2017年5月23日

GTM500200车铣加工中心的设计方案

机床的总体设计要求GTM500200为龙门移动式车铣中心设计，能进行车削、镗削、钻削、攻丝和铣削加工。床身、工作台、立柱、床身滑板、顶梁梁和横梁各关键铸件均采用HT300高强度铸铁，设计结构合理。均经过失效处理，具有高的刚度、良好的抗振性和良好的精度稳定性。机床龙门框架由左、右立柱、顶梁梁、横梁组成。顶梁梁与左右立柱上端采用高强度螺栓连接，左、右立柱下部通过高强度螺栓与床身滑板紧固连接、锁紧块定位，从而形成一个高刚度的龙门框架。各大件的加工均采用日本或德国的进口设备，良好的加工工艺，保证了各基础件的所需精度，进而保证了机床的高精度及良好的精度保持性。GTM500200配置一个52KW AC主轴驱动的镗铣主轴和一个CNC控制的旋转工作台。本机床采用西门子840D精工系统，有直线控制轴X、Y、Z、W轴和旋转控制轴C 轴（工作台旋转）、C1轴（镗铣轴）、B轴（摆动轴）。本机床配置一个自动进行镗铣头及车刀头交换的头库和一个自动进行刀具交换的铣刀库。本机床龙门架水平移动的CNC控制的直线Y轴，它垂直于X轴。这个配置与万能镗铣头配合可实现五面体加工。2.1.2机床主要结构设计(1)机床底座本机床回转工作台底座如图2.2所示，是采用HT300高强度铸件设计，失效处理，加强筋采用放射型筋和环型筋布置并进行优化设计，使底座具有很高的强度、刚度和抗震性。底座上装有工作台支撑用静压导轨，静压导轨采用多头泵进行单腔独立恒流供油，每个多头栗采用一个流量传感器检测。底座静压工作站采用西门子611U驱动控制静压动力电机，具有断电保护功能，避免出现突然意外断电造成的机械损坏。底座静压回油通过自然油位落差实现。旋转工作台位置反馈由安装在底座上的带气压保护的 HEIDENHEIN RON 786C圆光栅进行C轴检测，圆光栅精度可达36000线，满足C轴的分度加工需求。底座通过机床固定件固定在机床地基上。底座静压腔采用注胶成型法，保证了静压腔与工作台的均勻一致性，进而达到工作台的高精度及很高的承载能力。为保证高的承载能力，底座采用十个静压腔承载。静压腔承载布局在地脚的调整垫铁上端，避免了因零件的重量导致底座的变形问题。(2)机床工作台本机床可配置一个04500mm圆工作台和一个组合方工作台。机床圆工作台是采用放射型筋和环型筋布置的HT300高强度铸铁件设计，失效处理，使工作台具有很高的强度、刚度和抗震性。圆工作台用预载双排精密圆柱滚柱轴承NN3060ASK.M.SP定心，端面推力轴承51272M对工作台预载，双排精密圆柱滚柱轴承和端面推力轴承可分别预载，使工作台具有很高的径向及轴向的跳动，提高零件的加工精度。由于圆工作台静压轴承靠油膜工作，属液体磨擦，不会产生机械磨损，保证了圆工作台的精度稳定性和机床的长寿命。圆工作台工件夹紧采用手动四爪卡盘卡紧。标准配置卡爪为普通T型丝杆结构，也可选配进口增力丝杆结构卡爪，提高工件的夹持力。工作台表面设计有径向T 型槽，T型槽宽28mm，用于工件的定位和夹紧。机床方工作台釆用铸铁件设计，失效处理，工作台上面有横向T型槽用于工件的定位和夹紧，T型槽宽36mm,工作台底座下面均布支撑地脚。(3)机床工作台主驱动工作台主驱动采用两个西门子1PH7-224交流主伺服电机、两个齿轮减速箱、两个小齿轮、一个大齿环驱动工作台旋转。通过精工系统实现双主电机的同步控制，实现车削无级调速功能和C轴消隙功能。车削时，由精工系统控制两个交流数字驱动电机以主从模式工作，工作时可以控制工作台的速度从零增至******，而不需要齿轮机构的机械调档，结构简单，可靠性高。铣削时，两个电机工作在电气预载操作模式，通过电气控制实现C轴消隙，由于能通过电气控制C轴预紧力，提高了 C轴刚度和精度。主电机采用两个55KW交流主伺服电机，总功率为110kW。(4)机床Y轴床身及床身滑板Y轴导轨床身为髙强度HT300铸铁结构，床鞍采用焊接结构。使其具有很髙的强度、刚度。床身和床鞍安装在机床工作台的两侧，床鞍可在床身静压导轨上沿Y轴移动。 Y轴的驱动是由安装在每个床身上的齿条和床鞍上的六个伺服电机（1FT6105 siemens) 驱动六个减速器（PH1023F0910ME德国stober)实现。电机釆用预载方式进行同步控制，以保证加工的无间隙运动。多电机驱动龙门移动既可以保证龙门足够的快移速度可达10000mm/min，又可以满足龙门移动的拖动能力。