2017年5月23日

GTM500200車銑加工中心的設計方案

機床的總體設計要求GTM500200為龍門移動式車銑中心設計，能進行車削、鏜削、鉆削、攻絲和銑削加工。床身、工作臺、立柱、床身滑板、頂梁梁和橫梁各關鍵鑄件均采用HT300高強度鑄鐵，設計結構合理。均經過失效處理，具有高的剛度、良好的抗振性和良好的精度穩定性。機床龍門框架由左、右立柱、頂梁梁、橫梁組成。頂梁梁與左右立柱上端采用高強度螺栓連接，左、右立柱下部通過高強度螺栓與床身滑板緊固連接、鎖緊塊定位，從而形成一個高剛度的龍門框架。各大件的加工均采用日本或德國的進口設備，良好的加工工藝，保證了各基礎件的所需精度，進而保證了機床的高精度及良好的精度保持性。GTM500200配置一個52KW AC主軸驅動的鏜銑主軸和一個CNC控制的旋轉工作臺。本機床采用西門子840D精工系統，有直線控制軸X、Y、Z、W軸和旋轉控制軸C 軸（工作臺旋轉）、C1軸（鏜銑軸）、B軸（擺動軸）。本機床配置一個自動進行鏜銑頭及車刀頭交換的頭庫和一個自動進行刀具交換的銑刀庫。本機床龍門架水平移動的CNC控制的直線Y軸，它垂直于X軸。這個配置與萬能鏜銑頭配合可實現五面體加工。2.1.2機床主要結構設計(1)機床底座本機床回轉工作臺底座如圖2.2所示，是采用HT300高強度鑄件設計，失效處理，加強筋采用放射型筋和環型筋布置并進行優化設計，使底座具有很高的強度、剛度和抗震性。底座上裝有工作臺支撐用靜壓導軌，靜壓導軌采用多頭泵進行單腔獨立恒流供油，每個多頭栗采用一個流量傳感器檢測。底座靜壓工作站采用西門子611U驅動控制靜壓動力電機，具有斷電保護功能，避免出現突然意外斷電造成的機械損壞。底座靜壓回油通過自然油位落差實現。旋轉工作臺位置反饋由安裝在底座上的帶氣壓保護的 HEIDENHEIN RON 786C圓光柵進行C軸檢測，圓光柵精度可達36000線，滿足C軸的分度加工需求。底座通過機床固定件固定在機床地基上。底座靜壓腔采用注膠成型法，保證了靜壓腔與工作臺的均勻一致性，進而達到工作臺的高精度及很高的承載能力。為保證高的承載能力，底座采用十個靜壓腔承載。靜壓腔承載布局在地腳的調整墊鐵上端，避免了因零件的重量導致底座的變形問題。(2)機床工作臺本機床可配置一個04500mm圓工作臺和一個組合方工作臺。機床圓工作臺是采用放射型筋和環型筋布置的HT300高強度鑄鐵件設計，失效處理，使工作臺具有很高的強度、剛度和抗震性。圓工作臺用預載雙排精密圓柱滾柱軸承NN3060ASK.M.SP定心，端面推力軸承51272M對工作臺預載，雙排精密圓柱滾柱軸承和端面推力軸承可分別預載，使工作臺具有很高的徑向及軸向的跳動，提高零件的加工精度。由于圓工作臺靜壓軸承靠油膜工作，屬液體磨擦，不會產生機械磨損，保證了圓工作臺的精度穩定性和機床的長壽命。圓工作臺工件夾緊采用手動四爪卡盤卡緊。標準配置卡爪為普通T型絲桿結構，也可選配進口增力絲桿結構卡爪，提高工件的夾持力。工作臺表面設計有徑向T 型槽，T型槽寬28mm，用于工件的定位和夾緊。機床方工作臺釆用鑄鐵件設計，失效處理，工作臺上面有橫向T型槽用于工件的定位和夾緊，T型槽寬36mm,工作臺底座下面均布支撐地腳。(3)機床工作臺主驅動工作臺主驅動采用兩個西門子1PH7-224交流主伺服電機、兩個齒輪減速箱、兩個小齒輪、一個大齒環驅動工作臺旋轉。通過精工系統實現雙主電機的同步控制，實現車削無級調速功能和C軸消隙功能。車削時，由精工系統控制兩個交流數字驅動電機以主從模式工作，工作時可以控制工作臺的速度從零增至******，而不需要齒輪機構的機械調檔，結構簡單，可靠性高。銑削時，兩個電機工作在電氣預載操作模式，通過電氣控制實現C軸消隙，由于能通過電氣控制C軸預緊力，提高了 C軸剛度和精度。主電機采用兩個55KW交流主伺服電機，總功率為110kW。(4)機床Y軸床身及床身滑板Y軸導軌床身為髙強度HT300鑄鐵結構，床鞍采用焊接結構。使其具有很髙的強度、剛度。床身和床鞍安裝在機床工作臺的兩側，床鞍可在床身靜壓導軌上沿Y軸移動。 Y軸的驅動是由安裝在每個床身上的齒條和床鞍上的六個伺服電機（1FT6105 siemens) 驅動六個減速器（PH1023F0910ME德國stober)實現。電機釆用預載方式進行同步控制，以保證加工的無間隙運動。多電機驅動龍門移動既可以保證龍門足夠的快移速度可達10000mm/min，又可以滿足龍門移動的拖動能力。