GTM500200車銑加工中心的設(shè)計方案
機床的總體設(shè)計要求GTM500200為龍門移動式車銑中心設(shè)計，能進行車削、鏜削、鉆削、攻絲和銑削加工。床身、工作臺、立柱、床身滑板、頂梁梁和橫梁各關(guān)鍵鑄件均采用HT300高強度 鑄鐵，設(shè)計結(jié)構(gòu)合理。均經(jīng)過失效處理，具有高的剛度、良好的抗振性和良好的精度穩(wěn) 定性。機床龍門框架由左、右立柱、頂梁梁、橫梁組成。頂梁梁與左右立柱上端采用高 強度螺栓連接，左、右立柱下部通過高強度螺栓與床身滑板緊固連接、鎖緊塊定位，從 而形成一個高剛度的龍門框架。各大件的加工均采用日本或德國的進口設(shè)備，良好的加 工工藝，保證了各基礎(chǔ)件的所需精度，進而保證了機床的高精度及良好的精度保持性。GTM500200配置一個52KW AC主軸驅(qū)動的鏜銑主軸和一個CNC控制的旋轉(zhuǎn)工作 臺。本機床采用西門子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（工作臺旋轉(zhuǎn)）、C1軸（鏜銑軸）、B軸（擺動軸）。本機床配置一個自動進行鏜銑頭及車刀頭交換的頭庫和一個自動進行刀具交換的 銑刀庫。本機床龍門架水平移動的CNC控制的直線Y軸，它垂直于X軸。這個配置與萬能 鏜銑頭配合可實現(xiàn)五面體加工。2.1.2機床主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)機床底座本機床回轉(zhuǎn)工作臺底座如圖2.2所示，是采用HT300高強度鑄件設(shè)計，失效處理， 加強筋采用放射型筋和環(huán)型筋布置并進行優(yōu)化設(shè)計，使底座具有很高的強度、剛度和抗 震性。底座上裝有工作臺支撐用靜壓導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌采用多頭泵進行單腔獨立恒流供油，每個多頭栗采用一個流量傳感器檢測。底座靜壓工作站采用西門子611U驅(qū)動控制靜壓 動力電機，具有斷電保護功能，避免出現(xiàn)突然意外斷電造成的機械損壞。底座靜壓回油 通過自然油位落差實現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)工作臺位置反饋由安裝在底座上的帶氣壓保護的 HEIDENHEIN RON 786C圓光柵進行C軸檢測，圓光柵精度可達36000線，滿足C軸 的分度加工需求。底座通過機床固定件固定在機床地基上。底座靜壓腔采用注膠成型法， 保證了靜壓腔與工作臺的均勻一致性，進而達到工作臺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)致底座的變形問題。(2)機床工作臺本機床可配置一個04500mm圓工作臺和一個組合方工作臺。機床圓工作臺是采用 放射型筋和環(huán)型筋布置的HT300高強度鑄鐵件設(shè)計，失效處理，使工作臺具有很高的 強度、剛度和抗震性。圓工作臺用預(yù)載雙排精密圓柱滾柱軸承NN3060ASK.M.SP定心， 端面推力軸承51272M對工作臺預(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，使工作臺具有很高的徑向及軸向的跳動，提高零件的加工精度。由于圓工作臺靜壓 軸承靠油膜工作，屬液體磨擦，不會產(chǎn)生機械磨損，保證了圓工作臺的精度穩(wěn)定性和機 床的長壽命。圓工作臺工件夾緊采用手動四爪卡盤卡緊。標(biāo)準(zhǔn)配置卡爪為普通T型絲桿 結(jié)構(gòu)，也可選配進口增力絲桿結(jié)構(gòu)卡爪，提高工件的夾持力。工作臺表面設(shè)計有徑向T 型槽，T型槽寬28mm，用于工件的定位和夾緊。機床方工作臺釆用鑄鐵件設(shè)計，失效處理，工作臺上面有橫向T型槽用于工件的定 位和夾緊，T型槽寬36mm,工作臺底座下面均布支撐地腳。(3)機床工作臺主驅(qū)動工作臺主驅(qū)動采用兩個西門子1PH7-224交流主伺服電機、兩個齒輪減速箱、兩個 小齒輪、一個大齒環(huán)驅(qū)動工作臺旋轉(zhuǎn)。通過精工系統(tǒng)實現(xiàn)雙主電機的同步控制，實現(xiàn)車 削無級調(diào)速功能和C軸消隙功能。車削時，由精工系統(tǒng)控制兩個交流數(shù)字驅(qū)動電機以主從模式工作，工作時可以控制 工作臺的速度從零增至最大，而不需要齒輪機構(gòu)的機械調(diào)檔，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。銑削時，兩個電機工作在電氣預(yù)載操作模式，通過電氣控制實現(xiàn)C軸消隙，由于能 通過電氣控制C軸預(yù)緊力，提高了 C軸剛度和精度。主電機采用兩個55KW交流主伺服電機，總功率為110kW。(4)機床Y軸床身及床身滑板Y軸導(dǎo)軌床身為髙強度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 度、剛度。床身和床鞍安裝在機床工作臺的兩側(cè)，床鞍可在床身靜壓導(dǎo)軌上沿Y軸移動。 Y軸的驅(qū)動是由安裝在每個床身上的齒條和床鞍上的六個伺服電機（1FT6105 siemens) 驅(qū)動六個減速器（PH1023F0910ME德國stober)實現(xiàn)。