VMCO656mu高速加工机床的开发.pdf

第 3期 总第 1 7 2 期 2 0 1 2年 6月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANl CAL ENGI NEERI NG 8 L AUT MATI N No． 3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 2 0 3 0 1 9 0 0 2 VMC O 6 5 6 mu高速加工机床的开发 韩 涛 ，易 刚 沈 阳机床股份有限公司．辽 宁 沈 阳 1 1 0 1 4 2 摘要 介绍 了 VMC 0 6 5 6 mu高速加工机床在开发过程 中的几个关键技术点。 关键词 VMC 0 6 5 6 mu ；高速机床 ；高速加工 中图分类号 T G 6 6 文献标识码 B O 引言 高速切削是 2 O世纪 9 O年代发展起来的先进加工 技术 ， 通常指高主轴转速和高进给下的铣削加工 ， 其广 泛应用于航空航天制造业 、 模具加工制造业以及汽车 零件加工和精密零件加工等领域。近年来， 高速切削 生产模具 已经成为模具制造的大趋势 ， 而高速加工 中 心是提供高速切削技术的有效载体， 是高速加工技术 实 现工 程化 的重要 工 具 ， 因此 高速 加 工 中心 是 未来 模 具制造业 的关键设备 。在此背景下， 沈阳机床股份有 限公司自主研发了高速五轴加工中心 VMC 0 6 5 6 mu 。 1 高速机床 关键 技术 高速机床的关键技术主要包括高速单元技术 或 称功能部件 和机床整机技术。高速单元技术包括高 速主轴 、 高速进给系统、 高速数控系统等； 机床整机技 术包括机床大件 、 刀具系统 、 安全装置等。 1 ． 1 高速 主 轴单元 高速主轴是高速机床实现高速加工的核心部件 。 模具一般多为复杂曲面造型， 在最终精加工时， 为了保 证其精度和粗糙度， 刀具直径一般小于 2 mm， 为了实 现很高的切削速度， 需要主轴具有 2 0 0 0 0 r ／ mi n以上 的转速。目前 主轴有机 械主轴 和电主轴两种结构型 式， 机械主轴最高转速能达到 1 0 0 0 0 r ／ mi n 左 右， 而电 主轴转速一般在 1 8 0 0 0 r ／ mi n 4 2 0 0 0 r ／ mi n 。为了满 足切削速度 的要求 ， 我们选用德 国凯斯乐公 司生产的 2 4 0 0 0 r ／ m i n的电主轴 ， 主轴 最大扭 矩可达到 1 0 0 N m。 1 ． 2 高速进 给机构 高速进给机构是高速机床性能的重要指标之一。 高速进给是指机床不但要具有很高的进给速度而且还 要有很高的加速度。模具类零件表面多为三维 曲面， 在高速加工过程中， 只有通过较高的轴加速度才能在 很 高的轨迹 速度 情况 下 ， 在较 短 的轨迹 路 径 上确 保 以 恒定 的每 齿进 给量跟 踪 给定 的轮 廓 ， 这 就 要 求机 床 具 有很高的加速度。因此 ， 在设计高速进 给机构时采取 了如下措施 ①采用直线滚动导轨， 其摩擦系数小 ， 保 证机床不产生“ 爬行” ； ②采用高精度滚珠丝杆， 保证机 床具有很高的定位度 ； ③采用高速大扭矩全数字交流 伺服电机， 保证机床具有很高的进 给速度和很大的加 速度； ④采用高精度光栅尺作为进给反馈元件， 保证机 床具有很高的进给精度。 1 ． 3 高速数 控 系统 数控系统的选择是高速加工机床设计中不可忽视 的， 数控系统 的功能直接关 系到高速加工 中零件 的质 量和效率。高速加工对数控系统 的要求主要有 ①应 具备高速的处理器来快速地处理高速加工中的大量数 据； ②具有基于 NUR B S的样条插补计算方法来保 证 加工出较好的表面质量和较高的尺寸精度； ③具有预 处理功能以及速度和加速度的前馈控制 ， 从而保证加 工过程中预判加工轨迹防止过切； ④具有误差补偿功 能 ， 从而减 少机 床 因机 械零件 精度 、 热变形及 测量 系统 等 引 起 的 误 差 。通 过 比 较 ， 最 终 选 择 了 海 德 汉 的 i T NC 5 3 0系统 。 1 ． 4机床 大件 高速机床大件设计的关键点在于如何降低运动部 件惯量的同时， 保证基础支撑部件的高的静刚性 、 动刚 收稿 日期 2 o 1 2 0 2 0 2 ；修 回日期 2 0 1 2 0 2 1 2 作 者简介 韩涛 1 9 7 7 一 。男，辽 宁黑山人 ，工程师 ，硕 士，主要从事机床设计开发工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年 第 3期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 9 1 度和热刚度。因此在开发机床时采用三维设计软件进 量的切削液实现冷却 ， 但会造成环境污染。因此本设 行建模设计 ， 并通过有限元分析优化了机床整机结构。 计中采用干式切削， 即通过微量油雾冷却刀具进行切 该机床采用龙门框架结构， 而移动部件横梁、 滑鞍、 主 削， 并配有油雾吸收装置。而清理切屑的工作则采用 轴箱在保证其刚度的前提下采用轻量化设计 ， 提高 了 吹气的方法实现。 整 机 的动态 性能 。 1 ． 6 安全 装置 1 ． 5 刀具 系统 高速加工机床的安全防护装置不同于普通的数控 高速加工离不开刀具系统 ， 刀具系统包括主轴 的 机床 ， 除了要考虑功能部件 的防尘、 防屑， 最关键是应 刀柄型式、 刀具的选择和刀具 的冷却。主轴的高转速 考虑到对操作者 的安全。高速加工 中切 削速度非常 将产生高的离心力， 而 目前常用 的 7 2 4锥柄不能提 高， 如果加工 中铁屑或者断裂的刀 片从加工 区域飞出 供足够的夹持力 ， 为此选择了更适合高速加工的 HS K 来 ， 对操作者可能造成非常大的伤害， 因此在开发的机 型式的刀柄。高速加工通常选用立式铣刀， 但一般不 床防护系统 中采用了加厚的钢板 ， 并且观察 窗采用防 采用平底立式铣刀， 因为平底立式铣刀切削刃短 ， 受力 弹玻璃 ； 在电气控制上做 了互锁， 以防止误操作。 