CH360車削中心的開發(fā)

     車削中心是一種具有復(fù)合加工能力的數(shù)控車床，它兼有數(shù)控車床和加工中心的加工性能，是目前工業(yè)發(fā)達國家競相發(fā)展的數(shù)控機床品種。其優(yōu)點是一機多用，占地面積小，節(jié)約投資，保證加工精度，減少工件在制品，提高加工效率等。
CH360車削中心是浙江省“九五”重點科技攻關(guān)項目，其最大特點是精密、高效、實用、經(jīng)濟，容易為市場經(jīng)濟條件下的廣大用戶所接受，符合我國的國情。
1　設(shè)計方案的確定
   根據(jù)當(dāng)前國際和國內(nèi)經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展的水平以及由市場經(jīng)濟體制所確定的供求關(guān)系，當(dāng)前宜研制功能不是很多和結(jié)構(gòu)簡單的車削中心，因此應(yīng)首先研制可控軸數(shù)為3(即C軸、X軸和Z軸)的車削中心，以后在此基礎(chǔ)上開發(fā)可控軸數(shù)和功能更多的車削中心。
   主電機采用兼有C軸功能的伺服電機，用同一條傳動鏈通過內(nèi)裝的PLC進行模擬信號切換和互鎖，分別實現(xiàn)主軸的主運動和C軸運動。這種方案與常用的兩條傳動鏈方案不同，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，更加容易制造，成本相對較低。
   主軸承采用油脂潤滑，依靠接觸式的迷宮套密封，潤滑脂的封入量對主軸軸承壽命和運轉(zhuǎn)時的溫升有很大影響，一般每一軸承的封入量控制在10～14g范圍內(nèi)。主軸部分的結(jié)構(gòu),如圖1示。
        
圖1 主軸結(jié)構(gòu)                                                                                            圖2進給傳動結(jié)構(gòu)
     機床采用平床身斜滑板的結(jié)構(gòu)，這樣不僅便于排屑，而且具有占地面積小、便于操作、宜人化和制造工藝性好的優(yōu)點。
    采用德國SAUTER公司的12工位回轉(zhuǎn)式動力刀架。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是實現(xiàn)車、鉆、鏜、銑等多工序加工的關(guān)鍵部件，為了保證本機床的工作精度并縮短制造周期，采用德國SAUTER公司的動力刀架。
2 技術(shù)參數(shù)的確定
   據(jù)目前國內(nèi)用戶的實際需要及國外同類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，確定該機床的主要參數(shù)為：
床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：360mm；
最大加工長度：750mm；
主軸通孔直徑：80mm；
主軸轉(zhuǎn)速（無級）：0－3500r/min；
刀架裝刀數(shù)：12把；
Z軸進給速度（無級）：0-20m/min；
X軸進給速度（無級）：0-10m/min；
動力刀具主軸轉(zhuǎn)速：0－2500r/min；
主電機功率：12kW；
X、Z軸最小設(shè)定單位：0.001mm；
C軸最小輸出增量：0.001°
Z向重復(fù)定位精度：0.007mm；
X向重復(fù)定位精度：0.002mm；
刀架重復(fù)定位精度：0.002mm；
加工圓度：0.002mm；
外形尺寸(長×寬×高)：2000mm×800mm×1600mm；
機床凈重：4800kg．
3 提高性能的主要措施
提高精度的措施
