一种具有多轴多面加工功能的数控加工中心研究

引言

数控加工中心是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。它的综合加工能力较强,工件一次装夹后能完成较多的加工内容,更加适用于加工形状较复杂、精度要求高的工件。现在需要加工的工件越来越复杂,对加工的精度要求越来越高,同时还要保证一定的生产效率。

1数控加工中心为实现多轴多面加工功能需具备的条件

1.1多个加工轴既可分别控制、独立运动,又可以协同控制、同时加工

对于不同的工件,所需要加工的平面数量、加工要求是不一样的,所以多个加工轴对同一工件进行加工时,有时需要独立运动,以节省运作流程:有时需要同时加工,以提高加工效率。

1.2加工主轴满足一定的加工自由度

工件有时需要加工复杂曲面,所以加工主轴在x、y、Z轴需要有一定的自由度,以适应不同的加工要求。

1.3装夹固定后的工件具有一定的灵活性

如果工件的装夹过于固定,则在加工多个平面时需要重新安装定位,既不利于提高效率,又不能保证加工精度。

1.4稳定驱动,保证运动的平稳性

机头、工作台的滑动很大程度上会影响加工精度,为了保证工件的精度,需要保证机头、工作台稳定驱动。

1.5结构设置合理

数控加工中心的机头、刀具、工件等都具有一定的移动能力,数控加工中心的结构设置需要科学合理,既不影响工作效率,又尽可能地节约空间。

2具有多轴多面加工功能的数控加工中心的结构及其设计原理

2.1数控加工中心结构

数控加工中心的结构如图1所示。

机床底座上表面设有x轴线轨以及与x轴线轨垂直的y1轴线轨和y2轴线轨:x轴线轨滑动设有工作台:加工横梁滑动设置于y1轴线轨,横向机头滑动设置于y2轴线轨:加工横梁设有与x轴线轨水平垂直的y3轴线轨以及与y3轴线轨竖直垂直的Z轴线轨:纵向机头滑动设于Z轴线轨:纵向机头和横向机头通过可旋转的分度盘分别设有第一加工主轴和第二加工主轴。

机床底座包括左侧底座、右侧底座和x轴底座:左侧底座和右侧底座分别拼接在x轴底座的两侧,y1轴线轨和y2轴线轨分别设于左侧底座和右侧底座上表面,并位于x轴线轨的两侧:左侧底座和右侧底座滑动设置于x轴:底座侧面设有x1轴线轨。

工件的工装夹具通过可水平旋转的分度盘安装于工作台的上表面。

加工横梁包括横梁和一侧的立柱,横梁连接于立柱上端,立柱下端滑动设于Y2轴线轨,纵向机头设于横梁Z向滑板上的Z轴线轨上:立柱设有可对纵向机头的主轴进行换刀的刀库:刀库包括固定座、库身和设置于库身内部的旋转刀盘,库身通过底座安装固定于立柱的侧面,使得旋转刀盘绕Z轴旋转进行换刀。

2.2数控加工中心实现多轴多面加工功能的设计原理2.2.l多个加工轴既可分别控制、独立运动,又可协同控制、同时加工

横向机头和纵向机头上都设置了具有加工作用的主轴,且这两个主轴分别位于两个独立运动的机头及工件的两个不同面上,当机头在对应的线轨上移动时,具有良好的加工自由度:两个不同方向的加工主轴可以分别对工件的顶面和四周侧面精准加工:同时,横向机头和纵向机头设有的加工主轴能够同时对工件进行加工,两个机头和对应安装于这两个机头上的加工主轴在机床底座上的运动是相对独立的,可以分开控制,也可以协同控制同时加工。

左侧底座和右侧底座对齐,使得Yl轴线轨和Y2轴线轨共

线。很多情况下,工件的顶面和侧面加工同时进行,将Yl轴线轨和Y2轴线轨共线,使得横向机头和纵向机头同时分别对工件顶面和侧面加工时,在x轴方向上的坐标是相同的,从而大大简化了控制难度。

2.2.2加工主轴满足一定的加工自由度

加工主轴通过具有一定旋转自由度的分度盘安装于横向机头和纵向机头,使得加工主轴具有更好的加工自由度,能满足更多不同工件的加工需要:加工主轴包括一个加工轴和一个底座,加工轴旋转安装于底座,并可以围绕底座设有的水平转轴正负旋转909,底座固定于纵向机头的下端并可以围绕Z轴方向旋转3609,使得数控加工中心的加工控制更加多样化,灵活性强,数控加工中心的加工效率也更高,适用范围更广。

2.2.3夹装固定后的工件具有一定的灵活性

因为很多工件往往不只是加工一个侧面,因此直接将其固定在工作台上表面,加工主轴将一个侧面加工完成后,再停机重新安装工件、定位,工件侧面的加工过程繁琐,加工精度也大大降低:而设置了分度盘后,加工主轴每加工完成一个侧面,工件在分度盘上转动一定角度,进行下一个侧面的加工,因为每个分度盘具有对应的刻度,因此省去工件旋转工件后进行定位的过程,使得工件的加工更加简单、快速。2.2.4稳定驱动,保证运动的平稳性

工作台在x轴线轨上的滑动、横向机头在Yl轴线轨上的滑动、纵向机头在Z轴线轨上的滑动和横梁在Y2轴线轨上的滑动,都由丝杆驱动。由于加工过程中加工机头的运动要靠在对应的线轨上滑动实现,而且滑动过程中运动的平稳性很大程度上影响了加工精度,而丝杆传动在满足了稳定驱动的前提下,又保证了运动的稳定性,从而间接保证了数控加工中心良好的加工精度。

2.2.5结构设置合理

横梁大致为L形,倒立设置在机床的底座上,这样既不会影响另一侧横向机头的设置,又使得x轴底座从横梁下方穿过,具有足够的移动空间,从而使得数控机床的结构设置更加科学合理,使用范围更加广泛。此外数控机床的纵向机头设置的加工主轴,可根据加工需要更换刀具,且刀库直接与对应的控制箱进行电连接,无需人工操作,实现了数控机床的全自动加工。

3结语

本文主要对具有多轴多面加工功能的数控加工中心的结构进行了设计,并且详细描述了其设计原理。本数控加工中心相对于现有设备来说,能加工更加复杂的工件,包括既可同时加工多个平面,又可加工曲面。本数控加工中心加工效率、加工精度更高,应用范围更广,适合用于加工汽车、航空航天等领域的复杂零件。