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有關精密臥式加工中心產品的研究

2022-8-31 來源：沈陽機床（集團（tuán））有限責任公司作者：張麗麗

一、概述

隨著裝（zhuāng）備製造業的發展，僅（jǐn）適用於單件、小批量（liàng）、精加工生產的傳統坐標鏜的市場逐漸縮小，取而代之的是包括精密臥式加工中心在內的精密（坐標）加工中心。

該類加工中心適（shì）用於軍工、航空航天、核電、船舶（bó）、汽車、能源（yuán）、機床（chuáng）、刀具模具及機（jī）器製造業精密零件加（jiā）工，如箱體類、盤套類、板件（jiàn）及模具類（lèi）等複雜零件的中、小批量精密加工，特別適用於尺寸、形狀和位置精度要求高的孔係（xì）加工。五軸產品可進行模具製造行業複雜型麵加工（gōng）、航空航天領域鋁合金與鈦合金的高精度和高速加工、醫療器械領域淬火鋼和不鏽鋼等特殊（shū）材料加工、風電（diàn）行（háng）業的葉片加工等。

近年來，精（jīng）密臥（wò）式加工中心向著高精度、高剛性、高速度、高可靠性、高柔性等方向不斷發展（zhǎn）。目前，世界知名的該類機（jī）床製造商（shāng）有日本安田（YASDA）、瑞（ruì）士迪克西（DIXI）等。

二、主要（yào）競爭對手產品及特（tè）點

1.日本（běn）安田

公司產品應用於模具、航空（kōng）航天、機械加工、精密零件（jiàn）等行業。追求亞微米精度的超高精（jīng）度、高生產率的自動化、高超加工技術的多功能化，是安田的研發理念。

（1）精密臥式加工中心係列。

機床主要技術參數如表 1 所示。具體結構如圖 1 所示。該類機床適用於機（jī）床主要部件、注塑機主要部件、壓縮機殼、印刷機（jī）架等的（de）加工。

圖 1 YBM 係列精密（mì）臥式加工（gōng）中心

表 1

YBM10T : 高承重（5t）。YBM15T: 承重達 12t，適用於重型工件的高速、高（gāo）精度的加工定位，達到坐標鏜分度精度。

（2）臥式五軸加工中心係列。機床主要技術參數如表 2 所示。其結構（gòu）外形（xíng）如圖 2 所示。

圖 2 YBM T-TH 係（xì）列精密臥（wò）式五軸加工中心

表 2

YBM10T-TH : 高承重（5t），適（shì）用於中大型工件的高精度多麵加工。

YBM10T-100TT: 適用於飛機零件、難加工和複雜零件。

H30i-32PLS 分上下三層，最多可存放 32麵工作台 ;H40i-24PL 分上下三層，最多可存放24 麵工作台，節省空間和長時間的無人操作特性，實現加工的最佳性價比。

（3）主要技術特點（diǎn）

1）高剛（gāng）性、高精度（dù）主軸

傳統的主軸預加負載方式，由於受到主軸轉速增加引起熱（rè）量溫度上（shàng）升造（zào）成預載增加的製約，而不得（dé）已采用盡量減少主軸初期（qī）預載這種有悖於主軸功（gōng）能的方法。

公（gōng）司開發（fā）的預載自動調（diào）整型高速主軸，低轉速時大預加負載，高速（sù）旋轉時根據軸承發熱量自動（dòng）調整預加負載，實現低轉速重切削，高轉速低發熱高精度旋轉。主軸驅動電機和主軸通過（guò）柔性聯軸節高度同軸連接，實現全轉速範圍高精度旋轉，使高硬度材料的高精度加工成為可能，在加工中（zhōng）發生軸向切（qiē）削力反向時也能保（bǎo）持高精度加工。

2）高（gāo）剛（gāng）度機床結構

床身 : 采用最簡單的 “H” 型結構（gòu） , 側麵（miàn）結構壁厚 90mm, 上部水（shuǐ）平結構壁厚 40mm, 具有極高剛性 , 保證立柱移動時不（bú）變形。各部結（jié）構熱容積相同 , 並預設恒溫係統（tǒng）管道 , 保證床身在室（shì）溫（wēn）變化時不產生扭曲（qǔ）或彎曲變形（xíng）。

