高速卧式加工中心优化设计方案

高速卧式加工中心与普通卧式加工中心相同的部分有:其刀具主轴水平设置,通常带有回转工作台,具有3～5个运动坐标,适宜加工箱体类零件,一次装夹可对工件的多个面进行加工。不同的是高速卧式加工中心除了主轴采用电主轴外,在结构上也有多种改变,以适应高速进给和高的加(减)速度的要求。

高速卧式加工中心大多采用新设计的立柱移动式结构,由于立柱移动式加工中心立柱本身是一种悬臂梁结构,切削力产生的颠覆力矩将使立柱产生变形和位移,影响机床的精度,所以立柱一般设计得较重,当驱动立柱移动时,较高的立柱将因头重脚轻而不适合较高的速度和加速度,因此高速移动的立柱一般不宜太高因而影响上下移动的行程。为了减小切削力产生的颠覆力矩,机床设计时常把立柱的后导轨加高,与前导轨不在一个平面上,但是后导轨因空间限制不能提得太高,太高将与主轴电动机相干涉。

当把后导轨提到立柱上端的问题解决后,就产生了框架式结构,即原来的立柱变成了有着上下导轨的滑架。加上前面支承主轴滑枕的框架合在一起形成了“箱中箱”结构。其上下两个导轨支承的滑架就相当于动柱式机床的立柱,这样这个立柱就由悬臂梁结构变成具有两端支承的简支梁结构。简支梁的最大变形点在中间,同等条件下,它的最大变形仅有悬臂梁的1/16。滑架就可以在不影响刚性的情况下做得比较轻,为高速度和高加速度提供了条件。图2-1所示为高速卧式加工中心的“箱中箱”式结构。“箱中箱”结构的特点是采用框架式的箱形结构,将一个移动部件嵌入另一个部件的框架箱中,达到提高刚度,减轻移动部件质量的目的,可以适应60m/min以上快速移动和进给的要求。“箱中箱”结构通常采用双丝杠同步驱动,把Z轴和Y轴的运动组件配置在两根滚珠丝杠之间,形成一个理想的却是虚拟的重心,但能产生与实际的驱动力通过重心完全相同的效果。极好地抑制了各轴进行驱动时产生的振动和弯曲,即使运动组件在进行高速运动时,重心也不会发生变化,从而实现了稳定驱动。(www.xing528.com)

图2-1 高速卧式加工中心的“箱中箱”式结构