GTM500200車(chē)銑加工中心的設(shè)計(jì)方案
機(jī)床的總體設(shè)計(jì)要求GTM500200為龍門(mén)移動(dòng)式車(chē)銑中心設(shè)計(jì)，能進(jìn)行車(chē)削、鏜削、鉆削、攻絲和銑削加工。床身、工作臺(tái)、立柱、床身滑板、頂梁梁和橫梁各關(guān)鍵鑄件均采用HT300高強(qiáng)度 鑄鐵，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理。均經(jīng)過(guò)失效處理，具有高的剛度、良好的抗振性和良好的精度穩(wěn) 定性。機(jī)床龍門(mén)框架由左、右立柱、頂梁梁、橫梁組成。頂梁梁與左右立柱上端采用高 強(qiáng)度螺栓連接，左、右立柱下部通過(guò)高強(qiáng)度螺栓與床身滑板緊固連接、鎖緊塊定位，從 而形成一個(gè)高剛度的龍門(mén)框架。各大件的加工均采用日本或德國(guó)的進(jìn)口設(shè)備，良好的加 工工藝，保證了各基礎(chǔ)件的所需精度，進(jìn)而保證了機(jī)床的高精度及良好的精度保持性。GTM500200配置一個(gè)52KW AC主軸驅(qū)動(dòng)的鏜銑主軸和一個(gè)CNC控制的旋轉(zhuǎn)工作 臺(tái)。本機(jī)床采用西門(mén)子840D精工系統(tǒng)，有直線控制軸X、Y、Z、W軸和旋轉(zhuǎn)控制軸C 軸（工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)）、C1軸（鏜銑軸）、B軸（擺動(dòng)軸）。本機(jī)床配置一個(gè)自動(dòng)進(jìn)行鏜銑頭及車(chē)刀頭交換的頭庫(kù)和一個(gè)自動(dòng)進(jìn)行刀具交換的 銑刀庫(kù)。本機(jī)床龍門(mén)架水平移動(dòng)的CNC控制的直線Y軸，它垂直于X軸。這個(gè)配置與萬(wàn)能 鏜銑頭配合可實(shí)現(xiàn)五面體加工。2.1.2機(jī)床主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)機(jī)床底座本機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)底座如圖2.2所示，是采用HT300高強(qiáng)度鑄件設(shè)計(jì)，失效處理， 加強(qiáng)筋采用放射型筋和環(huán)型筋布置并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使底座具有很高的強(qiáng)度、剛度和抗 震性。底座上裝有工作臺(tái)支撐用靜壓導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌采用多頭泵進(jìn)行單腔獨(dú)立恒流供油，每個(gè)多頭栗采用一個(gè)流量傳感器檢測(cè)。底座靜壓工作站采用西門(mén)子611U驅(qū)動(dòng)控制靜壓 動(dòng)力電機(jī)，具有斷電保護(hù)功能，避免出現(xiàn)突然意外斷電造成的機(jī)械損壞。底座靜壓回油 通過(guò)自然油位落差實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)位置反饋由安裝在底座上的帶氣壓保護(hù)的 HEIDENHEIN RON 786C圓光柵進(jìn)行C軸檢測(cè)，圓光柵精度可達(dá)36000線，滿(mǎn)足C軸 的分度加工需求。底座通過(guò)機(jī)床固定件固定在機(jī)床地基上。底座靜壓腔采用注膠成型法， 保證了靜壓腔與工作臺(tái)的均勻一致性，進(jìn)而達(dá)到工作臺(tái)的高精度及很高的承載能力。為 保證高的承載能力，底座采用十個(gè)靜壓腔承載。靜壓腔承載布局在地腳的調(diào)整墊鐵上端， 避免了因零件的重量導(dǎo)致底座的變形問(wèn)題。