淺析銑車復(fù)合加工機(jī)床動態(tài)關(guān)鍵技術(shù)研究

1、淺析銑車復(fù)合加工機(jī)床動態(tài)關(guān)鍵技術(shù)研究摘要隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，銑車復(fù)合機(jī)床通過一次裝夾零件完成多種加工工序。通過在VMC850數(shù)控銑床上進(jìn)行技術(shù)改造，在銑床基礎(chǔ)上，研發(fā)車床換刀模塊，能夠完成銑車復(fù)合加工機(jī)床換刀。研發(fā)智能化多軸機(jī)床控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)銑車復(fù)合加工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)臺分度裝置能實(shí)現(xiàn)0360度分度，實(shí)現(xiàn)銑削多方位加工;銑車一體化加工軟件模塊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效高精目標(biāo);實(shí)現(xiàn)銑車復(fù)合動態(tài)加工。減少輔助時(shí)間，顯著提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還能極大縮短產(chǎn)品制造工藝鏈;裝夾次數(shù)的減少，避免了由于定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致的誤差積累，其加工精度有了大幅度的提升。關(guān)鍵詞銑車復(fù)合機(jī)床;動態(tài)加工;關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用研究隨著科學(xué)技術(shù)的

2、發(fā)展，制造業(yè)也飛速發(fā)展，比較復(fù)雜的機(jī)械零件精度要求會越來越高，采用單獨(dú)數(shù)控車、數(shù)控銑加工手段，增加輔助時(shí)間，生產(chǎn)率降低，尺寸定位精度控制難，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件加工精度要求，因此，需要考慮使用數(shù)控銑車或者車銑復(fù)合機(jī)床來滿足這一要求。而高精密的復(fù)合機(jī)床生產(chǎn)公司主要分布于歐美和日本，如奧地利WFL、德國DMG以及日本MAZAK，國外研發(fā)時(shí)間比較早，技術(shù)相對比較成熟，已經(jīng)形成規(guī)模，具有系列化設(shè)備，而我們國家，雖然擁有一些大型機(jī)床公司，如大連機(jī)床廠、秦川機(jī)床廠等公司，但是，由于車銑或者銑車復(fù)合機(jī)床的研究相對較晚，在技術(shù)上無法與國外相比，如果使用高精密的復(fù)合加工設(shè)備，必須進(jìn)口國外的設(shè)備。該類機(jī)床自身價(jià)格昂貴

3、，占地面積大，操作困難，對企業(yè)從業(yè)人員技術(shù)要求較高，機(jī)床配備的操作系統(tǒng)又多為國外系統(tǒng)，特別是機(jī)床一旦出現(xiàn)故障，故障診斷比較困難，維修周期長，費(fèi)用高，給企業(yè)增加了負(fù)擔(dān)。在此情況下，研究高精效銑車復(fù)合動態(tài)加工新技術(shù)，成本低，簡單易操作，對操作人員技術(shù)要求低，設(shè)備運(yùn)行成本低，還能保證高精度高效率動態(tài)加工。很好地解決這一難題，助力企業(yè)推廣應(yīng)用，能夠取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有現(xiàn)實(shí)意義。一、企業(yè)對銑車復(fù)合技術(shù)的需求在我國大多數(shù)加工制造企業(yè)，單一加工機(jī)床一般只能進(jìn)行一種工藝的加工，例如數(shù)控車床，能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)類零件車削加工;而數(shù)控銑床不能進(jìn)行回轉(zhuǎn)類零件車削加工。因此，目前我國大部分加工企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)銑削

4、、車削的加工工序，大量購置了各種類型的加工機(jī)床。非常明顯，這樣的加工方式需要很多的人力完成工件的運(yùn)輸以及零件的多次定位。可是，近年來人力成本上漲，企業(yè)成本高，而市場對零件加工精度要求也越來越高。所以，企業(yè)需要通過技術(shù)升級改造，改變零件的加工方式，才能跟上時(shí)代的發(fā)展。同時(shí)對設(shè)備的加工精度要求越來越嚴(yán)格。隨著數(shù)控技術(shù)和加工工藝的發(fā)展，單一加工不能滿足零件加工效率和加工精度的要求，銑車復(fù)合數(shù)控機(jī)床已成為當(dāng)前世界機(jī)床技術(shù)發(fā)展的主流。復(fù)合加工機(jī)床通過一次裝夾零件完成多種加工工序。一方面減少了因運(yùn)輸而產(chǎn)生的輔助時(shí)間，且顯著提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還能極大地縮短產(chǎn)品制造工藝鏈;另一方面，減少安裝定位次數(shù)，就減少了

