高速切削机床结构加及工实验指导书(机械制造装备).doc

高速切削机床结构及加工实验一、实验目的1. 了解高速切削机床的主要组成部分及结构特点2. 掌握高速切削机床主轴系统及进给系统的结构3. 了解XSM600高速铣削加工中心的主要组成部分及加工特点二、实验原理和方法本实验通过现场讲解XSM 600高速铣削加工中心的主要组成部分及主要技术性能，高速切削机床的主轴系统、进给系统等与传统机床的区别。进而演示高速铣削加工中心的加工特点。三、高速切削机床的主要组成部分和结构特点高速切削机床的主要组成部分为：主轴单元、切削进给单元、机床支承单元、切削刀具单元、切削测试单元、操作控制单元、工件装夹单元、润滑冷却单元、排屑及安全保障单元等。主要结构特点：（1）高速电主轴 高速机床主轴是实现高速切削加工最重要的关键技术，是高速机床最重要的部件。集成内装式电主轴是高速机床主轴的理想结构。它采用无壳电机，将其空心转子用压配合的形式直接装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体中，形成内装式电机主轴。除此之外，主轴运转时，还必须配备冷却系统、润滑系统、和变频驱动系统。集成内装式电主轴由于直接传动，省去了电机、主轴间的传动链，消除了传动误差。（2）高速进给系统 为了实现高速加工，机床不但要有高速主轴，还要求机床工作台有很高的进给速度和运动加速度。传统的滚珠丝杠副传功机构很难满足这一要求。在90年代初多采用大导程滚珠丝杠传动和增加伺服电机实现高速进给，一般进给速度可达60m/min。近几年出现的直线电机驱动系统，它是由一系列安装于机床底座的磁铁（定子）和环绕在滑架上叠钢片铁芯线圈（动子）组成，利用东子脉冲电流产生的磁场和定子永磁场相互作用而产生电磁推力，带动负载运行。由于高速直线电机克服了滚珠丝杠传动中的反间隙、惯性、摩擦力和刚度不足等缺点，实现了无接触的直接驱动，因而可获得高精度的高速移动，并具有极好的稳定性。（3）高速切削机床支承件高速切削机床要静刚度、动刚度、热刚度特性都很好的机床支承构建。特别对动态特性有很高的要求。近年来高速机床的床身和立柱材料采用了聚合物混凝土（或称为人造花岗石）。该材料的阻尼特性为铸铁的710倍，而比重只有铸铁的三分之一，是制造高速机床支承件较为适宜的材料。（4） 冷却、排屑及安全保障系统高速切削时，高的金属切除率、高速时流出的切屑和磨屑以及高压喷洒的冷却润滑液需要一个足够大的密封工作室。防护装置必须有灵活的控制系统，以保证机床操作者及机床周围现场人员的安全，避免机床、刀具、工件及有关设施的损伤。四、XSM 600高速铣削加工中心的布局1. 机床部件概要1 机床底座2 托盘工作台3 横向滑板4 主轴滑座5 主轴单元6 电气柜7 总开关8 换刀装置9 托盘交换器10 排屑器单元 冷却液回收箱11 冷却单元12 除油单元13 冷却液箱（如果没有排屑器的话）14 机床防护罩15 伸缩防护盖（X轴防护板）16 防护罩（X轴、Z轴防护罩）17 刀具测量（激光）18 工件测量，探头19 操作面板20 切屑箱（如果没有排屑器的话）21 液压/气动22 换刀装置的工作区门23 除尘单元连接管24 外置手轮25 松刀按钮26 RS232数据接口27 外置手轮接口28 机床防护罩门29 换刀装置装刀门30 230 VAC电气插座31 切屑小车32 纸带过滤器单元2. XSM 600高速铣削加工中心的主要技术参数 主轴转速 10060,000r/min 无级可调 进给速度（max） 80m/min 轴加速度(max) 25m/s2 机床位置精度：（按ISO230-21997）定位精度 A0.005mm重复定位精度 R0.0025mm数控系统 iTNC 530 2P/Mikro Cyclone刀库容量 18把机床工作行程 600600500 （mm）工作台承重 800kg最小刀具直径 0.2mm3.主要部件介绍 主轴单元高频主轴采用复合陶瓷轴承。其润滑方式为油雾润滑，其中空气只承担载体作用。为保持主轴温度稳定，主轴套筒采用液体冷却。冷却单元直接、永久性地固定在机床上，为主轴提供温度稳定的冷却液。密封空气防止轴承被污染。主轴支持自动换刀。通过将空气吹过刀具锥柄使换刀时能将其清洁干净。刀具由液压卸刀进给轴 机床轴都能达到10 m/s2的加速度。高动态响应的交流伺服电机和滚珠丝杠使进给运动能达到高精度的同时还具有最佳的动态性能。各轴的高精度直线光栅尺确保了实时控制加工中的异常偏差。主轴采用高频和陶瓷轴承并采用油雾润滑。冷却单元提供冷却液。1. X轴滚珠丝杠 2. X轴驱动电机 3.Y轴滚珠丝杠 4. Y轴驱动电机 5. Z轴滚珠丝杠 6. Z轴驱动电机床身 机床采用双柱结构。高速铣削过程中，加速和减速力很大需要机床具有足够的刚性和坚固的基础使它能吸收引起的振动。机床采用龙门机构。大型单体人造大理石的机床底座能有效地吸收加工力和惯性力并具有最高精度，甚至包括在高动态进给运动下也能保持高精度。刚性大、摩擦力小的滚珠导轨支撑着运动的零件，在工作台上可承受1000 kg以下的工件。它不仅使用寿命长，而且能在各种工作状态下自如运动。机床工作台采用高强度的筋板铸件制造，它使所有力传递零件，例如导轨的轴承面以及滚珠丝杠支撑，牢固地固定在一起，最佳地承受负荷。可以按客户要求将托盘夹紧装置安装在工作台上。主轴座采用铸铁制造，以降低运动惯量，其带加强筋板的箱体结构可以保证良好的加工精度。四、实验设备及材料1. XSM 600 高速铣削加工中心一台2. 4刃端铣刀一把3. 硬铝一块五、实验步骤1. 机床整体观察介绍2. 以加工试件硬铝为例，