(2)機(jī)床工作臺(tái)本機(jī)床可配置一個(gè)04500mm圓工作臺(tái)和一個(gè)組合方工作臺(tái)。機(jī)床圓工作臺(tái)是采用 放射型筋和環(huán)型筋布置的HT300高強(qiáng)度鑄鐵件設(shè)計(jì)，失效處理，使工作臺(tái)具有很高的 強(qiáng)度、剛度和抗震性。圓工作臺(tái)用預(yù)載雙排精密圓柱滾柱軸承NN3060ASK.M.SP定心， 端面推力軸承51272M對(duì)工作臺(tái)預(yù)載，雙排精密圓柱滾柱軸承和端面推力軸承可分別預(yù) 載，使工作臺(tái)具有很高的徑向及軸向的跳動(dòng)，提高零件的加工精度。由于圓工作臺(tái)靜壓 軸承靠油膜工作，屬液體磨擦，不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損，保證了圓工作臺(tái)的精度穩(wěn)定性和機(jī) 床的長(zhǎng)壽命。圓工作臺(tái)工件夾緊采用手動(dòng)四爪卡盤(pán)卡緊。標(biāo)準(zhǔn)配置卡爪為普通T型絲桿 結(jié)構(gòu)，也可選配進(jìn)口增力絲桿結(jié)構(gòu)卡爪，提高工件的夾持力。工作臺(tái)表面設(shè)計(jì)有徑向T 型槽，T型槽寬28mm，用于工件的定位和夾緊。機(jī)床方工作臺(tái)釆用鑄鐵件設(shè)計(jì)，失效處理，工作臺(tái)上面有橫向T型槽用于工件的定 位和夾緊，T型槽寬36mm,工作臺(tái)底座下面均布支撐地腳。(3)機(jī)床工作臺(tái)主驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)主驅(qū)動(dòng)采用兩個(gè)西門(mén)子1PH7-224交流主伺服電機(jī)、兩個(gè)齒輪減速箱、兩個(gè) 小齒輪、一個(gè)大齒環(huán)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)精工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙主電機(jī)的同步控制，實(shí)現(xiàn)車(chē) 削無(wú)級(jí)調(diào)速功能和C軸消隙功能。車(chē)削時(shí)，由精工系統(tǒng)控制兩個(gè)交流數(shù)字驅(qū)動(dòng)電機(jī)以主從模式工作，工作時(shí)可以控制 工作臺(tái)的速度從零增至最大，而不需要齒輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械調(diào)檔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。銑削時(shí)，兩個(gè)電機(jī)工作在電氣預(yù)載操作模式，通過(guò)電氣控制實(shí)現(xiàn)C軸消隙，由于能 通過(guò)電氣控制C軸預(yù)緊力，提高了 C軸剛度和精度。主電機(jī)采用兩個(gè)55KW交流主伺服電機(jī)，總功率為110kW。(4)機(jī)床Y軸床身及床身滑板Y軸導(dǎo)軌床身為髙強(qiáng)度HT300鑄鐵結(jié)構(gòu)，床鞍采用焊接結(jié)構(gòu)。使其具有很髙的強(qiáng) 度、剛度。床身和床鞍安裝在機(jī)床工作臺(tái)的兩側(cè)，床鞍可在床身靜壓導(dǎo)軌上沿Y軸移動(dòng)。 Y軸的驅(qū)動(dòng)是由安裝在每個(gè)床身上的齒條和床鞍上的六個(gè)伺服電機(jī)（1FT6105 siemens) 驅(qū)動(dòng)六個(gè)減速器（PH1023F0910ME德國(guó)stober)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)釆用預(yù)載方式進(jìn)行同步控 制，以保證加工的無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)。