精密復(fù)合式鏜銑加工中心作為機械制造生產(chǎn)中的大型基礎(chǔ)設(shè)備，其在航空、 航天、船舶、汽車、發(fā)電裝置、軍工等領(lǐng)域的產(chǎn)品制造中占據(jù)著重要地位，機床 的加工精度和加工效率將直接影響到終端產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。本文在綜合分析國 內(nèi)外鏜銑床的結(jié)構(gòu)特點和先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過組合創(chuàng)新與工藝原理性創(chuàng)新相 結(jié)合，研發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、國內(nèi)外領(lǐng)先的精密復(fù)合式鏜銑加工中心，研究 并解決了在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個關(guān)鍵問題，具體的解決方法及結(jié)果如下：
本章介紹了“精密復(fù)合式鏜銑加工中心的開發(fā)與研究”課題來源與研究背景， 在明確本文所研究的復(fù)合式鏜銑加工中心的基礎(chǔ)上，介紹國內(nèi)外復(fù)合式加工中心 產(chǎn)品和其關(guān)鍵技術(shù)，比較國內(nèi)、外先進技術(shù)水平的差距，闡述了研究高精密復(fù)合 式鏜銑加工中心產(chǎn)品和關(guān)鍵技術(shù)的意義及重要性，且提出本論文的主要研究內(nèi)容。
精密復(fù)合鏜銑加工中心要具有高速、高精度的切削性能，加工中心的主軸及 主軸箱、進給系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)工作臺等部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是關(guān)鍵難點。這包括如何使加 工中心在進給過程中產(chǎn)生的振動最小，如何設(shè)計高速、高精度的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動進 給系統(tǒng)，如何設(shè)計高精度回轉(zhuǎn)工作臺等，本課題所研制的復(fù)合式鏜銑加工中心CAD 結(jié)構(gòu)模型如圖3.1所示。
目前，世界上精工加工設(shè)備的格局已發(fā)生悄然改變，精密精工機床呈現(xiàn)出多 方向發(fā)展趨勢，復(fù)合式加工設(shè)備越來越占據(jù)著主導(dǎo)地位。復(fù)合式機床可劃分成工 藝性復(fù)合和功能性復(fù)合兩類，工藝性復(fù)合是指工件從毛胚到成品的整個加工過程是在同一臺精工機床上實現(xiàn)的，使得多個加工工序聯(lián)動，從而降低了工件的定位 裝夾次數(shù)，縮小了由于定位基準的不統(tǒng)一而引起的定位誤差值，所以高效、高精 度加工是工藝性復(fù)合機床的特點；功能性復(fù)合機床的主要特點是指在原有的機床 功能項上進行擴展，例如提高對工件的夾緊速度來提高機床的加工效率。機床的 復(fù)合化使得精工機床加工零件的生產(chǎn)速度得到明顯提高，降低了工件加工過程中 的搬運、夾緊、找正等時間，縮短了工件的加工周期，減少了工件的在制品數(shù)量。 因為，只需要把工件一次裝夾在機床上，即降低了加工過程中的輔助時間，又因 不需要再次裝夾定位使得加工精度得到大大提高，所以復(fù)合化機床是現(xiàn)代先進加 工設(shè)備的發(fā)展方向。綜合分析我國自主研發(fā)的復(fù)合式機床，主要是以普通的精工車削加工中心為 基礎(chǔ)，發(fā)展到復(fù)合車銑加工中心，而精密的復(fù)合鏜銑加工中心在國內(nèi)基本沒有相 關(guān)的研究，因為我國自主研發(fā)復(fù)合式機床的技術(shù)能力要遠遠落后于發(fā)達國家的先 進技術(shù)，所以研發(fā)出具有高效、復(fù)合、穩(wěn)定的適合于現(xiàn)代加工技術(shù)的高水平精密 復(fù)合式鏜銑加工中心是一項具有跨時代意義的科研項目。
