伯特利高速T6鉆攻中心結構設計
引言鉆攻中心是一種對手機產品印刷電路板、機殼、面板、 玻璃等零件鉆攻、攻牙工序最理想的金屬切削加工設備， 可以實現鏜削、銑削，由于主電機功率有限，不能進行黑 色金屬的重切削，但是其鉆攻效率和質量比普通加工中心優越很多。海天精工的T6 鉆攻中心，就是為了滿足客戶尋找對手機產品更快、更髙 精度以及更環保的加工設備的要求孕育而生的。1 T6鉆攻中心的顯著優勢特征 T6鉆攻中心（如圖1所示）產品從外觀到內在 功能、性能都有了很大提升，主軸轉速達到12000r/min，快 速移動速度60m/min，坐標的直線度、垂直度可以控制在 0.005mm以內，完全優于國家同類精度標準。其顯著優勢 特征如下： (1 )體積規模小。鉆攻中心樣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較小，機床****** 行程X軸一般不超過700mm，Y軸不超過400mm。非常適 合加工如手機產業、電子產業、醫療器械等小型零件。 (2)運行速度快。機床移動速度至少在48m/min，通常 為60m/min ;主軸轉速至少在10000rpm以上，通常為 12000rpm;特別是在攻螺紋的速度上，鉆攻中心可達到3000rpm以上，最髙可達到6000rpm ,比普通立式加工中心 快很多；刀具換刀速度通常在1.2秒以內，最快的可達到 0.6秒，比立式加工中心節約一半的換刀時間。 (3)髙效環保。鉆攻中心在加工效率上比立式加工中心要髙2倍，外形尺寸占地空間較立式加工中心減少 21%，能耗消耗較立式加工中心減少70%。2 T6鉆攻中心的設計關鍵技術 2.1 髙速 髙速是實現髙效率切削加工的前提和關鍵|1]。機床由 于結構設計的原因，一般直線運動行程較短，因此髙速鉆 攻中心必須實現較髙的進給加減速才能達到其真正的髙 速鉆攻意義|2-3]。為了適應進給運動髙速化的要求，髙速鉆 攻中心主要采用能實現髙速度的線性導軌和換刀快的飛 碟式刀庫結構，這是髙速鉆攻中心機床的關鍵所在。 (1)機床導軌選用新型直線滾動導軌|4]。國內目前大 部分精工機床行業的機床導軌多采用硬軌，運行速度較 低，一般在15m/min以下。研究表明：硬軌勝在剛性上，線 軌勝在速度上，是精工機床發展的主要方向之一。髙速鉆 攻加工中心就是采用新型的直線滾動導軌，滾動體安裝 在直線滾動導軌的工作面之間，滾動導軌中球軸承與與 導軌之間實現點或者線接觸，接觸面積很小，所以摩擦系 數小，其摩擦系數僅為槽式導軌的1/20左右，其運行速度 達到60m/min,且“爬行”現象可大大減少，潤滑也方便。長 時間使用后，磨損小，精度損失較小，穩定性好。在導軌磨 損后，硬軌的話就要調間隙修正，具體操作很麻煩，而線 軌經過預緊處理可達到軌道間零間隙以及可實現各方向 上的滿承載能力，遠比硬軌方便更換。 (2 )髙速進給伺服系統。髙速進給伺服系統已逐漸的 發展成為智能化、數字化和軟件化，本鉆攻加工中心采用 交流伺服電機和全數字控制技術作為核心，髙速進給機 構則采用髙質量、大尺寸、小螺距滾珠絲杠，其目的在于 在獲得較髙的進給速度和進給加減速度的同時又不降低 加工精度。 (3)換刀機構采用最新的飛碟式結構。換刀機構采用 最新的飛碟式結構并采用交流伺服電機驅動，取代通常 的交流異步電機，可在1.4秒內完成刀對刀的換刀過程； 特別在換取對向刀時，伺服控制刀庫可在0.8秒內完成刀 盤轉動到位，相比凸輪機構的夾臂式刀庫6秒換刀速度 有提髙了數倍，飛碟式換刀結構換刀可靠性提髙到 99.9%。刀庫本體及刀盤采用鋁合金輕量化的設計，可以 減輕主軸馬達負載完成髙速換刀動作的要求。刀庫傳動 分度采用快速準確的筒型凸輪作傳動分度結構，搭載髙 功率變頻馬達配合變頻器使用，可以擁有更穩定及更佳 的刀盤選刀速度，更進一步可以配合控制器來設定刀庫 重刀時的轉速以及一般換刀轉速。2.2精度 精度是機床的重要指標，T6鉆攻中心機床關鍵 部件皆采用髙剛性設計，以保證加工精度。 (1)鉆攻中心立柱采用大人字型立柱與超寬底座配合 的設計。