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机床加工中心的改进与研发
发布者:admin  日期:2012-11-27  点击:637
1总体结构布局加工中心的总体布局应当使机床能够实现加工所需的运动要求和加工功能,沈阳第一机床厂并且具有良好的精度、刚度、抗振性和热稳定性等结构性能。还要尽量使其便于操作、结构简单紧凑、外形美观等。
  经过对不同运动方案和各部件的设计方案的定性分析比较确定该小型立式加工中心的总体设计方案为:采用固定立柱,电主轴通过安装座安装在立柱导轨的滑座上,沈阳第一机床厂立柱导轨采用滚动导轨,可以实现Z方向的进给运动。由X-Y双向精密数控工作台带动工件完成X、Y两个方向的进给运动;X、Y、Z三个方向的进给运动均滚珠丝杠,并由交流伺服电机驱动。导轨、滚珠丝杠有相应的润滑、防护等装置。
  自动换刀系统采用无机械手换刀,沈阳第一机床厂且刀库置于立柱侧面的横梁上。刀库在横梁上的移动采用滚珠丝杠传动和交流伺服电机采用盘形刀库,由槽轮机构实现回转、分度和转位,由交流伺服电机驱动。
  MCV2520小型立式加工中心总体结构布局示意图 。
  2主要性能参数MCV2520小型立式加工中心的主要技术性能参数如下:工作台尺寸:250×200(mm);X、Y、Z行程:150×150×350(mm);Z向快速移动速度:7.5(m/min);X、Y向快速移动速度:12(m/min);主轴转速范围:0~18000(r/min);主轴电机功率:10~12(kw);刀库容量:8(把);定位精度:±0.025(mm);重复定位精度:±0.005(mm);主轴锥孔:ISO/BT30;换刀时间:8(s/次);机床总重量:652(kg);外形尺寸:1132×800×1539(mm);最大工作进给速度:1(m/min);工作台允许载荷:15(kg)。
  3关键技术3.1采用电主轴电主轴是由内装式电动机直接驱动,使主轴主传动链长度缩短为零,实现了机床的“零传动”,取消了从主电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节(如皮带、齿轮、离合器等),实现了主电动机与机床主轴的一体化。有以下优点:①机械结构最为简单,传动惯量小,因而快速响应性好,能实现极高的速度、加(减)速度和定角度的快速准停;沈阳第一机床厂②输出功率大,调速范围宽,采用交流变频调速和矢量控制的电气驱动技术,有比较理想的扭矩―功率特性。一次装夹既可实现粗加工又可进行高速精加工;③实现了主轴部件的单元化,可独立做成标准化的功能部件,并由专业厂进行系列化生产;④电主轴还有一系列控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能,因此高速运转的可靠性与安全性好;沈阳第一机床厂⑤电主轴比传统的主轴传动系统的结构简单紧凑。
  电主轴型号为FA120CUV,采用精密钢质角接触球轴承和永久性油脂润滑,具有松拉刀机构、码盘和矢量控制驱动器的驱动和控制,以实现自动换刀和对转速的精确控制及准停。主要结构尺寸如所示。
  3.2采用精密数控工作台X-Y向工作台是选用工艺装备制造厂生产的已系列化的X-Y两轴精密数控工作台,数控工作台的上下两层运动台(X向、Y向)结构相同。此工作台已经过许多用户使用后的验证,精度较高,而且可根据不同的加工要求,选用不同的精度等级。不仅制造周期短、精度易保证,且可根据用户的不同需要选择不同的型号。
  3.3Z向采用无平衡配重设计传统的立式加工中心Z向主轴箱的设计,沈阳第一机床厂一般采用重锤平衡或液压平衡来平衡主轴箱的重量,这种设计方法对于低速运动的机床可行,但对于高速运动的机床,由于配重而大大增加了移动的重量,即增加了移动部件的惯量,不利于高速移动的实现。本加工中心的设计采用了先进的机床设计理念及设计方法,在机械结构上去掉了主轴箱的平衡配重,通过减小主轴中心与导轨间的距离并采用大直径的滚珠丝杠及加大驱动电机的功率来拖动主轴箱,实现快速移动。
  3.4无机械手换刀刀库置于立柱侧面横梁上,采用盘式结构,可装8把刀具,用槽轮机构实现回转、分度和转换;通过刀库在横梁上移动至主轴端实现无机械手换刀,结构简单,制造方便,体现了部件小型化的特点。
  3.5采用全闭环控制方式移动部件(如工作台、主轴箱等)的移动位置,是由直线尺(如感应同步器,光栅尺等)直接进行检测并反馈给比较回路,因而不受丝杠精度和热变形的影响,可保证较高的定位精度。
  3.6设计时采用CAD/CAE MCV2520小型立式加工中心特别注重基础件的性能,沈阳第一机床厂采用了许多措施:①利用CAD及ANSYS有限元分析软件决定床身、立柱等基础件的壁厚、加强筋的形状和布局形式,力求使基础件具有较高的动静刚度;②采用优质材料不仅能吸振,动态性能好,导热率低,热变形小,而且制造简单,成本低廉。
  4推广应用前景近年来,小型加工中心越来越引起世界各国的高度重视,不断推出各种类型、结构先进、高效率、高精度、多功能的小型加工中心,以满足市场需求的不断变化,所研制的MCV2520小型立式加工中心不仅主要用于加工小型金属零件,沈阳第一机床厂还可以用于加工非金属零件―工程塑料拖链的分类、木材、胶木、矿石、钻石、蓝宝石、钟表玻璃等,而且还可以用于特殊作业―雕刻、粘接、涂胶等,可见该小型加工中心有着广阔的应用前景和推广价值:(1)为小型乡镇、民办的机械电子类企业提供高效、高精度的数控加工设备,投资小,见效快。
  (2)所研制的MCV2520小型立式加工中心可以设计成系列产品,满足不同的生产要求。
  既可用于生产,又可用于教学,是各类工科院校培养加工中心数控编程和操作人员的理想设备,不仅功能齐全、直观性强,而且价格便宜,买得起。沈阳第一机床厂职业学校、技工学校、高等工科院校、小型企业、电子电器生产厂家都能用上,有效地服务教学实践,这对于提高工人、学生和工程技术人员的数控技术水平具有重大的现实意义。
  椐不完全统计全国现有职业技术学院以上的专科院校近1200所,机电类技工学校800所,这些学校需要数控加工中心设备来充实数控教学实验,加上小型企业也需要这种设备来制造小型复杂零件,特别是广东珠海等地尤其如此。因此MCV2520小型立式加工中心有很大的市场潜力,目前市场销售的数控加工中心设备每台至少在百万元以上,而MCV2520小型立式加工中心有明显的价格优势,据计算统计,每年可获得丰厚的直接经济效益,培养数控技术人员近千万,有很好的市场前景和推广应用价值。
 
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