伯特利高速T6鉆攻中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
引言鉆攻中心是一種對(duì)手機(jī)產(chǎn)品印刷電路板、機(jī)殼、面板、 玻璃等零件鉆攻、攻牙工序最理想的金屬切削加工設(shè)備， 可以實(shí)現(xiàn)鏜削、銑削，由于主電機(jī)功率有限，不能進(jìn)行黑 色金屬的重切削，但是其鉆攻效率和質(zhì)量比普通加工中心優(yōu)越很多。海天精工的T6 鉆攻中心，就是為了滿足客戶尋找對(duì)手機(jī)產(chǎn)品更快、更髙 精度以及更環(huán)保的加工設(shè)備的要求孕育而生的。1 T6鉆攻中心的顯著優(yōu)勢(shì)特征 T6鉆攻中心（如圖1所示）產(chǎn)品從外觀到內(nèi)在 功能、性能都有了很大提升，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到12000r/min，快 速移動(dòng)速度60m/min，坐標(biāo)的直線度、垂直度可以控制在 0.005mm以內(nèi)，完全優(yōu)于國(guó)家同類精度標(biāo)準(zhǔn)。其顯著優(yōu)勢(shì) 特征如下： (1 )體積規(guī)模小。鉆攻中心樣式和功能同加工中心基 本相似，但是外形尺寸要比加工中心普遍較小，機(jī)床****** 行程X軸一般不超過(guò)700mm，Y軸不超過(guò)400mm。非常適 合加工如手機(jī)產(chǎn)業(yè)、電子產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療器械等小型零件。 (2)運(yùn)行速度快。機(jī)床移動(dòng)速度至少在48m/min，通常 為60m/min ;主軸轉(zhuǎn)速至少在10000rpm以上，通常為 12000rpm;特別是在攻螺紋的速度上，鉆攻中心可達(dá)到3000rpm以上，最髙可達(dá)到6000rpm ,比普通立式加工中心 快很多；刀具換刀速度通常在1.2秒以內(nèi)，最快的可達(dá)到 0.6秒，比立式加工中心節(jié)約一半的換刀時(shí)間。 (3)髙效環(huán)保。鉆攻中心在加工效率上比立式加工中心要髙2倍，外形尺寸占地空間較立式加工中心減少 21%，能耗消耗較立式加工中心減少70%。2 T6鉆攻中心的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 2.1 髙速 髙速是實(shí)現(xiàn)髙效率切削加工的前提和關(guān)鍵|1]。機(jī)床由 于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，一般直線運(yùn)動(dòng)行程較短，因此髙速鉆 攻中心必須實(shí)現(xiàn)較髙的進(jìn)給加減速才能達(dá)到其真正的髙 速鉆攻意義|2-3]。為了適應(yīng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)髙速化的要求，髙速鉆 攻中心主要采用能實(shí)現(xiàn)髙速度的線性導(dǎo)軌和換刀快的飛 碟式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)，這是髙速鉆攻中心機(jī)床的關(guān)鍵所在。 (1)機(jī)床導(dǎo)軌選用新型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌|4]。國(guó)內(nèi)目前大 部分精工機(jī)床行業(yè)的機(jī)床導(dǎo)軌多采用硬軌，運(yùn)行速度較 低，一般在15m/min以下。研究表明：硬軌勝在剛性上，線 軌勝在速度上，是精工機(jī)床發(fā)展的主要方向之一。髙速鉆 攻加工中心就是采用新型的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾動(dòng)體安裝 在直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的工作面之間，滾動(dòng)導(dǎo)軌中球軸承與與 導(dǎo)軌之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)或者線接觸，接觸面積很小，所以摩擦系 數(shù)小，其摩擦系數(shù)僅為槽式導(dǎo)軌的1/20左右，其運(yùn)行速度 達(dá)到60m/min,且“爬行”現(xiàn)象可大大減少，潤(rùn)滑也方便。長(zhǎng) 時(shí)間使用后，磨損小，精度損失較小，穩(wěn)定性好。