高速卧式加工中心的研发.pdf

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1、精密制造与自动化2016年第1期高速卧式加工中心的研发木陈伟施文军(上海第三机床厂上海201600)摘要针对汽车、军工等行业箱体类零件的加工需求，设计开发一种高速、精密型的卧式加工中心。机床采用了伺服电机直联双滚珠丝杠副同步驱动技术，配置精密光栅检测系统形成闭环控制。通过有限元分析技术对整机及龙门架、滑鞍等关键零部件进行静力学分析并进行优化设计。关键词高速加工中心有限元分析1SEH-630A型高速卧式加工中心的设计1．2机床主要技术参数1．1机床总体布局机床主要技术参数见表1。机床总体布局，如图1所示。机床

2、采用正“T”型布局。x、Y轴采用双伺服电动机直联双滚珠丝表1机床主要技术参数杠副同步驱动；z轴采用双伺服电动机直联单滚珠项目参数单位丝杠副驱动；配置NSK直线滚柱导轨和BSS系列工作台面尺寸630x630mm高速静音滚珠丝杠、海德汉光栅尺检测系统：回转回转工作台分度值O．0O1(D)工作台连续分度(可选等分分度)；可选配旋转式工工件托板交换时间18—2S件托盘交换装置；配置全防护罩壳。工作台承载量(均匀载荷)1000kgX轴行程1000mmY轴行程800mmZ轴行程800mm快速移动速度(x、Y、z)500

3、00mm／min进给速度范围(X、Y、z)1～10000mm／mm主轴锥孔HSK100A刀具拉紧力45000N刀库容量41把相邻置刀最大刀具直径125mm间隔置刀最大刀具直径中250mm最大刀具长度400mm最大刀具重量20kg1．3机床主要部件结构1．3．1床身机床采用了正T型左右基本对称的前后床身整图1机床总体布局示意图体结构铸件，两侧向中问倾斜引导排屑，具有较好的热对称性能；铸件空腔中采用了封砂工艺，具有上海市重大科技装备研制专项较好的抗振性能；工作台在床身导轨上做前后z向编号：0706011轴线运动

4、。21精密制造与自动化2016年第1期1．3．2滑鞍与龙门架独立基础之上，减少刀库振动对主机的影响。刀库滑鞍为一框形铸件，主轴箱在滑鞍框中作上下的选刀运动由伺服电动机驱动完成，比传统的油压Y向轴线运动，滑鞍则在龙门架上作左右X向轴线马达定位快速、可靠且精确。机械手换刀动作Ar由运动。X、Y两轴线分别采用了双伺服电动机直联普通电动机驱动凸轮机构完成。双滚珠丝杠副同步驱动技术，同时配置直线滚柱导1．3．6导轨防护罩轨和精密光栅检测系统形成全闭环控制，在满足高高速运动的轴线，对其导轨上多节不锈钢硬防速移动的同时满

5、足精确的定位精度和高加速特性护罩壳提出了新的要求。多节防护罩壳中的各节之要求。间要具有可靠的导向和较小的间隙，保证各节伸缩由于采用了双滚珠丝杠副对称驱动的方式，同运动相互平行，同时要求各节能同步地展开和收拢，时又要满足主轴箱两个轴线方向的运动，滑鞍与龙其运动应平稳、无碰撞。门架均被设计成框型结构。这种框型结构相对于传本机床的X、Y轴线导轨处于垂直平面内，因统卧式机床的箱型滑座和双层壁板中空立柱结构而其防护罩壳的要求更高。而言，具有一定刚度是设计时需要考虑的主要问题本设计采用了回字形整体同步联动一体化的之一。

6、结构(见图2)，将x、Y轴线两组导轨防护罩壳1．3．3主轴与主轴箱融合在一起同时将后床身及其以上部分与加工区域为适应Y轴线双伺服电动机双滚珠丝杠副同步完全隔离。该防护罩壳的背部设置了四组呈x型对驱动的需要，主轴箱箱体被设计成左右对称的箱形角布置的连杆机构，保证各节防护罩壳的同步联动。结构，配合直线滚动导轨更适合于高速的轴线运动。此防护罩壳在防护x、Y轴线导轨、丝杠的同时有本设计改变了传统卧式机床中滚珠丝杠相效防护机床后半部分区域。通过多次的试验和修改对主轴的偏置设计方式，避免了由此在x—Y平达到了预期的效果

7、，能满足机床快速移动的需要。面内驱动力对主轴箱产生一个附加扭矩的现象。同时，在主轴高速旋转产生温升时，左右对称的箱形结构可以使主轴轴线的热飘移减到最小。这一点在以后的主轴轴承温升和主轴热变形位移试验中得到了验证。为适应主轴的高速旋转，降低刀柄部分的重量，提高刀柄与主轴的接触精度和刚度，主轴锥孑L采用了带有法兰接触面的短圆锥孔(HSK)。同时主轴电机和主轴采用高速联轴器进行直联，减少传动环节。1．3．4回转工作台和工件托盘自动交换装置回转工作台具有两种形式可选。一种是可连续回转的数控工作台，其回转运动可以参与

8、进给切削加工；另一种是带端面齿分度的数控分度工作台，其回转不参与进给切削加工仅作精密分度定位之用。图2导轨防护罩机床可选配工件托盘自动交换装置(APC)，托盘数为2个。工件托盘自动交换的方式采用升降2SEH-630A型高速卧式~jn-r中心的静力学有限元和回转液压油缸，同时抬起两个工件托盘然后旋转分析及优化设计180。的结构。2．1主轴箱的9个特殊位置1．3．5刀库针对主轴箱处于9个特殊位置(见图3和表2)刀库采