一種具有多軸多面加工功能的數(shù)控加工中心研究

引言

數(shù)控加工中心是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于加工復(fù)雜零件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。它的綜合加工能力較強(qiáng),工件一次裝夾后能完成較多的加工內(nèi)容,更加適用于加工形狀較復(fù)雜、精度要求高的工件?，F(xiàn)在需要加工的工件越來越復(fù)雜,對(duì)加工的精度要求越來越高,同時(shí)還要保證一定的生產(chǎn)效率。

1數(shù)控加工中心為實(shí)現(xiàn)多軸多面加工功能需具備的條件

1.1多個(gè)加工軸既可分別控制、獨(dú)立運(yùn)動(dòng),又可以協(xié)同控制、同時(shí)加工

對(duì)于不同的工件,所需要加工的平面數(shù)量、加工要求是不一樣的,所以多個(gè)加工軸對(duì)同一工件進(jìn)行加工時(shí),有時(shí)需要獨(dú)立運(yùn)動(dòng),以節(jié)省運(yùn)作流程:有時(shí)需要同時(shí)加工,以提高加工效率。

1.2加工主軸滿足一定的加工自由度

工件有時(shí)需要加工復(fù)雜曲面,所以加工主軸在x、y、Z軸需要有一定的自由度,以適應(yīng)不同的加工要求。

1.3裝夾固定后的工件具有一定的靈活性

如果工件的裝夾過于固定,則在加工多個(gè)平面時(shí)需要重新安裝定位,既不利于提高效率,又不能保證加工精度。

1.4穩(wěn)定驅(qū)動(dòng),保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性

機(jī)頭、工作臺(tái)的滑動(dòng)很大程度上會(huì)影響加工精度,為了保證工件的精度,需要保證機(jī)頭、工作臺(tái)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。

1.5結(jié)構(gòu)設(shè)置合理

數(shù)控加工中心的機(jī)頭、刀具、工件等都具有一定的移動(dòng)能力,數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)置需要科學(xué)合理,既不影響工作效率,又盡可能地節(jié)約空間。

2具有多軸多面加工功能的數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)原理

2.1數(shù)控加工中心結(jié)構(gòu)

數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

機(jī)床底座上表面設(shè)有x軸線軌以及與x軸線軌垂直的y1軸線軌和y2軸線軌:x軸線軌滑動(dòng)設(shè)有工作臺(tái):加工橫梁滑動(dòng)設(shè)置于y1軸線軌,橫向機(jī)頭滑動(dòng)設(shè)置于y2軸線軌:加工橫梁設(shè)有與x軸線軌水平垂直的y3軸線軌以及與y3軸線軌豎直垂直的Z軸線軌:縱向機(jī)頭滑動(dòng)設(shè)于Z軸線軌:縱向機(jī)頭和橫向機(jī)頭通過可旋轉(zhuǎn)的分度盤分別設(shè)有第一加工主軸和第二加工主軸。

機(jī)床底座包括左側(cè)底座、右側(cè)底座和x軸底座:左側(cè)底座和右側(cè)底座分別拼接在x軸底座的兩側(cè),y1軸線軌和y2軸線軌分別設(shè)于左側(cè)底座和右側(cè)底座上表面,并位于x軸線軌的兩側(cè):左側(cè)底座和右側(cè)底座滑動(dòng)設(shè)置于x軸:底座側(cè)面設(shè)有x1軸線軌。

工件的工裝夾具通過可水平旋轉(zhuǎn)的分度盤安裝于工作臺(tái)的上表面。

加工橫梁包括橫梁和一側(cè)的立柱,橫梁連接于立柱上端,立柱下端滑動(dòng)設(shè)于Y2軸線軌,縱向機(jī)頭設(shè)于橫梁Z向滑板上的Z軸線軌上:立柱設(shè)有可對(duì)縱向機(jī)頭的主軸進(jìn)行換刀的刀庫:刀庫包括固定座、庫身和設(shè)置于庫身內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)刀盤,庫身通過底座安裝固定于立柱的側(cè)面,使得旋轉(zhuǎn)刀盤繞Z軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行換刀。

2.2數(shù)控加工中心實(shí)現(xiàn)多軸多面加工功能的設(shè)計(jì)原理2.2.l多個(gè)加工軸既可分別控制、獨(dú)立運(yùn)動(dòng),又可協(xié)同控制、同時(shí)加工

