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高精度镗铣加工中心的选型及配置
作者:徐刚    来源:e-works
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加工中心/FMS展厅
车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ...
1.引言

随着数控机床的不断普及,高精度、高性能数控机床的不断出现,数控机床逐渐从单重的高效,逐渐向高效和高精度发展。因此高精度数控机床慢慢成为型号关键件的首选机床,但是我国引进高精度数控机床为数不多,相关经验比较缺乏,加之机床造价较高,甚至是普通机床的十倍、百倍,对机床的选型造成一定难度和风险。本文就我厂某型号关键件的加工机床选型,对机床选型的步骤和应当注意的问题进行了阐述,以供相关人员在机床选型时以做参考。

2.零件分析

薄壁环类零件在加工中经常遇到的三大难题:1)装夹易变形;2)加工变形,加工中装夹状态下的零件尺寸与释放后的状态不一致;3)薄壁难以测量。该零件材料为铸铝(ZLCuMn),主要特点是跨距大、薄壁、易变形、加工精度要求高:2-φ90±0.01,2-φ72±0.01,同轴度φ0.01,垂直度0.01,位置度0.01。零件图及形位精度如图1所示。

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图1 加工零件

3.机床选型

从以上分析可看出,该零件尺寸大,四孔的形位精度要求特别高。若采用普通镗铣床加工,精度尺寸一致性很难保证,装夹难度大,需反复找正。应此转换加工思路,采用一次装夹,一次加工完成的工艺措施来保证零件的尺寸要求。因此从该零件加工需要以及加工能力储备考虑,决定选购可立卧转换、带转台的五轴五联动机床,并针对机床制定如下主要技术要求:

表一  机床配制要求

模块 

配置要求

名称 

数控精密坐标镗铣床,配备FANUC160i数控系统 

机床结构 

带加强筋间隔的铸铁床身,确保优良的静态和动态性能及强的刚性,结构形式采用动柱结构。 

线性轴 

X坐标轴水平导轨,行程大于800mm,定位精度小于3μ
Y坐标轴水平导轨,行程大于500mm,定位精度小于3μ
Z坐标轴水平导轨,行程大于500mm,定位精度小于3μ

导轨

导轨基准须刮研并安装超精密级预紧的循环滚珠滑枕 

滚珠丝杠 

直径大于50mm 

进给

直线轴由交流电机和滚珠丝杠驱动
进给量大于20mm/min
进给力大于1100daN

位置检测装置

XYZ轴的行程及定位依靠Heidenhain高精度光栅尺控制,分辨率小于0.0001mm(0.1μ) 

回转轴要求

AC电机驱动,摆动式B轴,电主轴,摆动范围0°~110°,液压锁定。旋转和定位控制通过高精度编码器。
定位精度:3″,平面0.004/φ300mm
分辨率:0.0001°
转速12RPM.
转矩:1200Nm
制动转矩:2500Nm

旋转工作台C轴

交流电机和蜗杆驱动,通过高精度编码器控制。
定位精度P=3″
分辨率:0.0001°
制动转矩:2500Nm
转速22RPM

主轴要求 

电机主轴带HSK-A63锥孔,用变频器驱动。
调速范围50至8000RPM
功率15KW
在100%ED时,转矩大于260Nm

刀库

快换性盘式刀库,24刀位,HSK-A63锥孔,最大刀具长度大于230mm 

外围设备

带盘和冷却泵的排屑装置
倾斜式切屑运输轮车
带油量检测并自动控制的中央润滑
内置冲淋管
电器柜空调

数控系统

10.4“彩色液晶显示屏
通过标准件盘手工输入数据(MDI)
带脉冲式手轮的操作面板
RS232串口
PCMCIA插口(储存卡)
零件程序存储器128Kb
报警信息显示和历史记录
32刀具补偿位
刚性滚丝
固定加工循环
螺旋插补
坐标系转换
宏指令B
后台编辑

一般来说,一个完整的机床系统主要包括:高的静/动刚度支承构件(机床的基本结构);高精度、高稳定性的主轴;高控制精度的进给系统;高精度及可靠性的 CNC 系统;高效的冷却系统;安全防护与实时监控系统等。

如何有选择地购买切削机床,怎样将切削机床融入现有的加工机制中,还有诸多的不确定性,该方面的技术知识还很片面。应用合理、可靠的结构化程序,可以比较安全、稳妥地去选择切削机床。下面将介绍一种有组织、有步骤地购买高速切削机床并将其应用到现有的生产环境中去的方法,该方法包括五个阶段(如图2)。

