高精度数控卧式加工中心

着手生产以上机型的厂家在追求高速、高精度的同时，还在如何使机体小型化及成本控制方面下功夫。也就是说此类产品的开发重点在于机体的小型化、适应形成柔性线体系方面。

从技术开发动向来看，是谋求提高主轴转速、进给速度、提高精密度、并将对应热变位、模块化等集中体现出来。其中，作为机床基本课题的高速化研究也不断取得成果。

由于提高进给速度直接关系到产品的加工时间，以利提高生产效率，因此在高速进给技术方面，驱动装置采用直线电机的机型正在增多。同时也有厂家在开发 不使用直线电机，采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动，进给加速度1.5G~ 2G、快速进给速度120 mm／min的高速卧式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为 20000r/min、快速进给速度为60 m/min、以尽量缩短重复定位、刀至刀等的非切削时间。为解决速度提高带来的热变位影响，防止精度下降，一般都采用独自的补正装置或主轴冷却结构、冷却装置等。

本公司正是把握住这种机遇，开发、研制高精度重型数控卧式加工中心等市场急需的机床系列产品，本项目研制生产的高精度重型数控卧式加工中心必将有着广阔的市场前景，必将推动企业经济效益的飞速增长。

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三、项目的主要研究内容

1、研究内容

加工中心是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80％左右(普通机床仅为15～20％)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。 加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。

卧式加工中心是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。他的工作原理是工件在加工中心上经一次装夹后，电脑能自动选择不同的刀具，自动改变机床主轴转速，依次完成工件多个面上多工序的加工。他的优势是能够大大提高生产效率，但是占地大、成本高。

卧式加工中心的主轴处于水平状态，通常带有可进行分度回转运动的正方形工作台。一般具有3～5个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。

卧式加工中心往往带有自动交换工作台，在对位于工作位置的工作台上的工件进行加工的同时，可以对位于装卸位置的工作台上的工件进行装卸，从而大大缩短辅助时间，提高加工效率。与立式加工中心相比较，卧式加工中心结构复杂，占地面积大，价格也较高，而且卧式加工中心在加工时不便观察，零件装夹和测

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量时不方便，但加工时排屑容易，对加工有利。卧式加工中心的以下三个特征决定了其性能和使用范围：

? 加工空间的尺寸大小，主轴转速范围，进给速度范围，规范刀具的大小和范围，数控装置的能力和任选附件种类的多少等。

? 静态精度、加工精度、移动精度、定位精度、热变形状况和抗振动性能等。

? 与所配置数控系统的适应性，维修保养是否方便，技术支持体制和安全性等。 2、研究重点

①汽车行业对加工中心的要求是：高速度、高效率、高精度。为提高加工速度和效率必须减少零件加工过程的辅助时间，其必要条件是提高加工中心的三轴运动速度，目前国内国内卧式加工中心的速度都在50m/min以内，导致加工变速箱、发动机缸体、缸盖的辅助时间大于加工时间，从而增大了汽车的生产成本。提高速度的关键在于解决直线导轨的安装精度。安装精度一般由滑块基准侧面相对同侧滑块的行走直线误差、组合高度误差、滑块侧面至滑块基准侧面宽度误差、成对误差以及成对宽度误差构成。目前国内国内卧式加工中心运动慢，主要是直线导轨的安装面在加工中难以保证安装精度，直线导轨成对宽度误差较大，影响了加工中心的运动速度，工作中需要人工校正，不仅加工难度大，还费事费力。

本项目设计出一种直线导轨高精度快速再定位方法，采用激光干涉仪校正好一根直线导轨各项精度后，用螺栓拧紧固定，另一直线导轨以所述直线导轨作为基准导轨，校表调试，也用螺栓拧紧固定；然后沿两根所述直线导轨一侧设置阻挡物，阻挡物与所述直线导轨之间留有间隙，然后将高精度定位胶填入所述间隙中，待所述定位胶固化后形成胶条，所述胶条与对应直线导轨相 邻的面即为所述直线导轨的安装基准面。

②自动换刀机构是数控卧式加工中心的必不可少的部分，其性能、结构及工作方式直接影响了整机的成本、造价和加工性能。目前国内卧式加工中心的换刀方式逐渐采用凸轮机械结构实现换刀动作，以提高其可靠性，但缺点在于采用凸轮刀库或机械手换刀时，还要液压或气压等外在动力来实现另一部分的换刀动作，导致换刀动作不协调，准确率不够，结构更加复杂，还增加了成本。另外机

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械手换刀装置精度高，寿命长，主要部件旋转油缸依赖进口，成本较高，不易维护。

本项目设计出一种占用空间小、可靠性高、调整方便、使用寿命长且价格低廉的机械换刀装置，结构是旋转机械手和一个可水平旋转的固定座腔内装有一套滚珠丝杠的机构，滚珠丝杠机构包括滚珠螺母和传动杆，传动杆一端设有与滚珠螺母对应的外螺纹，滚珠螺母与固定座内壁之间通过轴承连接，传动杆的末端穿过固定座与液压缸 活塞杆联接；传动杆与设置在固定座内腔中的导向轴套配合构成移动副，导向轴套设有防止传动杆旋转的装置或结构；旋转机械手的旋转轴末端呈锥帽状，滚珠螺母 与机械手旋转轴通过螺栓固接。

③高精度数控卧式加工中心对数控系统的要球主要有：

A高速、高精度的加工首先要求的是极短的插补周期和高的计算精度， B前馈控制减少伺服系统滞后，补前加减速消除插补后加减速输出理论差， 针对高精度加工中心的控制功能要求，项目采用西门子840i数控系统，该数控系统的控制核心是 32 位 80586CPU 芯片，系统充分利用计算机系统的丰富资源 ,利用硬盘作为NC大容量缓冲内存 ,为用户提供了使用 C ++ 语言的PMC 数控系统内置PLC 开发工具 ,且具备网络通讯功能，代表了当前数控系统的发展趋势。基于西门子840i数控系统 ,我们配接了相应的交流伺服驱动器及伺服电机，扩展了 64 路输入、32 路输出的 PLC隔离驱动板 ,开发了模块化的PMC应用程序 ,完成了加工中心的电气控制。 3、开发内容

公司以现有设备为主，补充增加适当的设计和试验检测设备，完成自制零部件的生产和产品性能试验与检测，来确保产品高质量地达到设计与用户要求，满足高效、节能、环保、经济的开发目标。设计过程中将应用先进的CAD /CAPP/CAE技术，并对产品进行设计评审、质量评审、采购评审。本产品从以下几个方面对原有技术进行改进创新：

3.1、先进的机械设计

采用先进的CAD计算机辅助设计系统完成最优的结构设计。 主要构件采用三维虚拟制造手段提高设计质量。 3.2、主传动系统兼顾高速中载

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