1.引言

隨著數(shù)控機(jī)床的不斷普及，高精度、高性能數(shù)控機(jī)床的不斷出現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床逐漸從單重的高效，逐漸向高效和高精度發(fā)展。因此高精度數(shù)控機(jī)床慢慢成為型號(hào)關(guān)鍵件的首選機(jī)床，但是我國引進(jìn)高精度數(shù)控機(jī)床為數(shù)不多，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)比較缺乏，加之機(jī)床造價(jià)較高，甚至是普通機(jī)床的十倍、百倍，對機(jī)床的選型造成一定難度和風(fēng)險(xiǎn)。本文就我廠某型號(hào)關(guān)鍵件的加工機(jī)床選型，對機(jī)床選型的步驟和應(yīng)當(dāng)注意的問題進(jìn)行了闡述，以供相關(guān)人員在機(jī)床選型時(shí)以做參考。

2.零件分析

薄壁環(huán)類零件在加工中經(jīng)常遇到的三大難題：1）裝夾易變形；2）加工變形，加工中裝夾狀態(tài)下的零件尺寸與釋放后的狀態(tài)不一致；3）薄壁難以測量。該零件材料為鑄鋁（ZLCuMn），主要特點(diǎn)是跨距大、薄壁、易變形、加工精度要求高：2－φ90±0.01，2－φ72±0.01，同軸度φ0.01，垂直度0.01，位置度0.01。零件圖及形位精度如圖1所示。

圖1 加工零件

3.機(jī)床選型

從以上分析可看出，該零件尺寸大，四孔的形位精度要求特別高。若采用普通鏜銑床加工，精度尺寸一致性很難保證，裝夾難度大，需反復(fù)找正。應(yīng)此轉(zhuǎn)換加工思路，采用一次裝夾，一次加工完成的工藝措施來保證零件的尺寸要求。因此從該零件加工需要以及加工能力儲(chǔ)備考慮，決定選購可立臥轉(zhuǎn)換、帶轉(zhuǎn)臺(tái)的五軸五聯(lián)動(dòng)機(jī)床，并針對機(jī)床制定如下主要技術(shù)要求：

表一  機(jī)床配制要求 

模塊 

配置要求

名稱 

數(shù)控精密坐標(biāo)鏜銑床，配備FANUC160i數(shù)控系統(tǒng) 

機(jī)床結(jié)構(gòu) 

帶加強(qiáng)筋間隔的鑄鐵床身，確保優(yōu)良的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能及強(qiáng)的剛性，結(jié)構(gòu)形式采用動(dòng)柱結(jié)構(gòu)。 

線性軸 

X坐標(biāo)軸水平導(dǎo)軌，行程大于800mm，定位精度小于3μ
Y坐標(biāo)軸水平導(dǎo)軌，行程大于500mm，定位精度小于3μ
Z坐標(biāo)軸水平導(dǎo)軌，行程大于500mm，定位精度小于3μ

導(dǎo)軌

導(dǎo)軌基準(zhǔn)須刮研并安裝超精密級(jí)預(yù)緊的循環(huán)滾珠滑枕 

滾珠絲杠 

直徑大于50mm 

進(jìn)給

直線軸由交流電機(jī)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)
進(jìn)給量大于20mm/min
進(jìn)給力大于1100daN

位置檢測裝置

XYZ軸的行程及定位依靠Heidenhain高精度光柵尺控制，分辨率小于0.0001mm（0.1μ） 

回轉(zhuǎn)軸要求

AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)，擺動(dòng)式B軸，電主軸，擺動(dòng)范圍0°～110°，液壓鎖定。旋轉(zhuǎn)和定位控制通過高精度編碼器。
定位精度：3″，平面0.004/φ300mm
分辨率：0.0001°
轉(zhuǎn)速12RPM.
轉(zhuǎn)矩：1200Nm
制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：2500Nm

旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)C軸

#p#分頁標(biāo)題#e#

交流電機(jī)和蝸桿驅(qū)動(dòng)，通過高精度編碼器控制。
定位精度P＝3″
分辨率：0.0001°
制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：2500Nm
轉(zhuǎn)速22RPM

主軸要求 

電機(jī)主軸帶HSK－A63錐孔，用變頻器驅(qū)動(dòng)。
調(diào)速范圍50至8000RPM
功率15KW
在100％ED時(shí)，轉(zhuǎn)矩大于260Nm

