各种立式、卧式、五轴加工中心各部分结构的形式种类及特点?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-04
卧式五轴加工中心的类型有哪些

为拉de:默哀3级2008-01-27五轴数控加工中心可以在一次装夹中完成工件的全部机械加工工序,满足从粗加工到精加工的全部加工要求,即适用于单件小批量生产也适用于大批量生产,减少了加工时间和生产费用,提高了数控设备的生产能力和经济性。 用户对金属加工机床的技术要求越来越高,市场对机床生产厂家的压力也越来越大。机床生产企业必须在尽可能短的时间内为用户提供高质量的机床,以经济性的价格占领市场。为机床用户提供高质量、经济性的加工设备是机床生产企业在当前和未来的发展目标,只有通过增加生产能力和提高产品质量才能达到这一目的。因此,要求数控钻-铣机床和数控加工中心必须能在一次装夹中完成从粗加工到精加工直到抛光加工的全部加工工序。 图1 具有NC回转工作台的五坐标数控加工中心允许利用标准铣刀加工结构复杂的工件 Berthold Hermle股份公司生产的机械加工设备满足了从粗加工到精加工的全部加工要求。在研制生产的数控机床中,集成了五轴加工的工艺和技术,通过模块化的加工设计,使金属加工机床成为HSC数控高速主轴机床理想的更新换代成品。早在10年前,Hermle公司就研制开发成功了C600、C800和C1200系列的数控加工中心。这些数控加工中心可以在一次装夹中完成工件的全部机械加工工序,即完成五轴模拟加工。

一种是工作台回转轴。
设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转,定义为A轴,A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台,在图示的位置上环绕Z轴回转,定义为C轴,C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合,固定在工作台上的工件除了底面之外,其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度,这样又可以把工件细分成任意角度,加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动,就可加工出复杂的空间曲面,当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单,主轴刚性非常好,制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大,承重也较小,特别是当A轴回转大于等于90度时,工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。
另一种是依靠立式主轴头的回转。
主轴前端是一个回转头,能自行环绕Z轴360度,成为C轴,回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴,一般可达±90度以上,实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活,工作台也可以设计的非常大,客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点:我们在使用球面铣刀加工曲面时,当刀具中心线垂直于加工面时,由于球面铣刀的顶点线速度为零,顶点切出的工件表面质量会很差,采用主轴回转的设计,令主轴相对工件转过一个角度,使球面铣刀避开顶点切削,保证有一定的线速度,可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎,这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度,高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈,分度精度都在几秒以内,当然这类主轴的回转结构比较复杂,制造成本也较高。

CNC车床分为卧式和立式车床,还有就是简易数控车床。

卧式数控车床,定义方式为主轴是水平放置,主要进给轴有两个轴(X、Z),主轴前端以锥度端面定位联结卡盘或车削夹具,卡盘及夹具需做严格的动平衡,否则机床主轴会产生振颤。卡盘有液压、手动之分,有三爪、四爪、多爪和花盘等各个分类。

主轴与主轴电机的联结方式基本上分为两种,一、同步带传动;二、齿轮箱传动。同步带传动一般用于较小型的车床,为满足机床切削的功率要求,电机功率会选择大一些的;转速一般会超过4000RPM,多用于要求转速较高的有色金属及较小的轴类零件加工。齿轮箱传动多用于大型机台,用户的加工需要用到较大的切削扭力,或者客户的加工要求是以车代磨的方式。转速一般不会超过4000RPM,多用于重型切削或大型轴类零件的加工。

床身设计一般有:鞍型、方箱底座、30°斜背、45°斜背设计。

刀塔部分,常见的形式有液压、电动刀塔两种,刀位一般分10刀位和12刀位(特大型机床除外),刀具接口有标准的刀方、圆柱接口也有Coromant的Capto接口。含有标准的切削液接口。

