伯特利高速T6钻攻中心结构设计
引言钻攻中心是一种对手机产品印刷电路板、机壳、面板、 玻璃等零件钻攻、攻牙工序最理想的金属切削加工设备， 可以实现镗削、铣削，由于主电机功率有限，不能进行黑 色金属的重切削，但是其钻攻效率和质量比普通加工中心优越很多。海天精工的T6 钻攻中心，就是为了满足客户寻找对手机产品更快、更髙 精度以及更环保的加工设备的要求孕育而生的。1 T6钻攻中心的显著优势特征 T6钻攻中心（如图1所示）产品从外观到内在 功能、性能都有了很大提升，主轴转速达到12000r/min，快 速移动速度60m/min，坐标的直线度、垂直度可以控制在 0.005mm以内，完全优于国家同类精度标准。其显著优势 特征如下： (1 )体积规模小。钻攻中心样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较小，机床****** 行程X轴一般不超过700mm，Y轴不超过400mm。非常适 合加工如手机产业、电子产业、医疗器械等小型零件。 (2)运行速度快。机床移动速度至少在48m/min，通常 为60m/min ;主轴转速至少在10000rpm以上，通常为 12000rpm;特别是在攻螺纹的速度上，钻攻中心可达到3000rpm以上，最髙可达到6000rpm ,比普通立式加工中心 快很多；刀具换刀速度通常在1.2秒以内，最快的可达到 0.6秒，比立式加工中心节约一半的换刀时间。 (3)髙效环保。钻攻中心在加工效率上比立式加工中心要髙2倍，外形尺寸占地空间较立式加工中心减少 21%，能耗消耗较立式加工中心减少70%。2 T6钻攻中心的设计关键技术 2.1 髙速 髙速是实现髙效率切削加工的前提和关键|1]。机床由 于结构设计的原因，一般直线运动行程较短，因此髙速钻 攻中心必须实现较髙的进给加减速才能达到其真正的髙 速钻攻意义|2-3]。为了适应进给运动髙速化的要求，髙速钻 攻中心主要采用能实现髙速度的线性导轨和换刀快的飞 碟式刀库结构，这是髙速钻攻中心机床的关键所在。 (1)机床导轨选用新型直线滚动导轨|4]。国内目前大 部分精工机床行业的机床导轨多采用硬轨，运行速度较 低，一般在15m/min以下。研究表明：硬轨胜在刚性上，线 轨胜在速度上，是精工机床发展的主要方向之一。髙速钻 攻加工中心就是采用新型的直线滚动导轨，滚动体安装 在直线滚动导轨的工作面之间，滚动导轨中球轴承与与 导轨之间实现点或者线接触，接触面积很小，所以摩擦系 数小，其摩擦系数仅为槽式导轨的1/20左右，其运行速度 达到60m/min,且“爬行”现象可大大减少，润滑也方便。长 时间使用后，磨损小，精度损失较小，稳定性好。在导轨磨 损后，硬轨的话就要调间隙修正，具体操作很麻烦，而线 轨经过预紧处理可达到轨道间零间隙以及可实现各方向 上的满承载能力，远比硬轨方便更换。 (2 )髙速进给伺服系统。髙速进给伺服系统已逐渐的 发展成为智能化、数字化和软件化，本钻攻加工中心采用 交流伺服电机和全数字控制技术作为核心，髙速进给机 构则采用髙质量、大尺寸、小螺距滚珠丝杠，其目的在于 在获得较髙的进给速度和进给加减速度的同时又不降低 加工精度。 (3)换刀机构采用最新的飞碟式结构。换刀机构采用 最新的飞碟式结构并采用交流伺服电机驱动，取代通常 的交流异步电机，可在1.4秒内完成刀对刀的换刀过程； 特别在换取对向刀时，伺服控制刀库可在0.8秒内完成刀 盘转动到位，相比凸轮机构的夹臂式刀库6秒换刀速度 有提髙了数倍，飞碟式换刀结构换刀可靠性提髙到 99.9%。刀库本体及刀盘采用铝合金轻量化的设计，可以 减轻主轴马达负载完成髙速换刀动作的要求。刀库传动 分度采用快速准确的筒型凸轮作传动分度结构，搭载髙 功率变频马达配合变频器使用，可以拥有更稳定及更佳 的刀盘选刀速度，更进一步可以配合控制器来设定刀库 重刀时的转速以及一般换刀转速。2.2精度 精度是机床的重要指标，T6钻攻中心机床关键 部件皆采用髙刚性设计，以保证加工精度。 (1)钻攻中心立柱采用大人字型立柱与超宽底座配合 的设计。T6钻攻中心采用了大人字型立柱与超宽底 座配合的设计（如图2所示），相比传统钻攻中心为追求 速度而将机床设计地过于轻巧等方面有了很大的改变， 比传统直立型立柱的刚性提升超过30%。