刀庫

快換性盤式刀庫，24刀位，HSK－A63錐孔，最大刀具長度大于230mm 

外圍設(shè)備

帶盤和冷卻泵的排屑裝置
傾斜式切屑運(yùn)輸輪車
帶油量檢測并自動(dòng)控制的中央潤滑
內(nèi)置沖淋管
電器柜空調(diào)

數(shù)控系統(tǒng)

10.4“彩色液晶顯示屏
通過標(biāo)準(zhǔn)件盤手工輸入數(shù)據(jù)（MDI）
帶脈沖式手輪的操作面板
RS232串口
PCMCIA插口（儲(chǔ)存卡）
零件程序存儲(chǔ)器128Kb
報(bào)警信息顯示和歷史記錄
32刀具補(bǔ)償位
剛性滾絲
固定加工循環(huán)
螺旋插補(bǔ)
坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換
宏指令B
后臺(tái)編輯

 

一般來說，一個(gè)完整的機(jī)床系統(tǒng)主要包括：高的靜/動(dòng)剛度支承構(gòu)件（機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)）；高精度、高穩(wěn)定性的主軸；高控制精度的進(jìn)給系統(tǒng)；高精度及可靠性的 CNC 系統(tǒng)；高效的冷卻系統(tǒng)；安全防護(hù)與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)等。

如何有選擇地購買切削機(jī)床，怎樣將切削機(jī)床融入現(xiàn)有的加工機(jī)制中，還有諸多的不確定性，該方面的技術(shù)知識(shí)還很片面。應(yīng)用合理、可靠的結(jié)構(gòu)化程序，可以比較安全、穩(wěn)妥地去選擇切削機(jī)床。下面將介紹一種有組織、有步驟地購買高速切削機(jī)床并將其應(yīng)用到現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境中去的方法，該方法包括五個(gè)階段(如圖2)。

圖2 選購高速切削機(jī)床的步驟

3.1 基本調(diào)研

購買CNC機(jī)床，調(diào)研過程類似于購買其它普通機(jī)床。如圖3，首先從工廠中抽調(diào)出部分員工組成“項(xiàng)目小組”，其職能應(yīng)該包括：工作計(jì)劃、生產(chǎn)、購買、控制等。

圖3 購買高速機(jī)床第一步

該“項(xiàng)目小組”主要有以下工作。首先是選擇基本上適合于機(jī)床加工的工件，并選擇一兩個(gè)將來用于新機(jī)床驗(yàn)收測試的工件, 尤其是有關(guān)精確性和時(shí)間方面的測試。其次，初步計(jì)劃將新的高速機(jī)床應(yīng)用于生產(chǎn)需要加工的相關(guān)工作，并分析評(píng)估現(xiàn)有的編程過程能否用于新的工件，是否需要采用新的工藝措施。

3.2 訂購準(zhǔn)備工作 #p#分頁標(biāo)題#e#

當(dāng)對購買高速切削機(jī)床的基本決定做出積極的評(píng)估之后,第2步工作即來決定購買哪一種機(jī)床（如圖4）。

圖4 購買高速機(jī)床第三步

第2步中有兩項(xiàng)工作是整個(gè)購買過程中最為關(guān)鍵的部分。首先從選取和要加工零件結(jié)構(gòu)及精度相一致的試切件，用于在該機(jī)床上試切。以此考慮機(jī)床功率、精確度以及可能的加工極限能否滿足要求。為了精確預(yù)算總投資花費(fèi)，在本階段必須對相關(guān)附件設(shè)備及任何可能需要的資金從細(xì)節(jié)上進(jìn)行精密計(jì)劃。其次，在本階段最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是要對機(jī)床的性能和精度方面進(jìn)行測試，該測試當(dāng)然也針對那些在考慮范圍之內(nèi)的機(jī)床。

在機(jī)床滿足加工要求的情況下，刀具的精度及剛性是影響零件精度的另一至關(guān)重要的因素。應(yīng)此刀具配置又成為另一大難體，它不僅決定著零件最終是否能加工出來，而且也影響著機(jī)床能否充分發(fā)揮其功能，能否提高機(jī)床的使用效率。為實(shí)現(xiàn)該零件的加工，經(jīng)多方比較后選用SECO的刀具。圖5為部分刀具的配置表。

圖5刀具的配置表
 

項(xiàng)目 

牌 號(hào)