5、誤差積累，零件的加工精度有了大幅度的提升。從中可以看出復(fù)合加工機(jī)床能夠?qū)⒃拘枰嗯_機(jī)床才能完成的工件，現(xiàn)在只需要用一臺機(jī)床就能解決。減少產(chǎn)品加工機(jī)床，配套設(shè)備數(shù)量相應(yīng)減少、機(jī)床設(shè)備占地面積和維護(hù)費(fèi)用相應(yīng)地減少，為企業(yè)減少了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率和加工精度。復(fù)合加工機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)多工序在一臺機(jī)床上加工，有效降低加工時(shí)間又降低了工人裝夾轉(zhuǎn)運(yùn)的勞動強(qiáng)度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)，降低企業(yè)人工成本。吉林省裝備制造和汽車制造行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)800余家，職工總數(shù)30余萬人，但技術(shù)人員中能夠操作銑車復(fù)合機(jī)床的比例不足02%;企業(yè)現(xiàn)有銑車復(fù)合機(jī)床占機(jī)床比例不足1%，且使用率不足50%，原因是由于昂貴與外語限制，會操

6、作的人少;同時(shí)，啟動銑車復(fù)合機(jī)床成本高，浪費(fèi)資源。研究銑車復(fù)合機(jī)床，成本低，在批量生產(chǎn)情況下，同類標(biāo)準(zhǔn)銑車復(fù)合機(jī)床價(jià)格700萬元以上，本文研制銑車復(fù)合機(jī)床價(jià)格100萬元以內(nèi)，價(jià)格比同類標(biāo)準(zhǔn)銑車復(fù)合降低60%左右，給客戶降低了使用成本;結(jié)構(gòu)簡單易操作，對操作人員技術(shù)要求低;設(shè)備不用閑置，原因是技術(shù)要求不高，會操作的技術(shù)人員多，能進(jìn)行車削、銑削單獨(dú)使用，還能進(jìn)行銑車復(fù)合加工，設(shè)備利用率高;效率高，多工序集中，可實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成全部或大部分加工工序，縮短產(chǎn)品制造工藝鏈，生產(chǎn)效率提高;精度高，提高零件生產(chǎn)合格率30%左右。減少定位次數(shù)，同時(shí)定位誤差減少，能夠避免誤差的積累，提高零件加工效率、加工精度和

7、產(chǎn)品合格率。本研究有利于促進(jìn)吉林省智能制造產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展亟需，能夠滿足大量制造業(yè)的技術(shù)需求，提高中小型制造業(yè)企業(yè)的競爭力。二、銑車復(fù)合加工機(jī)床動態(tài)加工關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用針對我國面對傳統(tǒng)加工中銑車復(fù)合加工設(shè)備主要依賴國外進(jìn)口，設(shè)備昂貴、操作維修困難，我國眾多中小加工制造企業(yè)難以承受的現(xiàn)實(shí)困境，通過產(chǎn)學(xué)校企協(xié)同聯(lián)合攻關(guān)，采用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論，將傳統(tǒng)通過改造設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)、優(yōu)化模擬、模型試制、試制試驗(yàn)等環(huán)節(jié)，研究設(shè)計(jì)開發(fā)一種適于小批量高效高精化機(jī)械零部件智能生產(chǎn)加工的、將銑、車一體加工的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案，為提升與推進(jìn)我國機(jī)床加工裝備技術(shù)水平與地方區(qū)域機(jī)械制造中小企業(yè)智能化水平，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供理論與技

8、術(shù)支撐。為解決復(fù)雜機(jī)械零件高精度高效車銑復(fù)合動態(tài)加工技術(shù)，通過對在VMC850數(shù)控銑床上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)銑車復(fù)合加工功能。具體研究內(nèi)容包括:研發(fā)車床換刀模塊，銑車復(fù)合圓柱面加工刀具補(bǔ)償方法;研發(fā)智能化多軸機(jī)床控制系統(tǒng)，銑車復(fù)合加工坐標(biāo)轉(zhuǎn)換;銑削轉(zhuǎn)臺分度裝置;簡化結(jié)構(gòu)易操作，高精度高效率銑車復(fù)合動態(tài)加工切換技術(shù)。將大幅度提高復(fù)雜零件的加工效率、提高定位精度，為企業(yè)降低成本，提高市場競爭力。對典型零件進(jìn)行銑車復(fù)合機(jī)床加工，結(jié)果銑車復(fù)合機(jī)床加工方式能夠顯著提高加工效率和精度。研究銑車復(fù)合機(jī)床動態(tài)加工的理念是加工工序集中，只進(jìn)行一次定位，多次加工。這樣的加工方式不需要人工進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)完成銑、車的加