在導(dǎo)軌磨 損后，硬軌的話就要調(diào)間隙修正，具體操作很麻煩，而線 軌經(jīng)過(guò)預(yù)緊處理可達(dá)到軌道間零間隙以及可實(shí)現(xiàn)各方向 上的滿承載能力，遠(yuǎn)比硬軌方便更換。 (2 )髙速進(jìn)給伺服系統(tǒng)。髙速進(jìn)給伺服系統(tǒng)已逐漸的 發(fā)展成為智能化、數(shù)字化和軟件化，本鉆攻加工中心采用 交流伺服電機(jī)和全數(shù)字控制技術(shù)作為核心，髙速進(jìn)給機(jī) 構(gòu)則采用髙質(zhì)量、大尺寸、小螺距滾珠絲杠，其目的在于 在獲得較髙的進(jìn)給速度和進(jìn)給加減速度的同時(shí)又不降低 加工精度。 (3)換刀機(jī)構(gòu)采用最新的飛碟式結(jié)構(gòu)。換刀機(jī)構(gòu)采用 最新的飛碟式結(jié)構(gòu)并采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代通常 的交流異步電機(jī)，可在1.4秒內(nèi)完成刀對(duì)刀的換刀過(guò)程； 特別在換取對(duì)向刀時(shí)，伺服控制刀庫(kù)可在0.8秒內(nèi)完成刀 盤轉(zhuǎn)動(dòng)到位，相比凸輪機(jī)構(gòu)的夾臂式刀庫(kù)6秒換刀速度 有提髙了數(shù)倍，飛碟式換刀結(jié)構(gòu)換刀可靠性提髙到 99.9%。刀庫(kù)本體及刀盤采用鋁合金輕量化的設(shè)計(jì)，可以 減輕主軸馬達(dá)負(fù)載完成髙速換刀動(dòng)作的要求。刀庫(kù)傳動(dòng) 分度采用快速準(zhǔn)確的筒型凸輪作傳動(dòng)分度結(jié)構(gòu)，搭載髙 功率變頻馬達(dá)配合變頻器使用，可以擁有更穩(wěn)定及更佳 的刀盤選刀速度，更進(jìn)一步可以配合控制器來(lái)設(shè)定刀庫(kù) 重刀時(shí)的轉(zhuǎn)速以及一般換刀轉(zhuǎn)速。2.2精度 精度是機(jī)床的重要指標(biāo)，T6鉆攻中心機(jī)床關(guān)鍵 部件皆采用髙剛性設(shè)計(jì)，以保證加工精度。 (1)鉆攻中心立柱采用大人字型立柱與超寬底座配合 的設(shè)計(jì)。T6鉆攻中心采用了大人字型立柱與超寬底 座配合的設(shè)計(jì)（如圖2所示），相比傳統(tǒng)鉆攻中心為追求 速度而將機(jī)床設(shè)計(jì)地過(guò)于輕巧等方面有了很大的改變， 比傳統(tǒng)直立型立柱的剛性提升超過(guò)30%?？蚣苁搅⒅Y(jié) 構(gòu)固定在床身一側(cè)，立柱兩側(cè)的外側(cè)面中下部向外傾斜 形成人字形，底座設(shè)計(jì)比常規(guī)設(shè)計(jì)各寬厚30%，從而使框 架式立柱跨距大，與床身接觸面積寬，與床身結(jié)合穩(wěn)定牢 固，機(jī)床整體剛性能夠滿足大扭矩銑削加工的要求。 2 3圖2大人字型立柱外形圖 (2) 鉆攻中心立柱導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)。鉆攻中心的立柱導(dǎo)軌 根據(jù)立式加工中心進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中配置了增強(qiáng)型滾柱直 線導(dǎo)軌，加長(zhǎng)了 1/3的滑動(dòng)塊，在滿足快移速度45m/min 的同時(shí)，可以提升加工精度和正極剛性；內(nèi)部采用全封閉 式加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)，具備合理的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及加強(qiáng)肋的搭配，最 大程度保證機(jī)床各結(jié)構(gòu)件的抗彎和抗扭強(qiáng)度，提升機(jī)械 的髙剛性。 (3) 精密髙速獨(dú)立主軸的設(shè)計(jì)。對(duì)于鉆攻中心來(lái)說(shuō)提 髙生產(chǎn)效率是最重要的，髙速主軸無(wú)疑是最重要的關(guān)鍵 部件之一。T6鉆攻中心采用隔絕熱源的主軸直結(jié)設(shè) 計(jì)，降低熱變位的同時(shí)，還提髙了主軸的精度與壽命|51。主 軸電機(jī)通過(guò)特殊的聯(lián)軸器與主軸直接聯(lián)接，效率髙且無(wú)皮帶傳動(dòng)的動(dòng)力損耗，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)皮帶和齒輪傳動(dòng)所 帶來(lái)的噪音、震動(dòng)等問(wèn)題。 采用精密髙速獨(dú)立主軸長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸溫升小，保 證了加工的精度穩(wěn)定，強(qiáng)力切削和微量進(jìn)給切削都有優(yōu) 異的表現(xiàn)，這都與其主軸軸承的設(shè)計(jì)密不可分。