    床頭箱部件采用日本優(yōu)質(zhì)高精度NSK軸承支承主軸，前軸承用雙列短圓柱滾子軸承和兩個球軸承，后軸承也采用雙列短圓柱滾子軸承，使前后軸承發(fā)熱均勻，減小主軸角位移，減小機床的熱變形。主傳動采用高速潤滑脂潤滑，以減小主軸承和其它軸承的發(fā)熱量，延長軸承壽命。主軸系統(tǒng)經(jīng)過精密動平衡，確保主軸箱部件振動小、剛性好、精度高。
    床身采用炮筒式筋板結(jié)構(gòu)而且與床座做成一體，從而增強了剛性。床身導(dǎo)軌面采用超音頻淬火和周邊磨削工藝，淬火層深度保持在2.5mm以上，有效地提高了機床的精度和精度保持性。
    機床的縱橫向進給伺服電機輸出端后分別設(shè)置彈性聯(lián)軸器和同步齒形帶聯(lián)接，使傳動更加平穩(wěn)。縱橫向進給均采用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠傳動，使機床的X和Z向重復(fù)定位精度分別達到0.002mm和0.007mm。
   X軸和Z軸的最小設(shè)定單位為0.001mm，C軸的最小輸出增量為0.001°，轉(zhuǎn)塔刀架的重復(fù)定位精度為0.002mm，且數(shù)控系統(tǒng)具有刀具補償、間隙補償、螺距補償?shù)裙δ�，全面保證了加工零件的加工精度。
提高效率的措施
    在車削中心上能對回轉(zhuǎn)體進行復(fù)合加工，將車、鉆、銑和攻螺紋等工序集于一臺機床，而且零件一次裝夾誤差小，提高了加工質(zhì)量和效率，節(jié)省設(shè)備費用，簡化了生產(chǎn)管理。
    主軸最高轉(zhuǎn)速達3500r/min，動力刀具主軸最高轉(zhuǎn)速達2500r/min，X軸和Z軸快速進給分別達到10m/min和20m/min，且Z向從0～20m/min轉(zhuǎn)換時間僅0.06s，主軸從0～3500r/min的轉(zhuǎn)換時間僅2.5s，轉(zhuǎn)塔刀架的相鄰換刀時間僅0.3s，這些都保證了加工效率的提高。
提高機床的實用性
    數(shù)控系統(tǒng)有較完備的循環(huán)功能，如直線插補、圓弧插補、錐度切削循環(huán)及螺紋切削循環(huán)，使機床編程簡單。同時還可以進行人機對話編程，進行運動軌跡和動態(tài)模擬，并存有豐富的車削工藝數(shù)據(jù)庫。
    機床對刀簡便，有多種方法，可用刀具直接加工零件，把實測值輸入系統(tǒng)，使刀具偏置值自動生成。刀具的安裝調(diào)整簡便迅速。
操作面板上的功能鍵為本廠自己定義，比較簡潔直觀，用PLC控制三爪夾緊、放松，尾架套筒伸出、退回，刀架選刀、定位，動力刀具是否生效，主軸和C軸生效等，以最簡單的操作實現(xiàn)機電聯(lián)調(diào)達所需功能。
    一臺車削中心可以替代多臺和多種機床，它具有普通車床的切削加工功能外，利用C軸及回轉(zhuǎn)刀具可進行縱向鉆孔、鉆偏心孔、攻螺紋、縱向銑槽、銑端面、銑圓周槽、車端面螺紋、銑多邊形、銑圓周、銑縱向螺旋槽、銑輪廓及刻字等，在一臺機床上可達到成品化加工的目的。
降低機床成本的措施
    由于我們在總體方案和結(jié)構(gòu)性能設(shè)計上，都盡量用簡單化代替復(fù)雜化，如控制軸數(shù)選為3，采用兼有C軸功能的伺服電機作主電機，縱橫向進給分別采用聯(lián)軸器和同步齒形帶傳動，使機床在結(jié)構(gòu)方案上顯得簡捷合理，同時降低了成本。該機床的成本約為40萬元，售價在55萬元左右，而國內(nèi)其它同類車削中心的售價均在70萬元以上。
4 結(jié)束語
    CH360車削中心的研制成功，為我國的機械加工業(yè)提供了一種精密、高效、實用、經(jīng)濟的技術(shù)裝備，該產(chǎn)品經(jīng)江蘇溧陽內(nèi)燃機配件廠等用戶使用，通過實際考驗證明，機床的自動化程度高，工作可靠，整機性能已接近國外同類產(chǎn)品水平，可以替代進口。