汽车零部件生产中高速加工中心的结构特点.pdf

模具制造 2009年第3期 耐斯合模机飞模好帮手 电话：7传真：http： /e-mail： 汽车零部件生产中高速加工中心的结构特点 汽车工业相对航空、 航天、 船舶、 机床等机械加工 工业来说， 其突出特点是生产批量大， 加工节拍短， 为 了适应这种单一工件的大批量生产， 采用专机或专机 自动线进行加工生产是最经济的， 因而也是最普遍的 一种选择。然而， 当前汽车用户对汽车的多样化、 个性 化的要求， 迫使汽车企业的产品换型越来越快， 产品品 c.基于对cnc机床结构原理， 结合加工经验， 用 相同进给速度值时， 机床参与加工运动的连动轴数越 少， 实际进给速度越接近理论值， 即走两轴联动比三 轴联动实际进给速度快； 使用圆弧插补指令输出时， 若干圆弧节点变成一句程序单节， 机床就不会出现等 待续停现象。故而在编写半精加工和精加工程序时， 先利用powermill里的浅滩边界功能， 按曲面角度将 工件划分为 “较陡峭区域” 和 “较平坦区域” ， 然后在 “较陡峭区域” 内使用等高精加工工序，“较平坦区域” 内使用0或90平行投影策略， 且两策略都打开修圆 选项， 这样精加工策略机床都是走两轴联动， 拐角位 修圆机床走圆弧插补； 半精加工和精加工的实际进给 速度大大提高。如图9所示， 此工件原刀路是没有半 精加工， 二次粗加工后直接做精加工的， 实际耗时达 8.5h。通过以上工艺安排， 半精加工和精加工两条刀 路实际耗时为6.3h。不但效率有较大提高， 而且表面 光洁度提高了很多。 图9等高策略和平行策略精加工刀路 d.利用powermill软件的自动清角功能产生清角 刀具路径， 如图10所示它能参考前一精加工刀具， 自 动寻找残留区域， 在残留区域内按角度分为走类似等 高策略轨迹和沿着轨迹。加工范围精确， 减少了空走 刀路， 同时加工轨迹科学。运用自动碰撞检查功能可 得到最短刀具伸出长度， 进给速度可适当提高。原程 序需用时6.5h， 利用自动清角功能编写的清角刀路用 时才1.5h， 显著提高了加工效率。 图10自动清角刀路 5结束语 表2所示为两种软件编程加工时所需要的时间 对比， 从表中可以得出： 加工效率提高了49.5%。通过 一段时间的使用， 证明刀具平均寿命延长了23倍， 消除了原来加工时的断刀现象。 表2两种软件编程加工时所需时间对比 mastercam编程程序 加工 内容 16r1.2mm 开粗 10r0mm二 次开粗和光面 6r0mm 二次开粗 4r0mm 二次开粗 6r3mm 精加工 4r2mm 清角 粗加工耗时 精加工耗时 合计 说明： 两者均为纯切削时间。 mastercam软件所编程有断刀记录， 并光洁度不高。 powermill软件所编程无断刀记录， 光洁度有显著提高。 mastercam软件所编程加工时刀具磨损较为明显。 实际 加工 时间 5.5h 1.5h 5.5h 2h 8.5h 6.5h 14.5h 15h 29.5h 备注 框选其中局部做 挖槽粗加工 等高和挖槽策略 结合 框选局部做等高 和挖槽加工 直接精加工没有 半精加工 框选清角位用等 高和平行加工 powermill编程程序 加工 内容 16r1.2mm 开粗 10r0mm 光平面 6r0mm 二次开粗 4r0mm 二次开粗 6r3mm 精加工 4r2mm 清角 粗加工耗时 精加工耗时 合计 实际 加工 时间 4.5h 0.5h 1.3h 0.8h 6.3h 1.5h 7.1h 7.8h 14.9h 备注 自动智能残 留区加工 自动智能残 留区加工 先半精后再 精加工 自动清角 提 高 效 率 49.5 高速精密加工机床在模具制造中的应用 21 模具制造 2009年第3期 耐斯合模机飞模好帮手 电话：7传真：http： /e-mail： 种纷繁多样， 原来单一工件的大批量生产变成了多种 工件各自的较小批量迭加成的大批量生产。