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图2 选购高速切削机床的步骤

3.1 基本调研

购买CNC机床,调研过程类似于购买其它普通机床。如图3,首先从工厂中抽调出部分员工组成“项目小组”,其职能应该包括:工作计划、生产、购买、控制等。

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图3 购买高速机床第一步

该“项目小组”主要有以下工作。首先是选择基本上适合于机床加工的工件,并选择一两个将来用于新机床验收测试的工件, 尤其是有关精确性和时间方面的测试。其次,初步计划将新的高速机床应用于生产需要加工的相关工作,并分析评估现有的编程过程能否用于新的工件,是否需要采用新的工艺措施。

3.2 订购准备工作

当对购买高速切削机床的基本决定做出积极的评估之后,第2步工作即来决定购买哪一种机床(如图4)。

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图4 购买高速机床第三步

第2步中有两项工作是整个购买过程中最为关键的部分。首先从选取和要加工零件结构及精度相一致的试切件,用于在该机床上试切。以此考虑机床功率、精确度以及可能的加工极限能否满足要求。为了精确预算总投资花费,在本阶段必须对相关附件设备及任何可能需要的资金从细节上进行精密计划。其次,在本阶段最重要的一个环节就是要对机床的性能和精度方面进行测试,该测试当然也针对那些在考虑范围之内的机床。

在机床满足加工要求的情况下,刀具的精度及刚性是影响零件精度的另一至关重要的因素。应此刀具配置又成为另一大难体,它不仅决定着零件最终是否能加工出来,而且也影响着机床能否充分发挥其功能,能否提高机床的使用效率。为实现该零件的加工,经多方比较后选用SECO的刀具。图5为部分刀具的配置表。

图5刀具的配置表

项目 

牌 号

名称

数量

品牌 

备注 

1

A76001B 

精镗刀盒φ0.3-8 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

2

EM9304 401 1445 

镗刀柄 

1

SECO 

-

3

A790 00 

可调动平衡精镗头 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

4

A792001 

镗杆φ6-9 

1

SECO 

-

A792002 

镗杆φ8-11 

1

SECO 

-

6

A795003

镗杆φ10-16 

1

SECO 

-

7

A78020 

精镗头φ30-40

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

8

A78030 

精镗头φ39-51 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

9

A78040 

精镗头φ50-65 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

10

A78050 

精镗头φ64-86 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

11

E9304 5085 13

整体钻夹头φ1-13

2

SECO

-

12 

E9304 5872 1060 

弹簧夹套刀柄φ1-6 

3

SECO 

-

13

EQ9304 5872 2480

可调动平衡夹套刀柄φ2-16 

5

SECO 

Max rpm=24000 

14

EQ9304 5872 2980 

可调动平衡夹套刀柄φ2-20 

5

SECO 

Max rpm=24000 

15 

5872 10 01 

高精度夹套φ1~φ20 

SECO 

跳动3Xd≤5υ 

16

E9304 533 2110 

莫氏刀柄2号 

1

SECO 

-

17 

E9304 533 3135

莫氏刀柄3号 

1

SECO 

-

18

E9304 552 2250 

铣刀柄d1=22mm 

2

SECO 

-

19

R220.53-0080-12-6A 

面铣刀φ80 

1

SECO 

Max rpm=11700 

20

MM12-12055.0-0008 

小魔王高速铣刀杆 

1

SECO 

-

21

MM16-16070.0-0011 

小魔王高速铣刀杆 

1

SECO 

-

22

MM06-06007-A30-E02,F30M

小魔王三刃立铣刀头φ6~φ16 

2

SECO 

内冷涂层 

23 

910020R020-TRIBON 

整硬高速立铣刀φ2~φ12(超级合金) 

5

SECO 

-

… 

………

……… 

-

-

……… 

3.3 交货期间的工作

在递交定货单和交货这段时间内,必须完成所有的准备工作,使得在机床交接工作完成之后可立刻按照预定计划开始生产实验工作,而没有任何的拖延。第 3 步骤具体细节可参考图6。

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图6 购买高速机床第三步

3.4验收和生产启动

机床到厂进行安装后,第一项工作就是根据当时所签订的合同中各项条款对机床进行验收,验收过程应影相当谨慎,相关人员必须到场,并做好记录。各项参数调试合格后便进入样件试加工阶段。

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图7 购买机床的第四、第五步

机床验收中,从两个角度对机床进行考评。首先使用国际标准试件对机床的几何精度进行测试,标准试件如图所示。其次,对图1中所示的零件进行试加工。进反复修正机床参数、改进加工策略,最终加工出合格的试件,完成了机床的交付工作。

加工出来的合格零件如图8所示:

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图8 加工零件

4.总结

以上对机床选型和配置的整个流程,并结合我厂某台设备的实际引进过程,从理论和实际两个方面结合详尽的描述了高精度数控镗铣床的选型和配置的整个流程。先从零件的设计要求和工厂生产角度出发,选择合适的机床,再从经费、人员等方面制定相应的技术指标,然后对后续的验收及安装应注意的相关事项做了描述。希望本文对相关企业及工厂在引进设备时能起到一定的借鉴作用。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2007-4-5)
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