多電機(jī)驅(qū)動(dòng)龍門(mén)移動(dòng)既可以保證龍門(mén)足夠的快移速度可 達(dá)10000mm/min，又可以滿(mǎn)足龍門(mén)移動(dòng)的拖動(dòng)能力。電機(jī)預(yù)載無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)技術(shù)是采用了 德國(guó)SCHIESS公司多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，響應(yīng)速度快，承載拖動(dòng)能力大，尤其適用于龍門(mén) 鍵鐵床的重載機(jī)床。龍門(mén)剛性連接在床身滑板上，床身滑板與床身之間采用靜壓導(dǎo)軌，靜壓腔采用注膠 成型法，從而保證了滑板與床身導(dǎo)軌之間的平面度關(guān)系，進(jìn)而保證機(jī)床的龍門(mén)移動(dòng)精度。 Y軸靜壓導(dǎo)軌采用一腔一閥形式進(jìn)行恒流控制，每個(gè)閥帶有一個(gè)流量檢測(cè)裝置。當(dāng)流量 不足的時(shí)候自動(dòng)報(bào)警提示，防止機(jī)械磨損。床身導(dǎo)軌與滑板之間由于是靜壓間隙承載，不存在摩擦接觸，無(wú)接觸既不存在磨損，而且壽命長(zhǎng)久，精度保持性好。床身靜壓回油 通過(guò)自然油位落差實(shí)現(xiàn)。床身的兩端安裝有彈性防撞裝置，防止操作失誤，損壞機(jī)床。Y軸位置反饋采用安裝在每個(gè)床身上的帶氣密封保護(hù)的HEIDENHEIN LB382光柵 尺實(shí)現(xiàn)。通過(guò)德國(guó)西門(mén)子840DE精工系統(tǒng)的同步軸的功能實(shí)現(xiàn)龍門(mén)框架同步功能。(5)機(jī)床龍門(mén)框架機(jī)床龍門(mén)是由兩立柱和連接兩立柱的連接梁組成，立柱和連接梁均由HT300吸振 鑄鐵制造。兩立柱的前面分別有兩條前后錯(cuò)開(kāi)分布的W軸兩個(gè)矩形滑動(dòng)導(dǎo)軌，用來(lái)保 證橫梁W軸的精確運(yùn)動(dòng)，并精確夾緊。每個(gè)立柱上安裝有由西門(mén)子伺服電機(jī)1FT6136、 德國(guó)STOBER減速機(jī)、意大利UMBRA滾珠絲杠組成的W軸移動(dòng)同步裝置，用于橫梁 的同步升降驅(qū)動(dòng)。W軸位置反饋采用安裝在每個(gè)立柱上的帶氣密封保護(hù)的 HEIDENHEIN LB382光柵尺實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)光柵尺保證橫梁在W軸的任意位置的水平精度。 每個(gè)絲杠上部安裝有制動(dòng)剎車(chē)盤(pán)，防止意外情況導(dǎo)致橫梁的下滑。在左、右立柱導(dǎo)軌之間接近橫梁左右升降絲杠旁分別裝有光柵尺，全閉環(huán)控制。用 雙邊檢測(cè)、雙電機(jī)同步控制方式使橫梁作W向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，同時(shí)滑板滑枕鏜銑頭在橫 梁上左右移動(dòng)時(shí)，通過(guò)左、右立柱上的光柵尺作為位置檢測(cè)方法，經(jīng)精工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步 調(diào)平，使其橫梁導(dǎo)軌始終保持與工作臺(tái)面的平行，不受滑枕鏜銑頭在橫梁上不同位置的 影響，該裝置比單電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)杠驅(qū)動(dòng)升降絲杠、機(jī)械式調(diào)平機(jī)構(gòu)更簡(jiǎn)單、更先進(jìn)可靠。 安裝及使用調(diào)整方便。該機(jī)床橫梁傳動(dòng)采用的是4>125min大直徑滾珠絲杠，大慣量、大扭矩伺服電機(jī)，完全能平衡橫梁、滑枕、溜板的重量，提高橫梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。