高速型臥式加工中心的結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)

馮 軼，朱 瑩

沈陽機(jī)床股份有限公司，遼寧沈陽 110000

0 引言

臥式加工中心是一種重要的通用設(shè)備，目前國內(nèi)外的中小型臥式加工中心的逐漸向高速度、高精度方向發(fā)展，很多行業(yè)（尤其汽車行業(yè)）特別需要一種高精度和高效率加工的臥式加工中心，通過臥式加工中心功能多樣，來組成柔性的制造單元，減少購買專用機(jī)床帶來的高成本和產(chǎn)品的不可替代性?，F(xiàn)在在內(nèi)地能實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的設(shè)備幾乎都是歐美以及日本的機(jī)床，為充分滿足市場的需求，我們研制開發(fā)了產(chǎn)品HMC63e 型臥式加工中心。

HMC63e 是一款緊跟國際步伐的高速型臥式加工中心，臺(tái)板尺寸為：630mm×630mm，該產(chǎn)品是在老產(chǎn)品（TH6563X63A）的基礎(chǔ)上使分體式（橫縱床身螺釘聯(lián)接）床身變?yōu)檎w式（橫縱床身一體）鑄造；床身材質(zhì)由灰鐵變?yōu)榍蜩F（QT400），床身的剛性以及韌性得到很大提升；主軸的最高速度、三個(gè)直線軸的快移以及進(jìn)給速度有了提高；工件交換方式由雙工位推拉式交換變?yōu)閱喂の凰浇粨Q，定位精度高，縮短了交換時(shí)間的同時(shí)減少了占地面積。該系列機(jī)床不但試用與加工通用型工件，它具有的高精度、高效率的特點(diǎn)更適合于汽車行業(yè)、航空航天類高精尖的零件制造，填補(bǔ)了國內(nèi)一部分空白。

1 HMC63e 加工中心描述

1）機(jī)床設(shè)計(jì)的總體布局為縱、橫床身呈倒T 字型結(jié)構(gòu)，立柱橫向左右移動(dòng)（X 軸行程1000mm），主軸箱上下移動(dòng)（Y軸行程900mm），工作臺(tái)在床身上縱向前后移動(dòng)（Z 軸行程900mm）。床身采用整體式鑄造床身，剛性好；

2）立柱為龍門框架型正掛箱，具有良好的剛性，受力均勻、動(dòng)態(tài)性能好、精度穩(wěn)定；

3）三軸導(dǎo)軌為日本THK 的滾柱線軌，耐磨損，方便維護(hù)，承載力大，精度高；三個(gè)直線軸的絲杠與伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器直聯(lián)，同步性能能好，快移和進(jìn)給速度可達(dá)40m/min；

4）X、Y、Z、B 四個(gè)坐標(biāo)的檢測部件均采用德國海德漢光柵尺進(jìn)行直接測量，形成全閉環(huán)控制，定位精度以及重復(fù)定位精度可達(dá)0.008/0.005mm；

5）主軸箱為二級齒輪傳動(dòng)，一級主軸產(chǎn)生的扭矩大（最高為1100 N·m），用戶可實(shí)現(xiàn)對工件的粗加工，還可以為了提高表面粗糙度而提高主軸轉(zhuǎn)速，使主電機(jī)輸出功率由低到高沒缺口；主軸轉(zhuǎn)速范圍為20 rpm～6000rpm；

6）機(jī)床工作臺(tái)為牙盤轉(zhuǎn)臺(tái)（1°X360），回轉(zhuǎn)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)皮帶減速與蝸桿連接，保證分度精度；液壓自動(dòng)夾緊、松開，運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。工作臺(tái)回轉(zhuǎn)采用推力向心軸承支承，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、定位精度高，承載能力大；

7）雙交換工作臺(tái)站，采用浮起式直接回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，交換時(shí)間為12s。當(dāng)一個(gè)工作臺(tái)工作時(shí)，另一個(gè)工作臺(tái)進(jìn)行零件裝卸，可減少輔助時(shí)間，提高效率；

8）機(jī)床設(shè)有全封閉防護(hù)間，正面和側(cè)面均有拉門，操作方便、安全。X、Y、Z 均有防銹金屬防護(hù)拉板，防止冷卻液、切屑飛濺，有效防止鐵屑及冷卻液的飛濺對導(dǎo)軌的侵蝕，保護(hù)導(dǎo)軌及絲杠，提高使用壽命；