電機釆用預(yù)載方式進行同步控 制，以保證加工的無間隙運動。多電機驅(qū)動龍門移動既可以保證龍門足夠的快移速度可 達10000mm/min，又可以滿足龍門移動的拖動能力。電機預(yù)載無間隙運動技術(shù)是采用了 德國SCHIESS公司多年的應(yīng)用經(jīng)驗，響應(yīng)速度快，承載拖動能力大，尤其適用于龍門 鍵鐵床的重載機床。龍門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，進而保證機床的龍門移動精度。 Y軸靜壓導(dǎo)軌采用一腔一閥形式進行恒流控制，每個閥帶有一個流量檢測裝置。當(dāng)流量 不足的時候自動報警提示，防止機械磨損。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，無接觸既不存在磨損，而且壽命長久，精度保持性好。床身靜壓回油 通過自然油位落差實現(xiàn)。床身的兩端安裝有彈性防撞裝置，防止操作失誤，損壞機床。Y軸位置反饋采用安裝在每個床身上的帶氣密封保護的HEIDENHEIN LB382光柵 尺實現(xiàn)。通過德國西門子840DE精工系統(tǒng)的同步軸的功能實現(xiàn)龍門框架同步功能。(5)機床龍門框架機床龍門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開分布的W軸兩個矩形滑動導(dǎo)軌，用來保 證橫梁W軸的精確運動，并精確夾緊。每個立柱上安裝有由西門子伺服電機1FT6136、 德國STOBER減速機、意大利UMBRA滾珠絲杠組成的W軸移動同步裝置，用于橫梁 的同步升降驅(qū)動。W軸位置反饋采用安裝在每個立柱上的帶氣密封保護的 HEIDENHEIN LB382光柵尺實現(xiàn)，兩側(cè)光柵尺保證橫梁在W軸的任意位置的水平精度。 每個絲杠上部安裝有制動剎車盤，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、雙電機同步控制方式使橫梁作W向進給運動外，同時滑板滑枕鏜銑頭在橫 梁上左右移動時，通過左、右立柱上的光柵尺作為位置檢測方法，經(jīng)精工系統(tǒng)實現(xiàn)同步 調(diào)平，使其橫梁導(dǎo)軌始終保持與工作臺面的平行，不受滑枕鏜銑頭在橫梁上不同位置的 影響，該裝置比單電機經(jīng)傳動杠驅(qū)動升降絲杠、機械式調(diào)平機構(gòu)更簡單、更先進可靠。 安裝及使用調(diào)整方便。該機床橫梁傳動采用的是4>125min大直徑滾珠絲杠，大慣量、大扭矩伺服電機，完全能平衡橫梁、滑枕、溜板的重量，提高橫梁動態(tài)響應(yīng)速度。無需傳統(tǒng)的配重處理。左立柱側(cè)面，安裝有60工位的銑刀庫；本機床龍門固定在床鞍上，并隨床鞍沿Y 軸移動。龍門移動的雙驅(qū)動同步采用固定在床身上的光柵尺實現(xiàn)。(6)機床橫梁橫梁為箱式HT300鑄鐵結(jié)構(gòu)，具有很強的抗扭和抗彎特性。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。 配有定時定量潤滑。X軸靜壓導(dǎo)軌采用注膠成型法，采用一腔一閥形式進行恒流控制， 每個閥帶有一個流量檢測裝置。溜板的X軸導(dǎo)軌采用反變形設(shè)計補償由于銑頭重量及其彎扭帶來的變形，可以保證 在機床精度測試的范圍內(nèi)，實現(xiàn)直線水平運動。對于主軸沿橫梁的直線運動，精工系統(tǒng) 也提供了進一步的補償作用。橫梁前面安裝有X軸驅(qū)動齒條與溜板上的由兩個伺服電機和減速機組成的驅(qū)動機 構(gòu)實現(xiàn)X軸的驅(qū)動進給。雙電機實現(xiàn)了X軸的快移速度，同時雙電機依靠電氣預(yù)載功 能使X向銑削實現(xiàn)無間隙運動。橫梁前面下方安裝有X軸位置反饋帶氣密封保護的 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 安裝橫梁下的回油泵返回油箱。橫梁左側(cè)安裝自動換刀機械手。(7)主軸箱部分本機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)軌運動，滑枕外殼為鑄鐵結(jié)構(gòu)，通過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)軌上運動。本機床滑枕采用340X420的矩形滑枕，機床的高剛性通過四面靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)、合理 的導(dǎo)軌長度與寬度尺寸保證。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)計應(yīng)保證足夠的剛度，應(yīng)能抵抗因負載作用而引起的彈性變形。滑枕外殼的下面有一個回油槽，回油槽和滑枕之間有彈性密封環(huán)，通過密封環(huán)對滑 枕靜壓回油進行密封，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、減速機共同完成垂直 Z軸的驅(qū)動。X，Z軸均采用壓力封閉保護的HEIDENHEIN LB382光柵尺監(jiān)控。