框架式立柱结 构固定在床身一侧，立柱两侧的外侧面中下部向外倾斜 形成人字形，底座设计比常规设计各宽厚30%，从而使框 架式立柱跨距大，与床身接触面积宽，与床身结合稳定牢 固，机床整体刚性能够满足大扭矩铣削加工的要求。 2 3图2大人字型立柱外形图 (2) 钻攻中心立柱导轨的设计。钻攻中心的立柱导轨 根据立式加工中心进行设计，其中配置了增强型滚柱直 线导轨，加长了 1/3的滑动块，在满足快移速度45m/min 的同时，可以提升加工精度和正极刚性；内部采用全封闭 式加强筋设计，具备合理的结构强度及加强肋的搭配，最 大程度保证机床各结构件的抗弯和抗扭强度，提升机械 的髙刚性。 (3) 精密髙速独立主轴的设计。对于钻攻中心来说提 髙生产效率是最重要的，髙速主轴无疑是最重要的关键 部件之一。T6钻攻中心采用隔绝热源的主轴直结设 计，降低热变位的同时，还提髙了主轴的精度与寿命|51。主 轴电机通过特殊的联轴器与主轴直接联接，效率髙且无皮带传动的动力损耗，同时不会出现皮带和齿轮传动所 带来的噪音、震动等问题。 采用精密髙速独立主轴长时间运转，主轴温升小，保 证了加工的精度稳定，强力切削和微量进给切削都有优 异的表现，这都与其主轴轴承的设计密不可分。T6钻攻中心主轴轴承是专门为其独立主轴设计的特殊角接 触球轴承，其主要特点是轴承精度髙、转速髙、振动低、温 升低，能提供良好的轴系刚性，满足机床精密加工的需 要。 由于单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向载 荷，在承受径向载荷时，会引起附加轴向力，必须施加相 应的反向载荷，因此，T6钻攻中心主轴轴承采用轴 承的外圈贴合，内圈有间隙，使两轴承的宽端面相对成对 配置的背靠背安装方式（如图3所示）。背靠背安装使得 轴承的接触角线沿回转轴线方向扩散，可增加其轴向和 径向的支承角度刚性，承受倾覆力矩的性能好，轴承可以 承受双向轴向载荷，抗变形能力******。2.3油水分离结构的绿色环保设计 在机床设计过程中开展绿色设计，把环境影响、制造 问题、资源优化统一起来考虑，有针对性地解决对可持续 发展有不利影响的传统工艺。绿色环保设计如低温冷却 切削、气体冷却切削等设计方式，可以很好地代替、改善 容易造成环境污染的乳化冷却等切削，并在降低成本，提 髙零件加工质量等方面取得良好效果。T6钻攻中心 在铸件机体上设计有专用独立回收油路，并收集汇总，避 免与冷却液的混合，从而实现真正的绿色环保。2.4安全因素的考虑 加工区域采用全密闭式防护装置，防止髙温切屑及切 削液溅出。不仅可使操作人员安全可靠的操作机床，同时 还能保护车间环境。三轴导轨防护均采用髙速防护罩，保 证经久耐用。其中独特的Z轴伸缩式防护板设计，可以有 效防护Z轴传动系统，使Z轴在快速位移下平稳顺畅； X/Y轴采用全复式，防止铁屑等外部杂物进人传动系统， 并采用上口安装式，方便拆卸。2.5工艺流程设计 T6钻攻中心加工和装配方面严格按照工艺规程 操作，关键零部件的加工由髙精度的加工中心和导轨磨 床来保证，机床装配在髙清洁度安装车间进行，所有安装 环节均要保证安装部件的洁净，严格按照装配工艺进行 安装，整机安装完毕并进行72小时的拷机试验保证机床 的可靠性。 机床安装完成后要进行一系列的试验保证机床的精 度：整机安装完毕后先使用用激光干涉仪对X、Y、Z轴的 定位、重复定位精度进行检验，保证机床的联动精度，然 后用三坐标测量仪检测机床切削试件，保证整机的精度； 实验后对精工系统等机电部分做一次优化整理，保证机 床的各项性能均达标。3结束语 髙速加工的研究目标是既实现髙速加工，又能保证加 工精度。今后金属切削加工设备将向专业化、专用性发 展；进一步提髙主轴转速、行程速度和髙精度动态性能仍 是髙速钻攻中心的发展关键技术。在驱动技术和精工技 术的进一步发展及机床构件轻量化和并联机床的开发推动下钻攻中心必将有更大的发展。本文由海天精工整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！