無(wú)需傳統(tǒng)的配重處理。左立柱側(cè)面，安裝有60工位的銑刀庫(kù)；本機(jī)床龍門(mén)固定在床鞍上，并隨床鞍沿Y 軸移動(dòng)。龍門(mén)移動(dòng)的雙驅(qū)動(dòng)同步采用固定在床身上的光柵尺實(shí)現(xiàn)。(6)機(jī)床橫梁橫梁為箱式HT300鑄鐵結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的抗扭和抗彎特性。橫梁W軸在立柱前面 的導(dǎo)軌上上下移動(dòng)并夾緊。橫梁與立柱導(dǎo)軌之間采用注膠成型法，保證了良好的貼合率。 配有定時(shí)定量潤(rùn)滑。X軸靜壓導(dǎo)軌采用注膠成型法，采用一腔一閥形式進(jìn)行恒流控制， 每個(gè)閥帶有一個(gè)流量檢測(cè)裝置。溜板的X軸導(dǎo)軌采用反變形設(shè)計(jì)補(bǔ)償由于銑頭重量及其彎扭帶來(lái)的變形，可以保證 在機(jī)床精度測(cè)試的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)直線水平運(yùn)動(dòng)。對(duì)于主軸沿橫梁的直線運(yùn)動(dòng)，精工系統(tǒng) 也提供了進(jìn)一步的補(bǔ)償作用。橫梁前面安裝有X軸驅(qū)動(dòng)齒條與溜板上的由兩個(gè)伺服電機(jī)和減速機(jī)組成的驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)實(shí)現(xiàn)X軸的驅(qū)動(dòng)進(jìn)給。雙電機(jī)實(shí)現(xiàn)了X軸的快移速度，同時(shí)雙電機(jī)依靠電氣預(yù)載功 能使X向銑削實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)。橫梁前面下方安裝有X軸位置反饋帶氣密封保護(hù)的 HEIDENHEINLB382光柵尺。橫梁上下導(dǎo)軌的下方安裝有靜壓回油槽，靜壓回油通過(guò) 安裝橫梁下的回油泵返回油箱。橫梁左側(cè)安裝自動(dòng)換刀機(jī)械手。(7)主軸箱部分本機(jī)床主軸箱單元由滑板、滑枕外殼及滑枕組成。滑板為焊接結(jié)構(gòu)，在水平（X軸） 方向，沿橫梁靜壓導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，滑枕外殼為鑄鐵結(jié)構(gòu)，通過(guò)止口和螺栓安裝在滑板的前面， 在垂直（Z軸）方向，滑枕在滑枕外殼內(nèi)部靜壓導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。本機(jī)床滑枕采用340X420的矩形滑枕，機(jī)床的高剛性通過(guò)四面靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)、合理 的導(dǎo)軌長(zhǎng)度與寬度尺寸保證。滑枕靜壓導(dǎo)軌采用一腔一閥式靜壓導(dǎo)軌，控制閥帶有流量 檢測(cè)裝置。滑枕靜壓導(dǎo)軌的工作原理是在滑枕和滑枕外殼之間產(chǎn)生0.015-0.02mm的油 膜，此油膜的設(shè)計(jì)應(yīng)保證足夠的剛度，應(yīng)能抵抗因負(fù)載作用而引起的彈性變形。滑枕外殼的下面有一個(gè)回油槽，回油槽和滑枕之間有彈性密封環(huán)，通過(guò)密封環(huán)對(duì)滑 枕靜壓回油進(jìn)行密封，其下面安裝有防塵刮肩板。滑枕上側(cè)不需密封因油只能向下流， 但裝有防塵作用的刮肩板。Z軸采用帶預(yù)載雙螺母的循環(huán)雙滾柱絲杠以及同步伺服電機(jī)、減速機(jī)共同完成垂直 Z軸的驅(qū)動(dòng)。X，Z軸均采用壓力封閉保護(hù)的HEIDENHEIN LB382光柵尺監(jiān)控。