床床身有限元分析圖

２.２.２　Ｘ向床身導軌采用前低後高階梯結構設計

立柱移動所在的Ｘ向２條導軌采用國際（jì）流行的前導軌低後導軌高的階梯結構（見圖６），利用絲杆安裝（zhuāng）位置越靠近機床重（chóng）心越省力的原（yuán）理，在保證Ｙ軸強度的情況下，大大減輕了移動部件立（lì）柱的質量，從而可獲得（dé）更高的加速性能。並且該結構（gòu）在機（jī）床未切削時可以使立柱和（hé）主軸箱部（bù）件有前傾（qīng）趨勢，該（gāi）趨勢剛好抵（dǐ）消（xiāo）機床切削時產生的切削抗力，增強了機床（chuáng）克服傾覆力矩的能力［６］。

圖６　床身導（dǎo）軌前低後高階（jiē）梯結構

２.２.３　托盤夾緊（jǐn）及交換結構采用了液壓控製設計

托盤采用４個（gè）９０°錐台設計，通過液壓夾緊（jǐn）機構使卡爪拉釘拉緊，保證（zhèng）４個錐台麵緊密貼合，定位精度高，液（yè）壓拉緊力大（dà），能夠承受（shòu）強力切削，達到平穩無振動。托盤交換器采用液壓差動升（shēng）降技（jì）術及回轉油缸串聯（lián）、液壓緩衝（chōng）結構設計，實現了交（jiāo）換速度快（kuài）、負載能力強和定位準確的性（xìng）能［７］。

２.３　高精密數控旋轉工作台的應用（yòng）確保（bǎo）了加工精度

該加工中心采用閉環高精密數控（kòng）旋轉工作台結（jié）構，確保了精密級的重複定位精度，工作（zuò）台的回轉精度保證為≤３″，從而最終實現了此產品的高精密度和複合加工功能，達到了精密數控機床的國際先進水平。

３、工藝（yì）路（lù）線的優化

綜合考慮生（shēng）產（chǎn）過程穩定性以及製造成本，緩解機床零件加工、裝配（pèi）過（guò）程中工藝方案不合理以及隨（suí）機性故障引發（fā）的產品生產周期問題，結（jié）合製造企業實（shí）際，特製訂如圖（tú）７所示的工藝路線。

圖７　產（chǎn）品（pǐn）工藝路線圖

４、結論

高精密臥式加工中心技術含量高，屬高端裝備產品，是製造業的支柱性產品，也是機床製造業的發展（zhǎn）方向。該產品技術先進、附（fù）加值（zhí）高，是適合我國裝備製造業需要和開拓國外市場的優先產（chǎn）品，符合國（guó）家及山東（dōng）省振興基礎（chǔ）裝備製造業、發展關（guān）鍵製造技術的發展規劃［８］。其設計經驗值得（dé）人們借鑒和推廣。隻有吸收和發明相（xiàng）結合，才能進行深層次（cì）的技術創新。

投稿（gǎo）箱：
如果（guǒ）您有（yǒu）機床（chuáng）行業、企（qǐ）業相關新聞稿件發（fā）表，或進行資訊合（hé）作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更（gèng）多

博文選萃

| 更多