在分析研究精密復(fù)合鏜銑加工中心總體結(jié)構(gòu)布局時，不但要綜合的考慮到結(jié) 構(gòu)的先進性，還要考慮到圍繞產(chǎn)品設(shè)計市場定位的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性、生產(chǎn)工藝性等問 題，如何設(shè)計出的布局結(jié)構(gòu)使得加工中心具備高的剛度、高的穩(wěn)定性將是本章所 論述的重點。因此，本章在分析臥式立式加工中心結(jié)構(gòu)、布局形式以及復(fù)雜箱體 零件對機床結(jié)構(gòu)特殊要求的基礎(chǔ)上，提出了復(fù)雜箱體精密復(fù)合鏜銑加工中心的總 體布局方案。
自二十世紀五十年代末，機械制造的生產(chǎn)過程發(fā)生了巨大變化，由傳統(tǒng)的普 通機床以及組合機床所構(gòu)成的加工生產(chǎn)線，慢慢的發(fā)展到以加工中心和精工機床（CNC)所構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)，實現(xiàn)了多品種、大批量的柔性自動 化生產(chǎn)，機床技術(shù)在經(jīng)歷三十多年的發(fā)展和應(yīng)用以后，部分工業(yè)發(fā)達國家的精工 機床使用率占整個機床的80%左右。然而，加工中心已經(jīng)成為現(xiàn)代化車間的基本 制造單元，其使得自動換刀、空行程等速度加快，也提高了生產(chǎn)過程的連續(xù)性， 高性能的加工中心不但成倍的提高機床的加工效率，而且進一步的改善了加工零 件的表面質(zhì)量和精度[3_5]。因此，這一先進制造技術(shù)的出現(xiàn)，使得各國的工業(yè)制造 界和學(xué)術(shù)研究界對此高度重視，綜合分析機床技術(shù)的發(fā)展歷史，可以得到現(xiàn)今高性能加工中心所包括的技術(shù)框架如圖
精密復(fù)合式鏜銑加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺為水平放置，工作臺為加工中心提供 了回轉(zhuǎn)運動，使機床原有的加工使用范圍得到擴大，高精度回轉(zhuǎn)工作臺的重要性 能有六個方面：分度精度和重復(fù)定位精度；&剎緊力矩的大小；C.密封性能；4 回轉(zhuǎn)定位速度；&承載能力；/精度保持性。
本章闡述了精密復(fù)合式鏜銑加工中心結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，在綜合分析 國內(nèi)外的立臥式加工中心總體布局的基礎(chǔ)上，總結(jié)了各種機床運動和運動分配形 式的特點。(2)以裝甲車的精密復(fù)雜箱體類零件為對象，分析了零件的結(jié)構(gòu)特征以及對 加工該類零件的設(shè)備進行需求分析，綜合運動部件的輕質(zhì)量、高剛度要求，確定 了將單龍門式鏜銑加工中心和臥式鏜銑加工中心相結(jié)合，采用電主軸和機械主軸 的雙主軸的單龍門立臥布局的復(fù)合化結(jié)構(gòu)。
本論文課題以蘇州江源精密機械有限公司與意大利共同合作研發(fā)的TH6213臥式 鏜銑加工中心主軸及主軸箱部件為研宄對象。該款機床研發(fā)項目被列為2011年度江 蘇省工業(yè)支撐項目以及2014年度江蘇省重大科技成果轉(zhuǎn)化項目。
鏜銑加工中心是一種鏜銑床復(fù)合式的精工機床，由于鏜銑床共用一 個工作臺，所以鏜銑床不能同時工作，必須被分在兩個軸組中，所以對其控制的 精工系統(tǒng)要有多通道多軸控制的能力?；诳刂乒δ芎头€(wěn)定性要求，本加工中心 選用了 UMAC多軸運動控制器為下位機，以工控機（IPC)為上位機，即采用“NC 嵌入PC”型開放式精工系統(tǒng)控制鏜銑加工中心。該精工系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)采用主從 結(jié)構(gòu)，IPC的CPU為主CPU,主要負責(zé)精工系統(tǒng)的管理和人機交互等功能的實現(xiàn)。 UMAC的DSP為從CPU,負責(zé)底層的速度和軌跡控制等。其中工控機與UMAC 通過以太網(wǎng)進行通訊，加工中心精工系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。
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