9、工工序，高效率、高精度，且適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)多品種、小批量、個(gè)性化的發(fā)展需求，一臺銑車復(fù)合機(jī)床就相當(dāng)于一個(gè)小型生產(chǎn)線。(一)在銑床基礎(chǔ)上，研發(fā)車床換刀模塊，能夠完成銑車復(fù)合加工機(jī)床換刀在VMC850數(shù)控銑床上，研發(fā)車床換刀模塊，選8工位電動刀架，安裝在銑床主軸上，系統(tǒng)配置三個(gè)線性軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。系統(tǒng)配置3個(gè)移動軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸的四軸數(shù)控復(fù)合機(jī)床，能夠完成銑車復(fù)合圓柱面加工及刀具補(bǔ)償，在銑車功能劃分上，完全做到銑車功能各占50%，簡化編程。標(biāo)準(zhǔn)銑車復(fù)合銑削編程需要CAM軟件定制單臺專機(jī)專用后處理才能實(shí)現(xiàn)銑床基本功能。將車削主軸放置在軸上。機(jī)床軸采用箱式組成形式，這種組成的主軸箱對稱分布，能夠克服受熱之

10、后的變形，顯著提高機(jī)床剛度和系統(tǒng)固有頻率，因此，顯著提高了軸的剛度。零件加工周期變短，光潔度很高，達(dá)到04m，實(shí)現(xiàn)車銑磨三位一體復(fù)合機(jī)床。在機(jī)床整體設(shè)計(jì)上，需要考慮高精度、高剛度，否則實(shí)現(xiàn)不了以車代磨加工。正常車削加工表面粗糙度達(dá)3216m，正常磨削加工表面粗糙度達(dá)1608m，本項(xiàng)目開發(fā)以車代磨功能，高精磨光潔度可達(dá)到04m。(二)研發(fā)智能化多軸機(jī)床控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)銑車復(fù)合加工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換針對銑車復(fù)合機(jī)床加工復(fù)雜零件坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的問題，首先研究銑車復(fù)合機(jī)床加工工藝的特點(diǎn)及相應(yīng)機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)系關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，提出新的銑車復(fù)合機(jī)床加工方法，研發(fā)智能化多軸機(jī)床控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了笛卡爾坐標(biāo)系刀具運(yùn)動銑車復(fù)合加

11、工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。并且在現(xiàn)有的方法基礎(chǔ)上，進(jìn)行插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，滿足數(shù)控系統(tǒng)銑車復(fù)合機(jī)床動態(tài)加工。(三)轉(zhuǎn)臺分度裝置轉(zhuǎn)臺分度裝置能實(shí)現(xiàn)0360度分度，實(shí)現(xiàn)銑削多方位加工。通過轉(zhuǎn)臺分度裝置，內(nèi)部設(shè)計(jì)的電磁離合器轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)03000轉(zhuǎn)/分無級調(diào)速，作為車削模塊主軸，滿足盤類零件銑車復(fù)合加工。主軸轉(zhuǎn)臺選兩軸轉(zhuǎn)臺A、C，C軸切換成動力軸轉(zhuǎn)換成CS軸，A軸為銑床的4軸，同時(shí)通過A軸090度轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)立銑、臥車全部功能，滿足軸類零件、盤類零件的加工。(四)研發(fā)大扭矩高剛度復(fù)合主軸技術(shù)通過變速箱在銑削狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大扭矩加工，精確定位。在車削加工時(shí)，針對不同軸徑工件，實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，保證切削線速度相同，以此達(dá)到

12、車銑不同軸徑工件，表面光潔度一致達(dá)到04m。針對多工序工件如聯(lián)軸器，加工內(nèi)孔、端面等與被夾緊工件接觸面積大，抱緊摩擦力達(dá)到最大扭矩。能夠使主軸具有高剛度、高精度、低轉(zhuǎn)速、大扭矩。關(guān)鍵技術(shù)如力矩電動機(jī)驅(qū)動的B軸、內(nèi)置式電動機(jī)的車削主軸、內(nèi)置式電動機(jī)的刀具動力主軸、大扭矩的機(jī)械式刀具動力主軸和單伺服動力塔等技術(shù)取得突破性進(jìn)展。(五)簡化結(jié)構(gòu)易操作，高精度高效率銑車復(fù)合動態(tài)加工切換技術(shù)車削功能動力源為標(biāo)準(zhǔn)伺服主軸電機(jī)，銑削功能激活后，采用蝸輪蝸桿與小功率伺服電機(jī)形成減速分度裝置，并與主軸本體結(jié)合，反饋裝置位于主軸上，用絕對值編碼器實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)銑削分度，提高精度，并實(shí)現(xiàn)銑車功能切換。標(biāo)準(zhǔn)銑車復(fù)合機(jī)床上，

