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台湾车铣复合机床的几项关键技术加以论述

发布日期: 2019-10-28
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   台湾车铣复合机床的五轴头可以说是车铣复合机床。由于车铣复合机床的形式很多,五轴头的形式也多种多样。车铣五轴头不但要像镗铣主轴一样,除具有铣、钻、攻丝、镗等功能,还具备车的功能,即实现刀具动力主轴定向停车、锁紧。台湾车铣复合机床区别于镗铣五轴头的一个标志。它比镗铣五轴头更复杂,技术含量更高。下面就车铣五轴头的几项关键技术加以论述。
 
  台湾车铣复合机床是用数字信息进行控制的机床。台湾车铣复合机床用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度等信息记录在程序介质上,送入数控系统,然后经过译码和运算,控制机床刀具与工件的相对运动,加工出所需要的工件。台湾车铣复合机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。加工制造企业的效益来自于所有设备的效益,因此,正确的选用、安装、调试和验收能否达到预期效果,直接关系到数控机床投入使用后能否实现机床的技术性能指标和使用功能水准。相比较而言,台湾车铣复合机床的的选用要简单,中、数控机床的选用则难度较大,其主要原因是数控系统的调试比较复杂。
 
  台湾车铣复合机床是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来完成对工件的切削加工,使工件在形状精度、位置精度、已加工表面完整性等多方面达到使用要求的一种先进切削加工方法。车铣复合加工不是单纯的将车削和铣削两种加工手段合并到一个机床上,而是利用车铣合成运动来完成各类表面加工。台湾车铣复合机床其拥有以下几个特点:
 
  1、高精度:避免了工序分散的人为、机床误差;
 
  2、率:有效减少了生产准备时间,提高了机床使用率;
 
  3、减少成本:可实现双主轴同时工作,减少机床数量,从而更易于规划生产,节省投资成本和车间占用面积。
 
  复合加工是加工方式发展的一个重要方向,常见的是车铣复合加工,在理论上它可以节省很多的工艺准备时间和简化工艺流程,是提高产品质量和生产效率的有效手段。下图是一个车铣复合加工的范例零件,传统工艺是车加工完成后,再转到铣床进行铣加工,如果在车铣复合设备上完成这个零件的加工,无论从效率还是质量上都是的选择。车削中心设备是在数控车床上基础上增加动力刀头,同时车床的主轴能转换成C轴,以便通过车床的XZ轴和C轴联动插补完成铣削加工,传统工艺由于车铣工序的重复装夹导致加工误差,车铣复合加工因为不需要转到铣床加工,这样大大缩短了生产过程,工件越复杂,它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显,由于零件在整个加工过程中只有一次装卡即可完成所有工序,零件加工精度更容易包证。车铣复合机床的发展,也对CAM软件提出了更多的要求,复杂的车铣复合设备用传统的手工编程是很难实现的,并且效率很低。动力主轴锁紧是车铣五轴头的一个特殊要求。在车削过程中,车刀是非旋转刀具,且需保证准确的中心高,要求动力主轴限制原有的旋转自由度,实现准确定向停止。由于车削过程中主轴受力较大,限制旋转自由度的力相应很大,这种限制只有通过机械方式实现,而任何一种机械式结构都会不可避免地产生超定位。
 
  目前常见的锁紧机构为三齿盘。由于三齿盘结构在轴向和径向同时定位,限制了六个自由度,而原有主轴已限制了五个自由度,这样就有五个自由度超定位。其优点是可以获得非常好的刚度,但对零件加工精度、零件装配精度的要求就会大幅度提高,给零件制造、装配都提出了更高的要求。三齿盘锁紧机构在车铣五轴头中的位置对加工性能有很大影响,通常有两种形式。台湾车铣复合机床一种是装在主轴前轴承的前端。这样锁紧位置离车削受力点近,对重切和震切非常有利;另外三齿盘的液压夹紧机构有消振作用,对长刀杆切削有利。另一种是装在主轴前轴承的后端,这种形式在铣削时,刀具受力点距主轴前轴承的距离短,有利于铣削,对提高镗、铣削刚度,提高表面加工质量十分有利。三齿盘装在主轴前轴承前端,装配相对容易;三齿盘装在主轴前轴承后端,装配难度较大,且不利于维护。一般实现主轴定向的角度认别机构因其体积大,不能用于车铣五轴头。
 
  车铣复合机床都带有一个自动换刀机构。由于车铣五轴头主轴比一般镗铣主轴短,而一般松夹刀机构均较长,这就给松夹刀机构设计带来难度。此外松夹刀机构的松夹力一般在1300kN以上,且是瞬间动作,冲击力很大,对主轴轴承有损害。如何使主轴轴承不受冲击,而且在一个有限的空间内实现松夹刀,是车铣五轴头的另一个难题。油、水、气通道车铣五轴头要求有主轴定向松夹,刀具松夹外冷却、内冷却和气密封、自动润滑,要有八个以上油、水、气通道。相关的执行元件要有检测,需要有6~9个电线组,油、水、气和电大的区别。一般铣削五轴头只需任意角度连续旋转,而车铣五轴头除了需要任意角度连续旋转外,还需要有限指定角度锁紧、任意角度锁紧。任意角度连续旋转是加工连续曲面的要求,技术关键是传动链消隙和具有足够的转矩。
 
  固定角度锁紧是为了满足加工指定角度平面或定向结构的要求。由于B轴转动链很难做到无隙,即使做到传动刚度也不够。为了能实现有限指定角度强力切削,台湾车铣复合机床一般采用定向三齿盘锁紧。这种锁紧方式可实现高刚度。
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