汽車零部件生產中高速加工中心的應用

汽車工業相對航空、航天、船舶、機床等機械加工工業來說，其突出特點是生產批量大，加工節拍短，為了適應這種單一工件的大批量生產，采用專機或專機自動線進行加工生產是最經濟的，因而也最普遍的一種選擇。然而，當前汽車用戶對汽車的多樣化、個性化的要求，迫使汽車企業的產品換型越來越快，產品品種紛繁多樣，原來單一工件的大批量生產變成了多種工件各自的較小批量迭加成的大批量生產，因此，多年來在汽車制造行業占統治地位的組合機床(專機)生產線已無法滿足汽車行業快速更新的現實需要，專機或專機自動線雖然效率高，但卻限制了加工的柔性，使得機床對加工零件品種變化的適應性非常差。

為了解決這個難題，高速、高效的新一代加工中心——高速加工中心應運而生，很好地解決了加工柔性和產量、投資與更新的矛盾，滿足了汽車行業目前多品種，大批量，少投資的要求，同時也滿足了汽車零部件生產的這種要求。

高速加工中心的特點

高速加工中心是指主軸轉速超過10000r/min，進給速度超過40m/min，進給加速度大于0.5G(5m/s2)的一類加工中心。為了實現高速、大切削量下穩定加工，一般，高速加工中心都具有下列結構特點：

1.高轉速主軸

主軸轉速過低無法滿足生產效率要求，轉速過高則在可靠性方面帶來多種不利因素。高速加工中心主軸轉速一般定在46—16000轉/分之間。為此，最佳的結構方案為內裝直驅動式的電主軸，電主軸在使用中不可拆卸，不需保養，不需調正。主軸轉子安裝在復合陶瓷滾珠軸承上，采用三點支承方式以保證高的動態剛性和精度。在定子和轉子軸承四周有專門水冷系統以吸收發熱。

2.動平衡與熱平衡的結構設計

高速加工中心由于其高的主軸轉速，高的進給速度及高的進給加速度，必然要求其結構設計具有高的靜態剛性和動態剛性。為此，有的將液壓裝置與主軸分離放置，以減少震動對主軸精度的影響。

設備結構完全是熱對稱的，這樣可以避免由于熱變形使主軸與工件的位置偏移。為防止作為重要熱源的切屑引起熱不平衡，有的從結構上設計使切屑不在被加工工件上及托盤上停留，而且通過在Z軸罩兩側的螺旋式排屑輸送器將切屑快速排到切削液箱，以使由切屑引起的熱的影響減到最小。

為保證運動剛性及穩定性，高速加工中心的設計通常遵循以下原則：

(1)對各軸所作的力始終在各個重心的軸線上，以避免加速和減速時設備結構件的擺動。

(2)移動部件的導向裝置也處于重心平面上，以穩定設備的結構并避免加速和減速時結構件的擺動。

(3)采用部件鑲嵌結構，改進部件的加工工藝，以減輕移動部件的重量。

(4)各軸測量都在推力中心進行，以便得到最精確的測量結果以及位置重復精度最大的穩定性。

3.高剛性三點支撐床身

高速加工中心大都采用坐標鏜床式的三點支撐床身，通過有限元分析方法(FEM)進行高剛性的結構設計，保持高剛性及穩定性，以在最大移動速度甚至需要進行強力切削和多次定位移動的加工中，都能達到剛性的最優狀態。

4.直線滾動導軌將剛性與精度良好地綜合在一起

高速加工中心的各坐標最大進給速度及快移速度一般都在40m/min以上，這些都是在精密的耐摩擦的直線運動滾珠絲杠導軌系統上實現的。滾珠絲杠采用無間隙預應力滾珠，導軌的潤滑采用定量潤滑，由一個潤滑中心完成。這種系統具有優良的穩定性和動態剛性，可以對計算機的指令做出快速響應。有的機床的三個坐標采用新式結構的行量滾珠絲杠，為了最大限度減少滾動慣量，絲杠固定不做回轉而由數字馬達經齒形皮帶驅動滾珠絲杠螺母轉動。

5.采用HSK鉗式刀具

HSK鉗式刀具夾裝方式是專門針對高速加工中心的刀具的，它的靜態和動態剛性都非常強并且能夠既安全又高效地傳送扭矩。

6.換刀及交換工作臺迅速

在加工中心的一個切削循環中，換刀時間及交換工作臺時間往往占有較大部分的比重。在傳統的非高速加工中心上，換刀時間(切屑到切屑)達14~20s左右，而交換工作臺時間則需3min甚至更長時間，無疑這對于大批量、快節奏生產要求的汽車零件加工來說是不相適應的。而高速加工中心則在這兩方面設計得與其高主軸轉速、高進給速度及進給加速度相匹配，換刀時間(切屑到切屑)可達到3.5s左右，交換工作臺時間則可減少到僅為6s。而每個工作臺又具有精密鼠壓盤分度機構以確保精確的360°等分分度。如果用戶需要，也可以得到360000等分分度，提供加工各種表面零件加工的高柔性和工作時的剛性。