T6鉆攻中心主軸軸承是專門為其獨(dú)立主軸設(shè)計(jì)的特殊角接 觸球軸承，其主要特點(diǎn)是軸承精度髙、轉(zhuǎn)速髙、振動(dòng)低、溫 升低，能提供良好的軸系剛性，滿足機(jī)床精密加工的需 要。 由于單列角接觸球軸承只能承受一個(gè)方向的軸向載 荷，在承受徑向載荷時(shí)，會(huì)引起附加軸向力，必須施加相 應(yīng)的反向載荷，因此，T6鉆攻中心主軸軸承采用軸 承的外圈貼合，內(nèi)圈有間隙，使兩軸承的寬端面相對(duì)成對(duì) 配置的背靠背安裝方式（如圖3所示）。背靠背安裝使得 軸承的接觸角線沿回轉(zhuǎn)軸線方向擴(kuò)散，可增加其軸向和 徑向的支承角度剛性，承受傾覆力矩的性能好，軸承可以 承受雙向軸向載荷，抗變形能力******。2.3油水分離結(jié)構(gòu)的綠色環(huán)保設(shè)計(jì) 在機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中開展綠色設(shè)計(jì)，把環(huán)境影響、制造 問(wèn)題、資源優(yōu)化統(tǒng)一起來(lái)考慮，有針對(duì)性地解決對(duì)可持續(xù) 發(fā)展有不利影響的傳統(tǒng)工藝。綠色環(huán)保設(shè)計(jì)如低溫冷卻 切削、氣體冷卻切削等設(shè)計(jì)方式，可以很好地代替、改善 容易造成環(huán)境污染的乳化冷卻等切削，并在降低成本，提 髙零件加工質(zhì)量等方面取得良好效果。T6鉆攻中心 在鑄件機(jī)體上設(shè)計(jì)有專用獨(dú)立回收油路，并收集匯總，避 免與冷卻液的混合，從而實(shí)現(xiàn)真正的綠色環(huán)保。2.4安全因素的考慮 加工區(qū)域采用全密閉式防護(hù)裝置，防止髙溫切屑及切 削液濺出。不僅可使操作人員安全可靠的操作機(jī)床，同時(shí) 還能保護(hù)車間環(huán)境。三軸導(dǎo)軌防護(hù)均采用髙速防護(hù)罩，保 證經(jīng)久耐用。其中獨(dú)特的Z軸伸縮式防護(hù)板設(shè)計(jì)，可以有 效防護(hù)Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)，使Z軸在快速位移下平穩(wěn)順暢； X/Y軸采用全復(fù)式，防止鐵屑等外部雜物進(jìn)人傳動(dòng)系統(tǒng)， 并采用上口安裝式，方便拆卸。2.5工藝流程設(shè)計(jì) T6鉆攻中心加工和裝配方面嚴(yán)格按照工藝規(guī)程 操作，關(guān)鍵零部件的加工由髙精度的加工中心和導(dǎo)軌磨 床來(lái)保證，機(jī)床裝配在髙清潔度安裝車間進(jìn)行，所有安裝 環(huán)節(jié)均要保證安裝部件的潔凈，嚴(yán)格按照裝配工藝進(jìn)行 安裝，整機(jī)安裝完畢并進(jìn)行72小時(shí)的拷機(jī)試驗(yàn)保證機(jī)床 的可靠性。 機(jī)床安裝完成后要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)保證機(jī)床的精 度：整機(jī)安裝完畢后先使用用激光干涉儀對(duì)X、Y、Z軸的 定位、重復(fù)定位精度進(jìn)行檢驗(yàn)，保證機(jī)床的聯(lián)動(dòng)精度，然 后用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)機(jī)床切削試件，保證整機(jī)的精度； 實(shí)驗(yàn)后對(duì)精工系統(tǒng)等機(jī)電部分做一次優(yōu)化整理，保證機(jī) 床的各項(xiàng)性能均達(dá)標(biāo)。3結(jié)束語(yǔ) 髙速加工的研究目標(biāo)是既實(shí)現(xiàn)髙速加工，又能保證加 工精度。今后金屬切削加工設(shè)備將向?qū)I(yè)化、專用性發(fā) 展；進(jìn)一步提髙主軸轉(zhuǎn)速、行程速度和髙精度動(dòng)態(tài)性能仍 是髙速鉆攻中心的發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)。在驅(qū)動(dòng)技術(shù)和精工技 術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及機(jī)床構(gòu)件輕量化和并聯(lián)機(jī)床的開發(fā)推動(dòng)下鉆攻中心必將有更大的發(fā)展。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！