第二章机床的总体结构方案及技术要求.doc

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1、第二章 机床的总体构造方案及技术要求大型龙门式铣床的用途很广。例如在汽车工业中，龙门铣床可用于模具制造、原型制造以及大型钢模和铸铁模具的生产；在航空航天工业中，用于涉及到切除原金属90%以上的铝构造件的生产；在动力设备制造业中，用于加工难加工材料，如钛合金和铬镍铁合金。在需要加工大型零件时，零件的装夹和校正作业本钱很高。此外，对质量的精度的要求也在不断的提高。因此，解决的方案是用五轴联动机床，一次装夹，尽快完成加工，同时还要为必须通宵或在同时进展的漫长的精加工作业做好准备。通常，用三或四轴机床是办不到的。在某些情况下，建议采用五轴联动机床加工，五轴加工提供了许多经济方便的优点。尽管如此，目前，

2、作为这种用途的CAM编程仍是很昂贵，在投资于五轴铣床时无论如何应考虑这一点13。2.1 五轴联动数控机床技术性能参数通过五年的数控机床课程教学,对国内机床市场的关注，收集了大量国内外相关的资料。并着重借鉴桂林机床股份的五轴联动龙门加工中心及摆动式A/C轴联动铣头产品宣传资料，最终结合现我国机床开展现状，确定该产品设计的技术参数及规格如下14：(1) 五轴联动高速龙门铣床的工作行程为：X/Y/Z轴行程分别为2500mm/1600mm/800mm；A轴摆动角度为100；C轴回转角度为370。(2) 五轴联动高速龙门铣床各轴的速度：X/Y/Z轴快速移动速度为15000/15000/10000mm/m

3、in；X/Y/Z轴切削进给速度为10000/10000/8000mm/min；A轴摆动速度为010r/min；C轴回转速度为020r/min。(3) 五轴联动高速龙门铣床定位精度为0.010mm/300mm，全长控制在0.020mm；重复定位精度为0.01mm。(4) 五轴联动高速龙门铣床工作台的最大承载重量为6000kg，采用内藏式电主轴，且电主轴转速为018000r/min，HSK63刀柄。 五轴联动数控机床构造方案分析及比拟五轴联动通常是在X、Y、Z三个线性轴根底上增加由A、B、C 三个回转轴中任意两个回转轴所组合的运动， 2个回转轴可以都配置在刀具切削头部位或工件安装部位，也可在这两个

4、部位上分别配置1个回转轴。根据这些配置方式可以组合出的有效布局方案共有：个。不同类型的机床根据需要可做成五轴联动，但应用比拟多的是铣镗类机床。这种机床也有多个类型和品种，较简单的是在数控镗铣床的工作台上附加A/B轴转台，配上相应的数控系统，实现X、Y、Z三个直线运动和 A/B轴两个旋转运动并可联动。这种配置由于接合层次多，刚性差些，因此有专门将A/B转轴的支座与工作台或床身做成一体的。由于受安装工件的转台的尺寸和重量的制约，这种机床仅适用于加工中小型工件。加工大重型工件的那么用立式龙门式数控铣床、数控卧式铣镗床和刨台式铣镗床等，此时 A/C转轴大都装于主轴处15。 五轴联动数控机床整体构造方案

5、与比拟根据上述情况及相关资料,参考现市场是几款成熟的产品及设计理念，在此根底上进展了多个方案的设计比拟，现从中选择以下4个典型方案加以分析。方案1 机床采用数控龙门移动铣床构造，龙门移动，工作台固定在龙门底座上，且配置为二轴联动的旋转工作台。X轴采用双丝杠驱动加线性滚珠导轨，Y轴采用双线性滚珠导轨安装呈垂直分布状态，Z轴采用大规格线性滚珠导轨与双平衡液压缸装置,哈默C30U和C40U五轴立式加工中心机床就属这一构造无平衡液压缸装置,见图1-1。三轴均采用伺服电机与滚珠丝 图2-1 龙门式铣镗加工中心杠螺母副通过联轴器直接的形式。方案2 与方案1一样，采用龙门移动构造，工作台与龙门底座采用一体构

6、造，Z轴滑枕上配置五轴联动铣头。导轨配置方面，与方案1一致，沈阳机床GMC2050U系列龙门式铣镗加工中心属此构造，见图2-1。方案3 机床采用定梁式龙门铣床构造，配置二轴联动的旋转工作台，且工作台在线性滚珠导轨上作X向运动，滚珠丝杠螺母副与导轨配置方面，与案1一致。方案4 与方案3一样，采用定梁式龙门铣床构造，工作台在线性滚珠导轨上作X向运动，Z轴滑枕上配置五轴联动铣头。导轨配置方面，与方案1一致，大连机床厂的BK50龙门式加工中心属此构造，见图2-2。 比照分析以上4种方案设计，方案1与方案2都采用动梁式龙门构造，此构造的最大缺陷： 由于是靠滚珠丝杠与线性滚珠导轨驱动形式，那么难以保证机床

7、的刚性； 采用双丝杠驱动技术，对机床控制局部要求提高了，同时提高了零件加工工艺难度。优点在于机 加工效率较高。方案1与方案2在于：方案1采 图2-2 BK50龙门式加工中心用了二轴联动的旋转工作台构造；方案2采用了五轴联动铣头构造。相比之下，二轴联动的旋转工作台因受构造及空间的约束，不宜加工大型工件；而五轴联动铣头相对构造紧凑，在空间上自由度较大。方案3与方案4都采用定梁式龙门构造，此构造的最大优点：在构造上具有实际任意的刚度，且不用担忧质量不当而影响机床的加速度方面的性能；构造的缺陷在于工作而移动，从而在X轴方向上占用的空间较大，也不利机床X轴向上的加速度性能。其旋转工作台构造与五轴联动铣头

8、方面的特点前面已作说明，此处不再重述14。综合上述资料，再结合机床设计的技术性能参数，最后确定机床采用定梁式龙门构造，工作台在线性滚珠导轨上作X向运动，Z轴滑枕上配置五轴联动铣头，Y轴采用双线性滚珠导轨安装 ，Z轴采用大规格线性滚珠导轨与双平衡液压缸装置 。这种构造的优点在于：采用定梁式龙门构造具有实际任意的刚度，且不用担忧质量不当而影响机床的加速度方面的性能；采用五轴联动铣头相对构造紧凑，在空间上自由度较大。 16龙门式五轴联动数控机床是当代机械制造业的主流设备，五轴联动铣头是这类机床的核心部件。目前，在五轴联动铣头领域中，西方国家中有意大利意萨ISA公司和德国西泰克CyTec公司比拟突出，

9、国内就属桂林机床股份做的比拟专业且系统化。综合现有产品资料，本课题拟了3种五轴联动铣头的构造方案。方案1， 五轴联动铣头的A/C轴全采用“零传动构造，直接由力矩电机Torqer Motor驱动。德 图2-3 西泰克五轴头国西泰克CyTec公司产品属此类构造，见图2-3。 方案2，五轴联动铣头采用纯机械构造，A轴由双导程蜗杆驱动，C轴也由双导程蜗杆驱动。 方案3，同方案2一样，采用纯机械构造，A轴由双导程蜗杆驱动，C轴由精细齿轮啮合驱动。比照分析上述方案设计，方案1的优点：构造紧凑、体积小、加工精度高，美中缺乏的是造价太过于昂贵；方案2与方案1相比，加工精度偏低，且体积较大，外观造型比拟笨重；方案3构造特点介于方案1与方案2之间。通过以上方案的比照分析，本课题采用方案3的构造设计。