高效高精立式加工中心设计技术2006-9-711:32:07【文章字体：大中小】打印收藏关闭随着科学技术的发展和工艺水平的提高，以及先进刀具的使用，机床向着高速、高精、高效方向发展。特别是汽车业、船舶业、航空业、军工业的迅猛发展，对机床的精度和生产率要求也越来越高。为了适应国内市场的需要，满足用户对高速、高精及强力切削的需求，我们决定研制新一代立式加工中心，用以作为原有KT系列产品外的另一高端产品系列。全新结构和高性能的立式加工中心μ1000系列基型产品(图1)是在分析国内外立式加工中心主流产品规格参数的基础上，并结合我国市场的需求研制出来的，充分体现了数控机床的高速、高精、高品质、高稳定性技术发展方向，具有较高阶性价比。图1μ1000系列立式加工中心外观1设计原则及主参数的确定(1)设计原则①在速度和精度方面达到国际同类型同规格产品先进水平，同时兼顾强力切削，满足用户一机多用目的；②高刚性结构设计，保证机床设计寿命长；③产品模块化设计，降低设计成本，形成不同配置的系列产品；④高精度设计，满足N级加工精度的需要；⑤高效率设计，满足现代高生产率的要求；⑥注重环保o(2)主要技术参数根据市场调研确定标准配置。工作台面尺寸为500mm×1200mm；X、Y、Z行程分别为l000mm、560mm、550mm；主轴功率18.5/22kW，主轴转速15000/min，BT40刀柄；ATC(自动换刀装置)换刀时间1.5s，最大刀具重量7kg，刀库容量24把；X、Y、Z快移速度分别为48m/min、48m/min、36m/min；全闭环情况下定位精度≤0.008mm，重复定位精度≤0.004mm。作为系列产品和选用配置，五轴联动控制时，其工作台面尺寸为500mm，X、Y、Z行程分别为500mm、500mm、415mm；主轴转速12000r/min、20000r/min任选，刀柄可选择HSKA63。2合理的总体布局设计为保证机床结构设计的合理性，对基础件、传动系统、主轴及整机都进行了有限元分析，找出设计的薄弱环节加以改进，对机床整体性能优化和高刚性设计起到很好的指导作用。在设计开发过程的初期，初步设计了外形尺寸和工作区范围相同而结构不同的4套方案，即定梁顶置滑枕式、定立柱十字工作台式、横梁滑座式和定立柱三坐标单元式等四种结构。通过有限元刚度分析和加工误差分析，得出方案l(即定梁顶置滑枕式)的刚度是最大的，且误差分配也比较合理，所以实际设计中，选择了第1种方案(图2)o图2机床布局结构按方案1的结构进行了机床整机和部件的设计。并且根据设计图对机床整机和部件进行了有限元分析和结构参数改进，避免了薄弱环节的出现。与同类立式加工中心相比，这台机床在各个方向的刚度都具有较大的优势，综合当量刚度约提高40％—100％以上，并且3个方向的刚度值较均匀。见表1。由计算结果可知，机床整机的整体性能优良，机床静态刚度显著提高，可以满足高速、高精、高效的要求。这种布局结构的优点是：床身立柱分体，且主要构件均呈箱形结构，加工时不易变形，加工工艺性好；结合面较大，基础稳固，主轴悬伸小，整体结构刚度高；左右完全对称式设计，主轴X向热平衡较好；y向悬伸小，热变形影响小；X、Y、Z轴移动部件轻，加速性好；构件结构稳固易于保证导轨运动精度，精度稳定性好。表1类似规格加工中心刚度计算值比较N/μm机床名称X向刚度KxY向刚度KyZ向刚度Kz三向综合当量刚度K其它类似加工中心A46.646.853.748.7B32.350.095.945.2C20.437.259.129.7D32.365.1118.248.7E31.234.239.734.5μ100059.764.992.968.73优化结构设计优化结构设计主要通过计算、分析、选择各结构件和承载件合理的参数，以保证机床的精度稳定、运动平稳和使用寿命长。(1)保证机床精度稳定为保证机床的精度稳定，床身、立柱、滑座、主轴箱等都采用有限元分析，应用高阻尼性能的优质铸铁制造，合理的截面设计和筋格布置，尽量避免行程中出现不合理的悬臂状态。导轨采用高刚性滚柱导轨，安装基面精密刮研。μ1000系列机床打破常规机床结构型式，床身采用三点支撑，高附性设计，使机床调整简单，不依赖于地基，机床可不需特殊的地基直接安装在水泥地坪上。床身用基于无弯矩的力流原理的特殊筋板设计保证其上构件在运动过程中，负载重心和切削力作用点始终不离开三点...
