铣车复合加工中心
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复合加工中心即立卧转换加工中心共有两种,一种是工作台立卧转换,它主要针对小型零件,一种是主轴立卧转换,它适合中、大型零件。
随着经济的发展,各种产品的技术上的提高,质量的提高越来越快,产品周期也越来越短,所以在机械加工上,要求加工精度越来越高,加工周期短。某些零件希望一次装夹后能够达到全部的机械加工,这就提出了综合加工的要求。
一个铣加工零件,往往需要通过几次装夹,一台立式加工中心和一台卧式加工中心才能完成零件全部加工要求。众所周知,每经过一次装夹,将带来一次装夹误差,装夹次数越多,产生的误差也就越多。所以,如果将一台立式加工中心和一台卧式加工中心组合在一起,这样零件在一次装夹中就能完成所有铣加工,避免了多次装夹所带来的误差。
复合加工中心即立卧转换加工中心共有两种,一种是工作台立卧转换,它主要针对小型零件,一种是主轴立卧转换,它适合中、大型零件。

1 工作台立卧转换

工作台立卧转换有两种结构,一种是利用45°斜面进行立卧转换和定位(图1, 2) ,其优点是45°斜面接触面大,工作台刚性和承重都较好,并且立卧转换不影响行程。定位面不受力,可保证较高的精度。另一种称为摇篮式工作台(图3) ,由于它采用抱轴方式进行定位,所以定位精度较差,工作台的承重也较轻,在加工中会受到一个较大的扭矩,是定位不可靠。在工作台立卧转换中会吃掉很大行程。一般在经济型的加工中心中才会采用。

图1

图2

图3

2 主轴立卧式

主轴立卧式也有两种结构。一种是45°斜面进行主轴立卧转换(图4)。它的优点是45°斜面接触面大,主轴刚性好,定位采用鼠牙盘,重复定位精度高,且在立卧转换后其刀具中心点位置不变,方便编程,当然它的缺点是无负角度。
另一种形式为A轴,它的优点是由较大的X角度,特别适合大角度的叶轮加工。但是,它的缺点非常明显,立卧转换将吃掉Z轴行程。一般来说,机床X、Y、Z三轴中Z轴是最短的,如果再吃掉一点的话,它使机床的加工范围大大缩小。

图4

图5

图6


图7

图8
当然,有些用户希望能达到装夹时不影响机床加工,所以,双工作台、多工作台(FMS)等作为一种选项,都是可以提供的(图6)。
从镗铣加工来说,这样一台机床如果配到五轴联动的话,那么所有五面体五轴联动都能一次加工完成。但是,如果这个零件尚有一些地方必需车加工的话,那就必须进行第二次装夹,在车床上完成。这样就会产生二次装夹问题,作为最新一代机床,铣车加工中心诞生了(图7)。它以铣加工为主导思想,但包含了车加工能力。它的主要特点是NC转台从几十转加快到800r/min,满足了车加工的要求。同时在刀库可以安装车刀(图8) ,利用主轴可定位控制,满足车削加工要求。
由于是一台复合加工中心,所以机床的每一个零部件都必须保证高精度,这样才能达到在使用中产生高精度。机床的精度主要分成三部分静态精度,如:直线度、平面度、同心度等各几种几何精度的测试。动态精度如:定位精度、重复定位精度、主轴跳动、立卧转换重复定位精度、运动的平稳性(无爬行现象)。热平衡精度:机床在高速加工过程中,各个摩擦部位,各个运动件、电机、电器部分都会产生热量,使得所有零件产生热膨胀。所以要采取一切手段防止热量产生,降低热量的产生和采用强制冷方式,即使热膨胀往控制的方向发展。
  1. 采用同步电机,由于同步电机无磁力线的切割,所以不会产生电损耗,这样就不会产生热量,如主轴电机、各轴伺服电机。
  2. 降低磨损系统:如果导轨采用线性滚动导轨,它的摩擦系数大大降低,也就降低了热量产生。
  3. 采用强制冷却方式:液体冷却滚珠丝杠和主轴及所有伺服电机,并且这些冷却液带强制冷系统,保证主轴、滚珠丝杠伺服电机在恒温状态下工作:及时工件加工冷却,润滑液也采用恒温技术,不使它的温度对床身产生了影响,同时也改善了切削状况。
  4. 采用热补偿方式:如在主轴上温度传感器,在使用中随着温度的变化,它会对主轴鼻端进行热补偿:在所有直线轴的全程装有四个热传感器,对直线轴进行实时的热补偿。
为保证机床的高刚性和高动态性,床身采用墙式结构(图9) ,并且在X轴上有二根导轨,保证主轴在Z 轴方向的高刚性,它与动柱式机床相比,其静态质量增加一倍,其移动重量降低50%。床身采用GGG-60(相当于QT600-3球墨铸铁,切削技术网站注)铸件,并且经过雪覆盖的时效处理,保证机床具有较高的刚性和吸振性。Y轴导轨采用35°倾角(图10),使得铁屑不易在上面堆积,而螺旋式排屑器与床身分离(图11),使得铁屑和冷却液的热量及振动不会影响到床身,主轴带有振动传感器,避免主轴在共振区域加工。

图9

图10

图11

加工实例

加工实例1

材料:1.4405
(X5CrNiMo165)
老技术新技术
机床铣床和车床铣车复合加工
装夹次数42
刀具数1111
加工时间78min.41min.
优势-提高精度,节省48%加工时间
加工实例2
活塞
材料:42CrMo4
老技术新技术
机床铣床和车床铣车复合加工中心
装夹次数42
刀具数4432
加工时间10std.6std.
优势-提高精度,节省40%加工时间
本文作者:德马吉(DMG)中国公司 张翊伟
原载:上海市金属切削技术协会第十届年会论文集
上载于:2007-11-5 13:43:52

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