大， 易磨损 ， 故通常采用刀尖为圆弧型的立式铣刀。冷 2 小结 却对高速加工的刀具非常重要 ， 直接影响刀具的寿命 目前， 高速五轴加工 中心 VMC O 6 5 6 mu已经投放 和加工零件的表面质量， 传统的冷却方式是通过大流 市场， 受到国内外用户的一致好评 。 De v e l o p me n t 0 f VM CO 6 5 6 mu Hi g h s p e e d M a c h i n e To o l I tAN Ta o，YI Ga ng Sh e ny a n g Ma c h i n e To o l C o ．，Lt d ．，Sh e n y a n g 1 1 0 1 4 2，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e d s e v e r a l k e y t e c h n i c a l p o i n t s i n t h e d e v e l o p me n t o f VM C 0 6 5 6 mu h i g h - s p e e d ma c h i n e t o o l ，wh i c h ma y pr ov i d e s o me r e f er e n c e f or t h e de v e l op me nt o f s i mi l a r m a c h i n e t o ol s ． Ke y wo r d s VM C0 6 5 6 mu ；h i g h - s p e e d ma c h i n e t o o l ；h i g h - s p e e d ma c h i n i n g 上接 第 1 8 9页 4结 束语 采用以上措施后 ， 液压平 台在整体强度及刚度上 均得到了较大的提高 ， 焊缝质量得到了改善 ， 工作时具 有一定的应力释放能力 。改进后液压平台与原来相比 具有焊接可操作性好 ， 焊接高温区的保护容易实施 ， 焊 接质量容易保证 ； 可控制和减少焊接变形， 液压平台的 精度容易保证； 焊接应力容易消除， 可提高焊缝的抗疲 劳性能 。在实际使用过程中， 改进后 的液压平 台一直 未 出现过焊缝开裂情况 ， 其结构和工艺能满足产品使 用 工况 要求 。 参考文献 E 1 3 高频． 水下 大功率振 源体结 构及 工艺设 计E J ] ． 机械 工程 与 自动化 ， 2 0 0 7 1 2 1 4 4 - 1 4 6 ． [ 2 ] 成大先． 机械设计手册 第 l 卷 [ M] ． 第 4版． 北 京 化 学 工业出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 李亚江． 实用焊 接技术 手册 [ M] ． 石家庄 河北 科学技 术 出版社 ， 2 0 0 2 ． Ana l y s i s o f W e l d i n g Fa t i g u e Cr a c k i n g o f Hy d r a u l i c Pl a t f o r m a n d I t s S o l u t i o n s S HI J n n N o ．7 1 0 R ＆ D I n s t i t u t e ，C S I S ，Y i c h a n g 4 4 3 0 0 3 ， Ch i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c p l a t f o r m i s t h e a s s e mb l y p l a t f o r m o f t h e h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m o f a s u b ma r i n e o s c i l l a t o r ，wh i c h wo r k s u n d e r p o o r c o n d i t i o n s ，a n d f a t i g u e c r a c k O c c u r s i n t h e we l d i n g s e a m o f t h e h y d r a u l i c p l a t f o r m．I n t h i s p a p e r ，o n t h e a n a l y s i s o f t h e r e a s o n s f o r f a t i g u e c r a c k，we c h a n g e s t h e we l d i n g s t r u c t u r e o f t h e h y d r a u l i c p l a t f o r m a n d b r a c k e t i n t o b o l t c o n n e c t i o n，a n d a d o p t s t h e u l t r a s o u n d t r e a t me n t a n d v a c u u m h e a t t r e a t me n t t O i mp r o v e t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e ．Th e n t h e g l o b a l p r o c e s s i n g i s u s e d t O me e t t h e a c c u r a c y r e q u i r e me n t s ． Th e i mp r o v e d h y d r a u l i c p l a t f o r m i s s a t i s f i e d ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p l a t f o r m ；b o l t c o n n e c t i o n；we l d c r a c k；a n a l y s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m