9）排屑采用中間沖刷排屑，排屑快速，減少機(jī)床熱變形，有利提高精度；

10）數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS 840D，交流主軸電機(jī)、交流伺服進(jìn)給電機(jī)等均為原裝進(jìn)口。

2 HMC63e 臥式加工中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 機(jī)床床身采用三點(diǎn)支撐

對于普通機(jī)床，絕大多數(shù)為多地腳形式，缺點(diǎn)在于水平難調(diào)，床身剛性不好，很容易變形。本機(jī)床只保留三個(gè)地腳，三點(diǎn)可以確定一個(gè)平面，這三個(gè)地腳呈等腰三角形分布。第1 個(gè)地腳作用是支撐床身，無需調(diào)節(jié)，之后調(diào)節(jié)其余兩個(gè)地腳就可以快捷的完成機(jī)床水平的調(diào)節(jié)。該床身大件內(nèi)部為雙層鈑金箱體鑄造而成，剛性比普通機(jī)床的單箱體好，床身導(dǎo)軌和定位面在德國進(jìn)口龍門五面加工中心上一次精加工完成，裝配精度穩(wěn)定性高，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。見圖1 所示。

圖1 床身的三點(diǎn)支撐

圖2 X 向階梯導(dǎo)軌

2.2 X 向床身導(dǎo)軌階梯排布

前導(dǎo)軌低，后導(dǎo)軌高，加工零件時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸箱和立柱承受來自轉(zhuǎn)臺(tái)的進(jìn)給力，階梯排布的好處在于減小了前導(dǎo)軌受到的應(yīng)力集中，延長了前導(dǎo)軌的壽命，并抵消了一部分立柱的傾覆力矩，減輕了立柱的重量，并提高了立柱剛性，有利于高速運(yùn)動(dòng)。見圖2 所示。

2.3 排屑系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的左右兩側(cè)各有一套螺旋排屑器（螺排），立柱正下方的床身處有一個(gè)鏈板排屑器（鏈排）。在工件的加工過程中，鐵屑被防護(hù)間內(nèi)部的噴淋系統(tǒng)落入螺排里，然后它將鐵屑推入鏈排里，鏈排將鐵屑以及切屑液通過床身下端的開口導(dǎo)入機(jī)床后端的過濾回收裝置，實(shí)現(xiàn)鐵屑以及切屑液的循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)是防止鐵屑的堆積，讓機(jī)床溫度和精度穩(wěn)定。

2.4 雙油缸回轉(zhuǎn)交換機(jī)構(gòu)

交換站的回轉(zhuǎn)動(dòng)作采用雙油缸輪流驅(qū)動(dòng)的形式，兩個(gè)油缸輪流動(dòng)作，保證工作臺(tái)支撐叉子180°回轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)油缸中的活塞快移動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，該油缸的一側(cè)有穩(wěn)定的液壓緩沖裝置，該裝置通過調(diào)節(jié)流量來調(diào)節(jié)支撐叉子停止時(shí)間，確保工作臺(tái)交換的平穩(wěn)性，保證交換精度。見圖3 所示。

圖3 雙油缸回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

2.5 絲杠軸承座與床身一體化結(jié)構(gòu)

三向支撐絲杠的軸承座與立柱或床身鑄造成一體，大大加強(qiáng)了軸承座的剛性，依靠部件加工來保證形位公差，可以大大提高機(jī)床裝配效率，有利于保證機(jī)床精度穩(wěn)定性，該方式目前已被國外很多廠家應(yīng)用。

2.6 Z 向單張防護(hù)板

采用流行的Z 向單張不銹鋼防護(hù)板形式，解決了由于防護(hù)拉板各層之間的密封不好造成的漏水、鐵屑卷入造成破損的問題，還可提高高速移動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。

通過近年來的市場推廣和用戶使用實(shí)踐，證明HMC 系列產(chǎn)品在參數(shù)和性能上已經(jīng)超越了國產(chǎn)機(jī)床，與一些合資品牌不相上下，同時(shí)在剛性、速度、精度、穩(wěn)定性等方面也與國外進(jìn)口機(jī)床拉近了距離，提高了加工中心的制造水平和市場競爭力。

[1]陳循介.高速臥式加工中心新結(jié)構(gòu)[J].世界制造技術(shù)與裝備市場，2002(3).