应用,此类机床用途广泛,涵盖的行业很多。例如:汽车、摩托车工业的曲轴、凸轮轴、传动轴等零件;汽轮机转子;航空、航天用轴类零件;机床行业的轴类零件等等。

立式数控车床,定义位主轴为垂直放置。主要进给轴有两个轴,主轴安装介面以花盘为主。

主轴箱同样分两种方式,因加工对象不同,主轴功率一般较大。

床身设计为立式结构,大型数控立车会做门型设计,方便加工。

立车刀库类似加工中心刀库,车削头接口有BT或其它形式,可自动换刀。

应用,此类机床主要用于车削盘类零件,例如:火车机车的车轮、方向架等;发电机组端盖等;汽车、摩托车轮毂、刹车盘等…

加工中心的种类较多,有立式、卧式、龙门、落地镗铣、多轴加工中心。

卧式加工中心,目前国内多见国外品牌,主轴水平放置,主轴转速不同使用不同刀具接口,ISO40主轴转速10000RPM以下一般选择BT、ISO、DIN69871等,8000~15000RPM可以选择BBT、HSK;15000RPM以上应选择HSK,CAPTO。ISO50主轴划分方式为转速6000RPM以下;6000~10000RPM;10000RPM以上。ISO4015000转、ISO5010000RPM以上一般使用电主轴,即主轴就是电机转子,功率较大,润滑采用油气润滑。对于低转速机床,电机采用同步带联结或齿轮箱联结,也有直联式结构。

机床结构一般情况下分为两种:正T型和倒T型,正T型结构是X轴动柱,倒T型结构是Z轴动柱。需要注意的是Y轴在工作台面上有一段范围是加工的盲区。

工作台形式一般标准为点阵螺孔台面,也有使用T型槽的工作台。双工作台,台面小于800x800mm的采用旋转式交换方式,台面大于800X800mm采用直进式交换方式。更大的台面就只有一个工作台。

刀库形式有刀盘式和链式交换臂方式,刀库容量有60、80、120、160、180…可根据客户需求选择。

应用,此类机床多用于加工汽车、摩托车发动机缸体、缸盖、变速器壳体;制动钳、制动泵;箱体类零部件;压缩机的壳体;大型模具的模架、型腔较深的中大型模具…

立式加工中心,主轴垂直放置,目前国内有大量的台湾产品及进口欧美设备,也有相当多的国产品牌在同一个市场竞争,近两年来有民营企业也参与进来,使此类机床销售市场成为国内最竞争的市场。每年国内需求量约为4500~5000台。机床主轴接口的划分方式与卧式加工中心基本相同。

机床结构从侧面看为C型结构,此种结构只适合Y轴小于1200mm,如大于此数值,因主轴头部悬伸过长,会造成主轴头部刚性不足,在加工时会产生振颤现象,所以一般情况下可以看到X轴行程较大的立式加工中心,Y向行程较大的很少看到。从轴向运动方式来区分的话,大至分为定柱式、动柱式和全动柱式。定柱式为传统机床结构,立柱固定于底座之上,X轴Y轴相互垂直重叠安装与立柱前面。此种方式对机床的三轴驱动电机功率要求不高,轴向运动对机床的控制系统有较迅速的相应,比较容易解决机床爬行问题。动柱式为工作台只做X或Y向运动,相应的立柱会做Y或X向运动。这种设计方式对立柱的驱动电机有较大的功率要求。全动柱式设计为工作台固定,立柱固定于X、Y轴上,此种结构对X、Y轴的驱动电机功率要求较大,所以机床相对较小,一般多会安装双工作台,可以附加旋转交换工作台。

机床刀库多见斗笠式和双向换刀臂方式,也有头部圆盘式换刀方式。斗笠式换刀一般用于对换刀频率、换刀时间要求不高的加工,双向换刀臂的刀库换刀速度快,刀具重量可以用到较大。头部圆盘式换刀方式对机床要求较高,多用于进口高级立式加工中心,如设计合理,换刀效率极高。

工作台有点阵式螺孔和T型槽两种类型,针对大批量的零部件生产,小型机床也可以选配交换工作台。交换方式有旋转式和直进式,直进式中分齿轮齿条和油压驱动摆臂两种方式。

应用,此类机床为泛用型机床的代表,它广泛应用于涉及到金属切削领域的各行各业,随着工业产品的生产方式向多品种小批量的生产方式转变,此类机床需求量会不断攀升,众多机床厂商甚至为了适应市场需求对标准设备进行转机化改造,接受非标定制。

