[00136517]高性能五轴联动数控立式加工中心开发及产业化

五轴联动加工中心是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020）》确定的16个国家科技重大专项之一“高档数控机床与基础制造装备重大专项”支持的主要内容之一,是一种科技含量高、精密度高、特别适合用于加工复杂曲面的机床。 五轴数控加工中心可以在一次装夹中完成工件的多道加工工序,可以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,提高了数控设备的利用效率。 近年来,随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要,对高档数控机床提出了迫切需求,虽然国内许多单位都在研究开发五轴联动加工中心,但高档五轴联动加工中心主要依赖于进口、关键技术被国外企业垄断的状况依然没有得到根本性改变。 烟台海德机床有限公司与中国科学院沈阳计算技术研究所基于打破国外产品技术垄断、推动先进装备制造产业发展的战略思想,合作开发五轴联动加工中心,项目产品广泛应用于汽车零部件、精密模具制造、船用螺旋桨、发电机转子设备等领域。 机床的床身采用大跨距龙门式床体结构,采用先进的树脂砂铸造工艺,其上装配X轴直线导轨的跨距为1500mm,增强了机床的刚性与稳定性,同时加大了机床的加工范围。 机床的X、Y、Z三向线性轴均通过直线导轨相互连接后与机床床体连接,线性导轨具有精度高,相应速度快等特点,有效的保证了机床的几何精度。其中X轴的行程为1000mm;Y轴的行程为580mm;Z轴的行程为430mm。 机床主轴采用高精度内藏式电主轴,主轴转速为8000RPM,主轴的径向跳动小于0.015mm/300mm,轴向窜动小于0.003mm,满足了高速高精加工的需求。 机床工作台采用A轴及C轴伺服驱动方式,与其他三向直线轴通过数控系统控制形成五轴联动的两个方向回转运动。A轴的可倾斜角度范围-25°-125°,C轴旋转工作台为360°任意角度,其分度精度为15",重复精度为4"。回转台直径为320 mm。 机床配备容量为20把刀的链式刀库,通过气动及伺服控制能够快速准确的调换加工过程中所需刀具,节省了加工时间。 创新点： 1．采用大跨距龙门式结构,采用不同于国内产品的Y向为单独工作台式结构,避免了因Y轴设在龙门移动的横梁上致使主轴Y向运动负载沉重的弊病,结构新颖。设计具有高刚性、高稳定性的数控机床基础铸件。机床床身是机床的基础,其稳定性和刚性等机械性能对机床的精度至关重要。利用CAD/CAM技术对机床基础构件进行数字化设计,结合有限元分析和动力学分析对机床的基础件进行动静态分析,热变形分析等,最终取得零部件最优的参数。 2.数控系统应用微小程序段样条过渡方法与动态前瞻技术。通过对机床动态方式的研究,提高高速高精数字化控制技术,用于抑制由于高速化所引起跟踪误差和颤振等负面影响的先进动态控制与驱动技术。微小程序段是CAD/CAM产生的复杂型面加工程序的显著特征,使用传统的加工方式会使机床频繁启停,从而产生振动,影响加工效果,加工效率低下。针对五轴微小程序段,采用样条过渡的方法,利用动态前瞻技术可有效的减小振动,提高加工效率,保证加工精度。 3.运用多轴运动的刀具轨迹优化技术,提高机床的加工效率和加工精度。多轴联动加工由于涉及的运动轴数多,运动类型复杂,既有直线运动轴,又有多个旋转运动轴。在多个直线运动轴和多个旋转运动轴同时运动的情况下,刀具所走的空间轨迹复杂,且经常和机床的轴机械结构相关。在这种复杂的运动过程中,通过优化刀具的运动轨迹,起到提高加工效率和加工精度的目的。 创新点： 1．采用大跨距龙门式结构,采用不同于国内产品的Y向为单独工作台式结构,避免了因Y轴设在龙门移动的横梁上致使主轴Y向运动负载沉重的弊病,结构新颖。设计具有高刚性、高稳定性的数控机床基础铸件。机床床身是机床的基础,其稳定性和刚性等机械性能对机床的精度至关重要。利用CAD/CAM技术对机床基础构件进行数字化设计,结合有限元分析和动力学分析对机床的基础件进行动静态分析,热变形分析等,最终取得零部件最优的参数。 2.数控系统应用微小程序段样条过渡方法与动态前瞻技术。通过对机床动态方式的研究,提高高速高精数字化控制技术,用于抑制由于高速化所引起跟踪误差和颤振等负面影响的先进动态控制与驱动技术。微小程序段是CAD/CAM产生的复杂型面加工程序的显著特征,使用传统的加工方式会使机床频繁启停,从而产生振动,影响加工效果,加工效率低下。针对五轴微小程序段,采用样条过渡的方法,利用动态前瞻技术可有效的减小振动,提高加工效率,保证加工精度。 3.运用多轴运动的刀具轨迹优化技术,提高机床的加工效率和加工精度。多轴联动加工由于涉及的运动轴数多,运动类型复杂,既有直线运动轴,又有多个旋转运动轴。在多个直线运动轴和多个旋转运动轴同时运动的情况下,刀具所走的空间轨迹复杂,且经常和机床的轴机械结构相关。在这种复杂的运动过程中,通过优化刀具的运动轨迹,起到提高加工效率和加工精度的目的。