五轴联动卧式刀架摆动.docVIP

五轴联动加工卧式中心机床整体布局（主轴刀架摆动） 一 绪论 五轴联动数控机床是数控机床产品中的高技术难度产品。它能够加工大多数的曲面结构，且该类型加工机床除了提高加工效率外还可以确保产品的加工精度，不仅提高了机床的自动化水平、加工领域和工作效率，也扩大了机床的加工范围，扩大了机床的使用范围，提高了机床的使用价值。使之可以在航空、航天、 汽车、模具以及军工产品等生产领域具有非常重要的应用用途。[1] 五轴联动加工中心的研制开始于八十年代末，在国外出现了以瑞士威力铭WILLEMIN、米克郎MIKRON，德国德马吉DMG为代表的生产厂家，先后开发了不同规格、不同结构形式的五轴联动加工中心，可谓各具特色。从国外五轴联动加工机床的发展来看，机床不再单纯是一台加工设备，而是工厂自动化生产系统的组成单元。市场对五轴联动加工机床的要求越来越高，几经出现与传统机床完全不同的特征和机构。概要的说，就是通过各种技术全面集成，大幅度提高生产效率。主要体现在一下几个方面[2]： 高速化：目前机床主轴转速一般都在10000r／min以上。由于高速电主轴的普遍应用，主轴转速也进一步提高，有的高达40000—60000r／min，快移速度也由于直线电机的采用而提高到lOOm／mim以上，很多机床的直线运动加速度达到1-29，少数可达39以上。Mikron米克郎公司的400U高速加工中心，可进行高速5轴联动加工。液体冷却的主轴电机由陶瓷轴承支承，转速高达30000r／min、42000r／min、60000r／min，并有整体式托盘架和托盘交换装置。 高精度：目前一般加工中心的定位精度为±0．05一±0．Olmm，精密级的精度为±0．002一±0．005mm。Mitsui Seiki公司的HU50-5AX型高精度5轴高速加工中心，带一个倾斜转台，所有坐标的直线运动定位精度0．003mm，B轴、C轴的回转精度0．001。，主轴转速15000r／min 50号锥度 至20000r／min 40号锥度 ，主要用途是取消铸造而直接由实体坯料加工出形状复杂的箱体件。 3 复合化：提高机床切削率和生产效能促使机床功能的扩展，由原来的单主轴、单刀架，扩展为双主轴、双刀架结构，组成卧式平行双主轴结构或立式双主轴结构。DMG公司的DMCl65是双铣头的门式加工中心，双铣头由立铣头和摆转铣头完成租精加工。 4 高刚性：机床在不断追求高速、高精的同时，开始注重机床的刚度，为实现大功率切削，提高加工效率奠定基础。改善机床刚性主要从两个方面考虑：一是研制新的高刚性材料。日本东金属产业公司研制出了一种新的铸件材料，是在铝中添加20％碳化硅的复合材料，可作为精密机床、高速加工机床的床身构件。这种铸件材料质量轻 为一般铸件的1／3 且刚性较好，振动衰减率高 比一般铸件高15％ ，能吸收振动，热传导率高。二是改善机床结构。北村机械株式会社的Mytrunnion系列加工中心采用新开发的门式结构，这是继箱中箱结构的加工中心后的又一种新结构的加工中心，其x’Y，Z轴均采用了双滚珠丝杠。 机床的加工性能与其结构的动态特性密切相关，通过对机床结构的性能分析我们可以有效地改进机床结构从而提高机床整体性能。近年来，国内外在机床性能分析、结构优化设计领域的研究十分普遍。 北京机床研究所的赵宏林等在基于有限元法自行开发出了一套机床整机特性分析软件AMTPOS，该软件可以对机床整机的静、动和热态性能进行仿真建模，调整构件的结构参数和结合面的刚度、阻尼和热力特性，可以得出机床刚度、热变形、结构薄弱环节和切削稳定区，并由动画显示其振动模态。 昆明理工大学的张宇、廖伯瑜在机械阻抗综合法的基础上推导出一种直接利用结构实测频响函数识别结合部参数的方法，通过多频率点的最d,-乘法消除噪声的影响。该方法不需要预先建立结构的解析模型 如有限元模型 ，试验及测试计算都较为方便。 Huang等[3]在不考虑接触刚度的情况下，分析了加工中心各大部件的静刚度。文杰用自定义单元处理结合面的刚度，并用实验的方法确定相应的刚度参 数，进行了机床整机的动态特性分析。 东南大学的袁诚英[4]应用有限元法对DMC型和VDL型数控铣床的整机及各大组成部分，如主轴箱、立柱等分别进行了静、动力学分析，并对这两种结构的分析结果进行比较。 五轴机床代表了高档数控机床的发展方向之一。在2006年美国国际制造技术展览会上，参展的140余家加工中心厂家五轴以上的超过100家。五轴联动数控机床对曲面零件，可用刀具最佳几何形状切削，光洁度高，效率也大幅度提高，一台五轴联动机床的效率可以等于两台三轴联动机床。工序复合是机床集成制造技术发展的基本点，是制造技术发展的总趋势。五轴联动机床的关键部件是铣头。铣头不仅代表了五轴联动机床的技术水平，也大量应用于复合机床。有