王建軍, 李文祥, 楊紅軍, 李小飛
(寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司,陜西 寶雞721013)
車銑復(fù)合加工中心憑借其高效率、高精度及較強(qiáng)的加工性能,越來越受到廣大機(jī)床用戶的青睞,因此,如何構(gòu)思、設(shè)計車銑復(fù)合加工中心,已經(jīng)成為機(jī)床企業(yè)工程師當(dāng)下任務(wù)。
車銑復(fù)合加工機(jī)床除了具有X、Z兩個方向的直線坐標(biāo)軸外,它至少還比一般數(shù)控車床多1個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸C軸(目前有些高檔的車銑復(fù)合中心還帶B軸)和一個直線坐標(biāo)軸(Y軸),而且可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動加工。主要結(jié)構(gòu)形式有以下3種:
1)第一種結(jié)構(gòu)形式。以臥式車床斜床身為基礎(chǔ),分別設(shè)計有X、Z、Y3個進(jìn)給軸,并配有C軸。該類機(jī)床以車削為主,銑削為輔,適合加工體積較小的回轉(zhuǎn)體類零件。
2)第二種結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)是加工中心。在加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,增加帶C軸車主軸,用旋轉(zhuǎn)夾盤夾持工件,實現(xiàn)車銑復(fù)合。該類機(jī)床以銑削為主,車削為輔,適合加工需要大量銑削類零件。
3)第三種結(jié)構(gòu)形式。整體采用龍門式結(jié)構(gòu),在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,配備具有C軸功能的旋轉(zhuǎn)工作臺。該類機(jī)床一般規(guī)格較大,以鏜、銑加工為主,車加工為輔,適合大型復(fù)雜零件的加工。
通過對目前國內(nèi)外現(xiàn)有車銑復(fù)合加工中心結(jié)構(gòu)形式的對比和分析研究,在結(jié)合國內(nèi)外同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)以及筆者公司豐富的研發(fā)數(shù)控車床、加工中心的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,從適合市場需求和適合公司的開發(fā)要求等角度出發(fā),首先將機(jī)床結(jié)構(gòu)形式定位在中、小型的四軸聯(lián)動車銑中心,因此從結(jié)構(gòu)形式上就排除了第三種的龍門式結(jié)構(gòu)。其次,由于公司產(chǎn)品線多年來以全功能數(shù)控車床為主,對該類機(jī)床的設(shè)計、試制、批量生產(chǎn)公司有著獨(dú)有的競爭優(yōu)勢,所以排除第二種結(jié)構(gòu)形式,因此公司車銑復(fù)合加工中心在結(jié)構(gòu)上采用第一種結(jié)構(gòu)形式。機(jī)床總體布局及各軸運(yùn)動布置圖見圖1。
圖1 車銑復(fù)合中心總體布局及各軸運(yùn)動布置圖
因為機(jī)床是以斜床身數(shù)控車床為基礎(chǔ)的,因此X、Z軸在運(yùn)動布置上,不存在歧義,在Y軸的布置上有以下兩種方案:
圖2 帶Y軸伺服動力刀塔圖
1)第一種方案是直接Y軸結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)是選用類似意大利DUPLOMATIC公司帶Y軸伺服動力刀塔(如圖2所示)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是Y軸運(yùn)動是直接的,行程一般較大,其不足一是Y軸立柱受布局限制,受力不很合理,易形成懸臂支承,影響加工精度;二是在相同體積范圍內(nèi),相比較而言,刀塔剛性較弱。
2)第二種方案是采用上、下床鞍在斜床身上插補(bǔ)形成虛擬的Y軸結(jié)構(gòu),通過X軸和一個與X軸有一定夾角的Y′軸差補(bǔ)來實現(xiàn)Y軸(X軸、Y′軸合成虛擬Y軸運(yùn)動示意圖見圖3)。
圖3 虛擬Y軸運(yùn)動示意圖
第二種方案的優(yōu)點(diǎn)是剛性高(沒有刀架在Y軸上的懸伸),拖動重力輕,易于控制,機(jī)床布局合理,切削空間大,適合中小規(guī)格機(jī)床采用。這種方案的缺點(diǎn)是對床鞍夾角的角度加工精度要求很高,不易達(dá)到很高精度,但可以利用數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償功能進(jìn)行彌補(bǔ)。
筆者公司研究的對象是適合中等規(guī)格零件的加工,最終公司考慮采用虛擬Y軸結(jié)構(gòu),確保最佳的剛性和最佳的性價比。目前,該產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,開始服務(wù)于國家重要的工業(yè)制造和國防工業(yè)制造領(lǐng)域。
在分析國內(nèi)外車銑中心各結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)筆者公司實際情況,最終確定機(jī)床的總體布局方案。在機(jī)床的總體布局設(shè)計過程中,主要對車銑中心機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式、虛擬Y軸結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析和闡述。
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