13、主軸采用伺服主軸電機(jī)，無級變速，低速大切削量時(shí)過載容易悶刀，銑車功能切換時(shí)，不用機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過伺服電機(jī)內(nèi)部控制切換，分度過程中，反饋裝置在伺服電機(jī)內(nèi)部，伺服電機(jī)與主軸之間有同步帶傳動，易產(chǎn)生誤差。本文銑、車功能轉(zhuǎn)換，為了滿足在圓柱面銑削時(shí)對工件進(jìn)行角度控制，車削功能動力源定為標(biāo)準(zhǔn)三相異步電動機(jī)，當(dāng)銑削功能激活后，采用蝸輪蝸桿與小功率伺服電機(jī)形成減速分度裝置，并與主軸本體結(jié)合，反饋裝置位于主軸上，用絕對值編碼器實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)銑削分度，并實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)切換。能夠在數(shù)控銑床上進(jìn)行加工，完成銑床加工的工序，能夠?qū)崿F(xiàn)銑削、車削復(fù)合加工的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)工序集中的加工理念。通過測試加工，能夠保證銑、車功能的實(shí)現(xiàn)。(六

14、)研發(fā)數(shù)據(jù)采集器軟件模塊技術(shù)研發(fā)軟件模塊，設(shè)備出廠前加上數(shù)據(jù)采集器，適合批量制造時(shí)與MES智能管控系統(tǒng)連接。以后與智能制造、工業(yè)40大數(shù)據(jù)時(shí)代是必要的，是發(fā)展趨勢。將現(xiàn)有數(shù)據(jù)直接輸出去，如開機(jī)時(shí)間、功率、加工成品數(shù)、廢品數(shù)、平臺時(shí)間信息等，可以通過中央集控MES系統(tǒng)反映出來，配合機(jī)械手實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集。(七)研發(fā)銑車一體化加工軟件模塊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效高精目標(biāo)車銑磨加工時(shí)，車銑磨各自單獨(dú)編程，通過此復(fù)合機(jī)床程序制作器軟件模塊，實(shí)現(xiàn)無縫銜接連續(xù)加工程序制作，通過以太網(wǎng)或S232輸入復(fù)合機(jī)床加工，減少輔助時(shí)間，降低操作人員技能要求。能夠進(jìn)行車床編程的技術(shù)人員較多，能夠進(jìn)行銑床編程的技術(shù)人員也較多，能夠

15、進(jìn)行車銑磨復(fù)合編程的技術(shù)人員較少。本項(xiàng)目開發(fā)此軟件模塊，分別進(jìn)行車、銑、磨床的編程，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)加工。這樣能操作的人員不需要較高技能，會操作的人多，車銑磨復(fù)合機(jī)床利用率高，連續(xù)加工效率高，工序集中，精度高。三、結(jié)語絕大多數(shù)產(chǎn)品都是通過多道工序多個(gè)機(jī)床才能完成全部加工，眾所周知，在激烈的市場競爭環(huán)境中，縮短和保證交貨期十分重要，一個(gè)產(chǎn)品的加工過程鏈越長，生產(chǎn)周期和加工精度就越難以控制。隨著數(shù)控機(jī)床性能的提高，機(jī)動時(shí)間越來越短，影響交貨期的瓶頸往往在于機(jī)床輔助時(shí)間和工件在工序之間的滯留時(shí)間，減少工件地的數(shù)目也就意味著縮短生產(chǎn)周期。同樣，多次裝夾也是影響加工精度的主要因素之一。工序分散、按節(jié)拍組織流水生產(chǎn)，是一種剛性的生產(chǎn)自動化，隨著技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品品種不斷增加而批量減少，加上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度明顯提高，以及客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益苛刻，對這種工序集中化的加工、生產(chǎn)過程柔性化的需要越來越迫切。本文研究高精效銑車一體化動態(tài)加工復(fù)合機(jī)床，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，能在一臺機(jī)床上完整加工或完成大部分加工，實(shí)現(xiàn)了低成本、