龙门型加工中心,此类机床的定义为机床主轴立式放置。主轴划分方式与卧式加工中心相同。

机床结构,机床立柱为双立柱,Y轴为横梁,与立柱成门型结构,Z轴与主轴箱一起沿门型横梁移动,此类设备因是门型结构,所以机床的Y轴行程可以做到很大,解决了立式加工中心Y轴行程局限。此类机床从X轴行程600mm到几十米,行程跨度极大,如在主轴头部安装角度头,机床就称为龙门五面体加工机,可以做到一次装夹加工五面。对大型设备的基础结构件的加工精度有很好的保障。

相对小型的机器,工作台可移动,使用T型槽。大型机床为定工作台,立柱移动,也是使用T型槽。

刀库,机床刀库在机床侧面,一般是链式刀库,换刀臂换刀。特殊的是角度头也可以自动更换。

应用,龙门机床多用在需要大型零件加工的场所,如:造船工业结构件的加工,机床业基础件的加工,汽车业覆盖件模具的加工,大型水压机模具的加工,纺织机械行业大型机架的加工等等,因门型结构的稳定性,在小型高精度模具加工中也会选择此类结构,如加工电脑接插件模具,树脂镜片注塑模具等等。

落地镗铣床,此类机床为卧式主轴,主轴功率一般很大,采用齿轮箱传动,机床主轴转速不会太高。主轴接口多用ISO的接口形式。

机床结构,机床同样根据X轴行程大小不同制造成定柱式和动柱式,机床Y轴滑轨装于立柱侧面;Z轴侧挂于立柱侧面,因其形状颇似枕头,故称之为滑枕,在滑枕内有一可伸出、缩进的主轴头,称之为W轴,轴径较细,行程比Z轴行程略小。这种结构主要解决了在机械加工中,很多零件是较为深孔或干涉较多的难加工问题。

小型机床的工作台是T型槽结构,因工作台较小,所以有的机床工作台可以分度。大型机床工作台为定工作台,立柱移动。

落地镗铣床一般不装刀库,也有用户装刀库,但刀库装刀数量不多。

应用,此类机床多用于难加工的大型机架类零件,要求主轴悬伸较长。例如:一些机器的主轴箱的加工,大型船用发动机的加工等等。

多轴加工中心,此类机床驱动轴多为五轴或以上轴数,国内目前所见多为欧洲产品。机床一般较小,功率大小一般。主轴接口一般采用HSK、CAPTO形式。主轴转速较高,一般在10000RPM以上。

机床结构,以五轴机床为例,此种机床主结构类似于立式加工中心的结构,一般机床较小,除正常的X、Y、Z三轴外还有旋转轴,A、B、C轴,常见的有工作台可沿X、Y平面(B轴),Y、Z平面(A轴)同时旋转做千分之一分度,立柱为全动柱形式;或者,工作台可沿X、Y平面,主轴沿X、Z平面(C轴)在一定角度内连续摆动。 这样可以根据不同的加工需要,选择不同联动轴的机床。

工作台一般为圆形,成十字花盘结构,便于装夹被加工零件。

刀库,多见双向换刀臂结构。

应用,此类机床多用于高精密机床零部件的加工,特别是针对有复杂曲面的零件加工,可以有很好的效果。例如:航空、航天工业中飞机、火箭的零部件,兵器工业的常规武器零部件;飞机发动机的叶轮,各类发电机组的动力叶轮的加工等等。

多功能机床,常见的有车铣复合加工机床、车削中心和特殊用途机床。

车铣复合加工中心,主轴部分有卧式的车床轴,结构与车床主轴类似,可做普通车削主轴应用,功率较大,车床轴上安装有分度装置,可进行千分之一度连续分度,类似于CNC转台的共用。另外机床还安装有一铣主轴,一般刀具接口为BT、HSK、CAPTO等,可做普通铣削主轴使用,功率等级一般略小于立式加工中心。刀具通过主柄转接可安装车削刀具、旋转刀具,铣削轴可沿几个方向移动(X、Y、Z)。

