CH360车削中心的开发

摘要：介绍了浙江省重点科技攻关项目CH360车削中心的结构、性能、特点及主要参数，说明该产品的研制成功为我国的机械加工业提供了一种精密、高效、实用、经济的技术装备。 车削中心是一种具有复合加工能力的数控车床，它兼有数控车床和加工中心的加工性能，是目前工业发达国家竞相发展的数控机床品种。其优点是一机多用，占地面积小，节约投资，保证加工精度，减少工件在制品，提高加工效率等。 CH360车削中心是浙江省“九五”重点科技攻关项目，其最大特点是精密、高效、实用、经济，容易为市场经济条件下的广大用户所接受，符合我国的国情。 1　设计方案的确定 根据当前国际和国内经济技术发展的水平以及由市场经济体制所确定的供求关系，当前宜研制功能不是很多和结构简单的车削中心，因此应首先研制可控轴数为3(即C轴、X轴和Z轴)的车削中心，以后在此基础上开发可控轴数和功能更多的车削中心。 主电机采用兼有C轴功能的伺服电机，用同一条传动链通过内装的PLC进行模拟信号切换和互锁，分别实现主轴的主运动和C轴运动。这种方案与常用的两条传动链方案不同，机械结构大大简化，更加容易制造，成本相对较低。 主轴承采用油脂润滑，依靠接触式的迷宫套密封，润滑脂的封入量对主轴轴承寿命和运转时的温升有很大影响，一般每一轴承的封入量控制在10～14g范围内。主轴部分的结构,如图1示。 图1 主轴结构 图2 进给传动结构 机床采用平床身斜滑板的结构，这样不仅便于排屑，而且具有占地面积小、便于操作、宜人化和制造工艺性好的优点。 采用德国SAUTER公司的12工位回转式动力刀架。数控转塔刀架是实现车、钻、镗、铣等多工序加工的关键部件，为了保证本机床的工作精度并缩短制造周期，采用德国SAUTER公司的动力刀架。 2 技术参数的确定 根据目前国内用户的实际需要及国外同类产品的发展趋势，确定该机床的主要参数为： 床身上最大回转直径：360mm； 最大加工长度：750mm； 主轴通孔直径：80mm； 主轴转速（无级）：0－3500r/min； 刀架装刀数：12把； Z轴进给速度（无级）：0-20m/min； X轴进给速度（无级）：0-10m/min； 动力刀具主轴转速：0－2500r/min； 主电机功率：12kW； X、Z轴最小设定单位：0.001mm； C轴最小输出增量：0.001° Z向重复定位精度：0.007mm； X向重复定位精度：0.002mm； 刀架重复定位精度：0.002mm； 加工圆度：0.002mm； 外形尺寸(长×宽×高)：2000mm×800mm×1600mm； 机床净重：4800kg． 3 提高性能的主要措施 提高精度的措施 床头箱部件采用日本优质高精度NSK轴承支承主轴，前轴承用双列短圆柱滚子轴承和两个球轴承，后轴承也采用双列短圆柱滚子轴承，使前后轴承发热均匀，减小主轴角位移，减小机床的热变形。主传动采用高速润滑脂润滑，以减小主轴承和其它轴承的发热量，延长轴承寿命。主轴系统经过精密动平衡，确保主轴箱部件振动小、刚性好、精度高。 床身采用炮筒式筋板结构而且与床座做成一体，从而增强了刚性。床身导轨面采用超音频淬火和周边磨削工艺，淬火层深度保持在2.5mm以上，有效地提高了机床的精度和精度保持性。 机床的纵横向进给伺服电机输出端后分别设置弹性联轴器和同步齿形带联接，使传动更加平稳。纵横向进给均采用内循环滚珠丝杠传动，使机床的X和Z向重复定位精度分别达到0.002mm和0.007mm。 X轴和Z轴的最小设定单位为0.001mm，C轴的最小输出增量为0.001°，转塔刀架的重复定位精度为0.002mm，且数控系统具有刀具补偿、间隙补偿、螺距补偿等功能，全面保证了加工零件的加工精度。 提高效率的措施 在车削中心上能对回转体进行复合加工，将车、钻、铣和攻螺纹等工序集于一台机床，而且零件一次装夹误差小，提高了加工质量和效率，节省设备费用，简化了生产管理。 主轴最高转速达3500r/min，动力刀具主轴最高转速达2500r/min，X轴和Z轴快速进给分别达到10m/min和20m/min，且Z向从0～20m/min转换时间仅0.06s，主轴从0～3500r/min的转换时间仅2.5s，转塔刀架的相邻换刀时间仅0.3s，这些都保证了加工效率的提高。 提高机床的实用性 数控系统有较完备的循环功能，如直线插补、圆弧插补、锥度切削循环及螺纹切削循环，使机床编程简单。同时还可以进行人机对话编程，进行运动轨迹和动态模拟，并存有丰富的车削工艺数据库。 机床对刀简便，有多种方法，可用刀具直接加工零件，把实测值输入系统，使刀具偏置值自动生成。刀具的安装调整简便迅速。 操作面板上的功能键为本厂自己定义，比较简洁直观，用PLC控制三爪夹紧、放松，尾架套筒伸出、退回，刀架选刀、定位，动力刀具是否生效，主轴和C轴生效等，以最简单的操作实现机电联调达所需功能。 一台车削中心可以替代多台和多种机床，它具有普通车床的切削加工功能外，利用C轴及回转刀具可进行纵向钻孔、钻偏心孔、攻螺纹、纵向铣槽、铣端面、铣圆周槽、车端面螺纹、铣多边形、铣圆周、铣纵向螺旋槽、铣轮廓及刻字等，在一台机床上可达到成品化加工的目的。 降低机床成本的措施 由于我们在总体方案和结构性能设计上，都尽量用简单化代替复杂化，如控制轴数选为3，采用兼有C轴功能的伺服电机作主电机，纵横向进给分别采用联轴器和同步齿形带传动，使机床在结构方案上显得简捷合理，同时降低了成本。该机床的成本约为40万元，售价在55万元左右，而国内其它同类车削中心的售价均在70万元以上。 4 结束语 CH360车削中心的研制成功，为我国的机械加工业提供了一种精密、高效、实用、经济的技术装备，该产品经江苏溧阳内燃机配件厂等用户使用，通过实际考验证明，机床的自动化程度高，工作可靠，整机性能已接近国外同类产品水平，可以替代进口。