高速加工中心在汽車零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用(上)

汽車工業(yè)相對(duì)航空、航天、船舶、機(jī)床等機(jī)械加工工業(yè)來(lái)說(shuō)，其突出特點(diǎn)是生產(chǎn)批量大，加工節(jié)拍短，為了適應(yīng)這種單一工件的大批量生產(chǎn)，采用專機(jī)或?qū)�機(jī)自動(dòng)線進(jìn)行加工生產(chǎn)是最經(jīng)濟(jì)的，因而也最普遍的一種選擇。

　　然而，當(dāng)前汽車用戶對(duì)汽車的多樣化、個(gè)性化的要求，迫使汽車企業(yè)的產(chǎn)品換型越來(lái)越快，產(chǎn)品品種紛繁多樣，原來(lái)單一工件的大批量生產(chǎn)變成了多種工件各自的較小批量迭加成的大批量生產(chǎn)，因此，多年來(lái)在汽車制造行業(yè)占統(tǒng)治地位的組合機(jī)床(專機(jī))生產(chǎn)線已無(wú)法滿足汽車行業(yè)快速更新的現(xiàn)實(shí)需要，專機(jī)或?qū)�機(jī)自動(dòng)線雖然效率高，但卻限制了加工的柔性，使得機(jī)床對(duì)加工零件品種變化的適應(yīng)性非常差。

　　為了解決這個(gè)難題，高速、高效的新一代加工中心——高速加工中心應(yīng)運(yùn)而生，很好地解決了加工柔性和產(chǎn)量、投資與更新的矛盾，滿足了汽車行業(yè)目前多品種，大批量，少投資的要求，同時(shí)也滿足了汽車零部件生產(chǎn)的這種要求。

　　高速加工中心的特點(diǎn)

　　高速加工中心是指主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min，進(jìn)給速度超過(guò)40m/min，進(jìn)給加速度大于0.5G(5m/s2)的一類加工中心。為了實(shí)現(xiàn)高速、大切削量下穩(wěn)定加工，一般，高速加工中心都具有下列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

　　1.高轉(zhuǎn)速主軸

　　主軸轉(zhuǎn)速過(guò)低無(wú)法滿足生產(chǎn)效率要求，轉(zhuǎn)速過(guò)高則在可靠性方面帶來(lái)多種不利因素。高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般定在46—16000轉(zhuǎn)/分之間。為此，最佳的結(jié)構(gòu)方案為內(nèi)裝直驅(qū)動(dòng)式的電主軸，電主軸在使用中不可拆卸，不需保養(yǎng)，不需調(diào)正。主軸轉(zhuǎn)子安裝在復(fù)合陶瓷滾珠軸承上，采用三點(diǎn)支承方式以保證高的動(dòng)態(tài)剛性和精度。在定子和轉(zhuǎn)子軸承四周有專門水冷系統(tǒng)以吸收發(fā)熱。

　　2.動(dòng)平衡與熱平衡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　高速加工中心由于其高的主軸轉(zhuǎn)速，高的進(jìn)給速度及高的進(jìn)給加速度，必然要求其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有高的靜態(tài)剛性和動(dòng)態(tài)剛性。為此，有的將液壓裝置與主軸分離放置，以減少震動(dòng)對(duì)主軸精度的影響。

　　設(shè)備結(jié)構(gòu)完全是熱對(duì)稱的，這樣可以避免由于熱變形使主軸與工件的位置偏移。為防止作為重要熱源的切屑引起熱不平衡，有的從結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)使切屑不在被加工工件上及托盤上停留，而且通過(guò)在Z軸罩兩側(cè)的螺旋式排屑輸送器將切屑快速排到切削液箱，以使由切屑引起的熱的影響減到最小。

　　為保證運(yùn)動(dòng)剛性及穩(wěn)定性，高速加工中心的設(shè)計(jì)通常遵循以下原則：

　　(1)對(duì)各軸所作的力始終在各個(gè)重心的軸線上，以避免加速和減速時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)件的擺動(dòng)。

　　(2)移動(dòng)部件的導(dǎo)向裝置也處于重心平面上，以穩(wěn)定設(shè)備的結(jié)構(gòu)并避免加速和減速時(shí)結(jié)構(gòu)件的擺動(dòng)。

　　(3)采用部件鑲嵌結(jié)構(gòu)，改進(jìn)部件的加工工藝，以減輕移動(dòng)部件的重量。

　　(4)各軸測(cè)量都在推力中心進(jìn)行，以便得到最精確的測(cè)量結(jié)果以及位置重復(fù)精度最大的穩(wěn)定性。

　　3.高剛性三點(diǎn)支撐床身

　　高速加工中心大都采用坐標(biāo)鏜床式的三點(diǎn)支撐床身，通過(guò)有限元分析方法(FEM)進(jìn)行高剛性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保持高剛性及穩(wěn)定性，以在最大移動(dòng)速度甚至需要進(jìn)行強(qiáng)力切削和多次定位移動(dòng)的加工中，都能達(dá)到剛性的最優(yōu)狀態(tài)。

　　4.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌將剛性與精度良好地綜合在一起

　　高速加工中心的各坐標(biāo)最大進(jìn)給速度及快移速度一般都在40m/min以上，這些都是在精密的耐摩擦的直線運(yùn)動(dòng)滾珠絲杠導(dǎo)軌系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的。滾珠絲杠采用無(wú)間隙預(yù)應(yīng)力滾珠，導(dǎo)軌的潤(rùn)滑采用定量潤(rùn)滑，由一個(gè)潤(rùn)滑中心完成。這種系統(tǒng)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)剛性，可以對(duì)計(jì)算機(jī)的指令做出快速響應(yīng)。有的機(jī)床的三個(gè)坐標(biāo)采用新式結(jié)構(gòu)的行量滾珠絲杠，為了最大限度減少滾動(dòng)慣量，絲杠固定不做回轉(zhuǎn)而由數(shù)字馬達(dá)經(jīng)齒形皮帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　5.采用HSK鉗式刀具

　　HSK鉗式刀具夾裝方式是專門針對(duì)高速加工中心的刀具的，它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛性都非常強(qiáng)并且能夠既安全又高效地傳送扭矩。