采用虚拟“Y”轴的车铣复合加工中心.doc

采用虚拟“Y”轴的车铣复合加工中心设计与研究DesandR测采用虚拟y轴的车铣复合加工中心李军孙建刚罗德军(济南一机床集团有限公司,山东济南250022)摘要:介绍了采用虚拟y轴车铣复合加工中心机床的用途,规格参数,结构原理以及各类不同结构形式车削中心y轴结构的优缺点等.关键词:车铣中心虚拟y轴结构特点TurningMillingMachiningCenterwithFictitiousYAxisLIJun,SUNJiangang,LUODejun(JinanFirstMachineToolGroupCo.,Ltd.,jinan250022,CHN)Abstract:Thearticleintroducestheusage,specification,parameter,structureandworkingtheoryofakindofturningmillingmachiningcenterwithfictitiousYaxis.AlsogivesoutthemeritsanddemeritsofdifferentstructuralstylemachiningcenterswithYaxis.Keywords:TurningMillingMachiningCenter;FictitiousYAxis;StructureCharacteristic2005年,根据某重点客户委托要求,我公司在成熟产品MJ一520MC车削中心基础上又研制成功了一种技术水平较之原机型更为高档的MJ一520MC/Y型数控车铣复合加工中心新产品.由于该机床y轴进给采用了由,双轴构成的虚拟l,轴结构(机床共有,y,z,C四个可控轴),克服了以往存在于车削中心类机床上的许多不足,产品交付用户并经实际验收后,其无论机床的进给刚性,工作精度,还是工件平面铣削的效率,精度及平面铣削的工作范围等,均很好地满足了用户的要求,产品也得到了用户较好的评价.下面,仅将该机床的用途,主要规格以及该机床虚拟l,轴的结构,工作原理,性能优点等作一简要介绍l主要用途及规格MJ一520MC/Y配置卧式回轮动力型刀架,当工件需进行平面铣削作业时,可通过直接驱动机床的双进给轴从而形成虚拟的y轴进行.机床除具有高效,精密车削的基本功能外,还同时具有铣削,钻削,镗削,刚性攻丝的功能.工件在一次装夹下,可完成几乎全部的机加工内容,特别适宜为提高工件加工效率及精度,减少工件装夹次数,有复合加工需求的场合使用.图1是机床的外观照片,图2为该机床的截面布局图,表1为机床的主要规格参数.2虚拟y轴主要优点传统标准车削中心,当需要对工件上的平面进行(9):153结语3osakaT,LiuXJ,NojimaM,eta1.AnElectrochemicalD0ubleLayerCa.为了尽快缩短我国片式元器件工艺装配与其他国家的差距,研发出拥有自主知识产权的SMT设备,我们国家在这方面加大了研究的力度.本文研究的这种片式元件自动切割机控制系统,在实际设备的研制中得以有效应用,并获得令人满意的控制效果.参考文献1朱江.采用信息技术提高装备工业竞争力.机电国际市场,2001(2,:25282季国平.中国新型电子元器件产现状及展望.电子产品世界,2000?60?pacitorUsingallActivatedCarbonElectrodewithGelElectrolyteBinderJ.JEleetrochemSo.,1999,146(5):17241729第一作者:索来春,男,1966年生,博士后,副教授,室主任,研究方向:光机电一体化,模具设计,电加工,图像识别与处理,电机及自动化设计.