名稱

數(shù)量

品牌 

備注 

1

A76001B 

精鏜刀盒φ0.3-8 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

2

EM9304 401 1445 

鏜刀柄 

1

SECO 

-

3

A790 00 

可調(diào)動(dòng)平衡精鏜頭 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

4

A792001 

鏜桿φ6-9 

1

SECO 

-

5

A792002 

鏜桿φ8-11 

1

SECO 

-

6

#p#分頁標(biāo)題#e#

A795003

鏜桿φ10-16 

1

SECO 

-

7

A78020 

精鏜頭φ30-40

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

8

A78030 

精鏜頭φ39-51 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

9

A78040 

精鏜頭φ50-65 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

10

A78050 

精鏜頭φ64-86 

1

SECO 

分辨率φ2.5υ 

11

E9304 5085 13

整體鉆夾頭φ1-13

2

SECO

-

12

E9304 5872 1060 

彈簧夾套刀柄φ1-6 

3

SECO 

-

13

EQ9304 5872 2480

可調(diào)動(dòng)平衡夾套刀柄φ2-16 

5

SECO 

Max rpm=24000 

14

EQ9304 5872 2980 

可調(diào)動(dòng)平衡夾套刀柄φ2-20 

5

SECO 

Max rpm=24000 

15

5872 10 01 

高精度夾套φ1~φ20 

2 

#p#分頁標(biāo)題#e#

SECO 

跳動(dòng)3Xd≤5υ 

16

E9304 533 2110 

莫氏刀柄2號(hào) 

1

SECO 

-

17

E9304 533 3135

莫氏刀柄3號(hào) 

1

SECO 

-

18

E9304 552 2250 

面銑刀柄d1=22mm 

2

SECO 

-

19

R220.53-0080-12-6A 

面銑刀φ80 

1

SECO 

Max rpm=11700 

20

MM12-12055.0-0008 

小魔王高速銑刀桿 

1

SECO 

-

21

MM16-16070.0-0011 

小魔王高速銑刀桿 

1

SECO 

-

22

MM06-06007-A30-E02,F30M

小魔王三刃立銑刀頭φ6～φ16 

2

SECO 

內(nèi)冷涂層 

23

910020R020-TRIBON 

整硬高速立銑刀φ2~φ12（超級(jí)合金） 

5

SECO 

-

…

………

#p#分頁標(biāo)題#e#

……… 

-

-

……… 

 

3.3 交貨期間的工作

在遞交定貨單和交貨這段時(shí)間內(nèi)，必須完成所有的準(zhǔn)備工作，使得在機(jī)床交接工作完成之后可立刻按照預(yù)定計(jì)劃開始生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)工作，而沒有任何的拖延。第 3 步驟具體細(xì)節(jié)可參考圖6。

圖6 購買高速機(jī)床第三步

3.4驗(yàn)收和生產(chǎn)啟動(dòng)

機(jī)床到廠進(jìn)行安裝后，第一項(xiàng)工作就是根據(jù)當(dāng)時(shí)所簽訂的合同中各項(xiàng)條款對機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收過程應(yīng)影相當(dāng)謹(jǐn)慎，相關(guān)人員必須到場，并做好記錄。各項(xiàng)參數(shù)調(diào)試合格后便進(jìn)入樣件試加工階段。

圖7 購買機(jī)床的第四、第五步

機(jī)床驗(yàn)收中，從兩個(gè)角度對機(jī)床進(jìn)行考評(píng)。首先使用國際標(biāo)準(zhǔn)試件對機(jī)床的幾何精度進(jìn)行測試，標(biāo)準(zhǔn)試件如圖所示。其次，對圖1中所示的零件進(jìn)行試加工。進(jìn)反復(fù)修正機(jī)床參數(shù)、改進(jìn)加工策略，最終加工出合格的試件，完成了機(jī)床的交付工作。

加工出來的合格零件如圖8所示：

圖8 加工零件

4.總結(jié)

　　以上對機(jī)床選型和配置的整個(gè)流程，并結(jié)合我廠某臺(tái)設(shè)備的實(shí)際引進(jìn)過程，從理論和實(shí)際兩個(gè)方面結(jié)合詳盡的描述了高精度數(shù)控鏜銑床的選型和配置的整個(gè)流程。先從零件的設(shè)計(jì)要求和工廠生產(chǎn)角度出發(fā)，選擇合適的機(jī)床，再從經(jīng)費(fèi)、人員等方面制定相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，然后對后續(xù)的驗(yàn)收及安裝應(yīng)注意的相關(guān)事項(xiàng)做了描述。希望本文對相關(guān)企業(yè)及工廠在引進(jìn)設(shè)備時(shí)能起到一定的借鑒作用。