導軌 : 機床精度及精度保持（chí）性取決於（yú）導軌。機床導（dǎo）軌由淬火軸承鋼製成 , 經精心磨削、手工拋光後 , 導軌表（biǎo）麵（miàn）具有極高表麵粗糙度 , 為定（dìng）位精度及其持久性奠定了堅實基礎。

經高精度（dù）加（jiā）工的（de）導軌安裝在經過手工精密刮研的具有準確直線度的床身、滑鞍、立柱的（de）導軌安裝麵上。在承重的 X 軸及 Z 軸上 , 配有承重檢測係統 , 根據承重自動調整導軌麵壓 , 實現大、重零部件的高速移動。

立柱 : 立柱導軌左右並（bìng）非完全平行 , 而是稍呈 “鼓形”。無論（lùn）主軸箱（xiāng）位於哪個位置 , 主軸箱兩側將受到恒定預加負載（zǎi）。主軸變形（xíng）小,定位精度高。

3）工作台夾緊機構

工作台夾（jiá）緊機構（gòu）由 120~175mm 厚的優質鑄鐵製成的高剛性工作台以及夾緊構造係統構成。該係統采（cǎi）用弧齒聯軸節盤定位（wèi）工作台於底（dǐ）盤，通過聯軸節盤圓周（zhōu）上帶 30°壓力角的弧齒以無齒隙咬合實現工作（zuò）台（tái）高（gāo）精度定位。工作台與底盤的結構一體化結構，保（bǎo）證高剛性夾緊（jǐn），以及良好的振動衰減性（xìng）。同時具有工作台交換的（de）高重複定（dìng）位精度（dù），實現長時間（jiān）的無人高精度（dù）加工。

4）機身溫控裝置

機床在工廠裏所（suǒ）處的設置環境對機身精度有很大影響。比如強（qiáng）烈的室溫變化、室內上部下部的溫差、來自頂棚與牆壁（bì）的熱輻射等，都會使機械不斷發生熱變形，並左（zuǒ）右它的精度。安田產（chǎn）品（pǐn）的機身溫控裝置可將工廠環境對機身影響局限在最小範圍內，通過在機身上循環的（de）冷媒（méi）把主（zhǔ）要部位控製在室溫的 ±0.2℃以內，以（yǐ）防機身（shēn）急劇（jù）變形（xíng），實現長期的穩定高精度加工。

5）控製係統 “YASDA MiPS”

為實現高生產率和高度自動化而獨創的控製係統 “YASDA MiPS” 具有便於機（jī）械（xiè）日（rì）常維護的（de）“維（wéi）護演示功能”，能發現機（jī）械故障（zhàng）並以畫麵顯示故障（zhàng）部（bù）位的 “自診斷功能”，管理（lǐ）刀具、監視加工動力情況的（de） “管理功能”，而且還（hái）在進一步增加新的加工支持功能，進行更高水平的機械控製。這（zhè）些功能還可以與互聯網對接。

6）驅動係統

加工中（zhōng）心 X、Y、Z 軸采用雙伺服電動機 , 雙絲杠驅動 , 結（jié）構重心與驅動中心重合 , 保證驅動精（jīng）度。X、Y、Z 軸定位精度依據 VDI/DGQ3441標準（zhǔn）實測值為 3.9μm。

2.瑞士迪克西

自 1904 年成立以來，迪克（kè）西一直追求 “高精度” 理念（niàn），製造的機床應（yīng）用（yòng）於尖端技術領（lǐng）域，憑借產品及（jí）服務的高品質和可靠性，獲得了世界各地的客戶的高度評價。公司精密臥式加（jiā）工中（zhōng）心主要有DHP（DIXI High Production）高性能係列，產品有三種規格 :DHP40、DHP 50、DHP80。機床具體結構見圖 3 所示。

圖 3 精密臥式加工中心 DHP 係列

（1）DHP 高性能係列臥式（shì）加工中心該係列產品是專為成批生（shēng）產和大量生產中精密加工（gōng）複雜零件而設計的（de）四（sì）軸和五軸機床。其主要技術指標如表 3 所示。