(编辑李静)(收稿日期:20060327)文章编号:7418如隧绷芝薯嘲嘲=w,_表1MJ一520MC/Y机床主要规格项目内容单位规格床身上最大工件回转直径520能力最大工件车削/铣削直径3l0/180最大工件车削长度450主轴转速范围r/mlrl35.335.3500主主轴头/主轴通孔直径A28/+80轴主轴(C轴)最小分度数0.0ol主轴电动机功率kWl7/22.5X(Xl/X2),z,Y轴移动距X(Xl:280,X2:200)进离Z:500Y:50给X,Z轴快移速度m/m1rll2X,Y,Z轴进给电动机扭矩N?ml6刀架刀位/动力刀具数位l2/12刀刀架主轴最高转速r/mlrl6O0o架刀架主轴电动机功率kW2.2/3.7套简直径/行程85/90(NC可编程)尾座套筒内孔锥度MTNo.3(内装式活顶尖)尾座本体最大行程490数控系统:西门子810D铣削加工时,只能采用通过机床主轴(C轴)与轴进行极坐标插补的方式进行,致命缺点是铣削出的平面不是理论上的真直平面,而是一种由曲率半径很大的圆弧所代替的近似平面,且加工效率较低.另外这种结构平面铣削尺寸范围较小,也不能进行大余量铣削,制约了该类机床的应用.因而采用此类结构的车削中心机床一般多属此类机型中的较低端产品.图1机床外观另外一种目前经常采用的结构是,将动力刀架总成安装在刀架y轴立柱上,通过伺服电动机驱动滚珠丝杠及y轴滑板,使刀架沿立柱导轨进行纯y轴方向的直线进给.显而易见这种结构的优点是y轴运动是直接的,不需要进行任何插补合成运动且y轴行程一般较大.但这种结构也有其自身的不足:一是y轴立柱的受力不很合理,大余量切削时颠覆力矩大,易引起机床机械系统的振动,从而影响加工精度及工件表等簪fuu,DesignandResea设计与研究面粗糙度;二是机床所需要的结构尺寸与其它几类相比也更为庞大.图2机床截面布局图3x轴结构图图4x2轴结构图图5由双硝由插补合成虚拟轴的运动示意图?6l?设计与研究DesignandR踟状态一:重合主轴中心的车与铣剽xl轴位于该轴参考点位置上;仅轴进行进给车刖或铣刖.(刀具中心与主轴中心线重合)x2轴状态二:+y轴平面的进给铣剽轴向下(一x】;轴向上(+xk进行y轴平面插补合成进给运动状态三:进行一y轴平面的进给镜剽xl轴向上【+X);轴向下(一xJ进行y轴平面插补合成进给运动.x2轴图6刀具与主轴中心重合图7+Y向平面铣削图8一y向平面铣削的车削或铣削采用虚拟轴的结构可较好地克服上述两种结构形式的不足,原因是其y轴运动是分别由倾斜角为45.的床身导轨(X轴,结构见图3)与30.的托板(X轴,结构见图4)共同构成复合倾斜角为75.的l,轴复合运动构成.从图5中我们也可以明显看出,采用这种结构所奠定的机床刚性是由结构布局所确定.特别是当机床进行强力车削加工时这种优点更为显而易见(没有刀架在y轴上的悬伸),进行平面铣削作业时所能达到的精度和效率也令人满意.在实际制造过程中要将机床床身,托板的角度加工十分准确是不容易的,但这种角度的误差可以在机床总装后通过使用检具,测量仪测得,然后利用数控装置上的补偿功能进行反复的补偿一检测一再补偿的几次循环而精确获得.(2)状态2,状态3对于y轴的两种铣削状态,由于运动轨迹是由双轴之间不断地进行运算插补合成得来,故当,轴在y坐标轴上一旦确定了某一具体数值,则两个轴的对应变化值即可按下面数学公式分别计算得出:状态2(正y极限方向的铣削状态):AX1=一2AY=一AY/sinctAX2:+Y=AYcott=AY/tamx状态3(负,极限方向的铣削状态):AX1=2AY=AY/sinaAX2=一-Y=一AYcota:一AY/tana注:公式中的Ol为,两轴线的实际夹角.当然,在进行工件平面铣削时y轴运动轨迹肯定是由加工程序通过数控系统运算和控制来完成的了.3虚拟】,轴插补合成原理4结语为了说明双轴插补合成虚拟y轴的原理,下面采用图示的方法在图6,7,8中分别给出了:刀架状态1,车削(刀尖中心与主轴中心重合);刀架状态2,+y极限方向铣削(刀尖中心在主轴中心之上);刀架状态3,一,极限方向铣削(刀尖中心在主轴中心之下)三种状态.(1)状态1为了编程,操作的方便,简单,当机床进入车削状态时应令刀架位于其.轴,轴的参考点位置上(此时轴固定不动,轴做工件直径方向的切削进给,y轴在y向坐标系上等于零),此时刀尖中心正好与主轴中心重合,这样在车,铣两种状态进行转换时显然更快速,简便.?62?通过设计采用虚拟y轴结构车铣复合加工中心机床的实践,使我们较好地掌握了此类机床设计,制造,检测和调试的规律;通过在用户工