T6鉆攻中心采用了大人字型立柱與超寬底 座配合的設計（如圖2所示），相比傳統鉆攻中心為追求 速度而將機床設計地過于輕巧等方面有了很大的改變， 比傳統直立型立柱的剛性提升超過30%。框架式立柱結 構固定在床身一側，立柱兩側的外側面中下部向外傾斜 形成人字形，底座設計比常規設計各寬厚30%，從而使框 架式立柱跨距大，與床身接觸面積寬，與床身結合穩定牢 固，機床整體剛性能夠滿足大扭矩銑削加工的要求。 2 3圖2大人字型立柱外形圖 (2) 鉆攻中心立柱導軌的設計。鉆攻中心的立柱導軌 根據立式加工中心進行設計，其中配置了增強型滾柱直 線導軌，加長了 1/3的滑動塊，在滿足快移速度45m/min 的同時，可以提升加工精度和正極剛性；內部采用全封閉 式加強筋設計，具備合理的結構強度及加強肋的搭配，最 大程度保證機床各結構件的抗彎和抗扭強度，提升機械 的髙剛性。 (3) 精密髙速獨立主軸的設計。對于鉆攻中心來說提 髙生產效率是最重要的，髙速主軸無疑是最重要的關鍵 部件之一。T6鉆攻中心采用隔絕熱源的主軸直結設 計，降低熱變位的同時，還提髙了主軸的精度與壽命|51。主 軸電機通過特殊的聯軸器與主軸直接聯接，效率髙且無皮帶傳動的動力損耗，同時不會出現皮帶和齒輪傳動所 帶來的噪音、震動等問題。 采用精密髙速獨立主軸長時間運轉，主軸溫升小，保 證了加工的精度穩定，強力切削和微量進給切削都有優 異的表現，這都與其主軸軸承的設計密不可分。T6鉆攻中心主軸軸承是專門為其獨立主軸設計的特殊角接 觸球軸承，其主要特點是軸承精度髙、轉速髙、振動低、溫 升低，能提供良好的軸系剛性，滿足機床精密加工的需 要。 由于單列角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向載 荷，在承受徑向載荷時，會引起附加軸向力，必須施加相 應的反向載荷，因此，T6鉆攻中心主軸軸承采用軸 承的外圈貼合，內圈有間隙，使兩軸承的寬端面相對成對 配置的背靠背安裝方式（如圖3所示）。背靠背安裝使得 軸承的接觸角線沿回轉軸線方向擴散，可增加其軸向和 徑向的支承角度剛性，承受傾覆力矩的性能好，軸承可以 承受雙向軸向載荷，抗變形能力******。2.3油水分離結構的綠色環保設計 在機床設計過程中開展綠色設計，把環境影響、制造 問題、資源優化統一起來考慮，有針對性地解決對可持續 發展有不利影響的傳統工藝。綠色環保設計如低溫冷卻 切削、氣體冷卻切削等設計方式，可以很好地代替、改善 容易造成環境污染的乳化冷卻等切削，并在降低成本，提 髙零件加工質量等方面取得良好效果。T6鉆攻中心 在鑄件機體上設計有專用獨立回收油路，并收集匯總，避 免與冷卻液的混合，從而實現真正的綠色環保。2.4安全因素的考慮 加工區域采用全密閉式防護裝置，防止髙溫切屑及切 削液濺出。不僅可使操作人員安全可靠的操作機床，同時 還能保護車間環境。三軸導軌防護均采用髙速防護罩，保 證經久耐用。其中獨特的Z軸伸縮式防護板設計，可以有 效防護Z軸傳動系統，使Z軸在快速位移下平穩順暢； X/Y軸采用全復式，防止鐵屑等外部雜物進人傳動系統， 并采用上口安裝式，方便拆卸。2.5工藝流程設計 T6鉆攻中心加工和裝配方面嚴格按照工藝規程 操作，關鍵零部件的加工由髙精度的加工中心和導軌磨 床來保證，機床裝配在髙清潔度安裝車間進行，所有安裝 環節均要保證安裝部件的潔凈，嚴格按照裝配工藝進行 安裝，整機安裝完畢并進行72小時的拷機試驗保證機床 的可靠性。 機床安裝完成后要進行一系列的試驗保證機床的精 度：整機安裝完畢后先使用用激光干涉儀對X、Y、Z軸的 定位、重復定位精度進行檢驗，保證機床的聯動精度，然 后用三坐標測量儀檢測機床切削試件，保證整機的精度； 實驗后對精工系統等機電部分做一次優化整理，保證機 床的各項性能均達標。3結束語 髙速加工的研究目標是既實現髙速加工，又能保證加 工精度。今后金屬切削加工設備將向專業化、專用性發 展；進一步提髙主軸轉速、行程速度和髙精度動態性能仍 是髙速鉆攻中心的發展關鍵技術。在驅動技術和精工技 術的進一步發展及機床構件輕量化和并聯機床的開發推動下鉆攻中心必將有更大的發展。本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！