橫向機(jī)頭和縱向機(jī)頭上都設(shè)置了具有加工作用的主軸,且這兩個(gè)主軸分別位于兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的機(jī)頭及工件的兩個(gè)不同面上,當(dāng)機(jī)頭在對(duì)應(yīng)的線軌上移動(dòng)時(shí),具有良好的加工自由度:兩個(gè)不同方向的加工主軸可以分別對(duì)工件的頂面和四周側(cè)面精準(zhǔn)加工:同時(shí),橫向機(jī)頭和縱向機(jī)頭設(shè)有的加工主軸能夠同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行加工,兩個(gè)機(jī)頭和對(duì)應(yīng)安裝于這兩個(gè)機(jī)頭上的加工主軸在機(jī)床底座上的運(yùn)動(dòng)是相對(duì)獨(dú)立的,可以分開控制,也可以協(xié)同控制同時(shí)加工。

左側(cè)底座和右側(cè)底座對(duì)齊,使得Yl軸線軌和Y2軸線軌共

線。很多情況下,工件的頂面和側(cè)面加工同時(shí)進(jìn)行,將Yl軸線軌和Y2軸線軌共線,使得橫向機(jī)頭和縱向機(jī)頭同時(shí)分別對(duì)工件頂面和側(cè)面加工時(shí),在x軸方向上的坐標(biāo)是相同的,從而大大簡化了控制難度。

2.2.2加工主軸滿足一定的加工自由度

加工主軸通過具有一定旋轉(zhuǎn)自由度的分度盤安裝于橫向機(jī)頭和縱向機(jī)頭,使得加工主軸具有更好的加工自由度,能滿足更多不同工件的加工需要:加工主軸包括一個(gè)加工軸和一個(gè)底座,加工軸旋轉(zhuǎn)安裝于底座,并可以圍繞底座設(shè)有的水平轉(zhuǎn)軸正負(fù)旋轉(zhuǎn)909,底座固定于縱向機(jī)頭的下端并可以圍繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)3609,使得數(shù)控加工中心的加工控制更加多樣化,靈活性強(qiáng),數(shù)控加工中心的加工效率也更高,適用范圍更廣。

2.2.3夾裝固定后的工件具有一定的靈活性

因?yàn)楹芏喙ぜ恢皇羌庸ひ粋€(gè)側(cè)面,因此直接將其固定在工作臺(tái)上表面,加工主軸將一個(gè)側(cè)面加工完成后,再停機(jī)重新安裝工件、定位,工件側(cè)面的加工過程繁瑣,加工精度也大大降低:而設(shè)置了分度盤后,加工主軸每加工完成一個(gè)側(cè)面,工件在分度盤上轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,進(jìn)行下一個(gè)側(cè)面的加工,因?yàn)槊總€(gè)分度盤具有對(duì)應(yīng)的刻度,因此省去工件旋轉(zhuǎn)工件后進(jìn)行定位的過程,使得工件的加工更加簡單、快速。2.2.4穩(wěn)定驅(qū)動(dòng),保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性

工作臺(tái)在x軸線軌上的滑動(dòng)、橫向機(jī)頭在Yl軸線軌上的滑動(dòng)、縱向機(jī)頭在Z軸線軌上的滑動(dòng)和橫梁在Y2軸線軌上的滑動(dòng),都由絲桿驅(qū)動(dòng)。由于加工過程中加工機(jī)頭的運(yùn)動(dòng)要靠在對(duì)應(yīng)的線軌上滑動(dòng)實(shí)現(xiàn),而且滑動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性很大程度上影響了加工精度,而絲桿傳動(dòng)在滿足了穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)的前提下,又保證了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,從而間接保證了數(shù)控加工中心良好的加工精度。

2.2.5結(jié)構(gòu)設(shè)置合理

橫梁大致為L形,倒立設(shè)置在機(jī)床的底座上,這樣既不會(huì)影響另一側(cè)橫向機(jī)頭的設(shè)置,又使得x軸底座從橫梁下方穿過,具有足夠的移動(dòng)空間,從而使得數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)置更加科學(xué)合理,使用范圍更加廣泛。此外數(shù)控機(jī)床的縱向機(jī)頭設(shè)置的加工主軸,可根據(jù)加工需要更換刀具,且刀庫直接與對(duì)應(yīng)的控制箱進(jìn)行電連接,無需人工操作,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床的全自動(dòng)加工。

3結(jié)語

本文主要對(duì)具有多軸多面加工功能的數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并且詳細(xì)描述了其設(shè)計(jì)原理。本數(shù)控加工中心相對(duì)于現(xiàn)有設(shè)備來說,能加工更加復(fù)雜的工件,包括既可同時(shí)加工多個(gè)平面,又可加工曲面。本數(shù)控加工中心加工效率、加工精度更高,應(yīng)用范圍更廣,適合用于加工汽車、航空航天等領(lǐng)域的復(fù)雜零件。