因此， 多 年来在汽车制造行业占统治地位的组合机床 （专机） 生 产线已无法满足汽车行业快速更新的现实需要， 专机 或专机自动线虽然效率高， 但却限制了加工的柔性， 使 得机床对加工零件品种变化的适应性非常差。 为了解决这个难题， 高速、 高效的新一代加工中 心高速加工中心应运而生， 很好地解决了加工柔 性和产量、 投资与更新的矛盾， 满足了汽车行业目前 多品种， 大批量， 少投资的要求， 同时也满足了汽车零 部件生产的这种要求。 高速加工中心是指主轴转速超过10,000转/min， 进给速度超过40m/min， 进给加速度大于0.5g （5m/s2） 的一类加工中心。为了实现高速、 大切削量下稳定加 工， 高速加工中心都具有下列结构特点。 1高转速主轴 主轴转速过低无法满足生产效率要求， 转速过高 则在可靠性方面带来多种不利因素。高速加工中心 主轴转速一般定在46,00016,000转/min。为此， 最佳 的结构方案为内装直驱动式的电主轴， 电主轴在使用 中不可拆卸， 不需保养， 不需调正。主轴转子安装在 复合陶瓷滚珠轴承上， 采用3点支承方式以保证高的 动态刚性和精度， 在定子和转子轴承四周有专门水冷 系统以吸收发热。 2动平衡与热平衡的结构设计 高速加工中心由于其高的主轴转速， 高的进给速 度及高的进给加速度， 必然要求其结构设计具有高的 静态刚性和动态刚性。为此， 有的将液压装置与主轴 分离放置， 以减少震动对主轴精度的影响。 设备结构完全是热对称的， 这样可以避免由于热 变形使主轴与工件的位置偏移。为防止作为重要热 源的切屑引起热不平衡， 有的从结构上设计使切屑不 在被加工工件上及托盘上停留， 而且通过在z轴罩两 侧的螺旋式排屑输送器将切屑快速排到切削液箱， 以 使由切屑引起的热的影响减到最小。 为保证运动刚性及稳定性， 高速加工中心的设计 通常遵循以下原则： （1） 对各轴所作的力始终在各个重心的轴线上， 以避免加速和减速时设备结构件的摆动。 （2） 移动部件的导向装置也处于重心平面上， 以 稳定设备的结构并避免加速和减速时结构件的摆动。 （3） 采用部件镶嵌结构， 改进部件的加工工艺， 以 减轻移动部件的重量。 （4） 各轴测量都在推力中心进行， 以便得到最精 确的测量结果以及位置重复精度最大的稳定性。 3高刚性3点支撑床身 高速加工中心大都采用坐标镗床式的3点支撑 床身， 通过有限元分析方法 （fem） 进行高刚性的结构 设计， 保持高刚性及稳定性， 以在最大移动速度甚至 需要进行强力切削和多次定位移动的加工中， 都能达 到刚性的最优状态。 4直线滚动导轨 高速加工中心的各坐标最大进给速度及快移速 度一般都在40m/min以上， 这些都是在精密的耐摩擦 的直线运动滚珠丝杠导轨系统上实现的。滚珠丝杠 采用无间隙预应力滚珠， 导轨的润滑采用定量润滑， 由一个润滑中心完成。这种系统具有优良的稳定性 和动态刚性， 可以对计算机的指令做出快速响应。有 的机床的3个坐标采用新式结构的行量滚珠丝杠， 为 了最大限度减少滚动惯量， 丝杠固定不做回转而由数 字马达经齿形皮带驱动滚珠丝杠螺母转动。 5采用hsk钳式刀具 hsk钳式刀具夹装方式是专门针对高速加工中 心的刀具， 它的静态和动态刚性都非常好并且能够既 安全又高效地传送扭矩。 6换刀及交换工作台迅速 在加工中心的一个切削循环中， 换刀时间及交换 工作台时间往往占有较大部分的比重。在传统的非 高速加工中心上， 换刀时间 （切屑到切屑） 达1420s， 而交换工作台时间则需3min甚至更长时间， 无疑这 对于大批量、 快节奏生产要求的汽车零件加工来说是 不相适应的。而高速加工中心则在这两方