電機預載無間隙運動技術是采用了德國SCHIESS公司多年的應用經驗，響應速度快，承載拖動能力大，尤其適用于龍門鍵鐵床的重載機床。龍門剛性連接在床身滑板上，床身滑板與床身之間采用靜壓導軌，靜壓腔采用注膠成型法，從而保證了滑板與床身導軌之間的平面度關系，進而保證機床的龍門移動精度。 Y軸靜壓導軌采用一腔一閥形式進行恒流控制，每個閥帶有一個流量檢測裝置。當流量不足的時候自動報警提示，防止機械磨損。床身導軌與滑板之間由于是靜壓間隙承載，不存在摩擦接觸，無接觸既不存在磨損，而且壽命長久，精度保持性好。床身靜壓回油通過自然油位落差實現。床身的兩端安裝有彈性防撞裝置，防止操作失誤，損壞機床。Y軸位置反饋采用安裝在每個床身上的帶氣密封保護的HEIDENHEIN LB382光柵尺實現。通過德國西門子840DE精工系統的同步軸的功能實現龍門框架同步功能。(5)機床龍門框架機床龍門是由兩立柱和連接兩立柱的連接梁組成，立柱和連接梁均由HT300吸振鑄鐵制造。兩立柱的前面分別有兩條前后錯開分布的W軸兩個矩形滑動導軌，用來保證橫梁W軸的精確運動，并精確夾緊。每個立柱上安裝有由西門子伺服電機1FT6136、德國STOBER減速機、意大利UMBRA滾珠絲杠組成的W軸移動同步裝置，用于橫梁的同步升降驅動。W軸位置反饋采用安裝在每個立柱上的帶氣密封保護的 HEIDENHEIN LB382光柵尺實現，兩側光柵尺保證橫梁在W軸的任意位置的水平精度。每個絲杠上部安裝有制動剎車盤，防止意外情況導致橫梁的下滑。在左、右立柱導軌之間接近橫梁左右升降絲杠旁分別裝有光柵尺，全閉環控制。用雙邊檢測、雙電機同步控制方式使橫梁作W向進給運動外，同時滑板滑枕鏜銑頭在橫梁上左右移動時，通過左、右立柱上的光柵尺作為位置檢測方法，經精工系統實現同步調平，使其橫梁導軌始終保持與工作臺面的平行，不受滑枕鏜銑頭在橫梁上不同位置的影響，該裝置比單電機經傳動杠驅動升降絲杠、機械式調平機構更簡單、更先進可靠。安裝及使用調整方便。該機床橫梁傳動采用的是4>125min大直徑滾珠絲杠，大慣量、大扭矩伺服電機，完全能平衡橫梁、滑枕、溜板的重量，提高橫梁動態響應速度。無需傳統的配重處理。左立柱側面，安裝有60工位的銑刀庫；本機床龍門固定在床鞍上，并隨床鞍沿Y 軸移動。龍門移動的雙驅動同步采用固定在床身上的光柵尺實現。(6)機床橫梁橫梁為箱式HT300鑄鐵結構，具有很強的抗扭和抗彎特性。橫梁W軸在立柱前面的導軌上上下移動并夾緊。橫梁與立柱導軌之間采用注膠成型法，保證了良好的貼合率。配有定時定量潤滑。X軸靜壓導軌采用注膠成型法，采用一腔一閥形式進行恒流控制，每個閥帶有一個流量檢測裝置。溜板的X軸導軌采用反變形設計補償由于銑頭重量及其彎扭帶來的變形，可以保證在機床精度測試的范圍內，實現直線水平運動。對于主軸沿橫梁的直線運動，精工系統也提供了進一步的補償作用。橫梁前面安裝有X軸驅動齒條與溜板上的由兩個伺服電機和減速機組成的驅動機構實現X軸的驅動進給。雙電機實現了X軸的快移速度，同時雙電機依靠電氣預載功能使X向銑削實現無間隙運動。橫梁前面下方安裝有X軸位置反饋帶氣密封保護的 HEIDENHEINLB382光柵尺。橫梁上下導軌的下方安裝有靜壓回油槽，靜壓回油通過安裝橫梁下的回油泵返回油箱。橫梁左側安裝自動換刀機械手。(7)主軸箱部分本機床主軸箱單元由滑板、滑枕外殼及滑枕組成。滑板為焊接結構，在水平（X軸）方向，沿橫梁靜壓導軌運動，滑枕外殼為鑄鐵結構，通過止口和螺栓安裝在滑板的前面，在垂直（Z軸）方向，滑枕在滑枕外殼內部靜壓導軌上運動。本機床滑枕采用340X420的矩形滑枕，機床的高剛性通過四面靜壓導軌系統、合理的導軌長度與寬度尺寸保證。滑枕靜壓導軌采用一腔一閥式靜壓導軌，控制閥帶有流量檢測裝置。滑枕靜壓導軌的工作原理是在滑枕和滑枕外殼之間產生0.015-0.02mm的油膜，此油膜的設計應保證足夠的剛度，應能抵抗因負載作用而引起的彈性變形。滑枕外殼的下面有一個回油槽，回油槽和滑枕之間有彈性密封環，通過密封環對滑枕靜壓回油進行密封，其下面安裝有防塵刮肩板。滑枕上側不需密封因油只能向下流，但裝有防塵作用的刮肩板。Z軸采用帶預載雙螺母的循環雙滾柱絲杠以及同步伺服電機、減速機共同完成垂直 Z軸的驅動。X，Z軸均采用壓力封閉保護的HEIDENHEIN LB382光柵尺監控。

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