复合加工技术与复合加工机床

1、前言如今，世界己进入了全球制造的时代，缩短产业链、专注自身核心竞争力的提高已成为世界制造业企业的变革趋势。面对千差万别的制造业，如何以客户为中心、满足客户个性化的需求、为他们提供一个整体的最优化的解决方案是当今机床制造企业所面临的一个重要课题。鉴于此，复合机床应运而生。复合机床（ComplexMachineTools），是指能够在一台主机上完成尽可能从毛坯到成品的多种加工要素的机床。该类型机床就是为适应市场单件小批、快捷生产需求以及新工艺对机床在各方面的要求而开发的。它具有保持工序集中、节省作业面积、减少机床和夹具数量、消除或减少工件重新安装定位次数、免去工件间的搬运和储存、提高工件加工精度、

2、缩短加工周期的优势，是当前世界机床技术发展潮流。本文就以复合机床中的一种车铣复合加工中心为例，系统阐述机床设计的脉络及需要注意的问题。具体设计过程分析任务本次设计任务为车铣复合加工中心，顾名思义，设计成果要实现以下功能：1）车削。车削加工的最大特点为工件通过卡盘夹在机床主轴上，并高速旋转，刀具固定，并按照回转体的母线走刀，切出产品外型。与传统的车削机床不同，目前车削类机床的刀具均为动力刀架。2）铣削。与车削加工不同，铣削加工的显著特征为刀具在高速电主轴的驱动下旋转，工件固定，本功能可以由动力刀架上的配备电主轴的刀具实现。3）加工中心。提到加工中心，就不能忽视其自动换刀功能。依照加工中心的功能要

3、求，常常以转塔刀架或刀库实现此项功能。鉴于本设计为中小型加工中心，因此选用前者作为换刀装置。4）精密。由于先进制造的要求，精密加工已经成为机加工的大势所趋。当今机床行业中，精密已经成为衡量机床性能的最基本指标。为了实现这一性能，机床界掀起了一股股推陈出新的浪潮，推动了机床业的发展。2功能部件选择由上述分析，可以初步确定出此加工中心的总体布局。其依据为其各个参数。如用于加工零件的最大回转半径，主轴转速初步选定伺服电机，为防止在实际加工过程中出现类似超负荷等意外，选择伺服电机时应该注意要留有一定的余量。精密滚珠丝杠为目前常规机床机加工中心上常用的传动部件，采用多种有效地冷却系统，精密滚珠丝杠能满足

4、大部分精密加工的要求。如今，精密滚珠丝杠早已产业化，用户可以根据自己的需求通过专门的厂家量身定制所需规格的滚珠丝杠。在本设计中，采用长短两根精密滚珠丝杠，分别提供加工中心x和y方向进给运动。滚珠丝杠带动溜板箱，而溜板箱有两根导轨固定于床身上，而横向进给（即y方向进给）的溜板箱上端固定动力刀架，下端通过导轨固联于横向溜板箱，其运动由较短的滚珠丝杠提供，两滚珠丝杠端部均通过联轴器与相应的伺服电机联接，伺服电机型号由滚珠丝杠所承受的负载确定。关于滚珠丝杠和导轨的具体尺寸则由厂家确定，用户只需提供丝杠需传动的负载即可。根据快速进给速度初步确定滚珠丝杠和导轨的型式和长度。由以上各个数据可以初步确定加工中

5、心主要工作部分的结构及尺寸。到此为止，加工中心的传动系统就初步设计完成，下面是动力刀架的设计。动力刀架是数控车床及中小型加工中心中应用最普遍的一种辅助装置，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。动力刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。根据加工的复杂程度，有很多种工位数量的动力刀架供选择，卧式刀架常有八、十、十二等工位。它以回转分度实现刀具自动交换及回转动力刀具的传动。动力刀架既安放刀具，还可直接参与切削，承受极大的切削力作用

6、，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。同时，本部件也为本次设计任务中最关键的部件。笔者认为，为避免加工中出现的干涉而对刀具或机床加工精度造成永久性创伤，动力刀架应该尽可能小型化，但为了实现多种加工工序，因此要求其功能多样化，这就产生了不可调解的矛盾。在实际设计过程中，应该参照加工要求，寻找一个两者最佳的结合点。该结构由六大部分组成，如下图所示。刀盘，动力传动部分，精确分度机构，液压控制系统，粗分度结构，动力刀具离合结构。L刁盘诙力传动部命希疇分度机的液圧控舸系统雜分度姑利6动力刃異离合対构精密端齿盘（鼠牙盘）来保证。目前，高精度加工的端齿盘，可以达到在具体的设计过程中，动力刀架的主要技术难点

7、为：1.精确分度机构主要是靠分度精度土2.5重复定位精度土1，具体型号可参考设计要求选择。2控制分度盘和动力刀具接头的分离与锁紧主要依靠液压控制系统实现。整个转塔刀架的塔身实际上被设计成一个液压缸，这对动力刀架的密封提出苛刻的条件，如何处理各零部件的配合关系及其合理选用附属密封部件需要加以重视。3.动力主轴的锁紧形式，原则上为主轴不能受力，目的为保证主轴加工精度。松夹刀机构的解决，油、水、气、通道问题，主轴支撑结构中轴承的配置，转速等。3辅助设计关于辅助设计，主要包括以下几个方面：1.冷却系统。作为现代生产设备，车铣复合加工中心首先要满足加工要求，尤其是精度的要求。从某种意义上说，精度是机加工

8、的灵魂。提高加工精度具有重要的意义，直接影响到后续的装配精度，进而影响到机械的整体性能。一直以来，为提高机械加工精度的手段层出不穷。提到精度问题，就不能不提冷却，因为工作机构消耗的功率很大一部分不适用于加工，而是转化为热量，这些热量若不能及时被带走，就会影响到机构的温度，引起其形变，从而使加工精度降低。滚珠丝杠、动力刀架为本设计中产热最多的部件。为提高加工精度，一定要有有效的冷却系统保持其温度不发生太大变化。除此之外，温度补偿也是一种相对先进的补偿温度带来误差的手段。防震。除了温度影响，机床的震动也是影响其加工精度的一大问题。为此，应采取必要的防震手段减小震动带来的影响。目前，用于减轻机床震动

9、的措施主要有以下几种：1）床身采用吸震能力强的材料。例如大理石、铸石等材料。2）建立机床的ansys有限元模型，对其进行模态分析，不断优化其结构，提高其固有频率。3）外围防震措施。主要包括防震沟、防震垫铁、附加的用于抵消机床震动的设备等。机床的工业设计机床的工业设计正在引起人们的重视，好的工业设计能给机床带来附加值。国外机床生产厂家很早就认识到这点，从CIMT2011（第12届中国国际机床展览会）来看，我国的很多机床生产厂家也开始认识到工业设计对机床的重要行。如今，我国的一类机床厂家，如大连机床、沈阳机床等的产品从外观上已经与国外著名厂家产品相差不大。小结车铣复合加工技术是集高速切削和铣削技术的优点而发展起来的先进切削技术。其重要意义在于减少了工件装夹次数，以一次装夹完成多次甚至全部工序为目标，大大提高了加工精度，降低了多次装夹引起的误差。复合车铣加工中心目前已逐渐走向成熟，应用领域急剧扩张。国际产品规格种类繁多，引领潮流；国内产品实现商业化，在相当领域产品已初具规模。复合车铣中心各个关键部件技术突飞猛进的推动以及国内重点行业新的需求和国家政策支持将促使其迅速向高速高效，重型化、深层次复合方向蓬勃发展。随着进一步产品的开发，许多深层次的问