引言
數控加工中心是由機械設備與數控系統組成的適用于加工復雜零件的高效率自動化機床。它的綜合加工能力較強,工件一次裝夾后能完成較多的加工內容,更加適用于加工形狀較復雜、精度要求高的工件?，F在需要加工的工件越來越復雜,對加工的精度要求越來越高,同時還要保證一定的生產效率。
1數控加工中心為實現多軸多面加工功能需具備的條件
1.1多個加工軸既可分別控制、獨立運動,又可以協同控制、同時加工
對于不同的工件,所需要加工的平面數量、加工要求是不一樣的,所以多個加工軸對同一工件進行加工時,有時需要獨立運動,以節(jié)省運作流程:有時需要同時加工,以提高加工效率。
1.2加工主軸滿足一定的加工自由度
工件有時需要加工復雜曲面,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,則在加工多個平面時需要重新安裝定位,既不利于提高效率,又不能保證加工精度。
1.4穩(wěn)定驅動,保證運動的平穩(wěn)性
機頭、工作臺的滑動很大程度上會影響加工精度,為了保證工件的精度,需要保證機頭、工作臺穩(wěn)定驅動。
1.5結構設置合理
數控加工中心的機頭、刀具、工件等都具有一定的移動能力,數控加工中心的結構設置需要科學合理,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控加工中心的結構及其設計原理
2.1數控加工中心結構
數控加工中心的結構如圖1所示。
機床底座上表面設有x軸線軌以及與x軸線軌垂直的y1軸線軌和y2軸線軌:x軸線軌滑動設有工作臺:加工橫梁滑動設置于y1軸線軌,橫向機頭滑動設置于y2軸線軌:加工橫梁設有與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:縱向機頭滑動設于Z軸線軌:縱向機頭和橫向機頭通過可旋轉的分度盤分別設有第一加工主軸和第二加工主軸。
機床底座包括左側底座、右側底座和x軸底座:左側底座和右側底座分別拼接在x軸底座的兩側,y1軸線軌和y2軸線軌分別設于左側底座和右側底座上表面,并位于x軸線軌的兩側:左側底座和右側底座滑動設置于x軸:底座側面設有x1軸線軌。
工件的工裝夾具通過可水平旋轉的分度盤安裝于工作臺的上表面。
加工橫梁包括橫梁和一側的立柱,橫梁連接于立柱上端,立柱下端滑動設于Y2軸線軌,縱向機頭設于橫梁Z向滑板上的Z軸線軌上:立柱設有可對縱向機頭的主軸進行換刀的刀庫:刀庫包括固定座、庫身和設置于庫身內部的旋轉刀盤,庫身通過底座安裝固定于立柱的側面,使得旋轉刀盤繞Z軸旋轉進行換刀。
2.2數控加工中心實現多軸多面加工功能的設計原理2.2.l多個加工軸既可分別控制、獨立運動,又可協同控制、同時加工
橫向機頭和縱向機頭上都設置了具有加工作用的主軸,且這兩個主軸分別位于兩個獨立運動的機頭及工件的兩個不同面上,當機頭在對應的線軌上移動時,具有良好的加工自由度:兩個不同方向的加工主軸可以分別對工件的頂面和四周側面精準加工:同時,橫向機頭和縱向機頭設有的加工主軸能夠同時對工件進行加工,兩個機頭和對應安裝于這兩個機頭上的加工主軸在機床底座上的運動是相對獨立的,可以分開控制,也可以協同控制同時加工。
左側底座和右側底座對齊,使得Yl軸線軌和Y2軸線軌共
線。很多情況下,工件的頂面和側面加工同時進行,將Yl軸線軌和Y2軸線軌共線,使得橫向機頭和縱向機頭同時分別對工件頂面和側面加工時,在x軸方向上的坐標是相同的,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自由度的分度盤安裝于橫向機頭和縱向機頭,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:加工主軸包括一個加工軸和一個底座,加工軸旋轉安裝于底座,并可以圍繞底座設有的水平轉軸正負旋轉909,底座固定于縱向機頭的下端并可以圍繞Z軸方向旋轉3609,使得數控加工中心的加工控制更加多樣化,靈活性強,數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
因為很多工件往往不只是加工一個側面,因此直接將其固定在工作臺上表面,加工主軸將一個側面加工完成后,再停機重新安裝工件、定位,工件側面的加工過程繁瑣,加工精度也大大降低:而設置了分度盤后,加工主軸每加工完成一個側面,工件在分度盤上轉動一定角度,進行下一個側面的加工,因為每個分度盤具有對應的刻度,因此省去工件旋轉工件后進行定位的過程,使得工件的加工更加簡單、快速。2.2.4穩(wěn)定驅動,保證運動的平穩(wěn)性
工作臺在x軸線軌上的滑動、橫向機頭在Yl軸線軌上的滑動、縱向機頭在Z軸線軌上的滑動和橫梁在Y2軸線軌上的滑動,都由絲桿驅動。由于加工過程中加工機頭的運動要靠在對應的線軌上滑動實現,而且滑動過程中運動的平穩(wěn)性很大程度上影響了加工精度,而絲桿傳動在滿足了穩(wěn)定驅動的前提下,又保證了運動的穩(wěn)定性,從而間接保證了數控加工中心良好的加工精度。
2.2.5結構設置合理
橫梁大致為L形,倒立設置在機床的底座上,這樣既不會影響另一側橫向機頭的設置,又使得x軸底座從橫梁下方穿過,具有足夠的移動空間,從而使得數控機床的結構設置更加科學合理,使用范圍更加廣泛。此外數控機床的縱向機頭設置的加工主軸,可根據加工需要更換刀具,且刀庫直接與對應的控制箱進行電連接,無需人工操作,實現了數控機床的全自動加工。
3結語
本文主要對具有多軸多面加工功能的數控加工中心的結構進行了設計,并且詳細描述了其設計原理。本數控加工中心相對于現有設備來說,能加工更加復雜的工件,包括既可同時加工多個平面,又可加工曲面。本數控加工中心加工效率、加工精度更高,應用范圍更廣,適合用于加工汽車、航空航天等領域的復雜零件。
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