一般车铣复合机床,安装车铣轴,也有机床同时加装车削通用刀塔,即机床同时会安装车刀塔和双向换刀臂刀库。可根据不同的加工需求选择不同的刀塔或铣削轴加工。

应用,该类机床因价格较为昂贵且技术含量较高,目前国内所见大部分为国外产品,主要用于复杂轴类零件的加工上,减少了复杂轴类零件加工的装夹次数,有效保证了零部件的加工精度。例如:枪支中的枪栓部件、纺织机械中的纺丝轴、飞机的起落架轴等等。

车削中心,主轴和车铣复合机床具有同样的结构功能,作为主切削轴,轴电机功率较大。机床没有铣削轴。

刀塔,此类机床刀塔称为动力刀塔,即刀塔内含有动力传动机构,除使用普通车削刀具外,还可以通过安装动力刀头安装铣削刀具,但因结构设计的限制,动力刀塔的功率都偏小,只能做小量的铣削工作,并且机床有的没有Y轴,即使安装有Y轴,轴向精度也较差。

应用,此类机床介于CNC车床和车铣复合加工机床之间,在车铣复合机床成熟应用之前一直用来加工复杂轴类零件,但因其应用上的局限性,目前已逐渐被车铣复合机床所代替,一般被用来加工复杂但精度要求不高的小型零部件。例如:汽车转向节球头保持架等等。

特殊用途机床,简单讲一下,目前还有多立柱机床,多主轴机床和利用模糊控制理论来控制机床运动的新型机床。

多立柱机床顾名思义即机床有多个立柱,可同时对零件进行加工,例如:上海磁悬浮的轨道梁,因其单个轨道梁就有60m长,但因磁浮列车高速运行时在转弯的时候对轨道的运动曲面要求很高。所以就有了专门设计的轨道加工机。

多主轴机床,目前有双主轴加工中心,双主轴双刀塔车床等金属切削机床,多用于大批量生产时使用。

模糊控制运动的机床,目前运用较少,从直观上看机床的主轴即运动轴象一个六脚的蜘蛛,可自由旋转加工。可以参见COROMANT图像资料。

机床分类可见投影。

数控系统,数控系统的好坏直接影响模具的加工精度,对刀具的使用也至关重要。目前大多数机床厂商都使用SIEMENS、FANUC的数控系统,即使有的厂家没有打出这两家的商标,实际上他们也是使用数控系统厂家的基础模块,在增加了与机床相匹配的二次开发的数控功能之后,取了自己的名字推向市场。

数控系统的计算功能直接影响机床的运动控制精度。如,机床在加工模具的过程中,轴向运动的控制精度和运动的顺畅性至关重要,这需要控制系统有很高的计算能力。如果机床在加工模具的时候,加减速和转角加减速对正确描述加工路径非常重要,解决好这两个难题,加工出的模具曲面才会最接近理论值。而我们刀具在平滑、稳定、均匀的切削使用环境中才可以减少磨损、保持精度。

老李:别省了,买本书看看。

  • 各种立式、卧式、五轴加工中心各部分结构的形式种类及特点?
    答:机床结构,机床立柱为双立柱,Y轴为横梁,与立柱成门型结构,Z轴与主轴箱一起沿门型横梁移动,此类设备因是门型结构,所以机床的Y轴行程可以做到很大,解决了立式加工中心Y轴行程局限。此类机床从X轴行程600mm到几十米,行程跨度极大,如在主轴头部安装角度头,机床就称为龙门五面体加工机,可以做到一次装夹加工五面。对...
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  • 加工中心可以分为哪几种?
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  • 请问数控加工中心都包括什么?
    答:按控制轴数可分为:1.三轴加工中心 2.四轴加工中心 3.五轴加工中心。位置分类 (1)卧式加工中心:是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心,主要适用于加工箱体类零件。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台,可加工工件的各个侧面;也可作多个坐标的联合运动,以便加工复杂的空间曲面。(2)立式加...
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