电机预载无间隙运动技术是采用了德国SCHIESS公司多年的应用经验，响应速度快，承载拖动能力大，尤其适用于龙门键铁床的重载机床。龙门刚性连接在床身滑板上，床身滑板与床身之间采用静压导轨，静压腔采用注胶成型法，从而保证了滑板与床身导轨之间的平面度关系，进而保证机床的龙门移动精度。 Y轴静压导轨采用一腔一阀形式进行恒流控制，每个阀带有一个流量检测装置。当流量不足的时候自动报警提示，防止机械磨损。床身导轨与滑板之间由于是静压间隙承载，不存在摩擦接触，无接触既不存在磨损，而且寿命长久，精度保持性好。床身静压回油通过自然油位落差实现。床身的两端安装有弹性防撞装置，防止操作失误，损坏机床。Y轴位置反馈采用安装在每个床身上的带气密封保护的HEIDENHEIN LB382光栅尺实现。通过德国西门子840DE精工系统的同步轴的功能实现龙门框架同步功能。(5)机床龙门框架机床龙门是由两立柱和连接两立柱的连接梁组成，立柱和连接梁均由HT300吸振铸铁制造。两立柱的前面分别有两条前后错开分布的W轴两个矩形滑动导轨，用来保证横梁W轴的精确运动，并精确夹紧。每个立柱上安装有由西门子伺服电机1FT6136、德国STOBER减速机、意大利UMBRA滚珠丝杠组成的W轴移动同步装置，用于横梁的同步升降驱动。W轴位置反馈采用安装在每个立柱上的带气密封保护的 HEIDENHEIN LB382光栅尺实现，两侧光栅尺保证横梁在W轴的任意位置的水平精度。每个丝杠上部安装有制动刹车盘，防止意外情况导致横梁的下滑。在左、右立柱导轨之间接近横梁左右升降丝杠旁分别装有光栅尺，全闭环控制。用双边检测、双电机同步控制方式使横梁作W向进给运动外，同时滑板滑枕镗铣头在横梁上左右移动时，通过左、右立柱上的光栅尺作为位置检测方法，经精工系统实现同步调平，使其横梁导轨始终保持与工作台面的平行，不受滑枕镗铣头在横梁上不同位置的影响，该装置比单电机经传动杠驱动升降丝杠、机械式调平机构更简单、更先进可靠。安装及使用调整方便。该机床横梁传动采用的是4>125min大直径滚珠丝杠，大惯量、大扭矩伺服电机，完全能平衡横梁、滑枕、溜板的重量，提高横梁动态响应速度。无需传统的配重处理。左立柱侧面，安装有60工位的铣刀库；本机床龙门固定在床鞍上，并随床鞍沿Y 轴移动。龙门移动的双驱动同步采用固定在床身上的光栅尺实现。(6)机床横梁横梁为箱式HT300铸铁结构，具有很强的抗扭和抗弯特性。横梁W轴在立柱前面的导轨上上下移动并夹紧。横梁与立柱导轨之间采用注胶成型法，保证了良好的贴合率。配有定时定量润滑。X轴静压导轨采用注胶成型法，采用一腔一阀形式进行恒流控制，每个阀带有一个流量检测装置。溜板的X轴导轨采用反变形设计补偿由于铣头重量及其弯扭带来的变形，可以保证在机床精度测试的范围内，实现直线水平运动。对于主轴沿横梁的直线运动，精工系统也提供了进一步的补偿作用。横梁前面安装有X轴驱动齿条与溜板上的由两个伺服电机和减速机组成的驱动机构实现X轴的驱动进给。双电机实现了X轴的快移速度，同时双电机依靠电气预载功能使X向铣削实现无间隙运动。横梁前面下方安装有X轴位置反馈带气密封保护的 HEIDENHEINLB382光栅尺。横梁上下导轨的下方安装有静压回油槽，静压回油通过安装横梁下的回油泵返回油箱。横梁左侧安装自动换刀机械手。(7)主轴箱部分本机床主轴箱单元由滑板、滑枕外壳及滑枕组成。滑板为焊接结构，在水平（X轴）方向，沿横梁静压导轨运动，滑枕外壳为铸铁结构，通过止口和螺栓安装在滑板的前面，在垂直（Z轴）方向，滑枕在滑枕外壳内部静压导轨上运动。本机床滑枕采用340X420的矩形滑枕，机床的高刚性通过四面静压导轨系统、合理的导轨长度与宽度尺寸保证。滑枕静压导轨采用一腔一阀式静压导轨，控制阀带有流量检测装置。滑枕静压导轨的工作原理是在滑枕和滑枕外壳之间产生0.015-0.02mm的油膜，此油膜的设计应保证足够的刚度，应能抵抗因负载作用而引起的弹性变形。滑枕外壳的下面有一个回油槽，回油槽和滑枕之间有弹性密封环，通过密封环对滑枕静压回油进行密封，其下面安装有防尘刮肩板。滑枕上侧不需密封因油只能向下流，但装有防尘作用的刮肩板。Z轴采用带预载双螺母的循环双滚柱丝杠以及同步伺服电机、减速机共同完成垂直 Z轴的驱动。X，Z轴均采用压力封闭保护的HEIDENHEIN LB382光栅尺监控。

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