表 3

（2）主要技術特點

1）機床理念

DIXI 機床的理念 : 不需要試（shì）加（jiā）工即可加工。所有機床都是根據這個理念開發的。為了實現這個理念，在全部加工中的定位準確性要控製（zhì）到亞微米水平。通常，高精度機床的（de）定位精度（dù）是5μm，DIXI 機（jī）床可實現 0.99 μm。

2）結構特點

迪克西（xī）機床的主要特征是堅固的床體和不隨時（shí）間變化的高精（jīng）度。模（mó）塊化機床結構，由整體式自支承球墨鑄鐵框架組成，穩定性和剛性高（gāo）。為保證高（gāo）精確（què）度、精度和（hé）幾何形狀，床身經手工刮（guā）研。

采用預（yù）加應力的滾動導向元件，實現高精度和高速度。它帶有集成在導軌內的集成測量（liàng）係統和磁讀數頭，測量係統同導軌自（zì）身一樣有相同（tóng）的膨脹係數，可大（dà）大減小幾何形狀誤差和變形誤差，並可保（bǎo）證（zhèng）較高的精度等級。在正常操作條件下，集成測量係統對（duì）油、潤滑脂和冷卻（què）液的汙染不敏感（gǎn）。

3）主軸

機床裝有以長壽命（mìng）理念開發的高剛性（xìng）、高精度、高性能的（de）主軸（zhóu）。主軸（zhóu）均用預加載荷的鋼陶瓷混（hún）合軸承，且可根據（jù）速度進行調整 ; 主軸上安裝有軸向位移傳感器、溫度傳感器、振動傳感器等元件。

主軸結構 : 為（wéi）了提高剛性，主軸采用了懸垂較（jiào）短的構造。主軸驅動采用了直驅電機，實現高速同步攻絲。

軸承預緊的（de）無級（jí）控製 : 為了延長軸承（chéng）壽命（mìng）和優化負載能力，研發了液壓無級控製的主軸軸承預緊裝置，可以根據主軸轉數調整主軸軸承預壓，削減了軸承產生的熱量。

主軸冷卻 : 對主軸發熱處的（de）軸套進行冷卻（què），避免熱（rè）量轉移到主軸箱，從而防止熱擴散，抑製熱變形。

4）雙轉台

可選（xuǎn）直接驅動方式電機雙轉台，兩軸（zhóu）配備線性光柵尺和（hé）編碼器，實現（xiàn）五（wǔ）軸聯動，兼顧高效率、高精度加工。Ａ、Ｂ軸可（kě）同時分度，高效加工複雜形狀及工序集約型工（gōng）件（jiàn）。刀具（jù）可從最適合的角（jiǎo）度（dù）趨近，實現高質量加工效果和刀具的長壽命。可選配托盤交（jiāo）換係（xì）統。

適用加工（gōng）工件最大直徑為 φ1000/1200 mm，最大高度為 810 mm ( DHP 80 II)。機床（chuáng）可實現重切削中的高精度加工。在（zài）傾斜位置上自動（dòng）更換刀具（jù），擺動（dòng）角度大，有利於複雜形狀工件加（jiā）工。

5）工作台

通過采用直驅電機，實現零間隙的高速、高效驅動，有利於減少維（wéi）護工時、延長壽命。高速的雙麵旋轉式托盤交換係（xì）統，簡潔而可靠性高，可提（tí）高生產效率。托盤交換係統提供一個的標準托盤和一個的任選托盤。托盤交換時間小於 8s。機床（chuáng）防（fáng）護頂部（bù）天窗寬度（dù）大，可以使用天車裝卸工件。

三、產品戰略發展建議

產品開發技術路徑宜聚集（jí）國內其它關（guān）鍵技術優勢單位（wèi），采用 “產學研用” 相結（jié）合的模式，建（jiàn）立研究和製造隊伍，全麵開展針對用戶典型產品的加（jiā）工工藝研（yán）究，通過（guò）自主設計、製造、安裝調試，掌握高精度數控臥式坐標（biāo）鏜床關鍵單元技術、係統集成（chéng）技術、關鍵試驗技術、關鍵設備和（hé）儀器的開發技術，為精密臥式加工中（zhōng）心等相關高精度機床的（de）研發、製造培養相應的優勢團隊。

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